§2.1.2 Альтернативные методы измерения диаметра пучка

Существуют несколько альтернативных методов измерения размеров пучка, например, метод движущейся щели, метод движущегося острого края (лезвия ножа) и метод варьируемой диафрагмы. Они используются в случае, когда оборудование для регистрации распределения интенсивности обладает большой чувствительностью к шумам или имеет низкое пространственное разрешение. Рассмотрим более подробно каждый из существующих методов.

1. Метод варьируемой диафрагмы

Метод заключается в использовании диафрагмы с изменяющимся диаметром отверстия, которую располагают в плоскости измерения и используют для определения доли мощности диаметров пучка по оси х и у меньше , чем 1,15:1.

Рис 2.4 Схема установки для определения параметров пучка методом переменной по сечению диафрагмы: 1-диафрагма, 2-лазерный пучок, 3-детектор.

Схема установки для измерений диаметра пучка изображена на рис. 2.4. Установка состоит из диафрагмы 1 и детектора 3, который располагают таким образом, чтобы его центр совпадал с оптической осью пучка 2. Сначала измеряют полную мощность пучка . Затем диаметр диафрагмы уменьшают с шагом, который позволяет изменить регистрируемую мощность на 5%. Определяют такое состояние диафрагмы , в котором происходящая мощность составляет 86.5% от .Затем регистрируют следующий больший и следующий меньший диаметры диафрагмы от положения . Для каждого из измеренных диаметров фиксируется соответствующая мощность и .

Диаметр пучка вычисляется по формуле [130]:

, (2.38)

где - коэффициент, равный 1.14 для метода переменной по сечению диафрагмы [130], - так называемый поправочный диаметр пучка, для определения которого используется соотношение:

(2.39)

Выражения для вычисления и угла расходимости принимают вид

(2.40)

(2.41)

где r – расстояние от диафрагмы до детектора.

2. Метод движущегося лезвия ножа

Движущееся лезвие ножа применяется для получения сечения пучка в некоторой области перед детектором, который измеряет переданную мощность как функцию от положения ножа (рис.2.5). Прибор для измерений состот из детектора 2 и ножа 1, расположенного на движущейся платформе 3 с микровинтом 4.

Рис. 2.5. Схема установки для определения параметров пучка методом движущегося ножа: 1-нож, 2-детектор мощности излучения, 3-транслятор, 4-микровинт, 5-лазерный пучок.

Процедура измерения размеров пучка сводится к следующему:

• При помощи детектора 2 измеряют полную мощность пучка 5

• Нож 1 двигают до тех пор, пока движущийся край ножа не уменьшит мощность до 84 % от первоначальной, и записывают положение ножа .

• Продолжают передвижение до тех пор, пока к приемнику измерения мощности 2 будет поступать только 16% от первоначальной мощности и фиксируют положение .

Поправочный диаметр пучка вычисляется по формуле

(2.42)

и соответствующий диаметр пучка находят по формуле (2.38), в которой для данного метода поправочный коэффициент [130].

При измерении эллиптического пучка направление движения ножей должны совпадать с главными осями пучка. Длина ножа должна быть не меньше диаметра чувствительной области датчика. Главные оси определяют следующим образом: Находят два перпендикулярных направления перемещения ножа, для которых значение поправочной ширины пучка, которая вычисляется по формуле (2.42), одинаково. Затем поворачивают найденные направления на , чтобы получить главные оси.