×
11.04.2019
219.017.0b2d

Способ формирования лазерного излучения эталонной мощности

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области энергетической фотометрии и касается способа формирования лазерного излучения эталонной мощности. Способ включает в себя ослабление мощности лазерного излучения от выбранного источника с помощью основного вращающегося механического ослабителя из поглощающего материала с угловой прорезью, измерение полученной мощности Р с помощью эталонного приемника, расчет эталонной мощности Р лазерного излучения и формирование лазерного излучения эталонной мощности Р. При формировании лазерного излучения эталонной мощности используют вспомогательный вращающийся механический ослабитель в виде углового фрагмента, по форме повторяющий указанную угловую прорезь. Эталонную мощность сформированного лазерного излучения рассчитывают как Р=Р⋅К/К, где К - коэффициент ослабления основного ослабителя, а К - вспомогательного. Технический результат заключается в повышении точности воспроизведения эталонной мощности. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области энергетической фотометрии, а именно, к способам формирования лазерного излучения эталонной мощности и может быть использовано в сфере метрологии параметров оптического излучения для обеспечения высокоточных измерений и масштабных преобразований уровня средней мощности лазерного излучения при воспроизведении и передаче ее единицы по ступеням поверочных схем.

При измерении или передаче единицы средней мощности непрерывного коллимированного лазерного излучения по ступеням ряда поверочных схем, например, в области традиционных лазеров и волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) часто возникает необходимость масштабных преобразований этого параметра. Весьма простым способом решения этой задачи является использование механических ослабителей, аттестация которых с определением коэффициента ослабления может быть проведена независимыми методами с использованием, например, высокоточных средств измерений угловых или линейных размеров рабочих элементов этих ослабителей. В пользу применения таких устройств свидетельствует то, что во главе названных поверочных схем используется высокоточная калориметрическая техника, характеризующаяся достаточно большой инерционностью, обеспечивающая высокоточные измерения средней мощности не только непрерывного, но и импульсно-периодического излучения при частотах модуляции (50-100) Гц и более, образующегося на выходе механических ослабителей. Анализ характеристик применяемой, например, в действующем в области ВОСП эталоне ГЭТ 170-2013 аппаратуры, выявил возможность значительного расширения диапазона воспроизводимых на его ступени значений средней мощности оптического излучения как в сторону увеличения, так и уменьшения этих значений.

Из уровня техники известен способ формирования высокостабильного лазерного излучения, включающий ослабление мощности лазерного излучения от источника с помощью основного вращающегося механического ослабителя из поглощающего материала с ответными полукруговыми прорезями (см. патент CN 202230246, кл. G01J 1/04, опубл. 23.05.2012). Однако, известный способ не позволяет варьировать мощность излучения в широких пределах и может быть использован в метрологических целях.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ формирования лазерного излучения эталонной мощности, включающий ослабление мощности лазерного излучения от выбранного источника с помощью вращающегося механического ослабителя из поглощающего материала с угловой прорезью, измерение полученной мощности Рэ с помощью эталонного приемника, расчет эталонной мощности Рм лазерного излучения и формирование лазерного излучения эталонной мощности Рм, реализованный при калибровке Государственного рабочего эталона единицы средней мощности непрерывного и импульсно-модулированного излучения 1 разряда в диапазоне от 0,05 до 5 Вт на эталоне ГЭТ 170-2013 (см. А.И. Глазов, М.Л. Козаченко, С.В. Тихомиров, Н.П. Хатырев. «Государственный рабочий эталон единицы средней мощности оптического излучения для волоконно-оптических систем и лазеров. // Измерительная техника, 2016, №3, С. 7-11). Согласно этому способу лазерное излучение от источника направляют по волоконно-оптическим кабелям к оптической скамье, с помощью которой формируют открытый коллимированный пучок лазерного излучения, и располагают ослабитель на пути указанного открытого пучка, а ослабленное лазерное излучение от оптической скамьи по волоконно-оптическим кабелям направляют к приемнику.

Описанный выше способ позволяет при использовании независимо калибруемого механического ослабителя раздвинуть границы воспроизводимых значений единицы средней мощности от (5⋅10-4-10-3) Вт до (10-5-5⋅10-2) Вт. Учитывая, что в настоящее время на практике начинают все шире использоваться источники непрерывного и импульсно-периодического оптического излучения, вывод которого осуществляется с помощью волоконно-оптических световодов, а рабочий диапазон средней мощности достигает (20-200) мВт, расширение пределов работы Государственного эталона до приведенных выше уровней может существенно улучшить метрологическое обеспечение в областях, где применяются подобные источники.

Однако сопутствующее развитию лазерной и измерительной техники повышение требований к точности и надежности, достигаемые за счет уменьшения погрешностей воспроизведения и передачи энергетических единиц лазерного излучения в соответствии с поверочными схемами между эталонами различных рангов и рабочими средствами измерений (РСИ), вызывает необходимость постоянного поиска все более эффективных схемотехнических решений применяемых при этом устройств, направленных на дальнейшую минимизацию влияния многих негативных факторов. В частности, недостатком наиболее близкого аналога является возникновение неколлимированного рассеянного потока излучения, вызываемого дифракцией проходящего внутри волоконно-оптической скамьи через ослабитель коллимированного пучка при его взаимодействии с кромками прорези ослабителя в моменты пересечения ими ослабляемого потока. Это, в свою очередь, приводит к потерям созданного таким образом неколлимированного излучения при вводе его в волоконно-оптический кабель с помощью фокусирующей системы скамьи. Поскольку такие потери имеют место только при работающем ослабителе и не проявляется при выводе его из области пучка, то оценка средней мощности излучения на выходе скамьи оказывается несколько меньше ее реального значения. Иными словами реализация известного способа формирования лазерного излучения эталонной мощности связана с возникновением некоторой трудно учитываемой неопределенности в оценке средней мощности излучения на выходе.

Поскольку в настоящее время требования к надежности и точности измерений средней мощности излучения начинают достигать значений 0,005%, то на дополнительный фактор влияния дифракции и вызванные этим потери излучения в волоконно-оптической скамье, следует обратить должное внимание.

Таким образом, технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание способа формирования лазерного излучения эталонной мощности, соответствующего современным метрологическим требованиям. Технический результат заключается в повышении точности воспроизведения эталонной мощности. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу формирования лазерного излучения эталонной мощности, включающему ослабление мощности лазерного излучения от выбранного источника с помощью основного вращающегося механического ослабителя из поглощающего материала с угловой прорезью, измерение полученной мощности Рэ с помощью эталонного приемника, расчет эталонной мощности Рм лазерного излучения и формирование лазерного излучения эталонной мощности Рм, при формировании лазерного излучения эталонной мощности используют вспомогательный вращающийся механический ослабитель в виде углового фрагмента, по форме повторяющий указанную угловую прорезь, а эталонную мощность сформированного лазерного излучения рассчитывают как Рмэ⋅Ков, где Ко - коэффициент ослабления основного ослабителя, а Кв - вспомогательного. Могут быть использованы основной ослабитель в виде диска и вспомогательный в виде пластины или основной ослабитель в виде цилиндра и вспомогательный в виде цилиндрического сектора. Лазерное излучение от источника предпочтительно направляют по волоконно-оптическим кабелям к оптической скамье, с помощью которой формируют открытый коллимированный пучок лазерного излучения, и располагают ослабители на пути указанного открытого пучка, а ослабленное лазерное излучение от оптической скамьи по волоконно-оптическим кабелям направляют к приемнику.

На фиг. 1 представлена установка для формирования лазерного излучения с основным ослабителем (первый этап);

на фиг. 2 - вид основного ослабителя в плоскости, перпендикулярной его оси;

на фиг. 3 представлена установка для формирования лазерного излучения с вспомогательным ослабителем (второй этап);

на фиг. 4 - вид вспомогательного ослабителя в плоскости, перпендикулярной его оси.

Установка для реализации предлагаемого способа содержит источник лазерного излучения 1, соединенный волоконно-оптическим кабелем 2 с волоконно-оптической скамьей 3, внутри которой формируется участок открытого коллимированного пучка излучения. В указанный открытый участок может вводиться и выводиться основной механический ослабитель 4 излучения, выполненный в виде вращающегося диска или цилиндра (на чертежах не показано) и имеющий сквозную прорезь 5 с радиально ориентированными острыми стенками, угол между которыми составляет n°. Выходящий из скамьи 3 волоконно-оптический кабель 6 соединен с эталонным приемником 7, выполненным в виде преобразователя средней мощности из состава эталона, выходные сигналы которого обрабатываются и представляются в виде информации об уровне средней мощности воздействующего на этот преобразователь излучения Рэ. Основной ослабитель 4 приводится во вращение электродвигателем 8, а стенки его прорези 5 скошены в сторону приемника 7.

Кроме того установка содержит вспомогательный ослабитель 9, рабочий элемент которого выполнен в виде вращающегося углового фрагмента в виде пластины (на чертежах не показано) или цилиндрического сектора, по форме повторяющего указанную угловую прорезь 5, грани которого ориентированы в радиальном направлении под углом m° и имеют скошенные грани. В случае установки ослабителя 9, волоконно-оптический кабель 6 соединяют с рабочим средством измерения 10. Рабочий элемент вспомогательного ослабителя 9 имеет поглощающее излучение покрытие и приводится во вращение с помощью электродвигателя 11, а его стенки его скошены в сторону приемника рабочего средства измерения 10.

Длина прорези 5 и вспомогательного ослабителя 9 в радиальном направлении должны превышать диаметр пучка лазерного излучения не менее чем в (1,2-1,3), а их верхняя кромка - перекрывать область пучка излучения на расстояние не менее чем на (0,2-0,3) его диаметра. Ослабители 4, 9 выполняют из непрозрачного для лазерного излучения материала, обладающего высокой теплопроводностью, а на их поверхности наносят хорошо поглощающие излучение покрытия, например, чернение. Охлаждение элементов 4 и 9 происходит при их вращении за счет теплообмена с окружающей воздушной средой.

Установку дополнительно снабжают компьютером для автоматического управления ее работой (в том числе и при проведении измерительных процессов с многократными измерениями и обработкой всей измерительной информации с автоматической выдачей протоколов полученных результатов), средствами отображения информации в виде индикатора, дисплея или аналого-цифровых преобразователей, а также контрольным средством измерений средней мощности проходного типа для учета нестабильности используемого лазера (на чертежах не показано). Ослабители 4 и 9 могут в соответствии с заданным алгоритмом вводиться и выводиться в область коллимированного пучка излучения, сформированного в проеме волоконно-оптической скамьи 3, с помощью устройств для автоматических линейных перемещений.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

На первом этапе включают электродвигатель основного ослабителя 9 и лазерный источник 1. При этом излучение источника по состыкованному с ним волоконно-оптическому кабелю 2 подают на вход волоконно-оптической скамьи 3, где оно на некотором участке своего пути трансформируется в открытый коллимированный пучок, упирающийся в основной ослабитель 4. Наибольшая доля пучка лазерного излучения поглощается этим основным ослабителем 4, а наименьшая, периодически проскакивающая через прорезь 5, преобразуется в ослабленный по средней мощности импульсно-модулированный поток, входящий в выходной волоконно-оптический кабель 6, по которому он поступает на вход эталонного приемника 7, обеспечивающего измерение полученной мощности Рэ.

На втором этапе эталонный приемник 7 отсоединяют от волоконно-оптического кабеля 6, после чего ослабитель 4 выводят из области коллимированного пучка в волоконно-оптической скамье 3, а на его место вводят вспомогательный ослабитель 9, предварительно включив его электродвигатель 11. При этом на выходе кабеля 6 формируют лазерное излучение эталонной мощности, которая может быть рассчитана как:

Рмэ⋅Ков,

где Ко=360°/n° - определяемый геометрически коэффициент ослабления ослабителя 4, а Кв=360°/(360°-m°) определяемый геометрически коэффициент ослабления вспомогательного ослабителя 9.

При этом рабочие кромки вспомогательного ослабителя 9 на втором этапе, точно так же как и рабочие кромки прорези 5 основного ослабителя 4 на первом этапе, взаимодействуют внутри скамьи с пучком коллимированного излучения, пространственные и энергетические параметры которого остаются на этих этапах неизменными. Поэтому занижение оценки средней мощности излучения на выходе волоконно-оптического кабеля 6 при ее оценке на первом этапе приводится в соответствие реальному значению. Объясняется это тем, что на каждом этапе имеет место дифракция излучения на идентичных кромках рабочих элементов основного 4 и вспомогательного 9 ослабителей, что уравнивает потери неколлимированного излучения на этих стадиях и позволяет подавить связанную с этим фактором погрешность измерений.

Проведенные испытания показали, что использование предлагаемого способа формирования лазерного излучения эталонной мощности в процессе воспроизведения и передачи ее единицы поверяемым средствам измерений позволяет при поверке и калибровке обеспечить достижение современных требований к точности измерений средней мощности оптического излучения для эталонной техники на уровне (0,01-0,005)%.


Способ формирования лазерного излучения эталонной мощности
Способ формирования лазерного излучения эталонной мощности
Способ формирования лазерного излучения эталонной мощности
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 12.
09.08.2018
№218.016.7a73

Измеритель мощности лазерного излучения

Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к энергетической фотометрии, и может быть использовано для проведения измерений больших уровней средней мощности коллимированного лазерного излучения. Измеритель мощности лазерного излучения содержит поглощающую полость с входным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663544
Дата охранного документа: 07.08.2018
18.01.2019
№219.016.b162

Установка для измерения микрорельефа поверхности с использованием метода фазовых шагов

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении. Установка для измерения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677239
Дата охранного документа: 16.01.2019
22.01.2019
№219.016.b2a8

Способ измерения концентрации аналита в плазме крови

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов, а именно к способам измерения параметров наночастиц, взвешенных в жидкости, оптическими методами, и может быть использовано для определения концентрации аналита в плазме крови. Способ состоит из подготовки исходного коллоидного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677703
Дата охранного документа: 21.01.2019
11.03.2019
№219.016.dbed

Устройство для прецизионного измерения временных характеристик импульсного оптического излучения

Изобретение относится к области изучения оптического импульсного излучения, в частности к измерению временных параметров оптических импульсов. Источниками импульсного излучения могут быть любые быстропротекающие процессы естественного или искусственного происхождения, сопровождающиеся световой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002452926
Дата охранного документа: 10.06.2012
14.05.2019
№219.017.518f

Способ калибровки/поверки средств измерения мощности лазерного излучения

Изобретение относится к фотометрии, а именно к способам калибровки/поверки средств измерений большой мощности лазерного излучения, и может быть использовано в метрологических целях. Способ калибровки/поверки средств измерений мощности лазерного излучения заключается в том, что исходный пучок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687303
Дата охранного документа: 13.05.2019
09.06.2019
№219.017.7689

Эталонное устройство для передачи размера единицы средней мощности оптического излучения, поверки и калибровки средств измерений средней мощности оптического излучения, оптических аттенюаторов и источников оптического излучения в волоконно-оптических системах передачи

Устройство для повышения точности поверки и калибровки содержит стабилизированный источник лазерного излучения с выходным волоконно-оптическим (ВО) разъемом, регулируемый оптический аттенюатор с входным и выходным ВО разъемами, эталонный ваттметр со входньм оптическим разъемом, измерительный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002271522
Дата охранного документа: 10.03.2006
01.09.2019
№219.017.c59c

Устройство измерения коэффициента поглощения образца

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения коэффициента поглощения образца, и может быть использовано в ходе исследования оптических характеристик материалов и покрытий, в том числе отражательной и поглощательной способности, их зависимости от угла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698520
Дата охранного документа: 28.08.2019
02.10.2019
№219.017.d115

Установка для производства оптических микрорезонаторов

Изобретение относится к установкам для производства оптических микрорезонаторов. Техническим результатом является повышение качества микрорезонаторов. Установка для производства оптических микрорезонаторов содержит механическую подвижку с держателем заготовки оптического волокна и устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700129
Дата охранного документа: 12.09.2019
05.02.2020
№220.017.fe67

Измеритель мощности лазерного излучения

Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к энергетической фотометрии, и может быть использовано для дискретных измерений больших уровней мощности широких пучков лазерного излучения. Измеритель мощности лазерного излучения содержит медный стержневой приемный элемент,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713055
Дата охранного документа: 03.02.2020
23.02.2020
№220.018.0586

Способ оценки агрегации наночастиц в коллоидных растворах

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов. Предложен способ оценки агрегации наночастиц в коллоидных растворах. Способ включает направление лазерного излучения в кювету с исследуемым раствором, фокусировку в объеме внутри раствора, сбор рассеянного излучения и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002714751
Дата охранного документа: 19.02.2020
Показаны записи 1-7 из 7.
19.01.2018
№218.016.04c2

Эталонный источник лазерного излучения для калибровки измерителей мощности

Изобретение относится к области энергетической фотометрии и может быть использовано при калибровке средств ее измерений. Устройство включает непрерывный лазерный излучатель, каскад диафрагм и эталонный преобразователь. Эталонный преобразователь содержит термостат и идентичные рабочий и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630857
Дата охранного документа: 13.09.2017
25.06.2018
№218.016.661c

Эталонная установка единицы мощности лазерного излучения и световод для нее

Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к энергетической фотометрии, и может быть использовано в составе эталонной техники для метрологического обеспечения высокоточной поверки средств измерений средней мощности коллимированного лазерного излучения. Световод выполнен в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658512
Дата охранного документа: 21.06.2018
09.08.2018
№218.016.7a73

Измеритель мощности лазерного излучения

Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к энергетической фотометрии, и может быть использовано для проведения измерений больших уровней средней мощности коллимированного лазерного излучения. Измеритель мощности лазерного излучения содержит поглощающую полость с входным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663544
Дата охранного документа: 07.08.2018
25.08.2018
№218.016.7ed5

Способ синхронизации или сличения шкал времени и устройство для его осуществления (варианты)

Предлагаемое изобретение относится к способу синхронизации или сличения шкал времени удаленных объектов путем передачи высокостабильных сигналов времени с применением волоконно-оптической линии, соединяющей объекты, и к устройству для его осуществления, состоящему из двух составных частей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664825
Дата охранного документа: 22.08.2018
01.09.2019
№219.017.c59c

Устройство измерения коэффициента поглощения образца

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения коэффициента поглощения образца, и может быть использовано в ходе исследования оптических характеристик материалов и покрытий, в том числе отражательной и поглощательной способности, их зависимости от угла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698520
Дата охранного документа: 28.08.2019
05.02.2020
№220.017.fe67

Измеритель мощности лазерного излучения

Изобретение относится к области оптических измерений, а именно к энергетической фотометрии, и может быть использовано для дискретных измерений больших уровней мощности широких пучков лазерного излучения. Измеритель мощности лазерного излучения содержит медный стержневой приемный элемент,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713055
Дата охранного документа: 03.02.2020
01.05.2020
№220.018.1aad

Лазерный дальномер

Изобретение относится к измерительной технике, для измерения расстояния до различных предметов. В лазерный дальномер входит задающий генератор с устройством синхронизации, который формирует непрерывную серию псевдослучайных последовательностей в виде электрических импульсов, поступающих на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720268
Дата охранного документа: 28.04.2020
+ добавить свой РИД