Программное обеспечение для измерения основных параметров лазерного излучения




Методика, рассмотренная в параграфе 2.1.1, была реализована в виде программного обеспечения для ЭВМ [125]. На основании данных, полученных с M -датчика, программа позволяет вычислять диаметр лазерного пучка, положение центра тяжести пучка, угол расходимости, параметр качества M , оценивать эллиптичность пучка, кратковременную и долговременную нестабильность мощности излучения, аппроксимировать профиль интенсивности гауссовой и прямоугольной функцией, а также оценивать ошибку измерений.

Программное обеспечение ориентировано на работу с 8-ми битными ПЗС-камерами. Вычисление диаметра лазерного пучка происходит с частотой 25гц, ограничение связано с использованием ПЗС-камеры телевизионного стандарта. Пакет программ написан на языке программирования Microsoft Visual C++ и занимает 510 килобайт.

Распределение интенсивности лазерного излучения с помощью ПЗС-камеры и устройства ввода изображения переводится в цифровой вид. Массив значений интенсивности записывается в память ЭВМ. Затем на основании полученных данных вычисляются вторые моменты распределения интенсивности (2.15), по формулам (2.14)(2.30) определяются диаметр пучка, угол расходимости, параметр качества M . Вызов специальной функции перемещения позволяет осуществлять перемещение автоматической подвижки, на которой располагается ПЗС-камера. Программное обеспечение включает также оценку кратковременной и долговременной нестабильности мощности лазерного излучения, а так же позволяет осуществлять аппроксимацию профиля распределения интенсивности гауссовой и прямоугольной функциями. Полученные данные могут быть записаны в виде текстовых и графических файлов.

Прежде чем рассчитать параметры пучка, необходимо выполнить процедуру снижения шумового сигнала фона ПЗС камеры, чтобы при интегрировании предотвратить влияние шумового сигнала в крыльях распределения интенсивности. Для этого усредненное поле фона вычиталось из измеренного распределения интенсивности. В тех случаях, когда присутствует фон засветки, строится и вычитывается плоскость засветки, построения по трем точкам, взятых в угловых областях полученного изображения распределения интенсивности (рис.2.19).

Рис.2.19. Вычитание плоскости засветки

 

Если поперечное сечение лазерного пучка больше, чем площадь приемной площадки детектора, то должна использоваться соответствующая оптическая система для уменьшения размеров пучка. Использование дополнительной оптики должно быть учтено в расчетах.

Программное обеспечение M -датчика предоставляет возможность аппроксимировать распределение интенсивности пучка гауссовой и прямоугольной функцией (рис.2.20).

Для сравнения профиля распределения интенсивности излучения с гауссовым аппроксимирующая зависимость имеет вид:

где - значение интенсивности для гауссовой функции в точке (х,у), а , - коэффициенты, вычисляемые при помощи метода наименьших квадратов.

После определения коэффициентов , анализируется среднеквадратическое отклонение исходного распределения интенсивности от распределения, полученного путем аппроксимации :

Здесь N – количество точек, взятых для аппроксимации. Погрешность аппроксимации рассчитывается следующим образом:

,

где t – коэффициент Стьюдента при заданной доверительной вероятности p (обычно принимается значение 95%) и определенного числа N (например, при N>30t-2).

Если =0, то исследуемое излучение является точно гауссовой функцией. При этом параметр S, демонстрирующий степень совпадения исследуемого распределения интенсивности с гауссовым, рассчитывается по формуле

где , - минимальное и максимальное значения интенсивности в плоскости регистрации изображения.

Для анализа супергауссова [146] распределения интенсивности удобно аппроксимировать профиль пучка прямоугольной функцией:

определялись таким образом, чтобы среднеквадратичное отклонение , вычисленное по формуле, оказалось минимальным.

В качестве критерия степени совпадения S мы использовали аналогичное выражению (2.63) среднеквадратичное отклонение кривой интенсивности от полученной прямоугольной функции .

Программное обеспечение тоже позволяет оценить кратковременную и долговременную нестабильность мощности излучения (рис.2.20). мощность светового пучка определяется, как интеграл от интенсивности по поперечному сечению пучка:

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-07-22 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: