автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование характеристик и метрологическое обеспечение аппаратуры измерения рассеянного лазерного излучения

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

РГб ОД

-5ШЛЗЭ5 на правах рукописи

СТАРЧЕНКО Алексей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АППАРАТУРЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАССЕЯННОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.11.07 Оптические и оптико-электронные приборы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем ВНЦ " ГОИ им. С.И.Вавилова", г. Сосновый Бор.

Научный руководитель -

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Олег Константинович ФИЛИППОВ.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Геннадий Григорьевич И111АНЖ,

кандидат технических наук, главный метролог ВНЦ ГОИ Олег Михайлович МИХАЙЛОВ.

Ведущая организация

Санкт-Петербургский Электро-технический Университет.

Защита диссертации состоится "<¿¿3 час.

мин. на заседании диссертационного совета Л 053.26.01 "Оптические и оптико-электронные приборы" при Институте Точной Механики и Оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Саблинская улица, дом 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан "26" М&Я 1995 г.

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес Института: 197101, Санкт-Петербург, Саблинская улица, дом 14, секретари специализированного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д(*053.26.01

кандидат технических наук, доцент Валерий Михайлович КРАСАВЦЕВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С конца 70-ых годов параллельно с разработкой силовых лазеров формировался класс оптико-электронных приборов для измерения отраженного и рассеянного лазерного излучения (ЛИ}. Конструктивно они имеют общие четры с радиометрами для измерения энергетической и спектральной яркости: светосильная оптика, элементы спектральной селекции, чувствительные приемники. Но использовать традиционные методы для их энергетической калибровки оказалось сложно из-за особенностей Ж.

В это же время активно развивалась лазерная фотометрия. Были созданы доступные Средства измерения мощности и энергии лазерного излучения. Оки имеют малые размеры приемной апертуры и более высокие уровни регистрируемого излучения, чем рассматриваемая аппаратура. Система метрологического обеспечения в этой области ориентирована на измерение энергетических и пространственных характеристик прямого пучка, а такие традиционные для классической фотометрии характеристики, как облученность, энергети-" ческие яркость и экспозиция в ней должного отражения не нашли.

Постановка работа обусловлена необходимостью объективного подхода к задаче дистанционного измерения энергетических характеристик слабых потоков ЛИ, а также потребностью создания методических основ и оборудования для метрологического обеспечения используемых приборов.

Цель работы состояла в исследовании взаимодействия диффуз-но-отраженного и рассеянного Ш с фотометрической аппаратурой и разработке принципов ее энергетической калибровки. Для ее достижения были сформулированы и решались следующие-частные задачи:

1. Изучение особенностей работы оптдческой. схемы и ее элементов при освещении прямым и рассеянным ЛИ.

2. Выбор метрологических, характеристик приборов, позволяющих адекватно интерпретировать результаты измерений.

3. Разработка и опробование вариантов энергетической калибровки с использованием коллимированного пучка ЛИ."

4. Анализ и минимизация составляющих погрешности энергетической каяибровки с помощью лазерных источников.

Методы исследования. При работе использовалось математичес-

кое и фивическое моделирование элементов аппаратуры, были собраны макеты, позволяющие однозначно выявить искомые эффекты.

Для экспериментальных исследований приборов и моделей был: разработаны автоматизированные устройства для записи трехмерны* и угловых зависимостей, а также программы управления ими с помощью комплекса СМ1803.03.

Обработка и представление результатов производились с привлечением численных методов на ПЭВМ.

На защиту выносятся:

1. Обоснование применимости для описания полл рассеянного ЛИ системы энергетических параметров некогерентной фотометрии и использования в качестве нормируемых метрологических показателей аппаратуры характеристик преобразования по облученности и энергетической экспозиции.

2. Разработка и практическое использование схем энергетической калибровки с помощью коллимированного пучка прямого и рассеянного ЛИ, а таюке метода калибровки с применением малоразмерного пучка.

3. Развитие аппарата обобщенных характеристик применительно к нормированию площади входного зрачка и телесного углг поля зрения фотометрической аппаратуры, оптимизация нг его основе ряда стандартных измерительных процедур.

4. Факт существенного влияния интерференции в заяштных окнах приемников ЙК диапазона и других шюскопараллельныд элементах на равномерность зонной чувствительности пс входной апертуре и угловой зависимости чувствительности приемников излучения, а также вариаций сигнала при малой спектральной перестройке лазеров.

5. Экспериментальная оценка поляризационной чувствительности спектрорадноыетра "Луч-1" и ее влияния на точность измерения рассеянного. ЛИ.

6. Способы сншения дополнительных погрешностей калибровки и предложения по обеспечению точности и достоверности выполнения натурных измерений.

Научная новизна состоит в том, что впервые предложены и зксперныентально опробованы разные варианты формирования коллимированного пучка ЛИ с известными энергетическим параметрами.

На практике обнаружена существенная неравномерность чувствительности по входному зрачку при освещении когерентным излучением и выявлены причины ее возникновения.

На основе изучения характера дрейфа мощности лазеров и динамических свойств средств измерений предложено два новых способа подавления динамической погрешности многоканальных измерений.

Практическая ценность состоит в том, что с использованием предложенных схем проходили метрологическую аттестацию и поверх опытные и серийные приборы "Луч-1" (ГОИ), "Индикатор" (НПО "Аст-' рофизика") и ИФ-301 (ПО ЗОМЗ).

Результаты исследований поляризационной чувствительности, усредняющего действия и интерференционных эффектов использовались при разработке новых приборов, в том числе ИФ-300 и ИФ-301.

Были оформлены и внедрены три изобретения: способ калибровки лазерных радиометров; способ определения коэффициента преобразования измерителей средней мощности лазерного излучения; спо-» соб фотометрических измерений.

Методологическая часть использовалась при натурных исследованиях на оптической трассе НИИКИ ОЭП и на других предприятиях.

Апробация работы. Результаты работы в разные годы докладывались на конференциях "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", . "Теоретическая и прикладная оптика", семинаре "Импульсная фотометрия" и "Всесоюзном симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию атмосферы".

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. В начале каждого раз-, дела приводится краткий анализ литературы. Объем работы составляет 158 машинописных страниц и включает 34 рисунка, 7 таблиц и список литературы, содержащий 85 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы ее цель, задачи и основные положения, выносимые 'на защиту. •

Первач глава содержит информацию по'приборам и макетам. Их световой диаметр лежит в пределах 100-400 мм, а регистрируемые уровни облученности и экспозиции имеют порядок ~10"5 Вт/м2 и

~1СГ12 Дя/м2 соответственно. Спектральный диапазон схватывает ооласгь (0.4-12) мкк и перекрывает наиболее распространенные лазерные длины еолн. Здесь хе представлены типичные случаи использования приборов к обосновывается возможность описания энергетических свойств поля рассеянного и отраженного М традиционными для некогерентной фотометрии параметрами: облученность», энергетической яркостью, линейной яркостью, энергетической экспозицией, интегральной по времени яркостью. Анализ взаимодействия аппаратуры с рассеянным излучением показывает, что для интерпретации результатов измерений необходимо и достаточно в качестве основных нормируемых характеристик приборов выбрать характеристики преобразования по облученности Е и энергетической экспозиции Н для коротких «.^пульсов, а в случае измерения яркости I, когда угловой размер источника больше угла зрения, ну;«ю нормироьать телесный & и плоский у углы зрения.

•-Вторая глава посЕящека развитию аппарата и анализу свойств обойденных характеристик применительно к трехмерному случаю. Это поз возило предлагать новый, нечувствительный к ошибкам, измерений подход к определению эффективной площади входной апертуры А0б и телесного угла зрения Ооб фотометров. При этом экспериментальное распределение заменяется разкоэнергетичным и равномерным цилиндром с обойденными амплитудой Б0б к площадью А06 или Ооб- Для частичного сохранения информации об асимметрии исходного распределения основание цилиндра ограничивается радиус-вектором р0(ф):

11/2

2 I 5(р,Ф)-р-с1р / Зоб] . (1)

Г +« -1 г -1

где Зоб » [ ШЗ{«.П)]2-с<а-с1а| / [ Ш3(сс,0)]-с1сес1в], а 3(р,<|>) -

гредстазлеше угрозой Зависимости чувствительности з(а.з) в по-лярнкч координатах с началом в центре тяжести исходного распределения. В этом случае ро(ф) характеризует эффективный плоский ■ угол при наклоне линейного источника относительно меридиональной плоскости оптической системы (см.рис.З).

При определении зонной чувствительности приемника или фотс-.метра результат вредстьзляез собой свертку искомого распределения г(х.у) с распределением НЕтеясивности в Бснднрувдем пучке

р(х,у), обобщенная площадь которой может быть записана в виде:

г т2

[ ms(x.y)*p(x,y)]-dx-dyj

Асб - --(2)

. ms(x,y)*p(x,y)]2-dx-dy

-со

Проведя нормировку интегралов s(x,y) и р(х,у) на 1 и переходя к спектрам пространственных частот исходных распределений, площадь свертки мокно представить в виде:

Аоз - [ ПIS(ых. wy) • Р(их. ыу) |2• du,*• do)y] 1 т

Кэ этого следует, что А0б будет наименьшей при минимальном фильтрующем действии зонда. Это позволяет обоснованно выбирать размер зонда или диафрагмы для снятия двумерных зависимостей, исходя из допустимой ошибки А0б. и сократить во многих случаях объем экспериментальных данных, минимум обобщенной площади может служить критерием оптимальной юстировки ОЭП по глубине.

В третьей главе изложены методики и результаты исследования оптических характеристик аппаратура и ее элементов при освещении когерентным светом. В общем случае прибор мокно представить совокупностью защиного окна, объектива, фильтра спектральной селекции и приемника излучения со своим защитным окном. Наличие интерференции в плоских элементах не вызывает сомнения, но ее характер и глубина не могли быть определены без полных данных о форме элементов и структуре многослойных покрытий.

Первым шагом стало исследование угловой зависимости чувствительности S(cO приемников УВИ и среднего ИК диапазонов. Схема содержит одкомодовые лазеры с длинами волн 0.63 и 10.6 мкм, светоделитель и приемник для контроля мощности, отрицательную линзу для расширения пучка до диаметра 80 мм по уровню 1/е. Приемники устанавливались на столике с пределами поворота ±85° и точностью позиционирования 10'. Сигналы приемников и с датчика угла поворота вводились в управляющий комплекс СМ1803.03.

Для Ж приемников обнаружена модуляция зависимости S(tf) глубиной ~ 15% за счет интерференции в защитном окне (рис.1). При размещении такого приемника в фокусе объектива она приводит

к неравномерности чувствительности по входному зрачку прибора 3(х,у). Эти же данные указывают на вариации сигнала при повороте приемника или изменении длины волны.

100 200 300 400

•ОД).....'-\Ъ.....М6: ■ 1Й ¿0 Л, °

Рис.1. Угловые зависимости Рис.2. Топология чувствитель-

S(ci) пироприемника МГ-30 ности прибора "Луч-1" с КРТ

(а) и КРТ фоторезисторов фотодиодом на л » 10.59 мкм

(а,в) на Л=10.Б9 мкм. ( DBX=390 мм, f*1200 мм).

На втором этапе определялась зонная чувствительность по входной апертуре приборов и их моделей. В первом случае прибор освещался коллимированным пучком, а перед ним размещался непрозрачный экран с отверстием. За счет его перемещения осуществляется последовательная засветка всех участков входного зрачка. При работа с прибором "Луч-1" коллимированный пучок формировался с помощью одномодового COg-лазера и телескопа увеличением 45 крат. На первом этапе определялось распределение облученности в пучке Е(х.у), а на втором - зависимость показаний прибора U(x,y). По ним находилась зонная чувствительность S(x,y). На рис.2 показана ее топология, • Рабочая зона' объектива ограничена нарезанной частью дифракционной решетки. Его геометрическая площадь составляет 0.075 м2. а обобщенная или эффективная - 0.064 м2 при сред-неквадратическом отклонении чувствительности 81%.

Второй вариант предполагает последовательное освещение входной апертуры пучком малого размера. Так исследовались два макета на базе линзовых объективов. Один И8 них содержал объектив с относительным отверстием 1:2 и гшроприемник БП-7. Перед ним устанавливались окна приемников и пластинки из различных материалов. Данные хорошо согласуются с результатами исследования приемников и свидетельствуют о неравномерности чувствительности до ± 20Х.

При нескольких плоскопаразлельных элементах в приборе интерференционные картины переналагаются и неравномерность окажется еще выше. При малых изменениях длины волны, например,'из-за перестройки на соседнюю линию генерации СОг-лазера, наблюдается трансформация зонной характеристики, но если относительное отверстие объектива больше, чем 1:3, вариации чувствительности прибора в целом не превышают 3%. Для снижения неравномерности и уменьшения ее масштаба следует использовать материалы с малым показателем преломления и избегать плоскопараллельности оптических элементов. При калибровке таких приборов необходимо определять интегральную реакцию при засветке всего зрачка, что не типично для средств измерения прямее ЛИ.

Для нормировки телесного й и плоского г углов поля зрения с ncMcistjo аппарата обобщениях характеристик определяется экспериментальная угловая зависимость чувствительности S(oc, ß) прибора (рис.3). Для этого были опробованы варианты поворота прибора относительно пучка ЛИ и изменения угла наклона коллимированного пучка за счет перемещения источника в фокальной плоскости коллиматора. Во втором использовались источники теплового и лазерного излучения, а при сравнении результатов не выявлено специфики, связанной с когерентностью и монохроматичностью последнего. Для рассматриваемых узкопольных приборов со значительной массой и габаритами предпочтительнее изменять наклон пучка. Для заполнения коллиматора используются тепловые источники с фильтрами, обеспе-

^ Го Т' 6' (С

Рис.3. Угловая чувствительность 3(а,з) и конфигурация основания обретенного распределения р0(<?) для фотометра КФ-301 с КРТ-фоторезисторсм в области 10.6 мкм. и ио - в угл. минутах.

чивающими нужную спектральную чистоту, а в УВИ области световоды, входной торец которых засвечивается лазерным излучением, э выходной смещается в фокальной плоскости коллиматора.

Такой подход предоставляет всю необходимую информацию для оценки дополнительной погрешносхд яри измерении облученности источника с размерами меньше угла зрения. В случае линейного источника можно внести соответствующие поправки ь результаты измерений или нормировать дополнительную погрешность, чтс очень важно для воспроизводимости измерений рассеяния в атмосфере. Погрешность плоского угла равна (5-8)%, а телесного - 3%.

- Альтернативой измерения угловой чувствительности прибора в ряде случаев о;сазывается исследование зонной чувствительности по площадке приемника. Такие данные с разрешением -50 мкм были получены для КРТ фоторезисторов и фотодиодов на длинах волн 3.39 и 10.6 мкм и свидетельствуют о высокой их зонной неравномерности.

В четвертом разделе описан эксперимент по определению поляризационной чувствительности на длине волны 0.63 мкм прибора "Луч-Г', содержащего параболический Ньтоновсккй объектив и дифракционный ыонохроматор. При однократном отражении и рассеяния деполяризация мала, что при произвольной ориентации плоскости поляризации Ж может приводить к грубым ошибкам. Графики на рис.4 указывают на нецелесообразность применения традиционных

Оо^ ■,.......¿00 " ■ ^Ш^^о?,0

Рис.4. Зависимости от угла поворота полуволновой пластинки: коэффициента отражения зеркала (а), наклоненного на 45°, I: сигналов прибора "Луч-1" с ¡. госким зеркалом (б) и дифракционной решеткой 1200 штр/мм (в).

монохроматоров и наклонных элементов в приборах данного типа.

В конце главы аначизируется влияние статистической неравномерности поля рассеянного когерентного излучения на точность определения средних значений энергетических характеристик. В наилучшей степени усредняющее действие прибора проявляется при измерении средней по поло зрения яркости. Для его оценки введен показатель У=?/(А-АпР)1/г, где А,Апр - обобщенные площади входного зрачка и приемника,Г - фокус объектива. Для указанных приборов он лежит в пределах от £5 км"1 ("Луч-1" с КРТ-фоторезисто-ром г1Пр=-- 0.15 мм) до 0.64 мм"1 (ИФ-300). Для оценки Флуктуаций его нужно умкохить на значение длины волны з миллиметрах. Для первого случая на \=10,6 дам они г.зстаггвт 26%, а го втором ва Л» 1.С6 мкы составляют дш> 0.07%. Зачетный их вклад в ояибки измерений вероятен в Ж-области и это необходимо учитывать при конструировании аппаратуры. Поэтому в приборе 22-301 реализован У=3.5 мм"1, а величина флуктуации на А=10.6 ют составляв? 3.8%.

Пои регистрации облученности Е относительные флуктуация б/Е выше и определяются расстоянием до источника X и его обобщенной площадью Ап. При полной когерентности исходного пучка их оценка сзерху составляет:

При калибровке с помощью коллимированного рассеянного излучения X будет равно фокусу коллиматора Гц. Для минимизации оаиСок нужно заполнять большую часть поля зрения и производить ряд независимых отсчетоз при смещении пучка по рассеивающей поверхности.

Четвертая глава посвящена энергетической калибровке. Методы на базе образцовых лама и моделей черного тела сказагось невозможно применить зга-за высокой монохроматичности н рекордной se-аичины спектральной яркости ш. Это? Факт и применение уэколо-лосных фильтров не позволяет воспроизводить требуемые уровни облученности ил» яркости с достаточной точностью. С другой сторону невозможно и сличение с измерителями прямого Ж из-за различия оиапазонсэ измерения и входных зрачков.

Поэтому за сснсеу был выбран вариант ¿срщэования пучка 1А : невестами эзе-ргсгическиа характеристиками. Для этого Сия

б/Е = [ 1 +

(4)

создан стенд ИС-89/101. Он содержит серийные и доработанные лазеры (0.53; 0.63; 0.69; 1.06; 1.15; 3.39 и 10.6 мкм), референтные приемники текущего контроля мощности и энергии лазеров, калиброванные ослабители, зеркальный коллиматор (0К=450 мм, Гк=2700 мм) и диффузные рассекватели для его заполнения. Для передачи единицы мощности и энергии использовались средства измерения ЛИ (ИДД-2, ИМ0-2Н, ИКТ-1Н) и собирающая зеркальная оптика, с известными коэффициентами отражения на рабочих длинах волн.

На первом этапе метрологической аттестации прибора "Луч-1" нормировались мощность и энергия в колпикированном пучке, а для прибора определялись характеристики преобразования по этим величинам. При анализе, результатов встали новые задачи:

- выбор и' нормирование именно тех метрологических характеристик приборов, которые адекватно характеризуют их использование ь реальных условиях;

- выяснение причин и снижение разброса показаний при работе на А=10.6 мкм (они связаны со спеклами);

- влияние неравномерности коллимированного пучка и зонной чувствительности на точность калибровки и работа приборов;

- больше погрешности ослабляющих фильтров и возможные вариации га пропускания при ослаблении когерентного излучения;

- задача повышения точности и расширения диапазона измерений мощности и энергии в область низких значений.

Опыт применения прибора "Луч-1" показал, что из-за малости угла зрения он в большинстве случаев регистрирует яркость. Лиаь с одним из четырех приемников угол зрения составляет 10', и возможно измерять облученность. Поэтому были реализованы схемы его ;калибровки по облученности и яркости. На ,10.6 мкм использовался одномодовый лазер и телескоп. Средняя облученность равна отношению мощности и площади коллимкров&чного пучка. Для получения пучка с известной яркостью излучение собиралось в пятно диаметром сЗп * 7 мм по уровню 1/е на рассеивателе в фокусе коллиматора, а яркость в осевом направлении определялась делением облученности на телесный угол (к-й^/Щ^у?- Погрешности воспроизведения облученности и яркости с измерителем ОСИ СМ (без учета погрешности фильтров) составили (о-12)%.

Равномерное распределение яркости по углу в УБИ диапазоне

обеспечивалось с помощью световода с выравниванием освещенности на выходном торце. Для передачи единицы энергии и мощности были разработаны компараторы на базе германиевого фотодиода ФД-266 (V/ = 1СГ7-1СГ2 Дж) и термоэлемента РТН-ЗОС (Р - 1СГв-1СГ3 Вт), которые ий^ют погрешность (б-10)% и непосредственно могут -сличаться с образцовыми приборами ОСИ СМ и ИМО-2-2.

Для снижения погрешности ослабления ЛИ предложены пути оптимального построения набора калиброванных поглощающих фильтров. При кратности ослабления 6-8 порядков и использований стандартных спектрофотометров ошибка - (10-15)%. При плоскопараллельнос-ти фильтров и интерференции оптимальным будет пропускание Т0:

То - (1 - Г)-/Д/(2Т) . (Б)

При коэффициенте отражения г=5Х и основной фотометрической погрешности Д=.Б% оно равно 0.21. При отсутствии интерференции (большой клин) независимо от фотометрической погрешности оптимальное значение равно е"1/2. Однако, для снижения числа фильтров и переотранений между ними на практике пропускание следует выбирать в диапазоне (0.1-0.3).

Определение распределения облученности в пучке Е(х,у) и зонной ■ чувствительности по зрачку Б(х,у) приборов позволило строго оценить влияние неравномерности на точность калибровки и измерений. По ранее существовавшим методикам оценки были завышены в (3-4) раза.

При дрейфе мощности ЛИ и различном быстродействии устройств при двухканальных измерениях обнаружена динамическая составляю-дая погрешности. В наибольшей степени она проявляется на затяжных спадах мощности и приводит к систематической ошибке до 6%.

Для ее снижения вносится поправка, рассчитываемая по записи временного хода мощности и динамическим характеристикам средств измерения. Необходимые данные были получены для приборов ИМ0-2Н, йЮ-2-2, ОСИ СМ. "Луч-1", "Индикатор", ЯФ-301 и термоэлементов типа РТИ и ПЛ. Второй более простой способ заключается в задержке отсчета в Солее инерционном канале относительно момента снятия показаний в менее инерционном канале. В общем случае аадерд-ка находится экспериментально, но если устройства Слизки аперио-

дическому звену первого порядка задержка равна разности постоянных Еремени. Эти способы и дополнительные организационные мер] позволили снизить динамическую ошибку в (3-8) раз.

Все изложенное было реализовало аа практике при аттестата на длинах волн 3.39 и 10. & мкм аппаратуры №-301 с динамически! диапазоном >104 и спектральный (2-12) мкм. Новые возможности появились благодаря использованию комплекса № 1803.03 для управления узлами стенда и обработки дачных. За счет гтсго, соответствующего выбора фильтров и разработки устройства для регулирования и стабилизации мощности на Л= 10.6 мкм, стало возможно априорно, до проведения измерений, задавать к контролировать урозен] облученности в коллимироваинем пучке. Лля минимизации случайно] ошибки введен итерационный алгоритм наращивания выборки.

Корректность методик и стабильность метрологических характеристик оборудования подтверждает то, что при периодических поверках световая: характеристика приборов в абсолютной мере воспроизводилась с ошибкой менее 10 Z. Погрешность относительных измерений в пределах (5-7) порядков ке превышает 6%. Предложенны* решения можно применить для традиционных радиометров. При эта достаточно измерить их относительную спектргоьную чувствительность, а абсолютную калибровку к исследование линейности производить по ЛИ в пределах рабочей области спектра. ■

Перспективен и метод калибровки с помощью пучка малого размера. При определении коэффициента преобразования но облученности К(Е) он состоит в последовательной засветке входной апертур! пучком мощностью Р и суммировании показаний прибора Uij:

^ n m

К(Е) - — • С £ ип'йх-Ду . (6

Р i j

Метод интересен потому, что одновременно определяются зон нал характеристика чувствительности S(x,y) и эффективная плошад зрачка, а суммирование' отсчетов снижает случайные ошибки. Еп можно использовать для приборов с разными входными апертурами.

Пятая глава посвящена организации натурных измерений и минимизации дополнительных погреши тгей, связанных с неравномерностью угловой зависимости чувствительности и статистической неравномерности поля рассеянного когерентного излучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования добывают целесообразность описания поля рассеянного ЛИ системой энергетических параметров некогерентной .Фотометрии и выбора в качестве основных нормируемых метрологических показателей аппаратуры характеристик преобразования по облученности и энергетической экспозиции.

Всесторонне изучена специфика взаимодействия рассеянного ЛИ ; Фотометрическими приборами. Она определяется монохроматич-юстыо и поляризацией исходного излучения и наиболее сильно продляется при работе с СО^-лазерам, имеющими высокую степень временной и пространственной когерентности. В УВИ диапазоне интерференция в плоских элементах имеет мелкий маептаб и не сказывает существенного влияния на равномерность чувствительности по входной апертуре. То же относится к случайной интерференции, фиводящей к возникновению спекл-структуры. Для снижения ее яли-¡ния на точность определения средних значений облученности и яр>-сости необходимо увеличивать светосилу и поле зрения приборов.. Слабая деполяризация при диффузном отражении и однократном; рао-:еянии требуют минимизации поляризационной чувствительности' л®®-юров. Это позволило сформулировать конструктивные требования ж шпаратуре и обосновать методы ее энергетической калибровки.

•Предложены и успешно опробованы различные варианты формиро>-1ания коллимированного лазерного пучка с расходимостью от долей мнуты до 1° и заданными уровнями облученности, яркости, энерге-'ической экспозиции, интегральной яркостью . Анализ погрешностей :е только позволил выявить те из них, которые лимитировали точ-ость, но и предложить эффективные меры их снижения.

Практическим итогом работы стало создание новых методик и никального автоматизированного оборудования для калибровки ап-аратуры измерения рассеянного ЛИ. Диапазон изменения энергети-еских параметров при этем составляет 105-Ю7, а погрешности оспроизведения их абсолютных значений - (10-25)%.

В процессе работы получен обширный материал.по зонным, уг-овым и световым характеристикам различных приемников излучения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Косенко H.H., Мартюхина Л.И.. Пивовар Н.И., Попов И.А., Сакян A.C. Старченко А.Н., Филиппов O.K. Установка для энергетической калиброЕки приемных устройств оптического излучения со световым диаметром до 450 мм. - "Приборы и техника эксперимента". 1936, N г, С. 245.

2. Попов И.А., Сакян A.C., Старченко А.Н., Филиппов O.K. Об особенностях калибровки спектрорадиометра по энергетической яркости инфракрасного лазерного излучения. - "Журнал прикладной спектроскопии том 45, 1986, N 5, с.796.

3. Ремизов С.А. Старченко А.Н. Лабораторная установка для измерения параметров оптических когерентных систем.- "Квантовая электроника", том 14, 1987, N 9, с. 1870.

4. Старченко А.Н. Оптимизация набора поглощающих Фильтров для ослабления лазерного излучения,- Сборник тезисов докладов 7 Всесоюзной конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", Госстандарт, ВНИИОФИ - М., 1988, с.22.

5. Попов И.А., Старченко А.Н. Градуировка Фотометров для измерения рассеянного лазерного излучения.- Сборник тезисов докладов 7 Всесоюзной конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение", Госстандарт, ВНИИОФИ - М., 1938, с. 32.

д. Братов В.П., Попов И. А., Сакян A.C., Старченко А.Н., Филиппов O.K. Способ калибровки лазерных радиометров.-А.с.1400234.

7. Старченко А.Н., Филиппов O.K. Способ определения коэффи-вдентаапреобразования измерителей средней мощности лазерного излучения. -А.С.1407217, 1988 г.

8. Глущенко Л.А., Попов H.A., Старченко А.Н. Оценка дисперсии флуктуаций облученности и яркости при измерении рассеянного частично-когерентного излучения. - "ОШ", 1989 г., N 12. с.13.

9. Сакян A.C., Старченко А.Н. Автоматизированная установка для градуировки лазерных фотометров.- Сборник тезисов 8 Всесоюзной конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение",Госстандарт, ВНИИОФИ - М., 1990, С.183.

10. Старченко • А.Н. Способ фотометрических измерений.-A.C. 1786404, 1992 Г.

Подписано к печати 12.05.95 г. Объем I п.л.

Заказ 93 Тиран 100 экз. Бесплатно

Ротапринт. ИМ). 190000, Санкт-Г.^тербург, пер.Гривцова, 14