17.6. Методика выполнения измерений серийными рабочими средствами измерений мощности и энергии лазерного излучения
Рассмотрим подробно стандартизованную методику выполнения измерений (МВИ) [86]. Она состоит из четырех разделов: выбора и соединения в функциональную схему СИ и вспомогательных устройств; измерения; обработки сигналов и оценки результатов измерений; оформления протокола измерений. Особо следует отметить настойчивую рекомендацию такого авторитетного органа, как ИСО, оценивать результаты даже технических измерений не погрешностью, а неопределенностью, что и продемонстрировано в настоящем параграфе. 17. 6. 1. Функциональная схема, измерительная аппаратура и вспомогательные устройства. При подготовке к выполнению измерений, прежде всего, следует убедиться в коаксиальное™ лазерного пучка и оптической оси измерительной установки. Далее необходимо выбрать оптическую систему с таким диаметром поперечного сечения, который был бы согласован с внешним диаметром поперечного сечения пучка и при этом потери мощности за счет дифракции и частичного непопадания излучения на приемную площадку ОЭИП не увеличивали бы основную погрешность результата более чем на 10% от нормируемого значения. Юстировка оптического тракта в случае некоторой первоначальной некоаксиальности осей осуществляется с помощью юстировочного лазера и направляющих зеркал. Затем при необходимости в оптический тракт вводятся ослабители и формирователи пучка. При этом их геометрические центры должны совпадать с оптической осью. С особенной тщательностью нужно исключать возможность появления систематических погрешностей, потенциальными источниками которых служат отраженные пучки, внешние засветки, тепловое излучение и конвективные воздушные потоки.
По окончании описанной предварительной подготовки следует убедиться в том, что измеряемый поток лазерного излучения достигает приемной поверхности ОЭИП. С этой целью перед каждым оптическим компонентом в оптический тракт поочередно вводятся диафрагмы с отверстиями разных диаметров. Размеры отверстий следует сокращать до тех пор, пока уменьшение выходного сигнала не составит 5 %. Отверстие последней диафрагмы должно иметь диаметр по крайней мере на 20 % меньший размера апертуры оптического компонента. Далее следует организовать защиту измерительной установки от влияний окружающей среды или, по крайней мере, их ослабление и компенсацию возникающих дополнительных погрешностей. Желательно прежде всего осуществить механическую и акустическую изоляцию установки, экранировать ее от внешних электромагнитных полей, стабилизировать по возможности температуру в лаборатории, выбрать малошумящие усилители. Все эти меры должны гарантировать увеличение нормируемой основной погрешности не более чем на 10 %. В этом можно убедиться, производя измерения по описываемой далее методике, но с перекрытым пучком лазерного излучения, т. е. исключив его попадание в ОЭИП. При этом полученный отсчет не должен превышать 10 % от показаний прибора при воздействии на ОЭИП измеряемого пучка. Выбираемый для измерений серийный ваттметр или джоульметр должен быть поверен или калиброван. В процессе этих операций, о которых рассказано ранее, минимизируются составляющие основной погрешности РСИ, порождаемые селективностью ОЭИП, нелинейностью его характеристики преобразования (т. е. зависимостью Кпр от измеряемой величины), неравномерностью Кпр по активной площади приемной поверхности ОЭИП, именуемой зонной характеристикой. О наличии калибровки или поверки РСИ свидетельствует сертификат производителя. Далее необходимо убедиться в том, что ширина полосы электрических частот ОЭИП соответствует форме импульса лазерного излучения, т. е. быстродействие РСИ позволяет измерять временные параметры импульсов соответствующей длительности.
Это означает, что верхняя граничная частота fD РСИ, соответствующая спаду его частотной характеристики на 6 дБ, должна подчиняться неравенству
где Нижняя граничная частота должна равняться нулю. При этом не следует забывать о лучевой стойкости не только ОЭИП, но и всех введенных в тракт оптических элементов. В случае, если площадь поперечного сечения пучка превышает активную площадь приемной поверхности ОЭИП, необходимо использовать согласующую оптическую систему, проецирующую изображение сечения пучка на чувствительный элемент оптоэлектрического измерительного преобразователя. Оптические элементы должны соответствовать диапазону длин волн, а потери на отражение и поглощение следует определить и результаты учесть при выполнении всех измерений. Необходимо также принимать во внимание и оценивать влияние на результаты измерений состояния поляризации лазерного пучка. При превышении измеряемой величиной верхнего предела измерений РСИ или допустимой лучевой стойкости элементов оптического тракта в него необходимо ввести ослабитель, также используя калибровку для минимизации погрешностей, вносимых спектральной, поляризационной, угловой зависимостями коэффициента деления излучения, а также нелинейностью и ЗХ ослабителя. 17. 6. 2. Измерения. При отсутствии специальных указаний желательно выполнить измерения требуемой величины 10 раз, в том числе и измерений с оценкой влияний окружающей среды. Перед началом измерений лазер следует прогреть по крайней мере в течение часа (если нет иных рекомендаций в технической документации на лазер) для достижения теплового равновесия. Все измерения должны выполняться в эксплуатационных условиях, оговоренных производителем лазера. Измерение мощности Ρ непрерывного лазера следует выполнять калиброванным ваттметром, дополненным при необходимости калиброванным ослабителем.
Измерение стабильности Р. При определении средневременной нестабильности Δ Ρ 1 период измерений равен 1 мин, причем отсчеты выполняются с интервалами 0, 01 с. Постоянная времени СИ должна быть ( Примечание. В стандарте [86] использован термин «стабильность», хотя правильнее вести речь о нестабильности Р. Однако в дальнейшем мы не будем отступать от стандартизованной терминологии. Измерение импульсной энергии Q. Измерение энергии одиночного импульса следует выполнять калиброванным джоульметром, дополненным при необходимости калиброванным ослабителем. Измерение стабильности Q. В этом случае следует повторить измерение Q только что описанным способом для последовательности, если возможно, из 100 импульсов. Регистрации подлежат максимальные и минимальные отсчеты. Измерения формы импульса, его длительности Измерения частоты повторения fр импульсов осуществляются частотомером. Наблюдение формы импульса удобнее всего производить с помощью осциллоскопа. По измеренному значению fр можно вычислить период повторения импульсов
Обработка сигналов и оценка результатов измерений. Стандартное отклонение s равно
гдеn — число отсчетов mi;
Относительная неопределенность
Мощность Ρ непрерывных лазеров. Сначала по результатам серии из 10 отсчетов значения Ρ вычисляется
Стабильность Р. Для средневременного и долговременного периодов вычисляются средние значения Р1и P60 стандартные отклонения Тогда
И
Импульсная энергия Q. Сначала по результатам серии из 10 отсчетов значения Q вычисляется
Стабильность Q характеризуется флуктуацией
Форма импульса, его длительность, время нарастания, пиковая мощность. Регистрация формы импульса P(t), где t — время, позволяет определить следующие параметры: . · длительность импульса · 10%-ную длительность импульса Если импульс лазерного излучения состоит из мощного импульса короткой длительности и последующего более длительного импульса меньшей мощности (например, излучение ТЕА-лазера), то необходимо характеризовать оба импульса по Временем нарастания Формой импульса P(t), отображаемой выходным сигналом ОЭИП U(t), является временная диаграмма мощности выходного излучения лазера:
где
где Стабильность длительности импульсов. По результатам 100 отсчетов при измерениях стабильности длительности импульсов вычисляются относительные флуктуации длительности импульсов Δ τ Η (или
Частота повторения импульсов. Относительная неопределенность
где s и Оформление протокола измерений. Протокол измерений должен содержать, как минимум, следующие данные (разумеется, в зависимости от того, какие интегральные параметры и характеристики подлежали измерению). Общие сведения, включающие: · тип лазера с указанием производителя; · активную среду; длину волны (или диапазон), при которых выполнялись измерения; модовый состав излучения (если известен); уровень мощности; · методику измерений; · измеряемые параметры; · дату проведения измерений; · наименование организации, проводившей измерения; · фамилию и инициалы оператора; Результаты измерений: · P, · — Δ Ρ (Δ Ρ 1) и/или Δ Ρ 60 максимальное и минимальное значения мощности во время измерений; · Q, · Δ Q, описание методики выбора отдельных нечередующихся импульсов из последовательности, максимальное и минимальное значения энергии во время измерений; · · · fp Типовые лазерные ваттметры и джоульметры для выполнения технических измерений описаны в гл. 7.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|