Глава 18 измерения пространственно-энергетических параметров и характеристик лазерного излучения

Глава 18 ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В последнее десятилетие значительно усилились тенденции разработчиков и изготовителей лазеров· и лазерных устройств, направленные на обеспечение по возможности равномерного распределения плотности мощности (энергии) в поперечном сечении пучка лазерного излучения. Наряду со стремлением к получению пучка с сечением в виде однородной плоской вершины («шля­пы») наблюдается желание максимально приблизить распределение плот­ности к гауссову. Ученые, инженеры, технологи обнаружили, что во мно­гих применениях лазерной техники требуется весьма высокая однородность распределения интенсивности в сечении пучка. Особенно актуализировались эти требования по мере совершенствования измерительной аппаратуры, поз­волявшей определять ранее не доступные для измерения пространственно-энергетические параметры и характеристики лазерного излучения.

Однако проблема улучшения качества лазерного пучка продолжает суще­ствовать, особенно для многомодовых лазеров. Поэтому наличие доступной, автоматизированной, несложной в эксплуатации измерительной аппаратуры полезно не только пользователю, но и изготовителю лазера, ибо помогает в настройке и сертификации излучателя.

Современная электроника и вычислительная техника открыли возможно­сти и создали предпосылки для создания многопараметровых, в реальном мас­штабе времени, с наглядным отображением достаточно точных результатов измерений, устройств на базе серийных камер, микропроцессоров, дисплеев и др. атрибутов оптико-электронного приборостроения.

Подобные измерительные устройства особенно полезны в ситуациях, когда необходим непрерывный или периодический контроль стабильности парамет­ров и характеристик распространения пучка лазерного излучения, посколь­ку имеется достаточное количество дестабилизирующих факторов: тепловой дрейф, старение и нестабильность компонентов активного элемента, вибрация и удары по резонатору, помутнение оптических элементов и оседающая на их поверхностях пыль и грязь, а также царапины, разъюстировка оптиче­ского тракта, ухудшение качества, нелинейность и неоднородность активной среды и пр. Поэтому далее остановимся на основных стандартизованных терминах и определениях, алгоритмах измерений, наиболее современных РСИ пространственно-энергетических параметров и характеристик лазерного из­лучения, а также на метрологических аспектах этого подвида измерений.

18. 1. Основы измерений

18. 1. 1. Основные термины, определения и соотношения. Осно­вополагающим для этого направления измерений документом служит Меж­дународный Стандарт ИСО 11146 [88].

Во введении к стандарту пучки лазерного излучения делятся на три вида: радиально-симметричные, радиально-несимметричные, астигматичные (скрученные или изогнутые). Стандарт [88] не распространяется на пучки третьего вида.

Любой радиально-симметричный пучок лазерного излучения описывается тремя параметрами:

· местоположением перетяжки пучка z0;

· диаметром пучка в перетяжке ,

· углом расходимости пучка   дальней зоне.

Примечание. Перетяжкой пучка именуется его сечение с минималь­ными поперечными размерами.

Зная эти три параметра, можно для углов расходимости менее 0, 8 рад записать в первом приближении уравнение распространения пучка вдоль его оси z

                                    (18. 1)

где z0— расстояние, на которое удалено от начала оси zместоположение перетяжки; обычно начало оси zрасположено в опорной плоскости х-у, сов­падающей, например, с передней торцевой поверхностью корпуса лазера.

Уравнение (18. 1) справедливо при условии, что для определения попереч­ного размера (ширины) и расходимости пучка используются моменты второго порядка функции распределения плотности мощности (энергии) в его попе­речном сечении.

Качество пучка в процессе его распространения отныне предложено харак­теризовать показателем (коэффициентом) К распространения пучка или обратной ему величиной М2, являющейся мерой близости произ­ведения параметров измеряемого пучка к аналогичному произведению для идеального гауссова пучка.

В результате появилось расхожее выражение «критерий М2», причем у гауссова пучка с одной модой ТЕМ00 значение М2 = 1.

Величины К (или Μ 2), связывает выражение

                          (18. 2)

где λ ο — длина волны излучения в вакууме;  — длина волны излучения в среде с показателем преломления п.

При этом считается, что К достаточно измерять с погрешностью порядка 10%, хотя при  > 0, 8 рад погрешности могут оказаться существенно боль­шими.

Произведение

                                         (18. 3)

является инвариантом распространения пучка лазерного излучения в безабер­рационной среде в отсутствие ограничивающих его диафрагм.

Для описания радиально-несимметричных пучков необходимы семь пара­метров:

· местоположения перетяжек пучка  и .

· поперечные размеры (ширины) пучка  и ;

· углы расходимости пучка в дальней зоне  и ;

· азимутальный угол  между осью xпучка и осью х¹ лабораторной системы координат.

По аналогии с уравнением (18. 3) инвариант распространения радиально-несимметричного пучка записывается в виде двух независимых выражений для каждой из ортогональных осей χ и у с использованием либо Кх и Ку, либо  и -

В стандарте [88] для определения поперечного размера (ширины) пучка необходимо измерить распределение плотности мощности (энергии) в его по­перечном сечении и вычислить моменты второго порядка полученной функ­ции. Поскольку далеко не всегда такое распределение может быть аппрокси­мировано аналитической функцией, или же затруднено использование пря­мого измерения распределения плотности, стандартом предусмотрены три альтернативных метода измерений поперечных размеров пучков:

· варьируемой диафрагмы;

· движущегося острого края (лезвия ножа);

· изменяющейся по ширине щели.

Как следует из вышеизложенного, для дальнейшего рассмотрения необхо­димо привести ряд стандартизованных терминов и определений [88].

Плотностью энергии Н(х, у) считается часть энергии в поперечном сечении пучка, приходящаяся на элементарную площадку δ А с координатами х, у и отнесенная к δ А.

Плотностью мощности Е(х, у) считается часть мощности в поперечном сечении пучка, приходящаяся на элементарную площадку δ А с координатами ж, у и отнесенная к δ А.

Местоположения перетяжек пучка z0(радиально-симметричного), z_ox, z_oy (радиально-несимметричного) — точки на оси zраспространения пучка, где его ширина (поперечный размер) минимальна.

Примечание. См. формулу (18. 1).

Диаметр пучка  определен для радиально-симметричного пучка, причем

                                          (18. 4)

где момент второго порядка функции распределения плотности мощности Е(х, у, z)в сечении пучка с координатой zописывается выражением

                                   (18. 5)

где г — расстояние до центра тяжести сечения , а координаты и , являющиеся моментами первого порядка, вычисляются по формулам

                                         (18. 6)

                                         (18. 7)

Ширины пучков  и  определены для радиальнонесимметричных пучков, причем

                                         (18. 8)

                                 (18. 9)

где моменты второго порядка функции распределения плотности мощности Е(х, у, z) в сечении пучка с координатой z описываются следующими выра­жениями:

                                       (18. 10)

                                       (18. 11)

где  и  — расстояния до центра тяжести ( , ). Координаты  н , являющиеся моментами первого порядка, вычисляются по формулам (18. 6) и (18. 7).

Примечание. Все приведенные выше соотношения справедливы при замене Е(х, у, z) на Н(х, у, z).

Коэффициент превышения дифракционного предела, присущего идеальному гауссову пучку,

                                           (18. 12)

Именно этот «критерий М²» принято считать характеристикой «ухуд­шения» качества реального пучка лазерного излучения по сравнению с иде­альным, обладающим чисто дифракционной расходимостью, у которого, как упоминалось ранее, М² = 1.

Поясним это более наглядно [89], обратившись к рис. 18. 1 и формуле (18. 1).

Отметим, что формула (18. 1) справедлива для любого параксиального пучка и не базируется ни на Лагерра-Гаусса, ни на Эрмита-Гаусса аппрок­симациях распределения поля излучения. Она сводится к уравнению распро­странения, вытекающему из теории гауссовых пучков. Реальный пучок, даже если он представляется предельно «гауссоподобным», принципиально не мо­жет достичь идеала с М² = 1, так как выходное отверстие лазера ограничено и неизбежно отсекаются моды высших порядков, излучаемые по периферии сечения пучка. Есть и ряд других факторов, подавляющих излучение более высоких дифракционных порядков и тем самым искажающих теоретически идеальную сферическую форму волнового фронта. (Стремление к достиже­нию М² = 1 аналогично попытке приблизиться к нулевой температуре по шкале Кельвина). Для гауссова пучка (М² = 1) справедлив фундаментальный

 

Рис. 18. 1. Иллюстрация соотношений между идеальным и реальным пучками ■ предел:

 

                                                 (18. 13)

 

где  и  — диаметр в перетяжке и угол расходимости гауссова пучка, соответственно; λ — длина волны лазерного излучения.

У реальных пучков произведение диаметра (или ширины) пучка в пере­тяжке и угла расходимости больше фундаментального предела в М² раз, т. е.

                                                     (18. 14 а)

Различные варианты выражения (18. 14 a) отображены на рис. 18. 1, что позволяет лучше уяснить смысл критерия М².

Если идеальный (гауссов) и реальный пучки имеют одинаковые диаметры  перетяжки, но разные расходимости (рис. 18. 1 a), то у реального пучка угол расходимости в М² раз больше, чем у идеального, т. е.

                                       (18. 14 6)

Если оба пучка имеют одинаковые углы расходимости , но разные диаметры перетяжки (рис. 18. 1 5), то у реального пучка этот диаметр будет в М² раз больше, чем у идеального, т. е.

                              (18. 14 в)

Если у реального пучка оба этих параметра больше, чем у идеального (рис. 18. 1 в), то можно считать, что каждый из них в Μ раз превышает соответствующий параметр идеального пучка, т. е.

                      (18. 14 г)

Именно рис. 18. 1 в наглядно изображает соотношение между реальным пучком с его высшими модами и якобы «погруженным» в него гауссовым (иде­альным) пучком. Эти соотношения справедливы для геометрически-устойчи­вого резонатора лазера.

Полезным для рассмотрения оказывается и так называемое рэлеевское расстояние

                                         (18. 15)

одинаковое для реального и идеального пучков. Это важно, поскольку означа­ет, что методы лучевой матрицы (матрицы ABCD) и формализм, использую­щий комплексный параметр пучка q, применимы при анализе как идеального, так и реального пучков:

                               (18. 16)

где i — мнимая единица.

При постановке измерительного эксперимента необходимо помнить о си­стеме координат, поскольку между системами координат пучка и лаборатории может существовать различие. Координаты х, у и z определяют взаимно ортогональные оси декартовой системы координат пучка. Оси χ и у располо­жены в плоскости, перпендикулярной пучку, распространяющемуся в направ­лении оси z. Начало координат этой системы находится в опорной плоскости, сертифицируемой изготовителем лазера (например, в плоскости переднего торца корпуса лазерного устройства). Для пучков с сечением в форме эллипса главные плоскости распространения, обозначаемые как χ -z и y-z, содержат соответственно большую и малую оси эллипса.

В принципе главные плоскости распространения излучения не совпадают с плоскостями x'-z, y'-z лабораторной системы координат x't yr, z, поэтому приходится выбирать одну из двух эквивалентных методик:

· если азимутальный угол φ системы координат пучка относительно системы х', у', z известен, то параметры пучка могут быть измерены непо­средственно в системе х, у, z, а угол φ при этом зарегистрирован в процессе измерений;

· если направленности главных осей пучка не известны, они могут быть определены путем измерений двух моментов второго порядка ,  и сме­шанного момента  функции распределения плотности мощности или энергии в лабораторной системе координат; это позволит вычислить ,  и угол  между двумя системами, причем

                      (18. 17)

18. 1. 2. Алгоритмы измерений. При измерении пространственно-энергетических характеристик и параметров лазерного излучения приходится решать одну или несколько из четырех типичных измерительных задач, а именно определения:

1) ширины и диаметра пучка;

2) угла расходимости пучка;

3) коэффициента распространения К или коэффициента превышения ди­фракционного предела ;

4) координаты z0 расположения перетяжки пучка в сочетании с , ,

1. , Κ (или М²).

1. Для определения ширины ,  или диаметра  пучка следует измерить распределение плотности Ε или Η в сечении пучка x', у' с координатой z и при этом найти угол φ. После аппроксимации полученного распределения подходящей функцией, следует вычислить моменты первого порядка , , содержащие информацию о системе координат х, у, z, а затем найти ,  или σ ² так же, как , day или . Вычисления следует произ­водить по формулам (18. 4)—(18. 7), а также (18. 8)—(18. 11).

 

2. Для определения  необходимо использовать безаберрационный фо­кусирующий оптический элемент с фокусным расстоянием f. Измерению подлежит диаметр ; пучка в точке оси, расположенной на расстоянии f от задней главной плоскости фокусирующего элемента. Тогда угол расходимости лазерного пучка до его вхождения в оптический элемент рассчитывается по формуле

                                                  (18. 18)

Для радиально-несимметричных пучков углы расходимости  или  в плоскостях x-y или y-z определяются не по диаметру, а по ширинам пучков.

3. Для определения Кх, Ку или К и, соответственно, ,  или М² необходимо найти ширины перетяжек ,  или диаметр перетяжки  и углы расходимости ,  или .

 

4. Для определения координаты z расположения перетяжки пучка, а также измерения ширин пучка вдоль осей x и у в том же сечении, необходимо учитывать параметры распространения излучения по трассе пучка (вдоль оси z) и использовать аппроксимирующие формулы, зависящие от степени его радиальной симметрии.

 

18. 1. 3. Подготовка к измерениям и выбор элементов измери­тельной аппаратуры. Измерения всех перечисленных параметров базиру­ются на определении функции распределения плотности мощности (энергии) в поперечном сечении пучка выходного лазерного излучения (т. е. вне резона­тора лазера).

Подготовка к измерениям начинается с юстировки измерительной уста­новки, ось которой должна быть коаксиальна измеряемому пучку. Для юс­тировки обычно пользуются вспомогательными лазерами (чаще всего гелий-неоновыми с длиной волны 0, 6328 мкм) и отклоняющими зеркалами. Апертура оптической системы должна вмещать (охватывать) сечение пучка таким об­разом, чтобы его непопадание (т. е. отсекаемая часть) по мощности (энергии) не превосходило 1 % от суммарного измеряемого значения. Ослабители и фор­мирующие оптические элементы должны быть смонтированы таким образом, чтобы оптическая ось проходила через их центры. Во избежание появления систематических погрешностей необходимо предельно минимизировать влия­ние отражений, интерференционных эффектов, внешних засветок, тепловых и конвективных воздушных потоков.

После завершения всех перечисленных приготовлений необходимо убе­диться в том, что измеряемый пучок достигает приемной площадки ОЭИП. С этой целью перед каждым элементом оптической трассы измерительной установки в пучок вводятся поочередно диафрагмы разных диаметров. Диа­фрагма, уменьшающая выходной сигнал на 5 %, должна иметь диаметр мень-: ший, чем 0, 8 апертуры оптического элемента.

Для уменьшения возможных дополнительных погрешностей необходимо принять меры по вибро- и акустической защите установки, ее экранированию от электромагнитных излучений, термостабилизации лаборатории, выбору малошумящих усилителей и пр. В случае измерения пространственно-энерге­тических параметров и характеристик высокоэнергетического лазерного из­лучения необходимо предусмотреть отсутствие по трассе его распространения газов и паров, которые могут поглощать излучение и приводить к термиче­ским искажениям структуры пучка.

Используемый в измерительной аппаратуре ОЭИП должен обладать вы­сокими разрешающей способностью и отношением сигнал/шум (С/Ш), от которых зависит точность получаемых результатов. Отношение С/Ш игра­ет особую роль при измерениях малых плотностей мощности или энергии (например, в пучках слабоинтенсивного лазерного излучения или же в ди­фрагировавших частях широкоапертурных пучков). Опыт показывает, что шум в «крыльях» функции распределения E(x, y, z) или H(x, y, z) может заметно доминировать при вычислении моментов второго порядка. Поэтому приходится перекрывать («блокировать») измеряемый пучок, регистрировать распределение плотности мощности (энергии) фонового излучения, а затем вычитать полученные данные из измеренного распределения с «разблокиро­ванным» пучком.

Основные требования, предъявляемые к ОЭИП, сводятся к следующему:

· сам ОЭИП и электронная измерительная аппаратура, воспринимающая и преобразующая его выходной сигнал, должны быть линейными; нелиней­ность, селективность и ЗХ ОЭИП должны быть скорректированы при калиб­ровке аппаратуры;

· ОЭИП должен быть подобран по лучевой стойкости;

· при работе со сканирующим по сечению пучка устройством необходимо обеспечить пространственную и временную стабильность пучка в течение периода сканирования;

· при измерениях пространственно-энергетических параметров и харак­теристик импульсного лазерного излучения важно согласовать временные параметры импульса с моментом запуска и частотой выборки аппаратуры.

Формирующие, фокусирующие оптические элементы и ослабители не должны искажать распределение интенсивности анализируемого пучка.

Суммарная погрешность, вносимая фокусирующим элементом при изме­рении расходимости, не должна превышать 1 % от ширины пучка.

18. 1. 4. Измерения ширины и диаметра пучка. Перед началом из­мерений лазерное устройство должно быть прогрето в течение по крайней мере одного часа (если сертификат изготовителя не содержит других указа­ний). Далее следует повторить по крайней мере 5 раз измерения функции распределения мощности (энергии) в каждом сечении пучка с координатой z, где определяется его ширина.

Затем с использованием формул (18. 4)—(18. 7) и (18. 17) выполняются со­ответствующие вычисления. Сначала для каждого измерения определяются моменты первого порядка, затем , , и , после чего вычисляются по следующим формулам азимутальный угол φ и ширины пучков  и :

                                                 (18. 19)

              (18. 20)

где

              (18. 21)

                             (18. 22)

Полученные результаты усредняются по количеству выполненных изме­рений, находятся средние значения и стандартные (средние квадратические) отклонения для ширин пучка и угла φ. Если отношение  менее, чем 1, 15: 1, то пучок можно считать радиально-симметричным в данном сечении и использовать уравнения (18. 4)—(18. 7) для вычисления не ширины, а диамет­ра пучка.

18. 1. 5. Измерения угла расходимости. Фокусирующий элемент сле­дует расположить таким образом, чтобы его оптическая ось была коаксиаль-на измеряемому лазерному пучку. Затем измерительную плоскость ОЭИП (приемную площадку его чувствительного элемента) разместить на фокусном расстоянии f от задней главной плоскости фокусирующего элемента, после чего выполнить по крайней мере по пяти измерений  , , или , в этом сечении пучка.

Если пучок радиально-симметричен, то угол расходимости несфокусиро­ванного пучка в дальней зоне вычисляется по формуле

                                                           (8. 23)

где  — диаметр пучка в сечении, удаленном на расстояние f от фокусиру­ющего элемента.

Затем результаты нескольких измерений усредняются, определяется сред­нее значение и стандартное (среднее квадратическое) отклонение угла расхо­димости.

18. 1. 6. Определение совокупности параметров распространения пучка лазерного излучения. Как упоминалось ранее, определение место­положения на оси z перетяжки пучка и ее поперечных размеров требует учета параметров распространения пучка по оптической трассе. Здесь возможны два случая: местоположение перетяжки доступно или нет для прямого изме­рения. Рассмотрим оба случая.

Если перетяжка пучка доступна для прямого измерения, то ее местопо­ложение и стандартное отклонение определяются путем гиперболической ап­проксимации совокупности значений ширины пучка, измеренных в различных его сечениях вдоль оси z. С этой целью измерения производятся по меньшей мере в 10 сечениях вдоль пучка, причем примерно одна половина из них выполняется в пределах рэлеевской длины по любую сторону от перетяжки, а другая — за пределами двойной z_R (см. 18. 17).

Для радиально-симметричных пучков используется гиперболическая ап­проксимация измеренных значений диаметров:

                                      (18. 24)

После определения коэффициентов Л, В, С гиперболы, путем численной или статистической аппроксимации подходящей кривой (например, путем «взвешивания» результатов отсчета диаметров обратно пропорционально их ] дисперсиям) находятся значения z0 и  по следующим формулам:

                                                   (18. 25)

                                          (18. 26)

Примечание. Для радиально-несимметричных пучков методика изме­рений и обработки результатов аналогична, но производится по более слож­ным формулам, приводимым в приложении В к [88].

Если перетяжка пучка не доступна для прямого измерения, то та же мето­дика применима для искусственно формируемой (с помощью безаберрацион­ного фокусирующего элемента) перетяжки. Процедура измерений поясняется рис. 18. 2. Как следует из рис. 18. 2, определению подлежат: расстояние I от фокусирующего элемента до опорной плоскости; расстояние s₂ (или s_2x и s_2y) от искусственно формируемой перетяжки до задней главной плоскости фоку­сирующего элемента;  (или  и ) в месте расположения искусственно формируемой перетяжки.

Тогда

                                        (18. 27)

где s1 (или же s1x и s1y, согласно приложению В к [88]) определяется как

                                                (18. 28)

 

 

Рис. 18. 2. Вычисление местоположения перетяжки пучка лазерного излучения: 1 — лазер; 2 — опорная (референтная) плоскость; 3 — задняя главная плоскость; 4 — фокусирующий элемент

 

где f — фокусное расстояние линзы на рис. 18. 2; z_R2 — рэлеевская длина для искусственно формируемой перетяжки. Тогда диаметр перетяжки  равен

                                     (18. 29)

где V — увеличение системы.

Если s1 (  или ) равно f, то

                                          (18. 30)

в противном случае

                                         (18. 31)

18. 1. 7. Определение К или М². Как упоминалось ранее, для опреде­ления К или Μ ² необходимо измерить диаметр перетяжки и угол расходимо­сти. При этом важно, чтобы измерения угла расходимости выполнялись в той же части пучка, где и ширины перетяжки. Если перетяжка не доступна для прямого измерения, то ее следует искусственно сформировать, и измерения  и  выполнить в одной и той же части пучка.

 

По результатам измерений вычисляется

                                   (18. 32)

а по стандартным отклонениям результатов измерений  и  вычисляется стандартное отклонение К(1/М²).

Как и ранее, гиперболическая формула аппроксимации имеет вид

                                               (18. 33)

Коль скоро коэффициенты А, В, С определены по методике, изложенной в 18. 1. 6, имеем:

                                                   (18. 34)

                                                    (18. 35)

                                         (18. 36)

                                                  (18. 37)

                                         (18. 38)

18. 1. 8. Альтернативные способы измерений поперечных разме­ров пучка лазерного излучения. К числу основных причин, по которым не представляется возможным следовать вышеописанным предписаниям и ре­комендациям, относятся: трудность или невозможность аппроксимации изме­ренного распределения плотности мощности (энергии) аналитической функ­цией; недостаточная разрешающая способность и невысокое отношение С/Ш ОЭИП. С учетом этого в [88] предусмотрены три альтернативных способа измерения ширины пучка и коэффициента К(1/М²). Эти способы основаны на использовании более простой измерительной аппаратуры для определения ширины (поперечных размеров) или диаметра пучка с приемлемой для многих практических случаев точностью.

При этом оказывается справедливым соотношение

 

                                 (18. 39)

 

где Кi — коэффициент распространения, значение которого найдено i-м аль­тернативным способом; ; Ci — коэффициент корреляции между i-м альтернативным и описанным ранее стандартизованным способом. В [88] рекомендованы следующие альтернативные способы:

· варьируемой диафрагмы, ci = 1, 14;

· движущегося острого края, сi = 0, 81;

· движущейся щели, Ci = 0, 95.

Следует, однако, учитывать, что приводимые значения Ci проверены и справедливы при выполнении ряда условий, а именно:

· —           пучки газовых лазеров с устойчивой геометрией резонаторов и мощно­стью излучения до 10 Вт; мощность СОг лазеров может достигать 100 Вт; пучки радиально-симметричны; 1 Μ 2  4.

Для лазеров других типов и при М² > 4 значения Сi должны быть прове­рены и подтверждены.

С учетом (18. 39) можно записать:

                                 (18. 40)

или

                           (18. 41)

где di — диаметр или ширина (поперечный размер) пучка, найденный i-м способом.

Способ варьируемой диафрагмы. Варьируемая по диаметру диафраг­ма располагается в плоскости измерений и предназначается для определения прошедшей сквозь нее доли мощности (энергии) в функции от ее диаметра. (Нескорректированное значение  ширины (диаметра) пучка определяется по минимальному диаметру отверстия диафрагмы, сквозь которое проходит 86, 5 % суммарной мощности (энергии) пучка. Способ пригоден лишь для ра-диально-симметричных пучков).

 

Структурная схема способа поясняется рис. 18. 3.

 

Рис·. 18. 3. Структурная схема способа варьируемой диафрагмы: 1 — варьируемая диафраг­ма; 2 — пучок лазерного излучения; 3 — ОЭИП; 4 — лазер

 

К ОЭИП предъявляются те же требования, что описаны в 18. 1. 3. Дополни­тельным требованием служит «перехват» приемной площадкой чувствитель­ного элемента ОЭИП не менее 99 % суммарной мощности (энергии) излучения.

Диафрагмы следует выбирать по диаметрам таким образом, чтобы при пе­реходе от одной к другой уменьшение мощности (энергии) не превышало 5 %. Допускается также использование калиброванных по диаметру диафрагм.

Сначала ОЭИП устанавливается таким образом, чтобы его главная плос­кость была перпендикулярной оси распространения излучения, а центр при­емной площадки не был бы смещен относительно оси пучка на расстояние, превышающее 0, 1 ширины пучка. Для центрирования ОЭИП рекомендует­ся уменьшить диаметр отверстия диафрагмы, чтобы сквозь него проходило около 80% мощности (энергии), после чего перемещать диафрагму в плоско­сти, перпендикулярной пучку, добиваясь максимального значения выходного сигнала ОЭИП. Далее следует убедиться в том, что на приемную площадку ОЭИП падает вся мощность (энергия) пучка. С этой целью в пучок вблизи приемной поверхности ОЭИП, коаксиально оптической оси, нужно ввести диафрагму таким образом, чтобы она перекрывала порядка 30% перифе­рийной активной площади чувствительного элемента. При этом не должно наблюдаться изменений регистрируемого выходного сигнала ОЭИП, пропор­ционального суммарной мощности P0 или энергии Q0 лазерного излучения,

Затем следует ступенчато уменьшать диаметр отверстия диафрагмы, но каждый «скачок» должен приводить к сокращению мощности (энергии) пучка, не превышающему 5 %. При этом последовательно регистрируются зна­чения диаметров d1 и d2, причем d1 больше, a d2 меньше диаметра  отверстия, сквозь которое проходит 86, 5 % P0 или Q0. Помимо значений d1 и d2 регистрируются и соответствующие значения Р1, P2 или Q1, Q2. Диаметр