專利名稱：激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到光學(xué)測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，特指一種化學(xué)激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
小信號(hào)增益系數(shù)是激光器的一個(gè)重要參數(shù)，它和飽和光強(qiáng)共同決定最大提取光強(qiáng)，可以為光腔的設(shè)計(jì)以及腔鏡最佳透過(guò)率的選擇提供參考，也是數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)比較的一個(gè)判據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，在激光器的小信號(hào)增益方面采用的方法有衰減法、變耦合率法、放大法等等，一般使用的是放大法。要研究激活介質(zhì)流場(chǎng)方向上的增益分布，細(xì)光束快速掃描是很好的一種實(shí)驗(yàn)方法。在以前的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)中，根據(jù)掃描裝置而分，可以分為兩類一類是轉(zhuǎn)鏡和凹面鏡的組合或者轉(zhuǎn)鏡和凸透鏡的組合作為掃描器件的測(cè)量裝置，其基本思路是將平面鏡作為轉(zhuǎn)鏡固定在轉(zhuǎn)軸上，裝在聚焦元件的焦點(diǎn)處，當(dāng)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)轉(zhuǎn)鏡反射的光束入射到聚焦元件上，從聚焦元件出射的光束作平行掃描。轉(zhuǎn)鏡和凸透鏡的組合作為掃描裝置，參見(jiàn)文獻(xiàn)R.A.Chodzko et al；Zero-Power-Gain Measurements in CW HF(DF)Laser by Means of a Fast Scan Technique，IEEE J.Quant.Electr，Vol.QE.12，660~664，November 1976(理查德.A.查德科等人；“應(yīng)用快速掃描技術(shù)測(cè)量連續(xù)波HF(DF)激光器的小信號(hào)增益系數(shù)”，國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)，量子電子學(xué)期刊，第12卷，660~664，1976-11)。對(duì)于短焦距的凸透鏡和轉(zhuǎn)鏡組成的掃描裝置，在轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)掃描過(guò)程中，保持上述凸透鏡的焦點(diǎn)和轉(zhuǎn)鏡上的入射點(diǎn)精確重合很困難，為了減小轉(zhuǎn)鏡和凸透鏡的組合對(duì)于焦點(diǎn)和入射點(diǎn)的不重合引起的誤差，凸透鏡的焦距必須足夠大；轉(zhuǎn)鏡和凹面鏡組合作為掃描裝置(多麗萍，轉(zhuǎn)鏡掃描測(cè)量超音速氧碘化學(xué)激光器二維增益分布，強(qiáng)激光與粒子束，Vol.11，No.4，1999)，同樣存在上述問(wèn)題。另一類測(cè)量裝置是平面鏡或者潛望鏡系統(tǒng)作為掃描器件，其基本思路是通過(guò)掃描系統(tǒng)沿一定的直線方向移動(dòng)，經(jīng)過(guò)掃描系統(tǒng)出射的光束作平行掃描。此掃描器件由兩面平面鏡和導(dǎo)軌構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但掃描50mm，需要6s，掃描速度較慢，參見(jiàn)文獻(xiàn)Kenneth T.Yano and Henry M.Bobitch Smll-Signal Gain Measurements in a CW Chemical Laser，IEEE J.Quant.Electr，VOL.QE-14，12~16，January 1978(肯尼斯T.亞努和亨利M.鮑比茨；“連續(xù)波化學(xué)激光器的小信號(hào)增益測(cè)量”，國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)，量子電子學(xué)期刊，第14卷，12~16，1978-1)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、安裝使用簡(jiǎn)便且可以很容易的得到較大的掃描距離和較快掃描速度的激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出的解決方案為一種激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于它包括主測(cè)箱、增益信號(hào)探測(cè)箱以及用來(lái)處理主測(cè)箱、增益信號(hào)探測(cè)箱所采集信號(hào)的計(jì)算機(jī)，主測(cè)箱和增益信號(hào)探測(cè)箱平行放置在待測(cè)激光器的增益發(fā)生器的兩側(cè)，所述主測(cè)箱內(nèi)在光路上依次設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的掃描組件、第二分束鏡、聚焦透鏡、探測(cè)器，所述增益信號(hào)探測(cè)箱內(nèi)在光路上依次設(shè)有聚焦透鏡、探測(cè)器，計(jì)算機(jī)通過(guò)電纜分別與主測(cè)箱、增益信號(hào)探測(cè)箱內(nèi)的探測(cè)器相連，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的掃描組件由兩面成固定夾角的平面反射鏡組成。
所述兩面成固定夾角反射鏡安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
本實(shí)用新型進(jìn)一步將所述固定夾角反射鏡安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、本實(shí)用新型激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置，在經(jīng)過(guò)掃描裝置后把測(cè)量光和參考光分開(kāi)，避免了由于掃描裝置的振動(dòng)引入的誤差，減小了空氣等不確定因素的影響，從而提高了激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量值的精確度；2、本實(shí)用新型激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置的掃描組件使用固定夾角反射鏡，在減小整套測(cè)量裝置尺寸的同時(shí)，又可避免轉(zhuǎn)鏡和聚焦元件組合的掃描裝置在掃描過(guò)程中可能出現(xiàn)的由于聚焦元件焦點(diǎn)和轉(zhuǎn)鏡上的入射點(diǎn)不重合造成的掃描光束不平行，使增益測(cè)量值存在非人為誤差。


圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的光學(xué)原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例主測(cè)箱的結(jié)構(gòu)布局示意圖；圖3是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例增益信號(hào)探測(cè)箱的結(jié)構(gòu)布局示意圖；圖4是本實(shí)用新型的工作原理示意圖。
圖中各標(biāo)號(hào)表示10、主測(cè)箱11、準(zhǔn)直光筆12、調(diào)光孔 13、第一分束鏡14、平面反射鏡 15、掃描組件 16、第二分束鏡17、聚焦透鏡18、平面反射鏡 19、散射屏110、探測(cè)器
20、增益信號(hào)探測(cè)箱21、衰減片 22、聚焦透鏡 23、平面反射鏡24、散射屏 25、探測(cè)器30、計(jì)算機(jī)40、待測(cè)激光器具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型的一種激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置，它包括主測(cè)箱10、增益信號(hào)探測(cè)箱20以及用來(lái)處理主測(cè)箱10、增益信號(hào)探測(cè)箱20所采集到信號(hào)的計(jì)算機(jī)30。主測(cè)箱10和增益信號(hào)探測(cè)箱20根據(jù)待測(cè)激光器40的位置，平行放置在待測(cè)激光器40的增益發(fā)生器的兩側(cè)，主測(cè)箱10箱體上掃描光線的出口狹縫平行且正對(duì)待測(cè)激光器40的布儒斯特窗口，增益探測(cè)箱20箱體上掃描光線的接收狹縫平行且正對(duì)另外一側(cè)的布儒斯特窗口。主測(cè)箱10的箱體內(nèi)在光路上依次設(shè)有第一分束鏡13、掃描組件15、第二分束鏡16、聚焦透鏡17、散射屏19、探測(cè)器110，增益信號(hào)探測(cè)箱20內(nèi)在光路上依次設(shè)有聚焦透鏡22、散射屏24和探測(cè)器25，計(jì)算機(jī)30通過(guò)電纜分別與主測(cè)箱10、增益信號(hào)探測(cè)箱20相連，主測(cè)箱10內(nèi)的掃描組件15為固定夾角反射鏡，固定夾角反射鏡由兩面成固定夾角的平面反射鏡安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上構(gòu)成，所需的兩面平面反射鏡的最小長(zhǎng)度均小于掃描長(zhǎng)度。主測(cè)箱10出射的平行掃描光束，垂直掃描待測(cè)激光器40的增益區(qū)，經(jīng)過(guò)待測(cè)激光器40增益區(qū)的平行掃描光束，由增益信號(hào)探測(cè)箱20采集光信號(hào)。這樣，入射到固定夾角的平面反射鏡上的光束不動(dòng)，當(dāng)固定夾角的平面反射鏡在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從固定夾角反射鏡出射的光束作平行掃描。各種元器件分別固定在支架上，整套裝置中的支架均可以進(jìn)行二維調(diào)節(jié)，光學(xué)器件均可以直接購(gòu)買(mǎi)使用；選取透鏡的直徑，以直徑為中心截取寬度為50mm的長(zhǎng)條，作為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例使用的透鏡。在設(shè)計(jì)中，已經(jīng)對(duì)固定夾角反射鏡的兩平面反射鏡之間的夾角已經(jīng)作了最佳化。理論上，夾角的取值范圍[0°，180°]。但考慮到，要使固定夾角平面反射鏡的掃描長(zhǎng)度和固定夾角平面反射鏡的半徑的比值最大，從而使固定夾角平面反射鏡的各參數(shù)最佳化。
如圖2和圖3所示的較佳實(shí)施例中，主測(cè)箱10的箱體內(nèi)各部件依其功能可分為兩組，一組是用來(lái)監(jiān)測(cè)激光波長(zhǎng)的元器件組，在其光路上依次設(shè)有準(zhǔn)直光筆11、調(diào)光孔12、第一分束鏡13和平面反射鏡14，其中調(diào)光孔12和準(zhǔn)直光筆11形成第一直線，該第一直線和設(shè)有調(diào)光孔12的箱體側(cè)板垂直，沿第一直線依次設(shè)有第一分束鏡13和平面反射鏡14，第一分束鏡13和該第一直線的夾角為155°，平面反射鏡14和第一直線的夾角為45°；另一組是用來(lái)監(jiān)測(cè)參考光的元器件組，在其光路上依次設(shè)有準(zhǔn)直光筆11、調(diào)光孔12、第一分束鏡13、固定夾角平面反射鏡、第二分束鏡16、聚焦透鏡17、平面反射鏡18、散射屏19、探測(cè)器110。固定夾角平面反射鏡在上述第一直線的右側(cè)，使固定夾角平面反射鏡中的反射鏡和鄰近的側(cè)板的夾角為52°。固定夾角平面反射鏡后的第二分束鏡16上端與固定夾角平面反射鏡的上端在同一條直線上，形成第二直線，該第二直線平行于調(diào)光孔12所在的直線，且此第二分束鏡16和第二直線的夾角為45°。在第二分束鏡16的反射光方向上，有聚焦透鏡17和平面反射鏡18，三者的中心在一條直線上，形成第三直線，且此第三直線和相應(yīng)的側(cè)板平行。聚焦透鏡17經(jīng)平面反射鏡18折疊光路后，會(huì)聚于散射屏19上。聚焦透鏡17和平面反射鏡18的距離為200mm，平面反射鏡18中心到散射屏19中心的距離為300mm，聚焦透鏡17的焦距為500mm。
光線經(jīng)過(guò)第一分束鏡13后，分為兩部分，透射部分為監(jiān)測(cè)光，反射部分為參考光和測(cè)量光；經(jīng)過(guò)第二分束鏡16后，分為兩部分，透射部分為測(cè)量光，反射部分為參考光。在增益探測(cè)箱20的箱體內(nèi)用來(lái)測(cè)量測(cè)量光的元器件，沿測(cè)量光方向，依次為線光闌校正板、衰減片21、聚焦透鏡22、平面反射鏡23、散射屏24、探測(cè)器25。沿光束傳播方向，靠近增益探測(cè)箱接收狹縫處，且和其平行的為衰減片21，衰減片21和接收狹縫相距20mm；在其后20mm處為聚焦透鏡22，聚焦透鏡22光軸方向上240mm處為平面反射鏡23，平面反射鏡23和側(cè)面板的夾角為45°，在垂直于光軸方向上，相應(yīng)于平面反射鏡23的中心直線上為散射屏24，散射屏24和平面反射鏡23的距離為260mm，散射屏24和側(cè)面板的夾角為45°，聚焦透鏡22采用凸透鏡，該凸透鏡的焦點(diǎn)處安放散射屏24接收光束，然后使用探測(cè)器25接收信號(hào)。入射光線不動(dòng)，當(dāng)固定夾角平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，出射光線作平行掃描。兩面成固定夾角平面反射鏡的夾角可在較大范圍內(nèi)取值，范圍為(0°，180°)；固定夾角平面反射鏡中反射鏡的長(zhǎng)度要滿足可在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，始終可以反射入射光；兩平面反射鏡的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)角、初始入射角、兩平面反射鏡之間的夾角等參數(shù)有關(guān)，滿足關(guān)系式L1=r{[cosα*csc(α-θ)*sinω-cos(θ+ω)]2+[csc(α-θ)sinα*sinω-sin(ω+θ)]2}12]]>-|rcscα*sin(α-ω|L2＝|r*csc(α+φ)*sin(α-ω)|-|r*csc(α-θ+φ)*sin(α-θ-ω)|式中各參數(shù)如下r轉(zhuǎn)臺(tái)圓心O到兩平面反射鏡的夾角頂點(diǎn)R的距離，α為固定夾角平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)前入射光線和第一面平面反射鏡之間的夾角(不動(dòng)的入射光線入射到的平面反射鏡)，ω為連線OR與第一面平面反射鏡所在直線RA的夾角。
如圖4所示的本實(shí)用新型的工作原理流程示意圖，本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下步驟一調(diào)節(jié)測(cè)量裝置。使用準(zhǔn)直光筆11作為導(dǎo)引光，調(diào)整各器件的位置，使各器件均在光路上的合適位置并鎖定好各自的位置，然后拆掉準(zhǔn)直光筆11，利用調(diào)光孔12調(diào)整探針光束的方向，使其和導(dǎo)引光的光路重合，最后拆掉調(diào)光孔12防止衍射效應(yīng)。步驟二設(shè)置待測(cè)激光器40的工作參數(shù)，開(kāi)啟待測(cè)激光器40，開(kāi)始掃描測(cè)量。步驟三兩探測(cè)箱通過(guò)各自探測(cè)器以及A/D卡同時(shí)采集信息，且都儲(chǔ)存在RAM中。探針光通過(guò)調(diào)光孔12后，入射到第一分束鏡13上，透射部分經(jīng)平面反射鏡18反射后，入射到箱子外面的光譜儀；反射部分入射到固定夾角平面反射鏡上，出射光束隨固定夾角平面反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)作平行掃描。掃描光束經(jīng)過(guò)第二分束鏡16，反射部分經(jīng)凸透鏡聚焦到散射屏19上，由探測(cè)器110探測(cè)，信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)30；透射部分入射到增益介質(zhì)，經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)后的光束入射到增益信號(hào)探測(cè)箱20，經(jīng)過(guò)衰減片21衰減后，通過(guò)聚焦透鏡22聚焦到散射屏24上，由探測(cè)器25探測(cè)，信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)30。在計(jì)算機(jī)30中，參考光和探測(cè)光同時(shí)采集數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)兩兩互相對(duì)應(yīng)，根據(jù)小信號(hào)增益系數(shù)的公式g=1Lln(I1I0)]]>編寫(xiě)程序，對(duì)于每一組數(shù)據(jù)，根據(jù)上述小信號(hào)增益系數(shù)公式處理數(shù)據(jù)。式中L為增益介質(zhì)的長(zhǎng)度，I1為通過(guò)增益介質(zhì)后的探針光強(qiáng)，I0為參考光的光強(qiáng)。然后，畫(huà)出增益系數(shù)隨待測(cè)激光器40流場(chǎng)的變化。
權(quán)利要求1.一種激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于它包括主測(cè)箱(10)、增益信號(hào)探測(cè)箱(20)以及用來(lái)處理主測(cè)箱(10)、增益信號(hào)探測(cè)箱(20)所采集信號(hào)的計(jì)算機(jī)(30)，主測(cè)箱(10)和增益信號(hào)探測(cè)箱(20)平行放置在待測(cè)激光器(40)的增益發(fā)生器的兩側(cè)，所述主測(cè)箱(10)內(nèi)在光路上依次設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的掃描組件(15)、第二分束鏡(16)、聚焦透鏡(17)、探測(cè)器(110)，所述增益信號(hào)探測(cè)箱(20)內(nèi)在光路上依次設(shè)有聚焦透鏡(22)、探測(cè)器(25)，計(jì)算機(jī)(30)通過(guò)電纜分別與主測(cè)箱(10)、增益信號(hào)探測(cè)箱(20)內(nèi)的探測(cè)器(110)、(25)相連，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的掃描組件(15)由兩面成固定夾角的平面反射鏡組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于所述兩面成固定夾角反射鏡安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置，它包括主測(cè)箱、增益信號(hào)探測(cè)箱以及用來(lái)處理主測(cè)箱、增益信號(hào)探測(cè)箱所采集信號(hào)的計(jì)算機(jī)，主測(cè)箱和增益信號(hào)探測(cè)箱平行放置在待測(cè)激光器的增益發(fā)生器的兩側(cè)，所述主測(cè)箱內(nèi)在光路上依次設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的掃描組件、第二分束鏡、聚焦透鏡、探測(cè)器，所述增益信號(hào)探測(cè)箱內(nèi)在光路上依次設(shè)有聚焦透鏡、探測(cè)器，計(jì)算機(jī)通過(guò)電纜分別與主測(cè)箱、增益信號(hào)探測(cè)箱內(nèi)的探測(cè)器相連，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的掃描組件由兩面成固定夾角的平面反射鏡組成。這種激光器小信號(hào)增益系數(shù)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、安裝使用簡(jiǎn)便且可以很容易的得到較大的掃描距離和較快掃描速度。
文檔編號(hào)G01M11/02GK2751286SQ20042006936
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者袁圣付, 張鵬, 華衛(wèi)紅, 王紅巖, 姜宗福, 陳金寶, 劉澤金 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)