Определения, обозначения и сокращения

— лазер с вертикальным резонатором;

ГПЭ — государственный первичный эталон;

ИК — инфракрасный;

УФ — ультрафиолетовый;

ОЭИП — оптико-электрический измерительный преобразователь;

СИ — средство измерений;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

ИФП — интерферометр Фабри-Перо;

ПИП — первичный измерительный преобразователь;

ЭОП — электронно-оптический преобразователь;

ЭИП — электрический измерительный преобразователь;

ИС — интегрирующая сфера.

Введение

Интенсивное развитие лазерных технологий привело к качественному прорыву в области полупроводниковых лазеров. Работы по физике двойных гетероструктур послужили мощным толчком для создания полупроводниковых лазеров на наногетероструктурах, а именно: на квантовых ямах и квантовых точках. С другой стороны эти достижения были бы невозможны без развития нанотехнологий образования таких структур.

В настоящее время в России метрологическое обеспечение измерений параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур развито недостаточно. Отечественным производителям таких типов лазеров для измерений их параметров часто приходится использовать средства измерений зарубежных фирм. Поэтому проблема обеспечения единства измерений полупроводниковых лазеров и создание единой измерительной системы параметров лазерного излучения остается весьма актуальной. Также нужно отметить, что рынок полупроводниковых лазеров очень велик и составляет порядка 90% от всего рынка лазеров.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Целью работы является исследование методов и средств измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур в интересах повышения их энергоэффективности.

Также можно отметить, несколько особенностей полупроводниковых лазеров, которые отличают их от других типов лазеров на основе наногетероструктур:

Компактность. Это дает возможность легко приспосабливать полупроводниковые лазеры в различных более сложных конструкциях.

Высокая эффективность (КПД), достигающая 50 %. Что позволяет создавать лазеры с малым потреблением электрической энергии в сравнении с другими типами лазеров.

Небольшие световые потери в активной области. Что позволяет функционировать при комнатных и более высоких температурах.

Но при всех достоинствах полупроводниковых лазеров у них имеется один существенный недостаток — большая расходимость светового пучка лазерного диода, которая заметна даже на небольших расстояниях. В связи с этим необходимо разрабатывать метрологическое обеспечение полупроводниковых лазеров для контроля параметров расходимости.

В рамках данной выпускной квалификационной работы была создана единая измерительная система, которая объединила в себе 3 различных средства измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур и позволила измерять все необходимые характеристики одновременно.

Экспериментальные исследования производились на установке созданной во ФГУП «ВНИИОФИ» в научно-исследовательском отделении лазерной метрологии и радиометрии (Ф-2).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

1. Обзор существующих методов измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

.1 Обзор конструктивных особенностей и характеристик лазеров на основе наногетероструктур

Простейшей квантовой структурой, в которой перемещение электрона ограничено в одном направлении является тонкая пленка или довольно тонкий слой полупроводника. Для электронов, перемещающихся по узкозонному полупроводнику и обладающих энергией меньше E2c , граница будет являться потенциальным барьером. Два гетероперехода ограничивают перемещение электрона с двух сторон и как бы создают потенциальную яму рис. 1.

Рис. 1 — Энергетические зоны на между двумя полупроводниками

Таким способом образуются квантовые ямы, при помещении тонкого слоя полупроводника с узкой запрещенной зоной между двумя слоями материала с более широкой запрещенной зоной. В итоге электрон становится запертым в одном направлении это приводит к квантованию энергии поперечного движения.

Для создания аналогичных структур существует несколько совершенных технологических процессов, при этом самые лучшие результаты в изготовлении квантовых структур получены с использованием метода молекулярно-лучевой эпитаксии.

Энергетическая схема приготовленной квантовой ямы представлена на рис. 2. Ее глубина составляет несколько десятых долей электрон-вольта.

Рис. 2 — Квантовая яма, образованная в слое полупроводника с узкой запрещенной зоной, расположенном между двумя полупроводниками, с более широкой запрещенной зоной

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

В отличии от квантовых ям в квантовой точке перемещение электрона ограничено во всех трех направлениях, а энергетический спектр полностью дискретный, как в атоме. На рис. 3. приведены квантовые точки, образованные на границе раздела арсенида галлия и арсенида алюминия-галлия. Во время роста в полупроводник AlGaAs добавляют дополнительные примесные атомы. Электроны от них уходят в полупроводник GaAs, обладающий меньшей энергией. Но из-за притяжения покинутым ими атомам примеси, которые получили положительный заряд они не могут перемещаться слишком далеко. Поэтому в основном все электроны располагаются у гетерограницы со стороны GaAs и образуют двумерный газ. Формирование квантовых точек происходит сразу после нанесения на поверхность AlGaAs ряда масок, которые имеет форму круга. Далее производится травление, с помощью которого полностью удаляется слой AlGaAs и частично слой GaAs. В итоге электроны получаются запертыми в образовавшихся цилиндрах, диаметр которых составляет порядка 500 нм.

Рис. 3 — Квантовые точки, образованные в двумерном электронном газе между двух полупроводников

Полупроводниковые лазеры можно разделить на лазеры на наноразмерных структурах, т.е., лазеры на полупроводниковых гетероструктурах, лазеры на полупроводниковых квантовых ямах, лазеры на квантовых точках, а также на лазерные диоды — мощные полупроводниковые лазерные диоды и их структуры.

Работа полупроводниковых лазерных устройств основана на том, что оптическое усиление в вырожденных полупроводниках можно получить в результате индуцированного излучения на переходах  в GaAs при прямом смещении. Непрерывная работа лазера поддерживается за счет постоянной инжекцией носителей в переход при прямом смещении. В лазерах, основанных на р-п переходе из одного материала (GaAs), есть ряд недостатков, часть из них связана с недостаточной определенностью активной области излучения света, размеры которой составляют несколько микрометров. Также, нужно учитывать, что в таких системах достаточно большой пороговый ток, т. е. минимальный ток, необходимый для работы лазера.

Лазеры на двойных гетероструктурах, в которых обеспечивается и пространственная локализация носителей заряда и световых волн, намного опережают лазеры на гомопереходах по эффективности, а также имеют на порядок более низкое значение плотности порогового тока (~103 Асм-2). На рис. 4. для сравнения приведен общий вид структуры полупроводникового лазера на гомопереходах и двойных гетероструктурах.

Для увеличения эффективности лазеров на двойных гетероструктурах, во многих случаях используют конфигурацию с полосковой геометрией (см. рис. 5), в которой размеры активной области в поперечном или горизонтальном измерении (а значит, и величина порогового тока) намного меньше. Из-за особенностей формы активной зоны такие полосковые лазеры можно легко присоединять к различным устройствам, вроде волокон, волноводов и т. п.

Рис. 4 — Сравнение структуры и характеристик полупроводниковых лазеров на гомопереходах (а) и двойных гетероструктурах (б). Сверху вниз представлены: изображения полупроводниковых структур, формирующих лазер; энергетические диаграммы с указанием потенциальных ям для электронов и дырок; изменения показателей преломления в структурах; пространственная локализация оптических волн ограничения в активной зоне

Рис. 5 — Полосковый полупроводниковый лазер на двойной гетероструктуре

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Для дальнейшего улучшения характеристик лазеров, в частности для получения узкого спектра излучения, в конце 70-х годов начался переход к созданию лазеров на квантовых ямах. Улучшения характеристик этих лазеров добились за счет особенностей функции плотности состояний в двумерных системах и параметров квантовых ям. Недостаток лазеров на двойных гетероструктурах заключается в том, что в них удержание носителей заряда вместе с волноводным распространением света происходят в одной и той же зоне полупроводника. На рис. 6. приведена часто применяемая структура, которая позволяет пространственно разделить эти области. Довольно часто, с целью усиления лазерного сигнала, вместо одной квантовой ямы применяются структуры, которые содержат множественные квантовые ямы (см. рис. 7).

Рис. 6 — Структуры с пространственно разделенными областями локализации с квантовыми ямами внутри оптических резонаторов: a -профиль зоны проводимости и коэффициента преломления; б — структура GRINSCH; в — гетероструктура с пространственно разделенными областями локализации с множественными квантовыми ямами

Рис. 7 — Зависимость коэффициентов усиления для двумерных систем (2D) на квантовых ямах и объемных (3D) полупроводников: а- функция плотности состоянии; б — коэффициенты вероятности заполнения состояний; в — коэффициенты усиления

В сравнении с лазерами на двойных гетеропереходах, лазеры на множественных квантовых ямах имеют высокую эффективностью и более низкие внутренние потери. Граница модуляции таких лазеров из-за инжекции токов может доходить до 30 ГГц.

Главная особенность поверхностных лазеров с вертикальным резонатором (VCSEL) состоит в том, что они испускают свет в направлении, перпендикулярном к гетеропереходу. Эта геометрия сразу дает несколько явных преимуществ для применения таких структур в практических устройствах, потому что она дает возможность легко проверять качество элементов на пластинах до компоновки, производить большие массивы светоизлучающих структур (до миллиона на одном чипе), соединять устройства с волоконными выводами и обеспечивать оптическую связь между чипами.

На рис. 8 изображена схема строения поверхностного лазера с вертикальным резонатором (VCSEL), состоящего из вертикального резонатора (размещенного вдоль направления протекания тока, а не перпендикулярно), в нем поверхность активной зоны имеет довольно небольшие размеры из-за этого свет излучается с торца резонатора, а не с его боковой поверхности. Сверху и снизу его активная часть закрыта диэлектрическими зеркалами, которые являются довольно эффективными отражателями. Они сделаны из чередующихся слоев с большим и маленьким значением коэффициента преломления (к примеру, слоев GaAs и AlGaAs) и имеют толщину в четверть длины волны. Эти зеркала состоят из распределенных брэгговских отражателей, которые имеют довольно большую селективную отражательную способность для волн с длиной λ. При этом коэффициент отражения брэговских зеркал может достигать почти до 99% при применении достаточно значительного числа слоев (около 30).

Лазеры VCSEL часто называют микролазерами так как они имеют маленький размер резонатора.

 

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Рис. 8 — Схема строения поверхностного лазера с вертикальным резонатором (VCSEL)

Лазеры с вертикальным резонатором сейчас имеют предельные характеристики не только полупроводниковых излучателей, но и всей лазерной техники. Они характеризуются низкими значениями порогового тока, высокой частотой токовой модуляции (десятки гигагерц) и сверхминиатюрностью. Лазеры с вертикальным резонатором отличаются устойчивой генерацией в одномодовом режиме и высоким значением внешней дифференциальной квантовой эффективности (60%), что обеспечивается высоким значением внутренней квантовой эффективности и имеют оптимальное соотношение коэффициентов отражения зеркал, близкое к единице.

Массивах VCSEL, как показано на рис. 9, может содержаться более миллиона инжекционных микролазеров всего на одном микрочипе, что дает возможность создавать мощные источники оптического излучения, которые можно использовать в вычислительной технике и устройствах связи.

Рис. 9 — Массив инжекционных микролазеров VCSEL

Одна из наиболее распространённых технологий получения микролазеров с вертикальным резонатором — это молекулярно-лучевая эпитаксия, которая заключается в последовательном осаждении на полупроводниковую подложку слоев материала атомной толщины в условиях сверхвысокого вакуума (давление остаточных газов менее 10~8 Па).

К наиболее перспективным применениям полупроводниковых квантовых точек можно отнести создание лазерных диодов. Было установлено, что увеличение степени локализации носителей заряда сильно повышает характеристики лазерных диодов по отношению к их аналогам в объемных материалах. Лазеры на квантовых точках имеют высокий коэффициент усиления при малых значениях порогового тока, высокую стабильность работы и довольно узкие низкие линии излучения, по сравнению с лазерами на двойных гетероструктурах или квантовых ямах. Но технология выращивания квантовых структур постоянно улучшается и эта область исследований все еще оставаться одной из наиболее интересных и перспективных.

На рис. 10 приведены значения плотности порогового тока для разных лазерных структур за последние десятилетия [1], из рисунка видно, что на лазерах с квантовыми точками уже получены самые низкие показатели порогового тока. В идеальном лазере на квантовых точках линия излучения должна быть достаточно острой и не зависеть от температуры, другими словами квантовые точки обеспечивают прекрасную температурную стабильность и не требуют охлаждения.

Рис. 10 — Плотность порогового тока для лазерных структур с различной локализацией, достигнутая за последние десятилетия

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

На рис. 11 схематически приведено устройство лазера с краевой эмиссией на самоорганизующихся квантовых точках. Этот лазер состоит из нескольких слоев материалов, составляющих pin-диод.

Рис. 11 — Схема устройства лазера с краевым излучением на самоорганизованных квантовых точках. На вставке показан зародышевый слой с пирамидальными квантовыми точками

Главной особенностью лазеров на основе полупроводниковых структур, позволившей им работать при комнатной температуре является маленький объем активной среды. Благодаря чему выходная мощность одиночного диода невелика. В настоящее время она не превышает 10 Вт. Для повышения выходной мощности необходимо задействовать одновременно большое количество лазерных диодов, которые формируются в одномерные (линейки) или двумерные (матрицы) структуры. Это направление по созданию мощных полупроводниковых лазерных систем начало развиваться относительно недавно, несмотря на это в последнее время оно бурно развивается.

В оптической связи требуется источник лазерного излучения с длиной волны, которой соответствуют минимальные оптические потери в среде распространения, здесь основное внимание уделяется лазерным диодам (лазеры на квантовых точках), излучающим в диапазоне длин волн 1530-1565 нм.

В оптических процессорах используются VCSEL лазеры, полупроводниковые структуры с квантовыми ямами (256*256).

Накачка твердотельных лазеров — полупроводниковые инжекционные лазеры на основе AlGaAs-диодов, у них эффективность накачки более 80%, имеют спектральную ширину порядка 1 нм и мощность от 1-10 Вт.

В настоящее время полупроводниковые лазеры широко представлены на рынке промышленных товаров в России. Их выпускают как российские, так и многие зарубежные фирмы. Среди российских производителей полупроводниковых лазеров следует отметить 4-и фирмы, выпускающие продукцию на основе собственных инновационных разработок. Это научно-исследовательский институт «Полюс», ГУНПП «Инжект» (Саратов), IBSG Company Ltd., ЗАО «ФТИ-Оптроник”. Последние две фирмы созданы на базе Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе в Санкт-Петербурге.

Анализ каталогов отечественных и зарубежных фирм показывает, что в настоящее время широкое коммерческое распространение получили полупроводниковые лазеры на квантовых ямах. Именно с помощью этой технологии получены мощные лазеры, работающие как в непрерывном, так и импульсном режимах. Лазеры на квантовых точках пока еще не освоены промышленностью.

Длины волн или частоты излучения являются основными параметрами лазеров. Их измерению и метрологии этих измерений всегда уделялось большое внимание. Уже в 1974 году во ВНИИМ им. Менделеева был разработан Государственный специальный эталон единицы длины для спектроскопии в диапазоне 0,186 — 30 мкм, который мог быть использован для определения длин волн одночастотных непрерывных лазеров. В основе эталона использован спектроинтерферометр на основе сканирующего эталона Фабри-Перо. С помощью разработанного эталона были аттестованы He-Ne лазеры, стабилизированные по провалу Лэмба, генерирующие на линии λ = 0,633 мкм. Погрешность эталона была оценена в 2·10-8.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

В 80-е годы в НПО «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» и НПО «ВНИИФТРИ» был создан единый эталон единиц времени, частоты и длины, включающий в себя Государственный первичный эталон (ГПЭ) единиц времени и частоты, ГПЭ единиц длины и аппаратуру согласования воспроизводимых единиц. В НПО «Метрология» [2] был создан комплекс для измерения частот лазеров, состоящий из пяти лазеров, перекрывающих спектральный диапазон от ближнего инфракрасного до субмиллиметрового излучения, шести высокостабильных фотосинхронизированных СВЧ гетеродинов и аппаратуры для измерения и стабилизации частоты. Созданный комплекс позволяет проводить измерения частотных характеристик лазеров в диапазоне от 0,9 до 88 ТГц с точностью ~10-9. В этом объединении создан также ряд образцовых измерителей нестабильности частоты излучения лазеров на отдельных частотах. Данные устройства позволяют измерять относительную нестабильность частоты излучения в диапазоне 10-7 — 10-11 при интервалах времени от 10-4 до 10 с.

Для измерения частот оптического диапазона необходимо было осуществлять умножение известной частоты стандарта радиодиапазона в 10 4 — 10 5 раз или деление измеряемой частоты лазера в такое же число раз [3]. Длительное время абсолютные измерения частот лазеров проводились поэтапно. Сначала определялись частоты лазеров дальнего инфракрасного диапазона сравнением умноженного сигнала от микроволнового стандарта с частотой лазера. Затем известная частота лазера снова умножалась и сравнивалась с частотой нового лазера. Схема синтеза частоты на каждом этапе измерения выражается общей формулой:

,

где  — известная частота, — измеряемая промежуточная частота. При известном коэффициенте умножения частоты получаем абсолютное значение . Создание оптических часов сделало возможным измерение абсолютных частот лазеров с предельной точностью.

Установки, осуществляющие такие измерения частот лазеров инфракрасного и видимого диапазонов [4] являются слишком сложными для широкого применения. Процесс измерения оптических частот может быть значительно упрощен, если использовать для этой цели высокостабильный лазер с точно измеренной частотой, которая посредством нелинейных средств преобразуется в область спектра, где проводятся частотные измерения.

Во ФГУП «ВНИИОФИ» также был разработан государственный первичный эталон единицы средней мощности лазерного излучения ГЭТ 28, который в 2013 г. прошел модернизацию после чего в его состав были введены полупроводниковые лазеры на наногетероструктурах при длинах волн 0,912; 1,053 мкм. ГЭТ 28 обеспечивает воспроизведение единицы средней мощности лазерного излучения в диапазоне от 5×10-3 до 2,0 Вт на длинах волн 0,532; 0,912; 1,053; 1,064 и 10,6 мкм. Спектральный диапазон воспроизведения единиц в нем составляет от 0,3 до 12 мкм. Угол расходимости лазерного излучения составляет от 0,9 мрад до 1,22 радиана.

В 2010 году во ФГУП «ВНИИОФИ» был разработан государственный первичный эталон (ГПЭ) единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения ГЭТ 187-2010. ГПЭ позволяет воспроизводить, хранить и передавать размеры единиц соответствующим рабочим эталонам. В его состав входят комплексы СИ для воспроизведения и передачи размеров единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения. Помимо этого комплексы СИ, входящие в состав ГПЭ имеют широкие функциональные возможности, в частности, имеют возможность проведения калибровки по оптической и электрической энергии в любой точке внутри динамического диапазона и наращивания спектрального диапазона за счет агрегатирования конструкции собственно эталона и лазерных модулей.

За последние годы системы оптической метрологии и высокочастотной спектроскопии превратились из технически сложных многоступенчатых комплексов в компактные настольные устройства, обеспечивающие беспрецедентно высокие точности оптических измерений [5 — 7].

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Достижения в области оптической метрологии отмечены Нобелевской премией по физике за 2005 год.

Ключевая идея, лежащая в основе прорыва в области оптической метрологии, заключается в использовании частотных гребенок, формируемых фемтосекундными лазерами, работающими в режиме синхронизации мод, для измерения частотных интервалов. Фемтосекундные лазерные источники с синхронизированными модами обеспечивают генерацию последовательностей световых импульсов, разделенных временным интервалом Т, равным времени обхода импульсом лазерного генератора.

1.2 Параметры лазерного излучения

Основные параметры лазерного излучения [8-14] можно разделить на следующие группы (см. Табл. 1):

Спектральные параметры лазерного излучения;

Пространственно-энергетические параметры лазерного излучения;

Энергетические параметры лазерного излучения.

Таблица 1 — Основные параметры лазерного излучения

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

 

Одной из основных характеристик полупроводниковых лазеров является их энергоэффективность. Энергоэффективность определяется выходными параметрами полупроводниковых лазеров, такими как расходимость, выходная мощность (энергия), спектральный диапазон излучения, которые в свою очередь связаны с геометрическими параметрами наногетероструктур. Поэтому исследование методов и средств измерений параметров лазерного излучения: мощности, расходимости и спектральных характеристик позволит минимизировать оптические потери и тем самым повысить энергоэффективность полупроводниковых лазеров.

1.3 Методы и средства измерений характеристик лазерного излучения

При соотношении  лазерное излучение может обладать хорошей, высокой или сверхвысокой степенью монохроматичности. Это означает, что чем выше степень монохроматичности, тем спектрально «чище» излучение, т.е. тем уже его спектральная ширина полосы. В таблице 2 [14] приведены четыре градации степени монохроматичности пучка в зависимости от диапазона отношений

Таблица 2 — Градации степени монохроматичности лазерного пучка

 

Если лазерное излучение имеет низкую степень монохроматичности, то измерения можно выполнить дифракционным монохроматором средней величины с фокусным расстоянием порядка 30 см. Для любых типов лазеров и лазерных устройств пригоден одиночный прибор, но некоторые компоненты и вспомогательные устройства следует подбирать с учетом области спектра, в которой расположено измеряемое лазерное излучение. Обычно имеет место разбиение на две области спектра:

— «оптическую», охватывающую ближний инфракрасный (ИК), видимый и ультрафиолетовый (УФ) поддиапазоны (длины волн 0,2 ‹  ‹1,5 мкм);

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

«инфракрасную» (длины волн 1,5 ‹  ‹15 мкм).

Основным элементом спектрометра служит монохроматор с вмонтированной в него дифракционной решеткой. Во всех случаях должна быть использована регулируемая по ширине входная щель. Расположенный за входной щелью прибора оптико-электрический измерительный преобразователь (ОЭИП) должен иметь спектральную характеристику преобразования, соответствующую области спектра. Для «оптической» области спектра предпочтителен многоканальный ОЭИП на основе ПЗС — линейки или матрицы. Эффективная спектральная ширина полосы  спектрометра на полувысоте от максимума должна составлять:

менее 0,2 нм в «оптической» области;

менее 2 нм в «инфракрасной» области.

Качество спектральных измерений зависит от правильности выбора монохроматора. В свою очередь, выбор типа прибора диктуется задаваемыми точностью определения длины волны лазерного излучения и разрешающей способностью монохроматора, гарантирующей измерение спектральной ширины полосы. Погрешность определения длины волны имеет составляющие, порождаемые неточностями отсчетов по шкале длин волн и позиционирования решетки. Первая из этих составляющих минимизируется при калибровке монохроматора, а вторая обычно оценивается значением  и зависит от практической разрешающей способности прибора. Для калибровки монохроматоров стандартом рекомендовано несколько эталонных излучателей.

После выбора и калибровки монохроматора можно приступать непосредственно к измерениям спектра лазерного излучения. Каждый из используемых при измерении оптических компонентов (линзы, зеркала, оптические волокна) должен быть либо неселективен в данном спектральном диапазоне, либо его спектральная характеристика должна быть достаточно точно сертифицирована. Соответственно, их возможная реакция на состояние поляризации пучка либо не должна зависеть от длины волны в диапазоне измерений, либо необходимо знать характеризующие эти элементы матрицы Мюллера. Более того, поскольку такие приборы, как дифракционные монохроматоры и многие типы ОЭИП поляризационно-чувствительны, весь оптический тракт измерительной установки следует подвергнуть калибровке перед каждым измерением, чтобы определить поляризационную зависимость спектральной чувствительности. Однако для узкополосных лазерных пучков этой зависимостью часто можно пренебречь, считая поляризационно-плоской характеристику преобразования монохроматора в весьма ограниченной полосе частот.

Методика выполнения измерений состоит в следующем. Измеряемый пучок лазерного излучения или часть его, ответвленная оптическим делителем, направляется оптической системой на входную щель монохроматора. Относительное отверстие объектива и светосила прибора должны быть выбраны с расчетом предельно достижимой облучаемой площади дифракционной решетки. Для этого обычно требуется фокусировка пучка.

Затем производится юстировка прибора и с помощью «узкополосного» лазера (например, гелий-неонового с длиной волны 632,8 нм) контролируется эффективная ширина полосы  монохроматора.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

В случае использования одноканального ОЭИП за щелью монохроматора спектр прошедшего сквозь него измеряемого пучка сканируется вращением основания, на котором закреплена дифракционная решетка. При этом через равные интервалы времени регистрируются значения выходных сигналов ОЭИП, а соответствующие интервалы («шаги») по шкале длин волн монохроматора не должны превышать . В случае применения ОЭИП на основе ПЗС — линейки или матрицы одновременно регистрируются значения выходных сигналов всех ее элементов.

Описанная методика выполнения измерений дифракционным монохроматором позволяет зарегистрировать спектральную плотность распределения мощности  лазерного излучения. Далее проводится обработка полученных результатов в следующем порядке:

в полученном распределении фиксируется точка, где , а затем по обе стороны от нее находятся точки, где спектральная плотность равна половине ее максимального значения, после чего определяется — ширина линии по полувысоте;

вычисляются моменты первого  порядков измеренной функции распределения спектральной плотности;

сравнивается полученное значение  с шириной полосы пропускания  спектрометра; если , то на этом измерения можно прекратить; если , то вычисляется скорректированное значение спектральной ширины полосы измеряемого излучения  или же эта величина получается путем выполнения операции деконволюции, т.е. обращения свертки; если же , то необходимо использовать СИ с более высокой разрешающей способностью, чем у дифракционного монохроматора.

Описанный выше дифракционный монохроматор может также использоваться для предварительных измерений спектральных характеристик исследуемого лазерного излучения с целью выбора конкретного спектрального интервала для проведения более точных измерений.

При хорошей, высокой и сверхвысокой степени монохроматичности лазерного излучения выбор надлежащего СИ рекомендуется проводить в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 — Рекомендации по выбору СИ

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Измеряется Δλ             Дифракционный спектро-метр высокого разрешения для непрерывных и импульсных лазеров или сканирующий или твердотельный интрферометр Фабри-Перо для непрерывных и импульсных лазеров ()Сканирующий интерферометр Фабри-Перо для непрерывных и импульсных лазеров

 

Здесь FSR — область дисперсии интерферометра Фабри-Перо в волновых числах; с — скорость света; L — разность оптических путей в двухлучевом интерферометре;  — длительность лазерного импульса.

Как следует из таблиц 2 и 3 сверхвысокая степень монохроматичности подразумевает сверхточные измерения с использованием сложной и дорогостоящей аппаратуры.

В большинстве случаев задача измерений λ и Δλ успешно решается спектрометром высокого разрешения. Дифракционный спектрометр высокого разрешения имеет практическую разрешающую способность  в пределах от 105 до 106. Несмотря на конструктивные отличия, принцип работы такого дифракционного спектрометра аналогичен описанному выше.

Конкуренцию дифракционному спектрометру высокого разрешения составляют интерферометры, которые обеспечивают еще большую точность измерений. В первую очередь к ним относятся сканирующий и твердотельный интерферометры Фабри-Перо (ИФП). Обе разновидности ИФП (вторая часто именуется эталоном Фабри-Перо) пригодны для измерения формы распределения спектральной плотности излучения непрерывных и импульсных лазеров с хорошей степенью монохроматичности, а сканирующий ИФП — и с высокой степенью монохроматичности. Рассмотрим ряд рекомендаций по выбору ИФП.

Основной характеристикой ИФП служит область дисперсии, выражаемая в волновых числах (см-1) и равная 1/2nD, где n — показатель преломления оптической среды, а D — расстояние в сантиметрах между зеркалами с высоким коэффициентом отражения. Пересчет из пространства волновых чисел σ в пространство длин волн λ (σ = 1/λ ) осуществляется по формулам

.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

В частности, для большинства практически важных случаев справедливо соотношение .

Вторым важным параметром ИФП является его острота настройки F, связанная с коэффициентом отражения зеркал R соотношением

.

Ширина резонансной кривой , а разрешающая способность ИФП равна:

.

Как область дисперсии, так и острота настройки ИФП должны обеспечить анализ профиля распределения спектральной плотности, т.е.

.

Очевидно, что этим условиям могут удовлетворять только интерферометры с весьма высокой остротой настройки. Именно это обстоятельство является ограничением возможностей использования ИФП при спектральных измерениях излучения импульсных лазеров. Отсюда возникает условие

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.

Сканирование резонансов в ИФП может осуществляться либо пропусканием сухого воздуха или нейтрального газа в оптическом резонаторе интерферометра (сканирование показателя преломления n), либо смещением зеркал, т.е. изменением расстояния D с помощью, например, пьезоэлектрического актуатора.

Приведенные сведения позволяют сделать три вывода:

при сверхкоротких длительностях измеряемого лазерного излучения можно пользоваться лишь спектрометром;

использование сканирующего ИФП предпочтительно в режиме непрерывного излучения; коллимированный пучок пропускается сквозь ИФП, сканирование которого осуществляется одним из описанных выше способов; прошедшее сквозь ИФП излучение воспринимается ОЭИП; для регистрации усредненного спектрального профиля диапазон сканирования должен перекрывать не менее 10(FSR);

использование твердотельного ИФП предпочтительно в режиме импульсного излучения; перед пропусканием пучка сквозь ИФП его необходимо оптической системой преобразовать из коллимированного в расходящийся, при этом на установленном за эталоном экране будет наблюдаться интерференционная картина из колец; измерения этого распределения осуществляются с помощью ПЗС-камеры, в поле зрения которой должна попадать центральная часть интерференционной картины; выбор параметров измерительной установки в целом должен обеспечить согласование размеров одного элемента ОЭИП с ожидаемой разрешающей способностью ИФП

Интерферометр Майкельсона эффективен при измерениях как , так и профиля спектрального распределения главным образом непрерывных лазеров. Хотя разрешающая способность этого интерферометра обратно пропорциональна перемещению подвижного зеркала, она может быть увеличена переходом на измерение дробной доли интерференционной полосы.

При измерениях длины волны лазерного излучения в интерферометр необходимо ввести как коллимированный пучок измеряемого лазера, так и пучок излучения «опорного» (референтного) лазера с известной λ. Благодаря этому в двух плечах прибора распространяются два волновых фронта, формирующие на выходе интерференционную картину. Тогда длина волны  измеряемого излучения определяется методом счета интерференционных полос в процессе перемещения подвижного зеркала:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

,

где — число полос излучения с — число полос излучения с . Точность измерений увеличивается по мере возрастания числа полос, т.е. при движении зеркала.

Для измерения профиля спектрального распределения интерферометром Майкельсона необходимо зарегистрировать всю интерферограмму, т.е. зависимость распределения интенсивности прошедшего в зону интерференции излучения от смещения подвижного зеркала, после чего компьютером выполнить ее Фурье-преобразование.

Методика измерений интерферометром Маха-Цандера аналогична только что описанной применительно к интерферометру Майкельсона.

Необходимо отметить, что при использовании интерферометров особое внимание следует обращать на минимизацию механических и тепловых воздействий окружающей среды.

В настоящее время в нашей стране разработчики и изготовители лазеров не регламентируют характеристики пространственного распределения энергии в поперечном сечении пучка лазерного излучения. Вместе с тем, в пучках излучения лазеров имеются значительные неоднородности, выбросы и глубокие провалы, резко отличающиеся от среднего уровня излучения и изменяющиеся как в течение одного импульса, так и от импульса к импульсу [15]. Для ряда практических применений лазеров измерение и постоянный контроль распределения энергии излучения является задачей первостепенной важности.

Существующая классификация [16] измерений распределения энергии и мощности лазерного излучения в пространстве и времени базируется на способах съема и обработки информации, количестве каналов аппаратуры и элементов первичных измерительных преобразователей (ПИП).

В связи с большой широтой охвата классифицируемых объектов, указанная классификация не отражает особенностей измерителей интегрального распределения энергии в поперечном сечении пучков импульсного лазерного излучения (в дальнейшем — измерителей распределения).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Предполагаемая классификация в большей мере отражает специфику методов и средств измерений распределения и основана на характеристиках ПИП, независимо от количества каналов аппаратуры и методов съема информации.

Методы и средства измерений распределения разбиты на две основные группы. Первая группа базируется на матричных ПИП, т.е. на ПИП с заранее конструктивно заданными геометрией приемной поверхности, числом элементов, их площадью и расстоянием между ними. К ПИП первой группы относятся: фотоэлектрические [17-19]; термоэлектрические [17, 20]; пироэлектрические; акустооптические; болометрические решетки [21].

Исследуемое лазерное излучение поступает на ПИП, претерпевает геометрическую селекцию поперечного сечения в соответствии с конструкцией ПИП, а затем количество энергии, поступившей на каждый участок (элемент) матричного ПИП, преобразуется в электрический сигнал, измеряемый соответствующей аппаратурой. Преобразование энергии излучения в электрический сигнал происходит с помощью промежуточных преобразований, характерных для того или иного ПИП. Несмотря на ряд серьезных проработок в области создания измерителей распределения на болометрических решетках, аппаратура на этом принципе пока не выпускается. Акустооптические ПИП также не используются в аппаратуре вследствие ряда технических трудностей, обусловленных сложностью выполнения, влиянием на результаты неоднородностей материалов, температуры окружающей среды и т.п. Наиболее перспективными из ПИП первой группы являются фото-, термо-, пироэлектрические и ПЗС-матрицы.

Вторая группа методов и средств измерений распределения основана на ПИП, представляющих различные непрерывные мишени, преобразующие распределение энергии в распределение других величин с последующим измерением преобразованного распределения соответствующей аппаратурой. К ПИП второй группы относятся: пирометрические [22-23]; телевизионные на видиконах, ЭОПах и т.п. [24]; на фоточувствительных материалах; на термочувствительных магнитных пленках [25]; жидких кристаллах [26]; термооптических и терморегистрирующих средах [27]; с запоминанием на пироэлектрических или полупроводниковых материалах; люминесцентные; интерферометрические [28], основанные на разрушении регистрирующей среды [29]. Существует достаточно обоснованное мнение, что в настоящее время измерители распределения на основе термочувствительных магнитных пленок, жидких кристаллов, термооптических и терморегистрирующих сред, пироэлектрических и полупроводниковых материалов, люминесцентных и разрушающихся ПИП пока что находятся в стадии исследования возможности аппаратурной реализации, т.к описанные в литературе эффекты позволяют создать не средства измерений, а скорее визуализаторы с небольшим динамическим диапазоном. Наиболее перспективными ПИП второй группы в настоящее время представляются фоточувствительные на видиконах и ЭОПах, интерферометрические и на пироэлектрических мишенях.

Важной особенностью методов и средств измерений распределения является необходимость запоминания информации о распределении на время ее обработки аппаратурой. В зависимости от типа ПИП и быстродействия аппаратуры запоминание может происходить либо за счет интегрирующих свойств ПИП (термоэлектрические, болометрические из первой группы и практически все ПИП второй группы), либо аппаратурно за счет запоминания на промежуточных устройствах (фотоэлектрические, ПЗС и акустооптические ПИП). При необходимости интегрирующие ПИП также могут снабжаться промежуточными запоминающими устройствами.

До относительно недавнего времени геометрическая разрешающая способность и общее число элементов измерителей первой группы определялись возможностями практически ручного изготовления элементов и сборки матричных ПИП и составляло единицы-десятки элементов на квадратной сантиметр при общем количестве элементов несколько десятков сотен для одного ПИП. С развитием микроэлектроники и появлением фотоэлектрических и ПЗС-матричных приемников геометрическая разрешающая способность возросла до нескольких сотен элементов на квадратный миллиметр и в перспективе может достигнуть нескольких десятков тысяч. Количество элементов в ПИП первой группы уже сейчас может превышать несколько десятков-сотен тысяч (для фотоэлектрических и ПЗС). Несомненно, что за счет совершенствования технологии геометрическая разрешающая способность и количество элементов, указанных ПИП должны возрасти.

По точности измерений термоэлектрические ПИП в настоящий момент времени превосходят все остальные [16], однако за счет низкой точности других звеньев аппаратуры и наличия тепловой связи между элементами общая точность измерителей распределения даже на термоэлектрических ПИП в настоящее время составляет 5 — 20 %. В то же время развитие математических методов обработки информации позволяет повысить точность измерений [30], но в известных средствах измерений применения пока что не получили.

По спектральному диапазону термоэлектрические, пироэлектрические и частично болометрические ПИП превосходят остальные ПИП первой группы, что делает их весьма универсальными средствами распределения [16]. Однако по чувствительности фотоэлектрические и ПЗС-матрицы находятся вне конкуренции [18, 31]. По быстродействию термоэлектрические и болометрические ПИП существенно уступают фотоэлектрическим.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Сравнительная оценка динамического диапазона показывает, что в матричных ПИП он определяется не характеристиками отдельных элементов, а коэффициентом связи между элементами как в ПИП, так и в аппаратуре. В связи с этим динамический диапазон даже фотоэлектрических ПИП, имеющий для дискретных элементов значение в несколько порядков, для матричных конструкций составляет в лучшем случае несколько десятков [18, 31].

На основе ПИП первой группы разработан ряд измерителей МКЦ-2, ИРЭ-100, измеритель на основе матрицы МФ-16, разработанный в ФИАН, и ряд других. Из этих измерителей следует отметить СИПХ-1, который метрологически аттестован, для остальных погрешность не оценена.

Количество элементов ПИП второй группы практически ограничивается размерами зерен структуры, составляющей обычно единицы микрометров, и площадью мишени. Для современного уровня развития методов и средств измерений распределения эта характеристика ПИП второй группы обеспечивает все требования. Минимальные размеры измеряемых пучков определяются лучевой стойкостью материалов мишеней и разрешающей способностью измерительной аппаратуры и в принципе могут достигать десятых долей миллиметра. Максимальные размеры мишеней ограничиваются только прочностью конструкции и могут достигать сотен миллиметров.

Точность измерения ПИП второй группы и измерителей на их основе в целом хуже, чем у ПИП первой группы и по ориентировочным оценкам их погрешность составляет 1-30% [25]. В то же время метод и средства измерений, основанные на применении светочувствительных материалов, при принятом ряде мер могут обеспечить погрешность порядка 5%, что позволяет надеяться на использование этого метода в высших звеньях поверочной схемы измерения распределения. Широкое распространение фотометодики обусловлено ее доступностью и кажущейся простотой получения информации при минимальных аппаратурных затратах, но в обычных условиях метрологические характеристики способа оценить трудно, что может привести к значительным погрешностям даже при использовании для калибровки эталонных излучателей, стандартизованного цикла проявления и фотометрической обработки, в связи с нелинейностью характеристик фотоматериалов.

Спектральный диапазон ПИП второй группы в целом охватывает область от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного излучения, но для конкретных типов существенно хуже. Наибольший спектральный диапазон имеют измерители на основе поглощающих пирометрических, пироэлектрических и термохромных мишеней, поглощающих измеряемое излучение и преобразующих распределение энергии в распределение температуры. Узкими спектральными диапазонами характеризуются телевизионные и люминесцентные ПИП, преобразователи с запоминанием на полупроводниковых пластинах и акустооптические. Для метода фоторегистрации в целом спектральный диапазон весьма широк и практически охватывает весь диапазон известных лазеров, но для каждого типа фотоматериалов участок рабочего спектра обычно достаточно узок. Для интерферометрических методов спектр определяется пропускающей способностью оптических элементов и свойствами регистрирующих сред (фотоматериалов; видиконов, ЭОПов, термооптических пленок и т.п.) и поэтому может варьироваться в широких пределах в зависимости от использованных материалов.

По быстродействию среди ПИП второй группы выделяются видиконы и ЭОПы, обеспечивающие съем информации о распределении за время до десятых долей пикосекунды. Близки к ним по быстродействию ПИП на интерферометрических принципах с использованием в качестве регистраторов, например, ЭОП, а также акустооптические измерители распределения. Наихудшим быстродействием среди ПИП второй группы отличаются пирометрические мишени и ПИП, основанные на визуализации разрушения материалов. В целом для ПИП второй группы характерно большое быстродействие преобразования распределения на самих мишенях и относительно медленное считывание с них информации электронной аппаратурой.

Наибольшую чувствительность имеют ЭОПы, обеспечивающие возможность регистрации вылета из фотокатодов отдельных электронов. Фотоэлектрические и телевизионные ПИП имеют по сравнению с ЭОПами чувствительность, меньшую на два-три порядка. Чувствительность интерферометрических ПИП в первую очередь определяется чувствительностью регистрирующей среды. Чувствительность остальных типов ПИП значительно меньше, например, ПИП с запоминанием информации на кремниевой мишени имеет значение энергетической чувствительности для режима свободной генерации порядка 2,5×10-3 Дж×см-2.

Динамический диапазон измерителей второй группы в целом охватывает все известные в настоящее время значения распределения энергии лазерного излучения. Что касается отдельных типов измерителей и ПИП, то наибольший динамический диапазон имеют пирометрические, интерферометрические и фотографические методы, а у остальных динамический диапазон обычно редко превышает два порядка и его расширение возможно только при использовании ослабителей.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Для измерения мощности и энергии лазерного излучения используют различные методы, в частности и методы, применяемые для СВЧ-диапазона.

Для измерении импульсов лазерного излучения с энергией менее 10-3 Дж используют вакуумный микрокалориметр с поглотителем в виде конуса, созданного из медной фольги. Измеряемое излучение попадает в поглотитель при помощи короткофокусной линзы. Изменение температуры поглотителя регистрируется термопарой, один из спаев которой закреплен на вершине конуса, а другой присоединен к траверсе, выходящей наружу через ножку колбы. Чувствительность прибора достигает 0,8 мДж на деление шкалы при применении гальванометра.

Энергию лазерного излучения можно измерять и жидкостными калориметрами. Недостатком калориметров с датчиками температуры является длительное время для установления теплового равновесия. В следствии чего часть тепла уходит на излучение и конвекцию, что создает дополнительную погрешность при измерении.

Можно отметить, что для измерения мощности непрерывного лазерного излучения или энергии импульсного излучения можно воспользоваться практически любым фотоприемником, в котором выходной сигнал пропорционален падающему лазерному излучению. Например, среднюю мощность непрерывного лазерного излучения измеряют с помощью полупроводниковых фотоприемников с р-n-переходом, а в импульсном режиме энергию излучения лазеров, определяют интегрированием выходного сигнала фотоприемника.

Измерение импульсного излучения высокой мощности проводят с использованием различных эффектов в кристаллах, которые являются прозрачными для лазерного излучения. При поступлении излучения на сегнетоэлектрик на кристалле можно получить пироэлектрическое напряжение. В качестве сегнетоэлектриков используют титанат бария, моногидрат сульфата лития и др. Чтобы измерить силу пиротока на противоположные стороны кристалла наносят серебряные или золотые электроды.

Приемник используют в виде цилиндрического конденсатора с круглым или прямоугольным входным отверстием. Сфера состоит из двух полусфер, выполненных из пироактивной керамики и соединенных определенным образом. На поверхность полусфер наносят серебряные электроды, к которым присоединяются проводники. Для измерения большой интенсивностей излучения на внутреннюю сторону сферы наносят тугоплавкий слой с большой отражательной способностью.

Измеритель мощности с применением обратного электрооптического эффекта. Обратный электрооптический эффект заключается в том, что при попадании монохроматического излучения на определенные кристаллы в них происходит поляризация. При помещении данного кристалла в конденсатор определенной формы, мощность измеряемого излучения будет связана с напряжением и на зажимах конденсатора определенным соотношением. С его пластин снимается напряжение, пропорциональное пиковой мощности импульса лазера.

Наиболее эффективно можно применять полупроводники для измерении мощности лазерного излучения, работающего в инфракрасном диапазоне. При этом верхний граница измеряемой мощности ограничена оптической прочностью кристалла, которая для пьезокристаллов составляет (0,15 ..1) 1010 Вт/см2, это сравнимо с оптической прочностью оптических стекол лучших марок, применяемых в лазерах.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

В настоящее время в структурных схемах эталонов средней мощности лазерного излучения реализованы два способа воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера: “последовательный” и “параллельный”.

Временная диаграмма воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера при «последовательном» [32-33] варианте показана на рис. 12. Как видно из рис. 12, процесс воспроизведения и передачи заключается в последовательной подаче электрической мощности в обмотку замещения, затем оптической мощности в приемную полость рабочего приемника и вновь электрической мощности в обмотку замещения сначала на рабочий приемник ЭИП, а затем повторения этой же последовательности действий для поверяемого (калибруемого) средства измерений. При этом в момент проведения первой передачи электрической мощности в обмотку замещения рабочего приемника ЭИП производится аналогичная процедура с приемником — “свидетелем”. Далее приемник — “свидетель” измеряет изменение мощности лазерного излучения в течение всей процедуры воспроизведения единицы средней мощности и передачи ее размера и в конце процедуры одновременно с проведением последней электрической калибровки калибруемого средства измерений производится повторная электрическая калибровка приемника — “свидетеля”. В процессе воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения по измеренным выходным сигналам ЭИП и измеренной электрической мощности замещения определяется мощность лазерного излучения РОПТ из соотношения (1).

, (1)

где: — коэффициент эквивалентности замещения оптической мощности электрической ЭИП; — значение электрической мощности, выделяемой в обмотке замещения; — выходной сигнал измерительного преобразователя при подаче в него оптической мощности; — выходной сигнал измерительного преобразователя при подаче в его обмотку замещения электрической мощности;  — коэффициент, характеризующий скорость дрейфа эталонного измерительного преобразователя и системы измерений;  — коэффициент преобразования измерительного преобразователя при подаче в его обмотку замещения электрической мощности;  — момент времени, в который осуществляется подача оптической мощности;  — момент времени, в который осуществляется подача электрической мощности замещения; — начальное значение выходного сигнала измерительного преобразователя.

Рис. 12 — Временная диаграмма “последовательного” способа воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера

При применении “последовательного” способа воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения оптическая мощности  на выходе калибруемого средства измерений рассчитывается из соотношения (2).

. (2)

Значения величин, входящих в соотношения (1) и (2), определяются в результате обработки большого количества информативных данных с использованием в схеме эталонной установки контрольного канала для относительных измерений нестабильности мощности излучения лазера.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

“Параллельный” [33-35] способ с использованием делителя оптической мощности предусматривает одновременную подачу электрической и оптической мощностей в эталонный и калибруемый измерительные преобразователи.

Временная диаграмма воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера показана на рис. 13.

Рис. 13 — Временная диаграмма “параллельного” способа воспроизведения единицы средней мощности лазерного излучения и передачи ее размера

В соответствии с временной диаграммой (рис. 13) на начальном этапе измеряются значения  выходных сигналов нулевого уровня ЭИП и измерительного преобразователя калибруемого средства измерений. На втором этапе подается известная электрическая мощность в рабочий и компенсационный приемники ЭИП, соответственно, и  в измерительный преобразователь поверяемого (калибруемого) средства измерений в его рабочий и компенсационный приемники, соответственно. На третьем этапе в рабочий приемник ЭИП подается оптическая мощность , при этом в компенсационном приемнике сохраняется электрическая мощность , а в измерительный преобразователь поверяемого (калибруемого) средства измерений подается оптическая мощность, равная — значение коэффициента деления оптического делителя мощности, приписанное ему на стадии его калибровки, при этом в компенсационном приемнике сохраняется электрическая мощность .

По полученным на втором этапе значениям выходных сигналов  рабочего и компенсационного приемников ЭИП, соответственно,  для измерительного преобразователя поверяемого (калибруемого) средства измерений.

По полученным на третьем этапе значениям выходных сигналов  рабочего и компенсационного приемников ЭИП, соответственно, определяется воспроизводимая единица по формуле (3).

, (3)

где — коэффициент эквивалентности замещения оптической мощности электрической в ЭИП, а  — коэффициент эквивалентности замещения оптической мощности электрической в измерительном преобразователе поверяемого (калибруемого) средства измерений, определяемый по формуле (4).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

. (4)

Значения этих величин фиксируются как результат передачи размера единицы средней мощности лазерного излучения от эталонного средства измерений поверяемому (калибруемому).

Проведенный обзор существующих типов лазеров на основе наногетероструктур позволил обобщить и выделить типичные энергетические, спектральные и пространственные характеристики этих лазеров и правильно выбрать направление в исследовании средств измерений этих характеристик.

В результате проведенного обзора методов измерений было установлено, что:

для измерений мощности лазерного излучения следует использовать метод, основанный на использовании интегрирующей сферы со встроенным на ее внутренней поверхности фотоэлектрическим приёмником. Эта сфера позволит полностью охватить лазерное излучение, расходимость которого в лазерах на основе наногетероструктур составляет 40º и более.

для измерений угла расходимости следует использовать метод, основанный на проецировании с помощью объектива изображения пучка лазерного излучения на матовом экране;

измерение длины волны лазерного излучения следует проводить спектрометром на основе метода прямых измерений.

2. Исследование методов измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

.1 Исследование метода измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Рассмотренный метод измерений, основан на использовании интегрирующей сферы для измерения мощности лазерного излучения.

Метод измерения средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур заключается в следующем:

Входная мощность лазерного излучения Pвх сначала преобразуется оптической системой в выходную мощность Pвых; связь между ними устанавливается с помощью оператора L:

вых=L*Pвх, (5)

далее мощность Pвых преобразуется в пропорциональный ему электрический сигнал. Структурная схема процесса измерительного преобразования приведена на рис. 14. Оператор L является характеристикой устройства, преобразующей Pвх в Pвых.

При использовании интегрирующей сферы (ИС) входная мощность Pвх попадает на её внутреннюю поверхность и в результате многократного переотражения и диффузного рассеяния создает на внутренней поверхности в любой её точке одинаковую освещенность. Это предположение справедливо только в том случае, если коэффициент отражения внутренней поверхности имеет значение r=1 и одинаков во всех её точках, характер отражения диффузный и ИС не имеет отверстий на её поверхности.

Реальные системы отличаются от идеальных, и их отличия характеризуются параметрами, входящими в формулу (5), как

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

L = L’+ΔL; Pвх=P’0+ΔP0,

где ΔL — отклонение параметров устройства от идеальных; ΔP0 — нестабильность входного потока излучения; P’0 — входная мощность.

Таким образом связь Pвх и Pвых для реальной системы представляется в виде:

вых + Δ Pвых = L’ ·P’0+ ΔP0· L’+ ΔL· P’0+ ΔL· ΔP0.

где ΔPвых — отклонение параметров выходного потока излучения, вносимое совокупно ΔL и ΔP0.

Так как погрешности ΔL и ΔP0 не коррелированны и Pвых = L’ ·P’0, то окончательно для ΔPвых выражение выглядит следующим образом (6)

Δ Pвых = ΔP0· L’+ ΔL· P’0 (6)

Формула (6) является универсальной и показывает влияние совокупности ΔL и ΔP0 на погрешность преобразования Pвх в Pвых и при дальнейшем рассмотрении будет использована для определения составляющих погрешности ΔPi, характеризующих суммарную погрешность каждой из рассматриваемых систем.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

При измерении падающей мощности лазерного излучения, поток лазерного излучения попадает на локальный участок внутренней поверхности сферы и покрывает круг, площадь которого равна (рис. 14):

Рис. 14 — Измерение падающей мощности

,

лазер наногетероструктур излечение измерение

где D1=2R1 — диаметр пучка лазерного излучения, а отразившись от него, попадает на площадь внутренней поверхности сферы Aсф и приемника Aпр. Для идеальной ИС система уравнений, определяющая отраженные от соответствующих поверхностей потоки излучения, согласно [36] имеет вид уравнения (7).

;

; (7)

,

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

где  — мощность излучения с поверхности Aсф;

— мощность излучения с поверхности Aпр;

— мощность излучения с поверхности A1;

— индикатриса отражения j-го участка поверхности (j=1, iсф);

— коэффициент отражения j-го участка поверхности;

— угловой коэффициент между площадками Ai и Aj;

— коэффициент отражения поверхности приёмника излучения.

Углы показаны на рис. 14. Из рис. 14. видно, что , и поэтому коэффициент в случае использования ИС равен:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.

Мощность излучения на входе ИС (выходная мощность лазера) определяется как

. (8)

Формула (8) преобразуется в конечную формулу (9) для измерения мощности лазерного излучения:

, (9)

при этом L определяется по формуле (10).

. (10)

где V — сигнал, снимаемый с приемника излучения, Rсф — внутренний радиус сферы, — общая площадь отверстий на поверхности сферы, Rпр — радиус приемной поверхности приёмника излучения, — коэффициент отражения внутренней поверхности ИС.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Отклонение характеристик реальной сферы от идеальной связаны с геометрическими факторами и определяется выражением (11).

, (11)

а отклонение реальных от идеальных, связанных с фотометрическими свойствами сферы и приёмника, определяются выражением (12).

, (12)

тогда

. (13)

Для реализации описанного метода проводятся следующие измерения:

а) Измерение диаметров отверстий на внутренней поверхности сферы;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

б) Вычисление площади отверстий на внутренней поверхности сферы;

в) Измерение диаметра приёмного элемента фотодиода;

г) Вычисление площади приёмного элемента фотодиода Aпр;

д) Вычисление значения отклонения параметров, связанных с геометрическими факторами L’ по формуле (11);

е) Измерение коэффициента отражения внутренней поверхности ИС ;

ж) Снятие относительной характеристики спектральной чувствительности используемого фотодиода;

и) Абсолютизирование спектральной чувствительности фотодиода в любой точке внутри спектрального диапазона;

к) Снятие спектрального распределения плотности мощности исследуемого лазера, с помощью средства измерений спектральных характеристик;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

л) Вычисление значения отклонения параметров, связанных с фотометрическими факторами L’’ по формуле (12) с учетом спектральной чувствительности фотодиода в спектральном диапазоне излучения исследуемого лазера;

м) Вычисление отклонения реальной системы от идеальной по формуле (13).

Методика измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур разработанная при проведении исследования приведена в приложении 1.

2.2 Исследование метода измерений длины волны лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Рассмотренный метод измерений, основан на использовании интегрирующей сферы для измерения длины волны лазерного излучения.

Метод измерения длины волны лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур заключается в следующем:

Рассеянное на внутренней поверхности интегрирующей сферы лазерное излучения попадает во входное окно оптического световода, второй конец которого соединен с входным окном спектрометра. В спектрометре это излучение попадает на вогнутое зеркало, которое создает параллельный пучок внутри спектрометра. Этот параллельный пучок попадает на вогнутую дифракционную решетку, в фокусе которой установлен линейный матричный ПЗС детектор. Вогнутая дифракционная решетка одновременно разлагает попавшее на её поверхность излучение в спектр и фокусирует его. Таким образом создается спектральное распределение по ширине линейки ПЗС детектора. Поэтому, каждый пиксель этой линейки соответствует строго определенной длине волны. Калибровка линейки производится с помощью одночастотных лазеров на трех длинах волн, 0,532. 0,6329, 1,064 мкм. Таким образом, известны реперные точки, что позволяет с высокой точностью (0,01 нм) измерять спектральное распределение плотности мощности по длине линейки.

Среднее значение длины волны лазерного излучения lm в соответствии с ИСО 13695-2007 «Оптика и фотоника — лазеры и лазерные установки (системы) — методы испытаний и измерений спектральных характеристик лазеров» вычисляется при помощи формулы (14).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

, (14)

т.е. отношение скорости света с к средней частоте fm оптического излучения.

Методика измерений длины волны лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур разработанная при проведении исследования приведена в приложении 1.

2.3 Исследование метода измерений углов расходимости лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Рассмотренный метод измерений, основан на использовании интегрирующей сферы для измерения углов расходимости пучка лазерного излучения.

Метод измерения углов расходимости пучка лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур заключается в следующем:

Для определения ширин пучка или его диаметра в плоскости х-у сечения с координатой z в нем измеряется распределение плотности мощности. По результатам измерений распределения плотности мощности в сечении пучка вычисляются моменты первого порядка и центрированные моменты второго порядка, а с помощью центрированных моментов второго порядка определяются ширины пучка (dsx, dsy).

Определение углов расходимости осуществляется путем использования результатов измерений ширин пучка или его диаметра в фокальной плоскости фокусирующего оптического элемента. Сначала пучок лазерного излучения попадает в интегрирующую сферу, далее пропускается сквозь безаберрационный фокусирующий оптический элемент. Ширины пучков dsxf, dsyf измеряются в плоскости, расположенной на одном фокусном расстоянии f от задней главной плоскости фокусирующего оптического элемента.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Метод измерения ширин, углов расходимости — косвенный метод, основанный на измерении плотности распределения мощности лазерного излучения и определении по полученным данным ширин пучка (dsx, dsy), углов расходимости (θsx, θsy).

Ширины пучка (dsx, dsy) — протяженность распределения плотности мощности в поперечном сечении пучка с продольной координатой z вдоль главной оси, ближайшей к х- или у-осям лабораторной системы координат, соответственно, базирующимся на центрированных моментах второго порядка распределения плотности мощности:

,

где sx2, sy2, sxy2 — центрированные моменты второго порядка распределения плотности мощности, описываются нормированными взвешенными интегралами:

 

Углы расходимости пучка (θsx, θsy) — параметр, характеризующий увеличение ширины или диаметра пучка по мере возрастания расстояния от местоположения перетяжки:

. (15)

Формула 15 регламентирует те измерения, которые проводятся при использовании описанного метода, а именно:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Измерения углов расходимости определялись косвенным методом и осуществлялись путем использования результатов измерений ширины пучка или его диаметра в фокальной плоскости линзы по формуле 15.

а) Определялся диаметр пучка по уровню энергии E, при этом задавались четыре уровня энергии:

0.9Е;

0.865Е, (что соответствует уровню (1-1/е2)Wmax);

0.632Е (что соответствует уровню (1-1/е)Wmax);

0.5Е,

где Wmax — уровень интенсивности.

б) По экспериментально определенному распределению интенсивности w(x,y) определяется эквивалентное распределение в полярных координатах w(ρ, φ) с центром в центре пучка с координатами X0 и Y0 .

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

в) Строилась кривая нарастания доли энергии Е(r), содержащейся в пределах круга радиусом r с центром в центре пучка с координатами X0 и Y0 от величины радиуса r. На рис. 15. показан типичный вид этой кривой.

Рис. 15 — Зависимость нарастания доли энергии Е(r)

г) По этой зависимости находились значения радиуса rk, при котором кривая нарастания достигает заданного уровня k.

д) По считанному значению радиуса rk определялось значение диаметра пучка по заданному уровню dk=2 rk.

Координаты центра пучка X0 и Y0 определялись как координаты точки, для которой выполняются следующие условия:

при этом интегрирование производится в пределах всего кадра, но значения интенсивности w(x,y) под интегралом.

е) По полученным значениям координат X0 и Y0 определялись:

) второй момент, характеризующий распределение вдоль оси Х, равен:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

) второй момент, характеризующий распределение вдоль оси Y, равен:

) второй момент, характеризующий корреляцию распределения для осей Х и Y равен:

ж) По полученным значениям вторых моментов определялись диаметр и ширина сечения пучка:

диаметр пучка ,

ширина пучка по оси Х,

ширина пучка по оси Y .

Методика измерений углов расходимости лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур разработанная при проведении исследования приведена в приложении 1.

3. Анализ средств измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.1 Анализ средства измерений пространственных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Было исследовано созданное во ФГУП «ВНИИОФИ» средство измерений пространственных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур.

Основными элементами этого средства измерений пространственных характеристик являются двумерная матрица и интегрирующая сфера.

В средстве измерений пространственных характеристик был использован цифровой регистратор РИЦ-822.

В качестве двумерной матрицы в средстве измерений используется анализатор профиля пучка BEAMSTAR FX Firewire FX 33 HD фирмы OPHIR-SPIRICON, который входит в состав РИЦ-822.

Общий вид двумерной матрицы представлен на рис. 16. Интегрирующей сферы на рис. 17. Технические характеристики двумерной матрицы представлены в Таблице 4.

Рис. 16 — Общий вид анализатора профиля пучка BEAMSTAR FX Firewire FX 33 HD

Рис. 17 — Общий вид интегрирующей сферы

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Таблица 4 — Технические характеристики двумерной матрицы

 

Анализатор распределения интенсивности излучения в поперечном сечении лазерного пучка BEAMSTAR FX Firewire FX 33 HD предназначен для анализа измерений лазерного пучка на длинах волн от 190 до 1100 нм, позволяет регистрировать распределение интенсивности излучения в поперечном сечении пучка как непрерывных, так и импульсных лазеров со средней мощностью излучения от единиц мкВт до нескольких Ватт.

В BEAMSTAR FX Firewire FX 33 HD в качестве приемной матрицы применены кремниевые CCD (ПЗС) матрицы. При использовании дополнительных ослабителей излучения анализируются пучки лазеров мощностью до нескольких сотен Ватт. Время экспозиции камеры и коэффициент усиления регулируются автоматически, что упрощает применение прибора и повышает точность измерения.

ПЗС-матрица — специализированная аналоговая интегральная микросхема, которая состоит из светочувствительных фотодиодов, выполнена на основе кремния и использует технологию ПЗС — устройств с зарядовой связью. ПЗС-матрица сделана из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при поступлении напряжения через поликремневые затворы изменяется электрический потенциал вблизи электродов. Перед экспонированием, с помощью подачи нужной комбинации напряжений на электроды, осуществляется сброс всех ранее образованных зарядов и приведение всех элементов в исходное состояние. Затем комбинация напряжений на электродах образует потенциальную яму. В ней могут накапливаться электроны, созданные в данном пикселе матрицы в следствии воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток при экспозиции, тем больше собирается электронов в потенциальной яме, следовательно тем выше итоговый заряд этого пикселя. После экспонирования последовательное изменение напряжения на электродах формирует в каждом пикселе и возле них распределение потенциалов, которое приводит к перемещению заряда в нужном направлении, к выходным элементам матрицы.

Очень важным моментом для правильной работы матрицы является равномерность значения коэффициента преобразования каждого пикселя. Поэтому перед применением матрицы каждый ее канал откалиброван по значению коэффициента преобразования.

Вторым важным элементом средства измерений пространственных характеристик является интегрирующая сфера (компаратор), на внутренней поверхности которой расположено входное окно для двумерной матрицы.

Интегрирующая сфера выполнена из молочного стекла МС-20. Ее характеристики приведены в таблице 5.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Таблица 5 — Характеристики интегрирующей сферы

 

Для калибровки данного средства измерений была разработана Методика калибровки средств измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур приведенная в приложении 2.

Результаты, полученные на экране монитора персонального компьютера измерений углов расходимостей пучка лазерного излучения приведены на рис. 18.

Рис. 18 — Результаты измерений параметров качества пучка полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

В ходе работы было проведено метрологическое исследование средства измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, результаты которого приведены в протоколах №1-2:

ПРОТОКОЛ № 1

. Объект исследований: Средство измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИПЭХ), матричный преобразователь (ПЗС матрица).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

. Цель проведения исследований: Определение коэффициентов преобразования каждого измерительного макроканала ПЗС матрицы.

. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

. Условия проведения исследований:

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

. Результаты исследований: Значения коэффициента преобразования в каждом макроканале приведено в таблице 6.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Таблица 6 — Значения коэффициента преобразования

 

7. Заключение: среднее значение коэффициента преобразования измерительных каналов : 40,73 Вт-1, СКО определения коэффициентов преобразования σм, %: 3,1.

ПРОТОКОЛ № 2

. Объект исследований: Средство измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИПЭХ), матричный преобразователь (ПЗС матрица).

. Цель проведения исследований: Определение углов расходимостей пучка лазерного излучения θαx и θαy.

3. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

. Условия проведения исследований:

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

. Результаты исследований: Значения углов расходимостей θαx и θαy пучка лазерного излучения приведено в таблицах 7 и 8.

Таблица 7 — Значения углов расходимостей θαx пучка лазерного излучения

 

Таблица 8 — Значения углов расходимостей θαy пучка лазерного излучения

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

 

. Заключение: средние значения углов расходимостей: θαx = 43,4º и θαy = 5,65º, СКО определения углов расходимостей Qαx = 1,1% и Qαy = 1,0%.

В ходе проведения метрологического исследования данного средства измерений было выполнено:

В процессе проведения измерений углов расходимости пучка лазерного излучения полупроводниковых лазеров определялись значения углов расходимости θsx, θsy пучка лазерного излучения по формуле 15.

Погрешность измерений угла расходимости определяется уравнением (16).

, (16)

где  погрешность, обусловленная изменением углов расходимостей при подведении лазерного излучения к ПЗС-матрице;

σм — среднее квадратическое отклонение при измерении коэффициентов преобразования каждого измерительного макроканала ПЗС матрицы.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Бюджет составляющих погрешностей при измерении углов расходимостей пучка лазерного излучения приведен в табл. 9.

 

Таблица 9 — Бюджет составляющих погрешностей при измерении углов расходимостей пучка лазерного излучения

 

Результаты метрологического исследования показали, что фактические характеристики погрешности измерений углов расходимостей пучка лазерного излучения () не превышают значений 2 %.

3.2 Анализ средства измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Было исследовано созданное во ФГУП «ВНИИОФИ» средство измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур.

В основе средства измерений мощности лазерного излучения лежит использование интегрирующей сферы, которая описана в разделе 3.1. Внешний вид ее показан на рис. 17, а вид в разрезе на рис. 19. В качестве приемника, установленного на внутренней поверхности интегрирующей сферы, используется фотодиод S1087-01. Его характеристики приведены в таблице 10, а спектральная чувствительность на графике (см. рис. 20.).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Рис. 19 — Расположение матового экрана во внутреннем объеме интегрирующей сферы

Таблица 10 — Характеристики фотодиода

 

Рис. 20 — Спектральная чувствительность фотодиода

В качестве источника лазерного излучения, характеристики которого подлежат контролю в процессе проведения измерений в средстве измерений используются два полупроводниковых лазера на наногетероструктурах моделей ЕМНО-910-3СS и EMS-1060-50CS с блоками питания. Их характеристики приведены в таблицах 11 и 12.

Таблица 11 — Технические характеристики лазерного излучателя модели EMHО-910-3СS

 

Таблица 12 — Технические характеристики лазерного излучателя модели EMS-1060-50CS

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

 

Для калибровки данного средства измерений была разработана Методика калибровки средств измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур приведенная в приложении 2.

В ходе работы было проведено метрологическое исследование средства измерений средней мощности лазерного излучения, результаты которого приведены в протоколах №3-7:

ПРОТОКОЛ № 3

. Объект исследований: Средство измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИМЛИ), фотодиод.

. Цель проведения исследований: проверка значения составляющей погрешности QР, обусловленной зависимостью коэффициента преобразования от уровня измеряемой средней мощности в диапазоне ±0.1 Вт.

. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

. Условия проведения исследований:

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

. Результаты исследований: результаты определения значения составляющей погрешности Qр, обусловленной зависимостью коэффициента преобразования от уровня измеряемой средней мощности в диапазоне ±0.1 Вт приведены в таблице 13.

Таблица 13 — Результаты определения значения составляющей погрешности Qр

 

. Заключение: оценки значения составляющей погрешности Qр, обусловленной изменением коэффициента преобразования от уровня измеряемой средней мощности в диапазоне ±0.1 Вт, не выходят за пределы допуска.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

ПРОТОКОЛ № 4

. Объект исследований: Средство измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИМЛИ), фотодиод.

. Цель проведения исследований: проверка значения составляющей погрешности Qд, обусловленной дрейфом установившегося значения выходного сигнала фотодиода при подведении на его вход постоянной мощности.

. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

. Условия проведения исследований:

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

. Результаты исследований: результаты определения значения составляющей погрешности Qд, обусловленной дрейфом установившегося значения выходного сигнала преобразователя при подведении на его вход постоянной мощности приведены в таблице 14.

Таблица 14 — Результаты определения значения составляющей погрешности Qд

 

. Заключение: оценки значений составляющей погрешности Qд, обусловленной дрейфом установившихся значений выходных сигналов при подведении на вход постоянной мощности, не выходят за пределы допуска.

ПРОТОКОЛ № 5

. Объект исследований: Средство измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИМЛИ), фотодиод.

. Цель проведения исследований: проверка значения составляющей погрешности Qxy, обусловленной изменением коэффициента преобразования при подведении мощности к различным участкам поверхности приемного элемента фотодиода.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

. Условия проведения исследований:

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

. Результаты исследований: результаты определения значения составляющей погрешности Qxy, обусловленной изменением коэффициента преобразования при подведении мощности к различным участкам поверхности приемного элемента фотодиода приведены в таблице 15.

Таблица 15 — Результаты определения значения составляющей погрешности Qxy

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

 

. Заключение: оценки значений составляющей погрешности Qxy, обусловленной изменением коэффициента преобразования при подведении мощности к различным участкам поверхности приемного элемента фотодиода, не выходят за пределы допуска.

ПРОТОКОЛ № 6

. Объект исследований: Средство измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИМЛИ), фотодиод.

. Цель проведения исследований: проверка значения составляющей погрешности QЛ, обусловленной линейностью значения выходного сигнала фотодиода при подведении на его вход постоянной мощности.

. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

. Условия проведения исследований:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

. Результаты исследований: результаты определения значения составляющей погрешности QЛ, обусловленной линейностью значения выходного сигнала фотодиода при подведении на его вход постоянной мощности приведены в таблице 16.

Таблица 16 — Результаты определения значения составляющей погрешности QЛ

 

. Заключение: оценки значений составляющей погрешности QЛ, обусловленной линейностью значения выходного сигнала фотодиода при подведении на его вход постоянной мощности, не выходят за пределы допуска. Л = 0,50% при мощности Р=10-4 мВтЛ = 0,47% при мощности Р=10-3 мВт

ПРОТОКОЛ № 7

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

. Объект исследований: Средство измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИМЛИ), интегрирующая сфера (ИС).

. Цель проведения исследований: измерение интегрального коэффициента отражения интегральной сферы и составляющей погрешности, вносимой неравномерностью зонной характеристики ИС.

. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

. Условия проведения исследований:

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

. Результаты исследований: результаты определения значения интегрального коэффициента отражения интегральной сферы приведены в таблице 17.

Таблица 17 — Результаты определения значения интегрального коэффициента отражения

 

. Заключение: среднее значение значения интегрального коэффициента отражения ИС rсфср: 0,9826, составляющая погрешности, вносимая неравномерностью зонной характеристики ИС, %: 0,15.

В ходе проведения метрологического исследования данного средства измерений было выполнено:

В процессе проведения измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров определяются значения средней мощности P по формуле (9).

Погрешность измерений мощности лазерного излучения будет определяться уравнением (17).

; (17)

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

где QР — погрешность, обусловленная зависимостью коэффициента преобразования от уровня измеряемой средней мощности в диапазоне ±0.1 Вт;д — погрешность, обусловленная дрейфом установившегося значения выходного сигнала фотодиода при подведении на его вход постоянной мощности;- погрешность, обусловленная изменением коэффициента преобразования при подведении мощности к различным участкам поверхности приемного элемента фотодиода;Л — погрешность, обусловленная линейностью значения выходного сигнала фотодиода при подведении на его вход постоянной мощности;сф — погрешность, обусловленная вносимой неравномерностью зонной характеристики интегрирующей сферы.

Бюджет составляющих погрешностей при измерении углов расходимостей пучка лазерного излучения приведен в табл. 18.

Таблица 18 — Бюджет составляющих погрешностей при измерении мощности лазерного излучения

 

Результаты метрологического исследования показали, что фактические характеристики погрешности измерений мощности лазерного излучения () не превышают значений 1 %.

3.3 Анализ средства измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Было исследовано созданное во ФГУП «ВНИИОФИ» средство измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур.

Основными элементами данного средства измерений спектральных характеристик являются спектрометр и интегрирующая сфера.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

В этом средстве измерений спектральных характеристик был использован ПЗС-спектрометр фирмы «OPHIR» модели WAVESTAR-VIS-HEAD на спектральный диапазон 570,0÷1070,0 нм.

Среднее значение разрешающей способности составляет ~0,015 нм.

ПЗС-спектрометр предназначен для измерений длины волны и спектра излучения в реальном масштабе времени и может работать как с импульсным, так и непрерывным излучением. Оптическая схема спектрометра представлена на рис. 21.

Излучение от исследуемого источника лазерного излучения проходит через входную щель прибора и попадает на первое сферическое зеркало, которое создает параллельный пучок. Отраженный от дифракционной решетки диспергированный поток излучения попадает на второе сферическое зеркало, которое фокусирует его на линейном матричном ПЗС детекторе.

Программное обеспечение позволяет:

а) Автоматически регистрировать среднее взвешенное значение длины волны  (момент первого порядка) и ширину спектральной полосы (момент второго порядка) .

Рис. 21 — Оптическая схема спектрометра WAVESTAR-VIS-HEAD

б)  спектральное распределение мощности для непрерывного и энергии для импульсного излучения.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Общий вид спектрометра показан на рисунке 22.

Рис. 22 — Общий вид спектрометра WAVESTAR-VIS-HEAD

Для калибровки данного средства измерений была разработана Методика калибровки средств измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур приведенная в приложении 2.

Отображение результатов на экране монитора персонального компьютера измерений длины волны лазерного излучения приведено на рис. 23.

Рис. 23 — Измерения длины волны лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

В ходе работы было проведено метрологическое исследование средства измерений спектральных характеристик лазерного излучения, результаты которого приведены в протоколе №8:

ПРОТОКОЛ № 8

. Объект исследований: Средство измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИСХЛИ), спектрометр.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

. Цель проведения исследований: оценка погрешности дискретизации спектрометра OPHIR Wavestar-V θдисOPH.

. Дата проведения исследований: 01.02.16 г.

. Место проведения исследований: ФГУП «ВНИИОФИ».

. Условия проведения исследований:

температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С;

относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа.

. Результаты исследований:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Погрешность дискретизации спектрометра OPHIR Wavestar-V θдисOPH определяется из свидетельства о калибровке и составляет 8,3·10-5.

. Заключение: в результате проведения исследований погрешность дискретизации спектрометра OPHIR Wavestar-V и OPHIR Wavestar-U θдисOPH составляет 8,3·10-5.

В ходе проведения метрологического исследования данного средства измерений было выполнено:

Рассчитана погрешность измерений длины волны лазерного излучения, которая определяется погрешностью дискретизации спектрометра.

3.4 Использование исследованных средств измерений в виде единой измерительной системы

Исследованные выше средства измерений можно использовать в виде единой измерительной системы, позволяющей измерять все три рассмотренные характеристики одновременно, при этом основное предназначение каждого из исследуемых средства измерений не изменяется, другими словами, каждое средство измерений отвечает за измерения той оптической характеристики, которая ему приписана.

Как показано на рис. 24, основой этой единой системы является интегрирующая сфера 2 (компаратор), на внутренней поверхности которой расположены входные окна двух средств измерений, входящих в состав системы:

средство измерений спектральных характеристик 7, на вход которого подается лазерное излучение с помощью стекловолоконного жгута 6;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

средство измерений пространственных характеристик лазерного излучения 9, на входе которого с помощью оптической системы 4 строится изображение, создаваемое исследуемым полупроводниковым лазером 1 на матовом экране 3.

Сама интегрирующая сфера со встроенным на ее внутреннюю поверхность фотодиодом 5 и защитным экраном 8 образует, как было показано в разделе 3.2, средство измерений мощности лазерного излучения, которое калибруется на вторичном эталоне единиц средней мощности и энергии лазерного излучения. Выходной сигнал со средства измерений мощности лазерного излучения измеряется мультиметром 11.

На внутренней поверхности интегрирующей сферы предусмотрено посадочное отверстие для установки полупроводникового лазера на наногетероструктуре 1, который подлежит исследованию. Лазер запитывается от своего блока питания 10.

Рис. 24 — Структурная схема единой измерительной системы для измерения оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур. 1. Полупроводниковый лазер на основе наногетероструктур; 2. Интегрирующая сфера; 3. Матовый экран; 4. Фокусирующая оптика; 5. Фотодиод; 6. Оптоволоконный жгут; 7. Спектрометр; 8. Защитный экран; 9. Средство измерений пространственных характеристик лазерного излучения; 10. Источник питания полупроводникового лазера. 11. Мультиметр. 12. Персональный компьютер

Вся измерительная информация поступает, обрабатывается и регистрируется персональным компьютером 12.

На рис. 25 представлен общий вид измерительной системы.

Рис. 25 — Общий вид единой измерительной системы

Принцип действия единой измерительной системы, как уже указывалось выше, основан на одновременном измерении трех основных характеристик полупроводниковых лазеров на наногетероструктурах, а именно, мощности, спектрального и пространственного ее распределения.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Использование единой измерительной системы дает возможность проводить измерение этих параметров с высокой точностью, что позволяет повысить энергоэффективность (дифференциальную квантовую эффективность или коэффициент полезного действия) этого типа лазеров и минимизировать их оптические потери.

 

Заключение

Проведенный обзор существующих типов лазеров на основе наногетероструктур позволил обобщить и выделить типичные энергетические, спектральные и пространственные характеристики лазеров. Среди всех параметров лазеров на основе наногетероструктур были определены три наиболее востребованных, что позволило правильно выбрать направление в исследовании средств измерений этих характеристик.

В результате проведенного обзора методов измерений было установлено:

в качестве метода измерений мощности лазерного излучения наиболее приемлемым из-за большой расходимости излучения лазеров на основе наногетероструктур (40º и более) является метод, основанный на использовании интегрирующей сферы со встроенным на ее внутренней поверхности фотоэлектрическим приёмником, т.к. сфера позволяет полностью охватить излучение в таком угле и исключить влияние на результат измерений потерь излучений;

в качестве метода измерений углов расходимости наиболее приемлемым является метод, основанный на проецировании с помощью объектива изображения, создаваемого излучением лазеров на основе наногетероструктур пучка лазерного излучения на матовом экране;

в качестве метода измерений длины волны излучения лазеров на основе наногетероструктур наиболее приемлемым является метод прямых измерений, при котором часть излучения отводится на стекловолоконный вход спектрометра, предназначенного для измерения спектральных характеристик лазерного излучения.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Были выбраны и исследованы средства измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур. Было принято участие в разработке методик калибровки для этих средств измерений. Результаты метрологического исследования мощности лазерного излучения показали, что фактические характеристики погрешности измерений этих параметров не превышают 1 %, а для и углов расходимости лазерного излучения не превышают 2 %. А погрешность измерений длины волны лазерного излучения определяется погрешностью дискретизации спектрометра OPHIR Wavestar-V и равна 8,3∙10-5.

Было принято участие в разработке методик измерений:

средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур;

длины волны лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур;

углов расходимости лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур.

В процессе исследования средств измерений оптических, энергетических и спектральных параметров полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур была проработана возможность обеднения всех описанных средств измерений в единую измерительную систему, которая значительно облегчит и ускорит процесс контроля за качеством продукции на производстве полупроводниковых лазеров. Также было принято участие в разработке макета этой системы. Использование средств измерений на производстве в виде единой измерительной системы позволит оценивать и корректировать технологию изготовления полупроводниковых лазеров на наногетероструктурах и проводить их сертификацию после их изготовления.

Список используемой литературы

1.       Asada M., Miyamoto Y., Suematsu Y. Gain and the threshold of three-dimensional quantum-box lasers // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1986. V. 22, I. 9, P. 1915.

.        2 Методы и средства метрологического обеспечения измерения частотных характеристик лазеров // Сборник научных трудов. НПО «ВНИИ им. Д.И.Менделеева» / под ред. Соловьева В.С. Ленинград.: НПО «ВНИИМ», 1987. С. 114.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

.        3 Багаев С.Н., Чеботарев В.П. Лазерные стандарты частоты // УФН. 1986. T.148, №1, С. 143-178.

.        4 Udem Th., Holzwarth R., Hansch T. W. Review article Optical frequency metrology // Nature. 2002. V. 416, P. 233.

.        5 Diddams S.A., Jones D.J., Jun Ye, Cundiff S.T., Hall J.L. etc. Direct Link between Microwave and Optical Frequencies with a 300 THz Femtosecond Laser Comb // Physical Review Letters. 2000. V.84, N. 22, P.5102.

.        6 Желтиков А.М. Да будет белый свет: генерация суперконтинуума сверх короткими лазерными импульсами // УФН. 2006. T.176, №6, С. 623-649.

.        7 Иванов В.С., Котюк А.Ф., Либерман А.А., Овсик Я., Улановский М.В. Фотометрия и радиометрия оптического излучения. Книга 3 Измерения спектральных, корреляционно-фазовых и поляризационных параметров и характеристик лазерного излучения (спектрально-частотная, корреляционно-фазовая и поляризационная лазерометрия). М.: Полиграф сервис, 2001. С. 216.

.        ГОСТ Р ИСО 11554-2008 Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений мощности, энергии и временных характеристик лазерного пучка. М.: Стандартинформ, 2008.

.        ГОСТ Р ИСО 11146-1-2008 Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений ширины, углов расходимости и параметров качества пучка. Часть 1. Стигматические пучки и пучки с простым астигматизмом. М.: Стандартинформ, 2010.

.        ГОСТ Р ИСО 11146-2-2008 Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений ширины, углов расходимости и параметров качества пучка. Часть 2. Пучки с общим астигматизмом. М.: Стандартинформ, 2010.

.        ГОСТ Р ИСО 11146-3-2008 Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений ширины, углов расходимости и параметров качества пучка. Часть 3. Собственная и геометрическая классификация лазерных пучков. М.: Стандартинформ, 2010.

.        ГОСТ Р ИСО 13694-2010 Оптика и оптические приборы. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений распределения плотности мощности (энергии) лазерных пучков. М.: Стандартинформ, 2011.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.        ГОСТ Р ИСО 13670-2010 Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений параметров лазерных пучков. М.: Стандартинформ, 2011.

.        ГОСТ Р ИСО 13695-2010 Оптика и фотоника. Лазеры и лазерные установки (системы). Методы измерений спектральных характеристик лазеров. М.: Стандартинформ, 2011.

.        Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. М.: Мир, 1981. С. 42 — 51.

.        Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения / Под ред. Котюка А.Ф. М.: Радио и связь, 1981. С. 246-282.

.        Карабак Ю.В. Обработка результатов измерений в системах определения пространственно-энергетических характеристик импульсного лазерного излучения // Сборник научных трудов ВНИИФТРИ «Измерительные устройства систем энергетической фотометрии». М.: ВНИИОФИ, 1992. С. 79 — 86.

.        Матиенко Б.Г. Исследование характеристик полупроводниковой фотоприемной матрицы // Автометрия. 1999. № 3, С. 45 — 48.

.        Кузнецов Е.Я. Измеритель пространственно-энергетических характеристик импульсного излучения // 4-я Всесоюзная конференция «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Тезисы докладов. М.: ВНИИОФИ, 1982. С. 347.

.        Гапоненко Н.Н., Магда И.И., Пушкарев С.С. и др. Многосекционный графитовый калориметр // Приборы и техника эксперимента. 1996. № 3, С. 47 — 48.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

.        Ефременко В.В. О методе восстановления распределения энергии лазерного пучка по данным, получаемым с болометрических датчиков // Радиотехника и электроника. 1999. Т. 24, № 1, С. 193 — 196.

.        Гаврилов В.Н., Калинин П.К., Кузнецов П.А. Устройство для измерения пространственных и энергетических параметров пучка импульсного излучения // Сборник Импульсная фотометрия. Ленинград: Машиностроение, 2001, вып. 7, 142 с.

.        Jaakobi B. Measurement in TV-laser interaction // Optical Communication. 2002. V. 41, N. 5, P. 355-359.

.        Гриднев В.А., Журавлев В.И., Константинов А.И. и др. Автоматизированная КАМАК — система регистрации и обработки
изображения лазерного пучка // VII Всесоюзный симпозиум «Распространение лазерногоизлучения в атмосфере»: Тезисы докладов. — Томск: ИОА СО АН РФ, 1993. С. 273 — 276.

.        Абакумов Б.М. и др. Об аналоговых свойствах пленок MnBi при регистрации оптической информации // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. 1998. № 2, С. 117 — 120.

.        Толмачев А.В. и др. Визуализация импульсного излучения ОКГ при помощи жидких кристаллов холестерического типа // Сборник Импульсная фотометрия. Ленинград: Машиностроение, 1995. вып. 4, С. 101.

.        Чернов Е.А. Регистрация пространственной модовой структуры излучения ТЕА СО2-лазера с помощью термооптического преобразователя // Письма в журнал технической физики. 1982. Т.8, № 16, С. 992 — 995.

.        Кириллов Г.А., Комаревский В.А., Кормер С.В. и др. Метод измерения оптических неоднородностей лазерных сред // Квантовая электроника. 1997. Т. 4, № 3 С. 844 — 645.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.        Князев Б.А., Лебедев С.В. Фольговый метод оперативного контроля пространственного распределения плотности энергии излучения импульсного лазера // Приборы и техника эксперимента. 1992. № 2, С. 169 — 173.

.        Ефременко В.В. О методе восстановления распределения энергии лазерного пучка по данным получаемым с болометрических датчиков // Радиотехника и электроника. 1999. Т. 24, № 1, С. 183-196.

.        Матиенко Б.Г. Исследование характеристик полупроводниковой фотоприемной матрицы // Автометрия. 1999. № 3, С. 45 — 53.

.        Афанасьев Л.Ф., Быховская Л.Н., Загорский Я.Т., Кауфман С.А., Лукашин В.А., Медик В.С. Рабочий эталон единицы средней мощности лазерного излучения // Измерительная техника. 1981. №2, С. 33-35.

.        Иванов В.С., Котюк А.Ф., Либерман А.А., Овсик Я., Улановский М.В. Фотометрия и радиометрия оптического излучения. Книга 2 Энергетическая лазерометрия. М.: Полиграф Сервис, 2001. С. 212.

.        Кнюпфер А.П., Либерман А.А. Способ воспроизведения и передачи размера единицы средней мощности лазерного излучения / Авторское свидетельство № 1408245, опубл. 1988.

.        Кнюпфер А.П., Кузнецов А.Б., Либерман А.А., способ воспроизведения размера единицы средней мощности лазерного излучения // 7-я Всесоюзная конференция «Фотометрия и ее метрологическое обеспечение»: Тезисы докладов. М.: ВНИИОФИ, 1988. С. 4.

.        Либерман А.А. Теоретическое исследование методов измерения оптических характеристик // Сборник научных трудов «Измерительные устройства систем энергетической фотометрии». М.: ВНИИФТРИ, 1982. C. 94-109.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Приложение 1

Методика измерений мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Назначение и область применения

Настоящий документ «Методика измерений мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур» устанавливает правила выполнения измерений значений мощности P лазерного излучения. Диапазон измерений мощности лазерного излучения P = (10-3 … 1) Вт.

Нормативные ссылки

В настоящей Методике использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ Р 8.563-2009 Методики (методы) измерений

ГОСТ Р-50723-94 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

СНиП 5804-91 Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров

Определения

В Методике использованы следующие термины:

Методика измерений (МИ) мощности лазерного излучения — совокупность операций и правил по ГОСТ Р 8.563-2009, выполнение которых обеспечивает получение значений мощности лазерного излучения для заданного типа лазерной системы с известной погрешностью (неопределенностью);

Мощность лазерного излучения — параметр, характеризующийся

 

, (1)

где где V — сигнал, снимаемый с приемника излучения, Rсф — внутренний диаметр сферы, Sпр — чувствительность приёмника, — коэффициент отражения поверхности приёмника излучения.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Средство измерения мощности лазерного излучения (СИМЛИ) — средство измерений мощности лазерного излучения определенной длины волны в заданном диапазоне мощности;

Приписанные характеристики погрешности измерений

Методика измерений обеспечивает получение результатов измерений с метрологическими характеристиками, не превышающими значений, приведенных в таблице 1.

Таблица П1 — Диапазоны измерений, значения показателей СКО и относительной погрешности для измеряемых параметров исследуемой лазерной системы

 

Значения показателей точности используют при оформлении результатов измерений, выдаваемых лабораторией, и оценке деятельности лаборатории на качество проведения испытаний.

Метод измерений

Метод измерения мощности лазерного излучения заключается в преобразовании фотодиодом светового воздействия лазерного излучения в электрический сигнал.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Средства измерений и вспомогательные устройства

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений и другие технические средства.

Средство измерения мощности лазерного излучения.

Рекомендуемые параметры:

Диапазон рабочих длин волн …0,8 …1,1мкм

Время одного измерения (не более) …1,0 с

Диапазон уровней мощности … 4 Вт

Средство измерения мощности лазерного излучения (СИМЛИ) в количестве 1 комплекта. СИМЛИ используется для измерения мощности лазерного излучения и соответствует рангу рабочего средства измерений средней мощности и энергии лазерного излучения согласно поверочной схеме ГОСТ 8.275-2007. Рекомендуемые параметры СИМЛИ приведены в таблице П2.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Таблица П2 — Рекомендуемые параметры средства измерения мощности непрерывного лазерного излучения

 

СИМЛИ должен быть поверен по ГОСТ 8.275-2007.

Персональный компьютер для управления процессом измерения, сбора и обработки данных.

Оптические и оптико-механические компоненты, используемые в измерительной схеме: светофильтры для ослабления лазерного излучения, линзы для фокусировки лазерного излучения, держатели и устройства для перестроения оптической схемы.

Требования безопасности и к квалификации персонала

.1. Требования электробезопасности при работе с прибором должны соответствовать «Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилам технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» — ПТЭ и ПТБ, утвержденным Госэнергонадзором в 1969 г.

.2.Требования безопасности при работе с лазерным излучением должны соответствовать «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81», утвержденным Минздравом СССР.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

.3.Лазеры, используемые при испытаниях прибора, а также при проведении измерений с помощью прибора, по степени опасности генерируемого излучения относятся к Ш классу по ГОСТ 12.1.040-83.

.4. Заземление прибора должно соответствовать требованиям ПТЭ, ПТБ ГОСТ 12.1.030-81.

.5. К проведению измерений при поверке допускают лиц из числа инженерно-технического состава, имеющих квалификацию поверителя по специальности «Поверка средств оптико-физических измерений», специально обученных работе с лазерами согласно «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81» и работе с электроустановками напряжением свыше 1000 В, аттестованных и имеющих необходимую квалификационную группу в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» — ПТЭ и ПТБ, изучивших руководство по эксплуатации и методику проведения измерений.

Условия измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

Температура окружающего воздуха, К 293 ± 2 (20 ± 2°С)

Относительная влажность воздуха, % 65 ± 15

Атмосферное давление, кПа 100 ± 4

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Напряжение питающей сети, В 220 ± 4,4 / 380 ± 7,6

Частота питающей сети, Гц 50 ± 0,5

Коэффициент высших гармоник питающей сети, %, не более 5

Подготовка к работе и выполнение измерений

.1 Подготовка источника лазерного излучения

а) Включите источник лазерного излучения в соответствии с его руководством по эксплуатации;

б) Перед включением измерительного прибора лазерное излучение должно быть перекрыто;

в) Энергетика лазерного излучения не должна превышать допустимые пределы, приписанные средству измерений.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

.2. Выполнение измерений.

а) Перекройте излучение;

б) Подключите измеритель мощности к мультиметру Agilent 34420A;

в) Откройте излучение;

г) Подведите лазерное излучение к интегрирующей сфере;

д) Проведите измерения, сняв последовательно 10 показаний прибора Vi с мультиметра Agilent 34420A.

.3. Работы при завершении измерений

а) Выключите источник лазерного излучения в соответствие с его руководством оператора;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

б) рассчитайте среднее значение мощности по 10 измерениям по формуле:

 

в) рассчитайте значение среднего квадратического отклонения измерений по формуле:

;

г) рассчитайте предел относительной погрешности измерений по формуле:

,

где  — неопределенность при калибровке, равная 2,0 %.

Обработка результатов измерений

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Вычисление значений мощности лазерного излучения по результатам проведенных измерений осуществляется обработкой полученных массивов данных по формулу 1 настоящей методики.

Обработка результатов измерений проводится с помощью персонального компьютера с использованием соответствующего программного обеспечения.

Контроль погрешности результатов измерений

Относительная погрешность (неопределенность) измерений мощности лазерного излучения не должна превышать значения СКО δ из таблицы 1 настоящей Методики. При превышении данной величины измерения нужно повторить и при необходимости устранить причину, обуславливающую большую величину погрешности (неопределенности) измерений.

Оформление результатов измерений

Результаты измерений мощности лазерного излучения исследуемого лазерного комплекса сохраняют в текстовом формате в файл на жесткий диск персонального компьютера, результаты вычислений значений мощности лазерного излучения P — в файлах обработки данных и записывают в “Лабораторный журнал регистрации измерений”.

Методика измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Назначение и область применения

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Настоящий документ «Методика измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур» устанавливает правила выполнения измерений значений длины волны l лазерного излучения. Диапазон измерений длины волны лазерного излучения l = (0,3 … 1,1) мкм.

Нормативные ссылки

В настоящей Методике использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ Р 8.563-2009 Методики (методы) измерений

ГОСТ Р-50723-94 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий

СНиП 5804-91 Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров

Определения

В Методике использованы следующие термины:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина.

СИСХЛИ — средство измерения спектральных характеристик лазерного излучения.

Методика измерений (МИ) длины волны лазерного излучения — совокупность операций и правил по ГОСТ Р 8.563-2009, выполнение которых обеспечивает получение значений длины волны лазерного излучения для заданного типа лазерной системы с известной погрешностью (неопределенностью);

Длина волны лазерного излучения — параметр, характеризующийся

, (1)

где l — измеряемая длина волны лазерного излучения, с — скорость света в вакууме, ν — частота.

Средство измерения спектральных характеристик лазерного излучения — средство измерений спектральных характеристик лазерного излучения определенной мощности в заданном спектральном диапазоне;

Метод измерения длины волны лазерного излучения заключается в преобразовании фотодиодом светового воздействия лазерного излучения в электрический сигнал, пропорциональный длине волны лазерного излучения

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Приписанные характеристики погрешности измерений

Методика измерений обеспечивает получение результатов измерений с метрологическими характеристиками, не превышающими значений, приведенных в таблице 1.

Таблица П3 — Диапазоны измерений, значения показателей СКО и погрешности измерений для измеряемых параметров исследуемой лазерной системы

 

Значения показателей точности используют при оформлении результатов измерений, выдаваемых лабораторией, и оценке деятельности лаборатории на качество проведения испытаний.

Метод измерений

Метод измерения длины волны лазерного излучения заключается в преобразовании фотодиодом светового воздействия лазерного излучения в электрический сигнал, пропорциональный длине волны лазерного излучения

Средства измерений и вспомогательные устройства

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений и другие технические средства:

Средство измерений спектральных характеристик непрерывного лазерного излучения.

Рекомендуемые параметры:

Диапазон рабочих длин волн… 0,3 …1,1мкм

Время одного измерения (не более) … 1,0 с

Диапазон уровней мощности 0,1 Вт

Средство измерения спектральных характеристик лазерного излучения в количестве 1 комплекта используется для измерения спектральных характеристик лазерного излучения. Рекомендуемые параметры средства измерений спектральных характеристик приведены в таблице 4.

Таблица П4 — Рекомендуемые параметры средства измерения спектральных характеристик непрерывного лазерного излучения

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

 

Средство измерений спектральных характеристик должно быть поверено на Государственном первичном эталоне единиц энергии, распределения плотности энергии, длительности импульса и длины волны лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 2,0 мкм.

Персональный компьютер для управления процессом измерения, сбора и обработки данных.

Оптические и оптико-механические компоненты, используемые в измерительной схеме: светофильтры для ослабления лазерного излучения, линзы для фокусировки лазерного излучения, держатели и устройства для перестроения оптической схемы.

Требования безопасности и к квалификации персонала

.1. Требования электробезопасности при работе с прибором должны соответствовать «Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилам технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» — ПТЭ и ПТБ, утвержденным Госэнергонадзором в 1969 г.

.2.Требования безопасности при работе с лазерным излучением должны соответствовать «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81», утвержденным Минздравом СССР.

.3.Лазеры, используемые при испытаниях прибора, а также при проведении измерений с помощью прибора, по степени опасности генерируемого излучения относятся к Ш классу по ГОСТ 12.1.040-83.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.4. Заземление прибора должно соответствовать требованиям ПТЭ, ПТБ ГОСТ 12.1.030-81.

.5. К проведению измерений при поверке допускают лиц из числа инженерно-технического состава, имеющих квалификацию поверителя по специальности «Поверка средств оптико-физических измерений», специально обученных работе с лазерами согласно «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81» и работе с электроустановками напряжением свыше 1000 В, аттестованных и имеющих необходимую квалификационную группу в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» — ПТЭ и ПТБ, изучивших руководство по эксплуатации и методику проведения измерений.

.Условия измерений

При выполнении измерений соблюдают следующие условия:

Температура окружающего воздуха, К 293 ± 2 (20 ± 2°С)

Относительная влажность воздуха, % 65 ± 15

Атмосферное давление, кПа 100 ± 4

Напряжение питающей сети, В 220 ± 4,4/380 ± 7,6

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Частота питающей сети, Гц 50 ± 0,5

Коэффициент высших гармоник питающей сети, %, не более 5

Подготовка к работе и выполнение измерений

.1 Подготовка источника лазерного излучения

а) Включите источник лазерного излучения в соответствии с его руководством по эксплуатации;

б) Перед включением измерительного прибора лазерное излучение должно быть перекрыто;

в) Энергетика лазерного излучения не должна превышать допустимые пределы, приписанные средству измерений.

.2. Выполнение измерений.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

а) Перекройте излучение;

б) Подключите средство измерений спектральных характеристик к ПЭВМ;

в) Откройте излучение;

г) Подведите лазерное излучение к интегрирующей сфере;

д) Проведите измерения, сняв последовательно 10 показаний li с экрана ПЭВМ.

.3. Работы при завершении измерений

а) Выключите источник лазерного излучения в соответствие с его руководством оператора;

б) рассчитайте среднее значение длины волны лазерного излучения по 10 измерениям по формуле:

(2)

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

в) рассчитайте значение среднего квадратического отклонения измерений по формуле:

;

г)рассчитайте предел относительной погрешности измерений по формуле:

,

где  — неопределенность при калибровке, равная 10-9 %.

Обработка результатов измерений

Вычисление значений длины волны лазерного излучения по результатам проведенных измерений осуществляется обработкой полученных массивов данных по формуле 2 настоящей методики.

Обработка результатов измерений проводится с помощью персонального компьютера с использованием соответствующего программного обеспечения.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Контроль погрешности результатов измерений

Относительная погрешность (неопределенность) измерений длины волны лазерного излучения не должна превышать значения СКО σ из таблицы 1 настоящей Методики. При превышении данной величины измерения нужно повторить и при необходимости устранить причину, обуславливающую большую величину погрешности (неопределенности) измерений.

Оформление результатов измерений

Результаты измерений длины волны лазерного излучения исследуемого лазерного комплекса сохраняют в текстовом формате в файл на жесткий диск персонального компьютера, результаты вычислений значений l — в файлах обработки данных и записывают в “Лабораторный журнал регистрации измерений”.

Методика измерений углов расходимости лазерного пучка полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Назначение и область применения

Настоящий документ «Методика измерений углов расходимости лазерного пучка полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур» устанавливает правила выполнения измерений значений углов расходимости θ пучка лазерного излучения. Диапазон измерений ширины пучка ds = (1 … 50) ·10-3 м.

Нормативные ссылки

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

В настоящей Методике использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ Р 8.563-2009 Методики (методы) измерений

ГОСТ Р-50723-94 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий

СНиП 5804-91 Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров

Определения

В Методике использованы следующие термины:

СИМЛИ — средство измерения мощности лазерного излучения;

СИПЭХ — средство измерений пространственно-энергетических характеристик.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Методика измерений (МИ) углов расходимости пучка лазерного излучения — совокупность операций и правил по ГОСТ Р 8.563-2009, выполнение которых обеспечивает получение значений углов расходимости, пучка лазерного излучения для заданного типа лазерной системы с известной погрешностью (неопределенностью);

Координаты центроида пучка — моменты первого порядка распределения плотности мощности:

 

Где H (x,y,z) — распределение плотности мощности;

Ширины пучка (dsx, dsy) — протяженность распределения плотности мощности в поперечном сечении пучка с продольной координатой z вдоль главной оси, ближайшей к х- или у-осям лабораторной системы координат, соответственно, базирующимся на центрированных моментах второго порядка распределения плотности мощности:

 

где sx2, sy2, sxy2 — центрированные моменты второго порядка распределения плотности мощности, описываются нормированными взвешенными интегралами:

 

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Углы расходимости пучка (θsx, θsy) — параметр, характеризующий увеличение ширины или диаметра пучка по мере возрастания расстояния от местоположения перетяжки:

;

Средство измерения мощности лазерного излучения (СИМЛИ) — средство измерений мощности лазерного излучения определенной длины волны в заданном диапазоне мощности;

Матричное средство измерений пространственно-энергетических характеристик (СИПЭХ) — средство измерений распределения плотности мощности лазерных импульсов определенной длины волны в заданном диапазоне мощности;

Метод измерения углов расходимости — косвенный метод, основанный на измерении плотности распределения мощности и определении по полученным данным ширин пучка (dsx, dsy), углов расходимости (θsx, θsy).

Приписанные характеристики погрешности измерений

Методика измерений обеспечивает получение результатов измерений с метрологическими характеристиками по ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002, не превышающими значений, приведенных в таблице 1.

Таблица П5 — Диапазоны измерений, значения показателей СКО и погрешности для измеряемых параметров исследуемой лазерной системы

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

 

Значения показателей точности используют при оформлении результатов измерений, выдаваемых лабораторией, и оценке деятельности лаборатории на качество проведения испытаний.

Метод измерений

Для определения ширины пучка или его диаметра в плоскости х-у сечения с координатой z необходимо измерить в нем распределение плотности мощности. По результатам измерений распределения плотности мощности в сечении пучка вычисляются моменты первого порядка и центрированные моменты второго порядка, а с помощью центрированных моментов второго порядка определяются ширины пучка (dsx, dsy).

Определение углов расходимости осуществляется путем использования результатов измерений ширин пучка или его диаметра в фокальной плоскости фокусирующего оптического элемента (системы). Сначала пучок лазерного излучения пропускается сквозь безаберрационный фокусирующий оптический элемент (систему). Ширины пучков dsxf, dsyf измеряются в плоскости, расположенной на одном фокусном расстоянии f от задней главной плоскости фокусирующего оптического элемента (системы).

Средства измерений и вспомогательные устройства

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений и другие технические средства.

Матричное средство измерений пространственно-энергетических характеристик, состоящее из ПЗС матрицы и блока управления и регистрации (СИПЭХ).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Рекомендуемые параметры матричного СИПЭХ:

Диапазон рабочих длин волн 0,4 … 1,1 мкм

Время одного измерения (не более) 0,02 с

Диапазон уровней энергии 10-4 … 10 Вт

Размер приемной площадки (не менее)22 x 22 мм

Количество пикселей (не менее) 400 x 400

Средство измерения мощности лазерного излучения (СИМЛИ) в количестве 1 комплекта. СИМЛИ используется для измерения мощности лазерного излучения. Рекомендуемые параметры СИМЛИ приведены в таблице п6.

Таблица П6 — Рекомендуемые параметры средства измерения энергии лазерных импульсов

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

 

СИМЛИ должен быть поверен по ГОСТ 8.275-2007.

Персональный компьютер для управления процессом измерения, сбора и обработки данных.

Оптические и оптико-механические компоненты, используемые в измерительной схеме: светофильтры для ослабления лазерного излучения, светоделительная пластина для разделения лазерного пучка, линзы для фокусировки и коллимации лазерных импульсов, держатели и устройства для перестроения оптической схемы.

Требования безопасности и к квалификации персонала

Лазерный комплекс, использующийся в качестве объекта измерений при определении углов расходимости лазерного пучка относится к лазерным установкам IV класса опасности по СНиП 5804-91.

При выполнении работ по измерению углов расходимости лазерного пучка возможно наличие следующих опасных и вредных производственных факторов:

мощное когерентное направленное лазерное излучение;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

отражающие и рассеивающие поверхности на пути распространения лазерного луча;

повышенный уровень статического электричества;

воздействие на организм человека электрического тока;

недостаточная освещенность на рабочем месте.

К выполнению измерений углов расходимости лазерного пучка и обработке результатов допускают лиц, достигших 18 лет, прошедших инструктаж по технике безопасности и получивших допуск самостоятельной работы на лазерных установках IV класса опасности, изучивших настоящую Методику и эксплуатационную документацию на используемые лазерные источники, средства измерений и вспомогательные устройства.

Инструктаж лиц, допускаемых к выполнению измерений углов расходимости лазерного пучка и обработке результатов, в обязательном порядке включает ознакомление под роспись с требованиями норм безопасности согласно ГОСТ Р-50723-94 и ПТБ РД 34.03.202.

Нахождение в лаборатории лиц, не имеющих допуска к работе на лазерных установках IV класса опасности, во время проведения измерений углов расходимости лазерного пучка категорически запрещено.

Электрооборудование должно быть заземлено.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Условия измерений

При выполнении измерений углов расходимости лазерного пучка исследуемой лазерной системы должны соблюдаться следующие условия:

температура окружающего воздуха 15 … + 25 °Ñ; — относительная влажность 40 … 80 %;

атмосферное давление 80 … 120 кПа.

Подготовка к работе и выполнение измерений

При подготовке к выполнению измерений проводят следующие работы:

проверка исправности, электроизоляции и заземления исследуемого лазерного комплекса, средств измерений и вспомогательных устройств согласно ПТБ РД 34.03.202;

сборка и юстировка оптической измерительной схемы согласно Приложению А;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

проверка отсутствия на пути распространения лазерного пучка отражающих и рассеивающих посторонних поверхностей, а также иных посторонних предметов, препятствующих прохождению лазерного излучения;

включение блока питания и контуров охлаждения лазерного комплекса согласно его эксплуатационной документации;

запуск лазерной генерации и прогрев лазерного комплекса не менее 5 минут для входа в режим устойчивой лазерной генерации;

включение и проверка готовности к работе СИМЛИ согласно эксплуатационной документации;

включение и проверка готовности к работе СИПЭХ согласно эксплуатационной документации;

проверка с помощью СИМЛИ требуемого значения мощности на выходе из лазерного комплекса;

проверка работы светоделительной пластины с помощью СИМЛИ;

включение и проверка готовности к работе персонального компьютера.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

При выполнении измерений углов расходимости пучка в исследуемой лазерной системе выполняют следующие операции:

установка в измерительную схему (Приложение A) исследуемой системы;

измерение с помощью СИПЭХ распределения плотности мощности H (x,y,z) исследуемой системы в случае, если требуется найти значение ширин пучка, углов расходимости;

запись результатов измерений в файл с помощью персонального компьютера.

Измерения распределения плотности мощности необходимо провести 5 — 10 раз. Регистрация результатов измерений производится с помощью средства измерений пространственно-энергетических характеристик.

В случае флуктуации мощности излучения лазерной системы от измерения к измерению в процессе измерений более чем на 20% необходимо проверить юстировку лазерной системы и настройки средств измерений, устранить причину нестабильности повторить измерения.

Обработка результатов измерений

Вычисление значений ширин, углов расходимости пучка лазерной системы по результатам проведенных измерений осуществляется обработкой полученных массивов данных по следующему алгоритму:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

вычисление значений ширин, углов расходимости пучка лазерной системы для каждого измерения по формулам, приведенным в пункте 3 настоящей Методики;

вычисление средних значений ширин, углов расходимости пучка исследуемой лазерной системы для N измерений;

вычисление среднеквадратичных отклонений ширин, углов расходимости пучка исследуемой лазерной системы;

учет при необходимости систематических погрешностей (неопределенностей) средств измерений.

Вычисление значений ширин пучка (dsx, dsy), углов расходимости (θsx, θsy) проводится с помощью известных или измеренных заранее величин распределения плотности мощности H (x,y,z). При необходимости учитывается также погрешность (неопределенность) перечисленных величин.

Обработка результатов измерений проводится с помощью персонального компьютера с использованием соответствующего программного обеспечения.

Контроль погрешности результатов измерений

Относительная погрешность (неопределенность) измерений ширин, углов расходимости, параметров качества лазерного пучка не должна превышать значения СКО δ из таблицы 1 настоящей Методики. При превышении данной величины измерения нужно повторить и при необходимости устранить причину, обуславливающую большую величину погрешности (неопределенности) измерений.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Оформление результатов измерений

Результаты измерений распределения плотности мощности исследуемого лазерного комплекса сохраняют в текстовом формате в файл на жесткий диск персонального компьютера, результаты вычислений значений ширин пучка (dsx, dsy), углов расходимости (θsx, θsy) исследуемой лазерной системы — в файлах сред обработки данных и записывают в “Лабораторный журнал регистрации измерений”.

Приложение 2

Оптическая схема экспериментальной установки для измерений углов расходимости пучка лазерного излучения

Схема 1 — Установка для измерений углов расходимости лазерного пучка с использованием матричного СИПЭХ и контрольного средства измерений мощности

-2-исследуемая лазерная система; 3-юстировочный лазер; 4-светоделительная пластинка; 5-преобразователь мощности излучения контрольный СИМЛИ; 6-фокусирующая линза для создания дальней зоны; 7-набор ослабителей; 8- матричный приемник излучения контрольный СИПЭХ

Приложение 3

МЕТОДИКИ КАЛИБРОВКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Методика калибровки

средств измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Введение

Настоящая методика устанавливает процедуру калибровки средств измерений средней мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (СИМЛИ) на вторичном эталоне единицы средней мощности и энергии лазерного излучения, сличенным с государственным первичным эталоном средней мощности лазерного излучения ГЭТ 28-2009 (ГПЭ СМ ГЭТ 28-09).

Настоящий документ разработан в соответствии с ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» и РЕКОМЕНДАЦИЕЙ РСК Р РСК002-06 «Основные требования к методикам калибровки, применяемым в Российской системе калибровки».

Область применения

Настоящая методика распространяется на средство измерений мощности лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (далее — средство измерений), предназначенные для преобразования оптического излучения в электрический сигнал, и устанавливает методы и средства определения их метрологических характеристик.

Терминология и обозначения

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

В методике калибровки приняты следующие обозначения и сокращения:

ГПЭ СМ — Государственный первичный эталон единицы средней мощности лазерного излучения;

СИМЛИ — средство измерений средней мощности лазерного излучения;

ЭПИП — эталонный первичный измерительный преобразователь (из состава ГПЭ СМ ГЭТ 28-09);

ВЭСМЭ — вторичный эталон единицы средней мощности и энергии лазерного излучения.

Средства измерений и сопутствующее оборудование

При выполнении калибровки должно использоваться следующее оборудование:

вторичный эталон единицы средней мощности и энергии лазерного излучения, сличенный с государственным первичным эталоном средней мощности лазерного излучения ГЭТ 28-2009, динамический диапазон 10-3 … 2 Вт, спектральный диапазон 0,3 … 12,0 мкм.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

мультиметр Agilent 34420A. Пределы измерений: 1 мВ; 10 мВ;100 мВ,1 В,10 В,100 В. Тестовый ток: от 5 мкА до 10 мА, Предел основной относительной погрешности измерения напряжений и тока ± 0,005%.

Условия калибровки

.1 Внешние условия

При выполнении калибровки должны соблюдаться следующие условия:

температура окружающего воздуха, 0С 20±2

относительная влажность воздуха, % не более 80

атмосферное давление, кПа 100±4

напряжение питающей сети, В 220±4,4

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

____________//________________ 380±7,6

частота питающей сети, Гц 50±1

отсутствие ударов, тряски, вибраций;

отсутствие внешних электрических и магнитных полей;

аппаратура и ЭПИП должны быть защищены от влияния посторонних излучений;

средства измерений и измерительные приборы размещают не ближе 1,5 м от обогревательных приборов;

в помещении должна быть обеспечена приточно-вытяжная вентиляция.

.2 Требования к квалификации персонала и обеспечению безопасности

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.2.1 Требования к квалификации персонала

. Государственный первичный эталон находиться в помещении, доступ в которое разрешен только лицам, непосредственно работающим с эталоном.

. К работе с эталоном допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж по охране труда, обучение и аттестацию по работе с лазерами и на право работы с электроустановками, имеющие не ниже 3-ей квалификационной группы (до или свыше 1000 В) по электробезопасности.

.2.2 Требования к обеспечению безопасности

. При эксплуатации эталона следует руководствоваться «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ), утверждёнными Минэнергетики РФ №204 от 08.07.2002 г., «Правилами эксплуатации электоустановок потребителей» (ПЭЭП), утверждёнными Главгосэнергонадзором России 31.03.1992 г. и «Межотраслевыми правилами по охране труда (правилами безопасности) при эксплуатации электроустановок» ПОТ РМ-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00.

. При работе с лазерами следует руководствоваться требованиями ГОСТ 12.1.040-86 «Лазерная безопасность» и «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» №2392-81, утверждёнными Минздравом.

. Корпуса всех составных частей эталонного комплекса должны иметь защитное заземление ГОСТ12.1.030-81.

. При проведении юстировочных и наладочных работ необходимо использовать защитные очки ТУ64-13470-80 для защиты от лазерного излучения.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

. Проведение калибровки на ГПЭ СМ производиться только с разрешения ученого хранителя эталона.

Подготовка к калибровке

Подготовку к калибровке проводят в соответствии с руководством по эксплуатации приборов и установки.

Средства измерений и оптические элементы после пребывания при температуре окружающей среды ниже 10 0С должны быть выдержаны при температуре (20±5) 0С в течение 2…3 ч.

Метод измерений

Калибровку СИМЛИ производят с помощью ЭПИП калориметрического типа путем подачи на вход лазерного излучения.

Процедура калибровки

При проведении калибровки должны быть выполнены следующие операции:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

внешний осмотр;

опробование;

определение основной относительной погрешности

.1Внешний осмотр

При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие калибруемого СИМЛИ следующим требованиям:

калибруемое СИМЛИ должно быть укомплектовано составными частями и документацией в соответствии с формуляром;

составные части калибруемого СИМЛИ не должны иметь механических повреждений и дефектов покрытия;

.2 Опробование

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

.3 Процедура калибровки СИМЛИ

.3.1   Калибровка СИМЛИ производится с помощью ВЭСМЭ.

.3.2 В соответствии с алгоритмом работы ВЭСМЭ на СИМЛИ с подключенным к нему мультиметром, подается последовательно непрерывное лазерное излучение с известной мощностью в точке внутри динамического диапазона и снимается 10 отсчетов;

.3.3 Значения тока по 10 отсчетам, регистрируемые мультиметром, подключенным к СИМЛИ, вводятся в компьютер ВЭСМЭ при помощи клавиатуры в протокол калибровки (редактор «EXCEL»), где автоматически производятся вычисления:

) НСП калибруемого СИМЛИ из соотношения:

 

где  — среднее значение мощности, воспроизводимое ВЭСМЭ;  — среднее значение тока, регистрируемое мультиметром по 10 отсчетам; S — номинальное значение коэффициента преобразования.

) СКО калибруемого измерительного преобразователя по формуле

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

 

где Ii — i-тое значение тока, регистрируемое мультиметром с измерительного преобразователя по 10 отсчетам;

Рмi — i-ое значение мощности, воспроизводимое ВЭСМЭ.

) основная относительная погрешность СИМЛИ по формуле:

 

где  — суммарная погрешность вторичного эталона единиц средней мощности и энергии лазерного излучения (ВЭСМЭ), выраженная в виде СКО (SS = 0,2 %); SП — погрешность передачи размера единицы средней мощности калибруемому СИМЛИ (SП = 0,2 %);ВТ — погрешность мультиметра.

.3.4 Значения ∆0 не должно превышать указанного в руководстве по эксплуатации на СИМЛИ.

Оформление результатов калибровки

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Результаты калибровки СИМЛИ представляют в виде протокола, в котором содержаться следующие данные:

объект калибровки;

цель проведения калибровки;

дата проведения калибровки;

место проведения калибровки;

условия проведения калибровки;

результаты калибровки (значение основной относительной погрешности);

заключение.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Методика калибровки

средств измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Введение

Настоящая методика распространяется на средства измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (далее — средство измерений), предназначенные для преобразования оптического излучения в электрический сигнал, пропорциональный длине волны лазерного излучения и устанавливает методы их первичной и периодических калибровок на Государственном первичном эталоне ГЭТ 187-2010 (далее — ГПЭ) единиц энергии -джоуля (Дж)-, распределения плотности энергии — джоуля на сантиметр2 (Дж/см2)-, длительности импульса — секунды (с) -, длины волны — метра (м) — лазерного излучения.

Область применения

Настоящая методика распространяется на средство измерений спектральных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур (далее — средство измерений), предназначенное для преобразования оптического излучения в электрический сигнал, пропорциональный длине волны лазерного излучения.

Терминология и обозначения

В методике калибровки приняты следующие обозначения и сокращения:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

ГПЭ — государственный первичный эталон;

СИ — средство измерений;

ЛИ — лазерное излучение;

НСП — неисключенная систематическая погрешность;

СКО — среднее квадратическое отклонение;

СИСХЛИ — средство измерения спектральных характеристик лазерного излучения.

Средства измерений и сопутствующее оборудование

При выполнении калибровки должно использоваться следующее оборудование:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

государственный первичный эталон ГЭТ 187-2010 единиц энергии -джоуля (Дж)-, распределения плотности энергии — джоуля на сантиметр2 (Дж/см2)-, длительности импульса — секунды (с) -, длины волны — метра (м) — ЛИ. Комплекс СИ для воспроизведения и передачи размера единицы длины волны ЛИ.

Условия калибровки

.1 Внешние условия

При выполнении калибровки должны соблюдаться следующие условия:

температура окружающего воздуха, 0С 20±2

относительная влажность воздуха, % не более 80

атмосферное давление, кПа 100±4

напряжение питающей сети, В 220±4,4

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

____________//________________ 380±7,6

частота питающей сети, Гц 50±1

отсутствие ударов, тряски, вибраций;

отсутствие внешних электрических и магнитных полей;

аппаратура должна быть защищена от влияния посторонних излучений;

средства измерений и измерительные приборы размещают не ближе 1,5 м от обогревательных приборов;

в помещении должна быть приточно-вытяжная вентиляция.

.2 Требования к квалификации персонала и обеспечению безопасности

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

.2.1 Требования к квалификации персонала

. Государственный первичный эталон находиться в помещении, доступ в которое разрешен только лицам, непосредственно работающим с эталоном.

. К работе с эталоном допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж по охране труда, обучение и аттестацию по работе с лазерами и на право работы с электроустановками, имеющие не ниже 3-ей квалификационной группы (до или свыше 1000 В) по электробезопасности.

.2.2 Требования к обеспечению безопасности

. При эксплуатации эталона следует руководствоваться «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ), утверждёнными Минэнергетики РФ №204 от 08.07.2002 г., «Правилами эксплуатации электоустановок потребителей» (ПЭЭП), утверждёнными Главгосэнергонадзором России 31.03.1992 г. и «Межотраслевыми правилами по охране труда (правилами безопасности) при эксплуатации электроустановок» ПОТ РМ-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00.

. При работе с лазерами следует руководствоваться требованиями ГОСТ 12.1.040-86 «Лазерная безопасность» и «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» №2392-81, утверждёнными Минздравом.

. Корпуса всех составных частей эталонного комплекса должны иметь защитное заземление ГОСТ12.1.030-81.

. При проведении юстировочных и наладочных работ необходимо использовать защитные очки ТУ64-13470-80 для защиты от лазерного излучения.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

. Проведение калибровки на ГПЭ производиться только с разрешения ученого хранителя эталона.

Подготовка к калибровке

Подготовку к калибровке проводят в соответствии с руководством по эксплуатации приборов и установки.

Средства измерений и оптические элементы после пребывания при температуре окружающей среды ниже 10 0С должны быть выдержаны при температуре (20±5) 0С в течение 2…3 ч.

Метод измерений

Калибровку СИ производят с помощью государственного первичного эталона ГЭТ 187-2010 при помощи метода сравнения, когда на вход эталонного средства измерения подают лазерное излучение и производится измерение длины волны, после этой процедуры на место эталонного средства измерения ставят калибруемое СИ, производят измерения длины волны.

Процедура калибровки

При проведении калибровки должны быть выполнены следующие операции:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

внешний осмотр;

опробование;

определение основной относительной погрешности

.1Внешний осмотр

При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие калибруемого СИ следующим требованиям:

) калибруемое СИ должно быть укомплектовано составными частями и документацией в соответствии с формуляром;

) составные части калибруемого СИ не должны иметь механических повреждений и дефектов покрытия.

.2 Опробование

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Опробование средства измерений спектральных характеристик проводится с целью проверки его пригодности к калибровке. В соответствии с руководством по эксплуатации проводится проверка работоспособности прибора в целом, для чего:

средство измерений спектральных характеристик устанавливается на ГПЭ;

включается стабилизированный гелий-неоновый лазер модель 117А фирмы Spectra-Physics из состава ГПЭ,

открывают затвор-шторку и подаются лазерное излучение на вход средства измерений спектральных характеристик;

вид спектра регистрируется на персональном компьютере.

.3 Процедура калибровки СИСХЛИ

.3.1   Калибровка средства измерений спектральных характеристик производится с помощью ГПЭ (комплекс СИ для воспроизведения и передачи размера единицы длины волны ЛИ).

.3.2 В соответствии с алгоритмом работы ГПЭ (комплекс СИ для воспроизведения и передачи размера единицы длины волны ЛИ) на средство измерений спектральных характеристик с подключенным к нему персональным компьютером, подается последовательно непрерывное лазерное излучение при длинах волн 0,532; 0,628 и 1.064 мкм от источников лазерного излучения, входящих в состав ГПЭ и на каждой длине волны снимается 10 значений измеряемой длины волны;

.3.3 Полученные 10 значений, регистрируемые ПЭВМ, подключенным к средству измерений спектральных характеристик, вводятся в компьютер ГПЭ при помощи клавиатуры в протокол калибровки (редактор «EXCEL»), где автоматически производятся вычисления:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

) НСП калибруемого средства измерений спектральных характеристик определяется из соотношения:

 

где  — значение длины волны лазерного излучения, приписанное лазеру из состава ГПЭ (комплекс СИ для воспроизведения и передачи размера единицы длины волны ЛИ) при его первичной аттестации;  — среднее значение длины волны лазерного излучения, регистрируемое ПЭВМ по 10 отсчетам.

) СКО калибруемого средства измерений спектральных характеристик определяется по формуле

 

где li — i-тое значение длины волны регистрируемое ПЭВМ со средства измерений спектральных характеристик по 10 отсчетам;

Рi — i-ое значение мощности, воспроизводимое ВЭСМЭ.

) основной относительной погрешности измерительного преобразователя по формуле:

 

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

где  — суммарная погрешность ГПЭ (комплекс СИ для воспроизведения и передачи размера единицы длины волны ЛИ), выраженная в виде СКО (SS = 10-9 %); П — погрешность передачи размера единицы длины волны калибруемому средству измерений спектральных характеристик (SП = 10-9 %);ВТ — погрешность мультиметра.

.3.4. Значения ∆0 не должно превышать указанного в руководстве по эксплуатации на СИ.

Оформление результатов калибровки

Результаты калибровки СИ представляют в виде протокола, в котором содержаться следующие данные:

объект калибровки;

цель проведения калибровки;

дата проведения калибровки;

место проведения калибровки;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

условия проведения калибровки;

результаты калибровки (значение основной относительной погрешности);

заключение.

Методика калибровки

средств измерений пространственных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур

Введение

Настоящая методика устанавливает процедуру калибровки средств измерений пространственных характеристик лазерного излучения полупроводниковых лазеров на основе наногетероструктур на Государственном первичном эталоне единицы средней мощности лазерного излучения (ГПЭ СМ ГЭТ 28-09).

Область применения

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

Настоящая методика распространяется на средства измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, работающие в диапазоне длин волн 0,30…2,0 мкм, и устанавливает методы и средства определения их метрологических характеристик.

Терминология и обозначения

В методике калибровки приняты следующие обозначения и сокращения:

ГПЭ СМ — Государственный первичный эталон единицы средней мощности лазерного излучения;

СИПЭХ — средство измерений пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения;

ЭПИП — эталонный первичный измерительный преобразователь (из состава ГПЭ СМ ГЭТ 28-09);

РПМ — распределение плотности мощности;

АЦП — аналого-цифровой преобразователь.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Средства измерений и сопутствующее оборудование

При выполнении калибровки должно использоваться следующее оборудование:

Государственный первичный эталон единицы средней мощности лазерного излучения (ГОСТ 8.28-2009).

Условия калибровки

.1 Внешние условия

При выполнении калибровки должны соблюдаться следующие условия:

температура окружающего воздуха, 0С 20±2

относительная влажность воздуха, % не более 80

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

атмосферное давление, кПа 100±4

напряжение питающей сети, В 220±4,4

____________//________________ 380±7,6

частота питающей сети, Гц 50±1

отсутствие ударов, тряски, вибраций;

отсутствие внешних электрических и магнитных полей;

аппаратура и ЭПИП должны быть защищены от влияния посторонних излучений;

средства измерений и измерительные приборы размещают не ближе 1,5 м от обогревательных приборов;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

в помещении должна быть обеспечена приточно-вытяжная вентиляция.

.2 Требования к квалификации персонала и обеспечению безопасности

.2.1 Требования к квалификации персонала

. Государственный первичный эталон находиться в помещении, доступ в которое разрешен только лицам, непосредственно работающим с эталоном.

. К работе с эталоном допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж по охране труда, обучение и аттестацию по работе с лазерами и на право работы с электроустановками, имеющие не ниже 3-ей квалификационной группы (до или свыше 1000 В) по электробезопасности.

.2.2 Требования к обеспечению безопасности

. При эксплуатации эталона следует руководствоваться «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ), утверждёнными Минэнергетики РФ №204 от 08.07.2002 г., «Правилами эксплуатации электоустановок потребителей» (ПЭЭП), утверждёнными Главгосэнергонадзором России 31.03.1992 г. и «Межотраслевыми правилами по охране труда (правилами безопасности) при эксплуатации электроустановок» ПОТ РМ-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00.

. При работе с лазерами следует руководствоваться требованиями ГОСТ 12.1.040-86 «Лазерная безопасность» и «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» №2392-81, утверждёнными Минздравом.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

. Корпуса всех составных частей эталонного комплекса должны иметь защитное заземление ГОСТ12.1.030-81.

. При проведении юстировочных и наладочных работ необходимо использовать защитные очки ТУ64-13470-80 для защиты от лазерного излучения.

. Проведение калибровки на ГПЭ СМ производиться только с разрешения ученого хранителя эталона.

Подготовка к калибровке

Подготовку к калибровке проводят в соответствии с руководством по эксплуатации приборов и установки.

Средства измерений и оптические элементы после пребывания при температуре окружающей среды ниже 10 0С должны быть выдержаны при температуре (20±5) 0С в течение 2…3 ч.

Метод измерений

Калибровку СИПЭХ производят с помощью ЭПИП калориметрического типа с калиброванной диафрагмой на входе путем подачи на вход двумерной матрицы лазерного излучения, имеющего в поперечном сечении равномерное РПМ.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

Процедура калибровки

При проведении калибровки должны быть выполнены следующие операции:

внешний осмотр;

опробование;

определение значения коэффициентов преобразования калибруемого матричного СИПЭХ на длинах волн 0,532, 1,064 мкм;

определение основной относительной погрешности

.1 Внешний осмотр

При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие калибруемого СИПЭХ следующим требованиям:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

) калибруемое СИПЭХ должно быть укомплектовано составными частями и документацией в соответствии с формуляром;

) составные части калибруемого СИПЭХ не должны иметь механических повреждений и дефектов покрытия;

) тумблер включения калибруемого СИПЭХ должен быть в положении ВЫКЛ.

.2 Опробование

Опробование СИПЭХ проводиться с целью проверки его пригодности к определению метрологических характеристик в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации.

.3 Определение коэффициентов преобразования измерительных каналов калибруемого матричного СИПЭХ

Определение коэффициентов преобразования измерительных каналов калибруемого матричного СИПЭХ в зависимости от выбранной оператором длины волны проводят по схеме, приведенной на рис.1 в следующей последовательности:

Для каждого из двух ослабителей осуществляют подачу на СИПЭХ пяти сигналов (j=1…5) излучения, имеющего равномерное распределение по сечению пучка и их регистрацию по 256 макроканалам, созданным программно.

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Значение коэффициентов преобразования 256-ти измерительных каналов определяют по формуле:

, где

— значение сигнала полученного в единичном измерении для i-го измерительного канала;

— коэффициент деления оптического тракта ГПЭ;

— значение мощности, подаваемое на вход СИПЭХ, Вт.

По значениям  определяются средние значения коэффициентов преобразования всех 256-ти измерительных макроканалов при работе с ослабителем №1:

;

соответственно определяется  при работе с ослабителем №2:

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

;

вычисляются средние значения  для всего динамического диапазона работы СИПЭХ:

 

значений  нормируются на максимальное значение и заносятся в компьютер для дальнейшей обработки.

Рис. П1 — К определению коэффициентов преобразования СИПЭХ: 1-лазер; 2-светоделительная пластинка; 3-набор ослабителей; 4-фотометрический цилиндр; 5-средство измерений средней мощности лазерного излучения СИМЛИ; 6-калибруемое матричное СИПЭХ; 7-компьютер

.4 Определение основной относительной погрешности

Исходя из анализа работы матричного СИПЭХ, можно установить, что значение основной относительной погрешности при измерении РПМ ∆СИПЭХ определяется по формуле:

, где

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

σi — среднее квадратическое отклонение (СКО) i-ой случайной составляющей погрешности, %;

θj — границы интервала j-ой погрешности, учитываемой как неисключенная систематическая погрешность (НСП), %;

, где

— СКО результата измерений мощности СИМЛИ;

— СКО результата измерений средних значений коэффициентов преобразования СИПЭХ;

— СКО результата измерений коэффициентов взаимовлияния каналов СИПЭХ;

— СКО погрешности передачи размера единицы средней мощности ГПЭ;

θP — НСП, обусловленная зависимостью коэффициентов преобразования матричного ПИП СИПЭХ от уровня измеряемой мощности;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

θv — НСП основной погрешности АЦП, используемого в СИПЭХ;

θτ — НСП основной погрешности, обусловленная изменением длительности входного лазерного сигнала;

θТ — НСП, обусловленная изменением температуры окружающей среды в пределах нормальных условий эксплуатации (θТ≤0,5%);

θвз — НСП основной погрешности, обусловленная взаимовлиянием каналов СИПЭХ;

θГПЭ — НСП комплекса СИ передачи размера единицы средней мощности.

.4.1 Значение составляющей  определяется по формуле:

, где

=5 (число измерений).

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

Результаты определения  по каждому измерительному макроканалу в соответствии с алгоритмом заносятся в таблицу. Для определения действительного значения выбирается его наибольшее значение из составленной таблицы.

.4.2 Значение  вычисляют по формуле:

,

где значения  определены по п.8.3. для уровней мощности с применением ослабителя №1 и №2.

В качестве  принимается наибольшее значение, полученное при работе с ослабителями №1 и №2.

.4.3 Значение θP вычисляют по формуле:

,

где  — среднее значение коэффициента преобразования i-го канала с ослабителем №1;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Заказать диплом

— среднее значение коэффициента преобразования i-го канала с ослабителем №2;

— среднее значение коэффициента преобразования i-го канала для всего динамического диапазона работы СИПЭХ.

Оформление результатов калибровки

Результаты калибровки СИПЭХ представляют в виде протокола, в котором содержаться следующие данные:

объект калибровки;

цель проведения калибровки;

дата проведения калибровки;

место проведения калибровки;

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Цена диплома

условия проведения калибровки;

результаты калибровки (среднее значение коэффициента преобразования всех измерительных каналов, значение основной относительной погрешности);

заключение.