МЕТОДИКА  ПОВЕРКИ  ЛАЗЕРОВ  ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ  НЕПРЕРЫВНОГО  ИЗЛУЧЕНИЯ

Загородина  Ольга  Игоревна

магистрант  физико-технического  факультета  Казахского  Национального  Университета  им.  аль-Фараби,  Казахстан,  г.  Алматы

E-mail: 

Лаврищев  Олег  Александрович

научный  руководитель,  канд.  физ.  мат.  наук,  доцент  КазНу  им.  аль-Фараби,  Казахстан,  г.  Алматы

В  настоящее  время  лазеры  уверенно  вошли  в  нашу  повседневную  жизнь.  С  их  присутствием  мы  встречаемся  почти  на  каждом  шагу,  очень  часто  и  не  подозревая  об  этом  (лазерные  проигрыватели,  принтеры,  компьютеры).

Общий  прогресс  в  области  нелинейной  динамики,  возникновение  и  бурное  развитие  теории  динамического  хаоса  обусловили  современный  всплеск  интереса  к  динамической  теории  лазеров.

С  самого  момента  разработки  лазером  называли  устройство,  которое  само  ищет  решаемые  задачи.  В  настоящее  время  лазерное  излучение  с  большим  или  меньшим  успехом  применяется  в  различных  областях  науки.  Уникальные  свойства  излучения  лазеров,  такие,  как  монохроматичность,  когерентность,  малая  расходимость  и  возможность  при  фокусировке  получать  очень  высокую  плотность  мощности  на  облучаемой  поверхности  обеспечили  широкое  применение  лазеров.  Лазеры  нашли  применение  в  самых  различных  областях  -  от  коррекции  зрения  до  управления  транспортными  средствами,  от  космических  полётов  до  термоядерного  синтеза.  Лазер  стал  одним  из  самых  значимых  изобретений  XX  века. 

Лазеры  или  оптические  квантовые  генераторы  —  это  современные  источники  когерентного  излучения,  обладающие  целым  рядом  уникальных  свойств^[1].  Само  слово  «лазер»  составлено  из  первых  букв  английского  словосочетания,  означающего  «усиление  света  в  результате  вынужденного  излучения»  (Light  Amplification  by  Stimulated  Emission  of  Radiation).

К  настоящему  времени  создано  большое  количество  лазеров  с  различными  характеристиками.  По  характеру  излучения  лазеры  делятся  на  непрерывные,  импульсные  и  квазинепрерывные  (дающие  такие  частые  импульсы,  что  их  очень  трудно  отличить  от  непрерывного  излучения).  По  веществу  рабочего  тела  —  на  твердотельные,  жидкостные  и  газовые.  Среди  твердотельных  лазеров  отдельно  выделяют  полупроводниковые  лазеры.  Мощность  излучения  лазеров  может  изменяться  в  пределах  от  долей  милливатта  до  10¹²—10¹³  Вт  (в  импульсном  режиме).  Лазеры  находят  широкое  применение  в  военной  технике,  в  технологии  обработки  материалов,  в  медицине,  оптических  системах  навигации,  связи  и  локации,  в  прецизионных  интерференционных  экспериментах,  в  химии,  просто  в  быту^[2].  Хотя  первый  оптический  квантовый  генератор  был  построен  сравнительно  недавно  (1960  г.),  современную  жизнь  уже  невозможно  представить  без  лазеров.

Стратегия  поиска  новых  лазерных  активных  сред  и  новых  способов  их  возбуждения  остается  актуальной  на  протяжении  нескольких  десятилетий,  что  привело  к  созданию  новых  типов  лазеров,  пригодных  для  практики,  и  обогатило  фундаментальные  разделы  физической  науки  в  смежных  областях.  Таким  образом,  изучение  структуры  и  принципа  действия  различных  типов  лазеров  является  актуальной  задачей  как  с  теоретической,  так  и  с  практической  точки  зрения. 

Основной  целью  настоящей  работы  являлось  нахождение,  изучение  и  систематизация  материалов  про  различные  типы  лазеров  с  целью  дальнейшего  написание  методики  поверки  для  лазеров  измерительных  непрерывного  излучения.

Физической  основой  работы  лазера  служит  квантовомеханическое  явление  вынужденного  (индуцированного)  излучения.  Излучение  лазера  может  быть  непрерывным,  с  постоянной  мощностью,  или  импульсным,  достигающим  предельно  больших  пиковых  мощностей.  В  некоторых  схемах  рабочий  элемент  лазера  используется  в  качестве  оптического  усилителя  для  излучения  от  другого  источника.  К  лазерам  непрерывного  излучения  относятся  следующие:  современные  твердотельные  лазеры,  лазеры  на  красителях,  газовые  лазеры,  химические  лазеры,  волоконные  лазеры. 

В  современном  мире  наука  не  стоит  на  месте,  поэтому  использование  лазеров  в  нашей  жизни  становится  необходимостью.  Все  лазеры  являются  мощным  инструментом,  и  только  правильное  их  использование  может  привести  к  положительным  результатам,  поэтому  очень  важно  следить  за  их  работой  и  своевременно  делать  их  поверку.

Под  поверкой  лазеров  подразумевается  совокупность  операций,  выполняемых  с  целью  определения  и  подтверждения  соответствия  характеристик  лазеров  установленным  требованиям.

В  настоящей  статье  рассматривается  методика  поверки  лазеров  измерительных  непрерывного  излучения.  Данная  методика  распространяется  на  лазеры  измерительные  непрерывного  излучения  и  устанавливает  содержание  и  методику  проведения  их  первичной  и  периодической  поверок.  Первичная  поверка  -  это  поверка,  выполняемая  при  выпуске  лазеров  из  производства  или  после  ремонта,  а  также  при  ввозе  лазеров  из-за  границы  партиями,  при  продаже.  Периодическая  поверка  —  это  поверка  лазеров,  находящихся  в  эксплуатации  или  на  хранении,  выполняемая  через  установленные  межповерочные  интервалы  времени.  Межповерочный  интервал  для  лазеров  измерительных  непрерывного  излучения  составляет  1  год.

Методика  поверки  состоит  из  следующих  пунктов:

·операции  поверки;

·средства  поверки;

·условия  поверки  и  подготовка  к  проведению  поверки;

·требования  безопасности  и  требования  к  квалификации  поверителя;

·проведение  поверки  и  обработка  результатов  измерений;

·оформление  результатов  поверки.

Если  при  проведении  той  или  иной  операции  поверки  будет  получен  отрицательный  результат,  то  поверка  прекращается  до  того  как  будет  устранена  неисправность  лазера  измерительного  непрерывного  излучения.

При  проведении  поверки  должны  соблюдаться  следующие  условия:  температура  окружающей  среды  должна  быть  20±5°С,  относительная  влажность  воздуха  —  65±15  %,  атмосферное  давление  воздуха  —  101,3±4,0  (760±30)  кПа  (мм  рт.ст.). 

К  проведению  поверки  допускают  лиц,  имеющих  удостоверение  соответствующей  квалификационной  группы  на  право  работы  с  электроустановками.  Лица,  проводящие  поверку,  должны  руководствоваться  эксплуатационной  документацией.

При  проведении  внешнего  осмотра  должно  быть  установлено  соответствие  поверяемого  лазера  следующим  требованиям:

·наличие  полного  комплекта  прибора  в  соответствии  с  паспортом;

·наличие  четкой  маркировки  типа  прибора,  товарного  знака  предприятия-изготовителя,  заводского  номера,  года  выпуска;

·наличие  заводской  пломбы-клейма  завода-изготовителя;

·наличие  четкой  гравировки  цифр  и  надписей,  указывающих  их  назначение;

·отсутствие  дефектов  и  повреждений  наружных  поверхностей,  нарушающих  работу  лазера,  ухудшающих  его  внешний  вид  или  затрудняющих  поверку;

·отсутствие  царапин,  сколов  и  пятен  на  оптических  деталях.

При  опробовании  должны  быть  выполнены  следующие  операции:

·проверена  плавность  работы  юстируемых  узлов  и  четкость  срабатывания  фиксирующих  механизмов.

·рабочий  эталон  (образцовое  средство  измерений),  поверяемый  лазер  и  другие  средства  поверки  установлены  и  соединены  по  схеме,  соответствующей  выбранному  методу  поверки.

·поверяемый  и  эталонный  лазеры  установлены  на  юстируемых  подставках  с  целью  удобства  дальнейшей  юстировки  элементов  схемы  и  точности  совмещения  лазерных  пучков  в  пространстве.

·излучатель  поверяемого  лазера  отъюстирован  таким  образом,  чтобы  пучок  лазерного  излучения  попадал  в  центры  оптических  элементов  и  приемных  площадок  фотоэлементов  измерительного  преобразователя.

·проверяют  работу  всех  приборов  в  режиме  «самоконтроль»  в  соответствии  с  инструкциями  по  эксплуатации  на  них.

При  определении  метрологических  характеристик  прибора  выполняются  следующие  операции. 

Собирают  измерительную  установку  в  соответствии  со  структурной  схемой  рисунка  1,  устанавливают  поверяемый  лазер  и  направляют  его  излучение  на  вход  «Аттестуемый  лазер»  измерителя  длин  волн.

Рисунок  1.  Структурная  схема  измерительной  установки  для  определения  длины  волны  лазера  методом  прямых  измерений  на  эталонном  (образцовом)  измерителе  длин  волн  ИДВ-2М,  где:  1  —  излучатель  опорного  лазера;  2  —  излучатель  исследуемого  лазера;  3  —  оптический  блок;  4  —  измерительный  блок;  5  —  баллон  с  газом  (сжатые  гелий  или  азот);  6  —  осциллограф;  7  —  общее  основание;  8  —  блок  управления  опорного  лазера;  9  —  блок  управления  исследуемого  лазера;  10,11  —  юстируемые  подставки  для  лазеров

Затем  проводят  юстировку  лазерных  пучков  опорного  лазера  (входящего  в  комплект  эталонного  (образцового  ИДВ))  и  поверяемого  лазера  в  соответствии  с  инструкцией  по  эксплуатации  на  эталонной  (образцовой)  ИДВ.  Проводят  25  измерений  длины  волны  поверяемого  лазера. 

За  значение  измеряемой  длины  волны  принимают  среднее  арифметическое  результатов  измерений

,  (1)

где:  n  —  число  измерений, 

  —  результат  i-го  измерения,  нм.

Среднее  квадратическое  отклонение  результата  измерений  вычисляют  по  формуле

,  (2)

где:  .

Доверительные  границы  ε  случайной  погрешности  Θ  результата  измерений  при  доверительной  вероятности  P=0,95  вычисляют  по  формуле

,  (3)

где:  t  —  коэффициент  Стьюдента  для  n=25  (t=2,064).

За  неисключенную  систематическую  погрешность  Θ  поверяемого  лазера  принимают  неисключенную  систематическую  погрешность  эталонного  (образцового)  ИДВ  в  соответствующем  спектральном  диапазоне.

Доверительную  границу  суммарной  погрешности  результата  измерений  ∆  вычисляют  по  формуле

,  (4)

где:  K  —  коэффициент,  зависящий  от  соотношения  случайной  и  неисключенной  систематической  погрешностей  и  определяемый  по  формуле

;  (5)

  —  суммарное  среднее  квадратическое  отклонение  результата  измерений,  определяемое  по  формуле

.  (6)

Результаты  измерений  ,  нм,  представляют  в  форме

.  (7)

Лазеры  считают  прошедшими  поверку,  если  значение  длины  волны  укладывается  в  пределы,  указанные  в  ТУ  (или  при  отсутствии  технических  условий  —  в  паспорте)  на  лазер  конкретного  типа.

Положительные  результаты  поверки  оформляют  выдачей  свидетельства  установленной  формы.  В  свидетельстве  должны  быть  приведены  значения  длины  волны  излучения  и  погрешность  ее  измерения.

При  отрицательных  результатах  поверки  лазеры  к  выпуску  и  применению  не  допускаются.  На  них  выдают  извещение  о  непригодности  с  указанием  причин  непригодности.  Свидетельство  аннулируют.

Теоретическая  и  практическая  значимость  изложенной  в  статье  методики  поверки  для  Республики  Казахстан  заключается  в  том,  что  за  последнее  время  в  страну  было  завезено  большое  количество  лазерного  оборудования  и,  в  связи  с  этим,  появилась  необходимость  создать  базу  для  проведения  поверки  лазерного  оборудования  в  нашей  стране,  не  вывозя  оборудование  за  рубеж,  что  позволит  снизить  огромные  затраты. 

Список  литературы:

1.Байбородин  Ю.В.  Основы  лазерной  техники  //  К.,  Высшая  школа,  Головное  издательство,  1988.  —  383  с.

2.Жаботинский  М.  Е.  Лазер  (оптический  квантовый  генератор)  //  под.  ред.  А.М.  Прохорова  Физический  энциклопедический  словарь.  —  М.:  «Советская  энциклопедия»,  1984.  —  340  с.

3.Иевский  А.В.,  М.Ф.  Стельмах  Оптическая  связь  //  под.  ред.  А.М.  Прохорова  Большая  советская  энциклопедия.  —  М.:  «Советская  энциклопедия»,  1977.  —  680  с.

4.Ораевский  А.Н.  Лазер  //  под.  ред.  М.Е.  Жаботинского  Квантовая  электроника.  Маленькая  энциклопедия.  —  М.:  «Советская  энциклопедия»,  1969.  —  318  с.

5.Сэм  М.Ф.  Лазеры  и  их  применения  //  Соросовский  Образовательный  Журнал,  1996,  —  №  6,  —  98  с.

6.Транковский  С.Д.  Лазер  (оптический  квантовый  генератор).  —  М.,1988  —  315  с. 

7.Физическая  энциклопедия.  М.:  Сов.  энциклопедия,  1990.  Т.  2.  Ст.  «Лазер».