5.4.3.2. Измерение энергии излучения в импульсе и формы сигнала.
После того, как фотоприемник преобразовал оптический сигнал, он поступает на вход осциллографа.
Основной функцией любого осциллографа является отображение
(визуализация) зависимости входного сигнала от времени либо от другого сигнала. Общепринято, что по горизонтали – ось X – откладывается параметр (например, время), а по вертикали – ось Y – откладывается входной сигнал.
В настоящей работе мы будем использовать цифровой осциллограф, потому что именно он позволит нам довольно точно измерить импульсы излучения.
Цифровой осциллограф - это конструктивное объединение аналогового осциллографа и электронно-вычислительной машины. На рис. 9 показана упрощенная структурная схема цифрового осциллографа. "Мозгом" цифрового осциллографа является контроллер или компьютер, который через органы управления обеспечивает связь осциллографа с пользователем, а также управляет всеми узлами осциллографа.
рис.9. Упрощенная структурная схема цифрового осциллографа.
Когда выбранный для синхронизации сигнал проходит через установленный уровень запуска и изменяется в выбранном направлении, блок синхронизации сообщает об этом контроллеру. Контроллер производит оцифровку следующих М точек (М<N), а затем останавливает генератор развертки. Последние записанные в оперативное запоминающее устройство М точек отображаются на экране дисплея. Каждой ячейке оперативного запоминающего устройства соответствует точка на экране по цвету отличающаяся от фона. Её горизонтальная координата определяется номером ячейки, а вертикальная кодовым словом, находящемся в этой ячейке. Таким образом пользователь видит на дисплее изображение входного сигнала. Высокая скорость работы современных электронных схем приводит к тому, что пользователь видит изображение на экране цифрового осциллографа практически в реальном времени.
Цифровые осциллографы позволяют исследовать колебательные процессы с частотой до 50 ГГц. Именно поэтому в своей работе я выбрала такую модель.
Для примера приведу одну из моделей цифрового осциллографа:
Цена заявленной модели 32 847 рублей. ( по данным официального сайта – производителя).
Имея указанную полосу пропускания, данный осциллограф позволит нам измерить интересующий нас импульс.
5.4.4. Система откачки и наполнения активного элемента лазера исследуемыми газами.
Для того что бы откачать, а затем наполнить активный элемент лазеры я использовала вакуумную систему откачки для создания среднего вакуума.
Для повышения надежности и более быстрого создания вакуума я использовала турбомолекулярный насос— один из видов вакуумных насосов, служащий для создания и поддержки высокого вакуума. Действие турбомолекулярного насоса основано на сообщении молекулам откачиваемого газа дополнительной скорости в направлении откачки вращающимся ротором. Ротор состоит из системы дисков. Вакуум, создаваемый турбомолекулярным насосом, до 10−8 Па (10−10 мм рт. ст.). Скорость вращения ротора — десятки тысяч оборотов в минуту. Для работы требует применения форвакуумного насоса. В качестве форвакуумного наноса используют механические водокольцевые, роторно-пластинчатые (самый дешёвый и малопроизводительный вариант), пластинчато-статорные, золотниковые (плунжерные) насосы.
В качестве форвакуумного наноса (1) я использовала вращательный многопластинчатый насос, так как он обладает высокой быстротой действия и низким предельным давлением.
При остановке насоса 1 (рис. 10), закрывая клапан 2 и открывая клапан 3, можно выровнять давление на его входном и выходном патрубках. Манометр 4 необходим для проверки работоспособности насоса 1. Турбомолекулярный насос может начинать откачку с давления 102 Па (~1 торр), но при этом быстрота действия его будет мала, а потребляемая мощность велика в результате тормозящего действия газа, к тому же в насосе будет выделяться заметное количество тепла. Рабочий диапазон впускных давлений турбомолекулярного насоса — 10–7 – 1 Па (10–9 – 10–2 торр). При этом быстрота откачки постоянна. При давлении ниже 10–6 Па (10‑8торр) заметнее становится перетекание водорода и других легких газов со стороны форвакуума в откачиваемый сосуд, их парциальное давление приобретает большую относительно величину, что вызывает уменьшение быстроты действия турбомолекулярных насосов.
Отражатель 5 предотвращает проникновение паров рабочей жидкости насоса 1 в насос 7 и вакуумную камеру 11. Клапаны 6, 18, 19 позволяют работать в режимах «прямой» и «обходной» откачки, соответствующих прохождению откачиваемого газа через оба насоса или через один насос предварительного разряжения. В последнем случае в объекте обеспечивается получение низкого вакуума.
Манометр 20 позволяет определить эффективность работы отражателя 5, а манометр 8 при закрытом клапане 18 контролирует предельное давление насоса 7.
Активный элемент снабжен электрическими 9 и механическими выводами 10, манометром 12, газоанализатором 13, клапаном 14 для подключения течеискателя и клапанов 15, 17 с гигроскопатором 16 для напуска воздуха в вакуумную камеру. Гигроскопатор 16 предотвращает попадания в вакуумную камеру паров воды, содержащихся в атмосферном воздухе, что существенно сокращает время откачки вакуумной камеры до рабочего давления.
После создания рабочего давления в вакуумной камере 11 с помощью вакуумных клапанов 21 из соответствующих баллонов напускаем рабочий газ, так называемую лазерную смесь. Лазерная смесь представляет собой смесь гелия, азота и углекислого газа в соотношении He:N2:CO2 = 3:1:1 с общим давлением от одной трети до одной атмосферы, возможно применение также смеси с более высоким содержанием гелия вплоть до He:N2:CO2 = 10:1:1.
Вакуумная система для откачки и наполнения изучаемого мной лазера показана на рис.10.