Для этой цели применяют коллекторы сложной формы, в которых происходит многократное отражение излучения (см. рис. XIV. 3 - XIV. 6). Такими коллекторами достигается также уменьшение плотности энергии на единицу поверхности и, следовательно, расширение диапазона измерений в сторону больших мощностей и энергий.

10 20

№3 10 3

0.1 0,2 0,5 I

I Pifil 1 I ЧИ1 , 5 Ю 501001

1-1 I I -1 I -1 I I jll/loMM

№4 0,001 0,005 0.01 0,05 0,1 0.5i I n

Рис. XIV.55. Номограмма для определения чувствительности плоскостного приемника лазерного излучения по заданной площади приемной площадки s, ее толщине ft , числу термопар, термоЭДС термопары а, мкВ/К, и излучательной способности материала площадки е [74].

2. Приемники с плоским коллектором

Приемники лазерного излучения, разработанные в ЛЭТИ [73] (рис. XIV. 56). В них использованы хромель-копелевые термобатареи из трехсот термопар с приемной графитовой пластиной толщиной 1 мм; на тыльную сторону пластины нанесен теплоуравни-вающий слой меди толщиной 0,1 мм. Холодные концы термопар крепятся к медному рассеивателю. Для уменьшения конвективных потоков чувствительный элемент помещен в корпус со входным окном. Для уменьшения теплопёреноса корпус иногда заполняется ксеноном. В приемную площадку встроен эталонный нагрева-

тель. Параметры таких приборов, разработанных в ЛЭТИ, приведены в табл. XIV. 13.

Приемник с плоским графитовым коллектором и отражателем (рис. XIV. 57) [70]. Приемная площадка контактирует с термобатареей через слюдяную полоску толщиной 5-10 мкм.

Рис. XIV.56. Схема плоскостного приемника ЛЭТИ:

/ - входное окно; 2 - графитовая площадка; 3 - термобатарея; 4 - рассенватель тепла; 6 - корпус [73].

Холодные спаи термопар расположены на медном диске. Батарея содержит 40 термопар из хромеля и копеля. Прорези в графитовой площадке шириной не более 0,06 мм позволяют увеличить ее электрическое сопротивление и использовать площадку в качестве ре-зисгивного элемента при градуировке. На противоположной сторо-

Таблица XIV.13

Параметры плоскостных приемников лазерного излучения, разработанных в ЛЭТИ \73\

010 021 140x40

060 260x 60

260X 60 760X 60

0,78

£6

28,2

156 456

Серебро Медь Графит >>

Стекло

ЗС-2 Графит

2 17 1000 1000 1500

1000 1000

Чувствительность

Сопротивление, Ом

30 60

100 80

100 300

0,21 0,19 0,03 0,04 0,018

0,014 0,017

0,75

11,3

90 71

Воздух Ксенон Воздух

KRS-5 Кварц Стекло

не диска размещена компенсирующая термобатарея. Коэффициент поглощения графитовой поверхности увеличивается при обработке абразивным порошком М-14 до Ео=0,8-г-0,9 (рис. XIV. 58). Для увеличения коэффициента поглощения над приемной площадкой размещен полусферический отражатель, частично возвращающий отраженное графитом излучение; при наличии отражателя ео== = 0,95 -~ 0,98. Для двух вариантов калориметров с различными

площадями приемных площадок получены следующие параметры: для площадки s = 6,25 см чувствительность 3,2 мВ/Дж или 0,08 В/Вт, постоянная времени 17 с; для площадки s = 3,8 см чувствительность 5,3 мВ/Дж, постоянная времени 12 с. Неоднородность локальной чувствительности не более 3%, полная среднеквадратичная погрешность не более 7%.

В ряде приемников [24J (табл. XIV. 14) увеличение коэффици-

Рис. XIV.57. Калориметр с плоской приемной площадкой: / - полусфера с внутренним зеркальным алюминиевым покрытием; 2 - корпус: 3 - приемная площадка; 4 - медный диск; 5 - компенсирующая приемная площадка: 6 - компенсирующая термобатарея; 7 - рабочая термобатарея; 8 - прорези в площадке [67].

ента поглощения металлических приемных площадок достигается сажевым покрытием пульверизацией и электрохимическим чернением. На графитовых площадках поглощение возрастает, если нанесены концентрические канавки с углом при вершине 60°. Коэф-

Рис XIV.58. Спектральные зависимости коэффициентов поглощения графита (/) и приемной площадки с отражающей полусферой (2) [70].

Рис. XIV.59. Схема дискового калориметра:

; - диск; 2 - теплоотвод; 3 - проводящая трубка; 4 - выводы термопары; 5- нагреватель; 6 - охлаждающие ребра; 7 - вывод нагревателя: * - термобатарея [153].

фициент поглощения в этом случае достигает 0,95 в интервале 0,4- О мкм.

Выравнивание зонной чувствительности достигается перераспределением спаев термопар под приемной площадкой.

При разработке быстродействующих приборов расстояние между приемной площадкой и теплоотводом уменьшают до 0,3 мм и за-

Таблица XIV. 14 Параметры дисковых термоэлектрических приемников [24]

ПОЛНЯЮТ диэлектрическим материалом; в этом случае постоянная времени убывает до 0,5 с. Улучшенные варианты приемников описаны в работе [85].

Приемник для измерения мощности широких, или расходящихся, непрерывных, или импульсных, лазерных пучков [153]. В приборе использован дисковый калориметр.с приемной площадкой из алюминиевого сплава с черным анодированным покрытием, обработанным распылением абразивной эмульсии. Схема прибора приведена на рис. XIV.59. Вместе с диском изготовлена проводящая трубка, по которой тепло от нагретого диска переносится к теплоотводу. Перепад температуры в трубке регистрируется медь-константано-вой батареей из четырех термопар, изготовленных из проволоки диаметром 0,13 мм. Градуировка производится нагревателем из манганина диаметром 0,13 мм и сопротивлением около 90 Ом. Прибор измеряет мощность в пределах 1-30 Вт; погрешность измерений при диаметрах 4-5 см составляет ±2,4%, при диаметрах 2 см ±3%, при малых диаметрах - до-4,4%.

Приемник для непрерывного измерения оптической мощности. Коллектор изготовлен из массивного медного бруска [18?] с одной черненой стороной. В брусок вмонтирован спай термопары, другой спай располагается в вакуумированной полости с постоянной температурой. При облучении бруска его температура возрастает. Температура зависит от длительности и мощности облучения. При известных теплоемкости бруска, степени перегрева и длительности

>

1-I X

СЗ Я

к ч <о о

облучения определяется мощность лазерного потока. Прибор предварительно градуируется по проточному калориметру-

Приемник для лазеров COj с двумя идентичными [151] плоскимипло-щадками и дифференциальной термобатареей между ними. Излучение поглощаетсяслоемА120з, нанесенного на алюминиевую пластину (ео> > 0,95). Энергия лазерного излучения рассчитывается непосредственно по изменению температуры алюминиевой пластины известной теплоемкости. Уровень шумов калориметра соответствует 2 мДж/см. Прибор позволяет производить измерения энергии отдельного импульса длительностью 1 мс, плотностью 10 мДж/ см. Погрешностьзонной чувствительности около 5%.

Приемники зеркальными коллекторами энергии. Для увеличения верхнего предела измерений в качестве приемной площадки используют полированные диски (зеркала) из меди или серебра [3]. Для сохранения высокой отражающей способности зеркало помещается в вакуум 10~5 мм рт. ст. Прибор использовался для измерений энергии импульсов с длиной волны 1,06 мкм и длительностью 1 мкс. Применение медных зеркал позволило производить измерение плотности энергии до 40 Лж/си, серебряных -,до £0 Дж/см2.

£74

Температура дисков измерялась термопарой железо - константан.

Приемники излучения ВНИИОФИ - калориметрические измерители мощности и энергии непрерывного и импульсного излучения в спектральном диапазоне 0,5-11 мкм. В приборах применены плоские коллекторы и хромель-копелевые термобатареи [44, 97]. В основу работы приборов положен метод замещения. Обмотки замещения уложены в специальные пазы коллекторов. Материал коллекторов - графит РГ-ВК или сплав Д16; для повышения коэффициента поглощения на приемные поверхности нанесены концентрические канавки треугольного профиля. Приборы обладают малой зависимостью чувствительности от отклонения (до 30°) пучка излучения от нормали, мал-ой зависимостью от уровня измеряемой энергии и хорошей зонной характеристикой. Параметры приборов приведены в табл. XIV.15. Приборы ТПИ-1-5, ТПИ-2-5, ИЭИ-1К-1М предназначены для измерения энергии однократных импульсов излучения ОКГ, работающих в режиме свободной генерации, а также других источников одиночных импульсов; ТПИ (модификаций 5; 8; 10; 14) - для измерения мощности излучения ОКГ, работающих в непрерывном режиме, а также непрерывных слабоме-няющихся пртоков других источников излучения.

Анализ погрешностей калориметров с плоскими приемными площадками приведен в работах [173, 174].

3. Приемники с коническими коллекторами

Приемники ИМО-1, ИЭК-1, ИМО-2-2 [33, 36] для измерений малых передних уровней лазерного излучения. Измерительная головка калориметра содержит два медных конуса с термобатареей из 100 медь константановых термопар (рис. XIV.60) и калибровочными нагревателями. Конусы закрыты тонкими сапфировыми окнами. Измеряемая энергия от 10 до 10 Дж, мощность от 10 * до 10 Вт, погрешность измерений ±15%. В ИЭК-1 [89] выравнивание зонной характеристики достигнуто за счет размещения спаев термопар с переменной плотностью [22] (максимальное количество термопар у основания конуса) и увеличения теплового контакта между калибровочными резисторами и конусами. Погрешность уменьшена до 8%. Образцовый измеритель ИМО-2-2 предназначен для поверки рабочих средств измерения в непрерывном и импульсном режимах при длительности импульсов более 2. 10-* с. Пределы измерения 10- 1000 мВт, с ослабителем 1-100 Вт, диапазон длин волн 0,49-10,6 мкм, диаметр пучка 4-10 мм, погрешность ±(2,5 + 0,05W) для U7 < 1000 мВт.

Приемники КОД-6, КОД-10 для измерений средних и больших мощностей лазерного излучения. В КОД-6 применены конусы диаметром 15 мм, длиной 250 мм, коэффициент поглощения около 0,98. В приборе пять пределов измерений энергии: 1; 3; 10; 30; 100 Дж. Погрешность измерений ±10% в диапазоне длин волн 0,4-4 мкм. В калориметре КОД-10 [64] также применены конические полости (рис. XIV.61). Отличительными особенностями конструкции являются размещение градуировочных нагревателей на внешней поверхности конусов, отсутствие сапфировых окон, покрытие внутренней полости конусов никелем для улеличення коэффициента