pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2017-8-1-49-54pimi-287Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsМЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ФОКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ФОКУСИРУЮЩИХ КОМПОНЕНТОВMETHOD FOR DETERMINATION OF FOCAL PLANE LOCATION OF FOCUSING COMPONENTSИвашкоА. М.IvashkoA. I.

Адрес для переписки: Ивашко А.М. – ОАО «Пеленг», ул. Макаенка, 25, Минск 220114, Беларусь    e-mail: alex.ivashko.mail.by@gmail.com

Address for correspondence: Ivashko A.M. – JSC «Peleng», Makayonok str., 25, Minsk 220114, Belarus    e-mail: alex.ivashko.mail.by@gmail.com

alex.ivashko.mail.by@gmail.comКисельВ. Э.KiselV. E.

НИЦ оптических материалов и технологий

Center for Optical Materials and Technologies

КулешовН. В.KuleshovN. V.

НИЦ оптических материалов и технологий

Center for Optical Materials and Technologies

ПеленгБеларусьPelengBelarusБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201728022017814954Copyright © Ивашко А.М., Кисель В.Э., Кулешов Н.В., 20172017Ивашко А.М., Кисель В.Э., Кулешов Н.В.Ivashko A.I., Kisel V.E., Kuleshov N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/287

При изготовлении лазерных систем часто измеряют характеристики лазерного излучения по методу фокального пятна, для которого необходимо установить систему регистрации в фокальной плоскости фокусирующего компонента. Целью данной работы являлась разработка нового принципа установки матричного фотоприемника в фокальную плоскость фокусирующего компонента и лазерного излучателя для реализации предложенного метода в измерительном приборе.

В предложенном методе несколько пучков фокусируются положительной линзой, при этом оси падающих пучков параллельны ее оптической оси. Задача нахождения фокальной плоскости сводится к продольной подвижке фотоприемника для определения плоскости, перпендикулярной оптической оси линзы и содержащей точку пересечения осей пучков. Лазерный излучатель построен на основе продольной диодной накачки и микрочип-конфигурации резонатора, особенностью которого является фокусировка излучения от каждого лазерного диода в отдельную зону активного элемента. За счет прокачки независимых областей активного элемента, для которых зеркала резонатора являются общими, реализуется генерация лазерных пучков с параллельными осями.

Теоретически показано, что при использовании современных анализаторов лазерного излучения обеспечивается определение положения фокальной плоскости с точностью не менее 1 %. Предложенный непрерывный лазер генерировал в спектральной области около 1 мкм два осесимметричных пучка с расходимостью около 10 мрад и Гауссовым профилем интенсивности, оси которых параллельны между собой. Регулировка тока питания лазерных диодов накачки позволяла изменять мощность каждого генерируемого пучка от 100 мВт до 1,5 Вт при сохранении пространственных характеристик генерируемого излучения. Расстояние между генерируемыми пучками может варьироваться от 0,5 до 5 мм.

Предложен метод определения положения фокальной плоскости фокусирующего компонента при использовании матричного фотоприемника и нескольких световых пучков, оси которых параллельны оптической оси фокусирующего компонента без применения дополнительных оптических устройств. Продемонстрирован лазерный излучатель для реализации предложенного метода в измерительном приборе, который не требует прецизионных механических устройств и значительно сократит время проведения измерения. Характеристики генерируемого излучения позволяют обеспечить определение положения фокальной плоскости с точностью не менее 1 %. Габаритные размеры излучателя составили 70 × 40 × 40 мм3 , энергопотребление – менее 7 Вт на каждый пучок. 

Mass-production of different laser systems often requires utilization of the focal spot size method for determination of output laser beam spatial characteristics. The main challenge of this method is high accuracy maintenance of a CCD camera beam profiler in the collecting lens focal plane. The aim of our work is development of new method for placing of photodetector array in the collecting lens focal plane with high accuracy.

Proposed technique is based on focusing of several parallel laser beams. Determination of the focal plane position requires only longitudinal translation of the CCD-camera to find a point of laser beams intersection. Continuous-wave (CW) diode-pumped laser emitting in the spectral region near 1μm was created to satisfy the requirements of the developed technique. Designed microchip laser generates two stigmatic Gaussian beams with automatically parallel beam axes due to independent pumping of different areas of the one microchip crystal having the same cavity mirrors.

It was theoretically demonstrated that developed method provides possibility of the lenses focal plane determination with 1 % accuracy. The microchip laser generates two parallel Gaussian beams with divergence of about 10 mrad. Laser output power can be varied in the range of 0.1–1.5 W by changing the pumping laser diode electrical current. The distance between two beam axes can be changed in the range of 0.5–5.0 mm.

We have proposed method for determination of positive lens focal plane location by using of CCDcamera and two laser beams with parallel axes without utilization of additional optical devices. We have developed CW longitudinally diode pumped microchip laser emitting in the 1-μm spectral region that can be used in the measuring instrument that doesn’t require precision mechanical components for determination of focal plane location with 1 % accuracy. The overall dimensions of laser head was 70 × 40 × 40 mm3 and maximum power consumption was 7W per one laser beam. 

фокальная плоскостьфокусирующий компонентоптическая осьлазерматричный фотоприемникfocal planefocusing componentoptical axislaserphotodetector arrayReferencesEichler, J. Laser / J. Eichler. – Berlin : SpringerVerlag, 2006. – 440 с.Eichler J. Laser. Berlin, Springer-Verlag, 2006, 440 p.Paschotta, R. Field Guide to Lasers / R. Paschotta. – Washington : SPIE, 2008. – 140 с.Paschotta R. Field Guide to Lasers. Washington, SPIE, 2008, 140 p.Афанасьев, В.А. Оптические измерения / В.А. Афанасьев ; под ред. Д.Т. Пуряева. – 3-е изд. – М. : Высш. школа, 1981. – 229 с.Afanasiev V.A. Opticheskie izmereniya [Optical measurements]. Мoskow, Vysshaya shkola Publ., 1981, 229 p.Креопалова, Г.В. Оптические измерения / Г.В. Креопалова, Н.Л. Лазарева, Д.Т. Пуряев ; под общ. ред. Д.Т. Пуряева. – М. : Машиностроение, 1987. – 264 с.Kreopalova G.V., Lazareva N.L., Puriaev D.T. Opticheskie izmereniya [Optical measurements]. Мoskow, Mashinostroenie Publ., 1987, 264 p.Способ определения положения фокальной плоскости объектива и устройство для его осуществления : а. с. 1080053 СССР, МКИ5 G 01 M 11/00 / П.А. Санников ; № 3369921 ; заявл. 25.12.81; опубл. 15.03.84 // Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий. – 1984. – № 10. – 4 с.Sannikov P.A. Sposob opredeleniya polozheniya fokal’noi ploskosti ob”ektiva i ustroistvo dlya ego osushchestvleniya [Method and device for determination of focal plane position]. Patent USSR, no. 1080053, 1984.Способ определения положения фокальной плоскости объектива : а. с. 1585703 СССР, МКИ5 G 01 M 11/02 / О.В. Рожков, А.П. Тимашов, Л.Н. Тимашова, А.П. Мальков, Л.А. Борис ; № 4602705 ; заявл. 05.11.88; опубл. 15.08.90 // Государственный комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР. – 1990. – № 30. – 4 с.Rozkov O.V., Timashov A.P., Timashova L.N., Mal’kov A.P., Boris L.A. Sposob opredeleniya polozheniya fokal’noi ploskosti ob’ektiva [Method of determining of focal plane of objective]. Patent USSR, no. 1585703, 1990.Устройство для контроля положения фокальной плоскости объектива : а. с. 1643972 СССР, МКИ5 G 01 M 11/00 / И.М. Прибыловский ; № 4656918 ; заявл. 24.01.89 ; опубл. 23.04.91 // Государственный комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР. – 1991. – № 15. – 3 с.. Pribilovskiy I.M. Ustroistvo dlya kontrolya polozheniya fokal’noi ploskosti ob’ektiva [Device for control of position of focal plane of lens]. Patent USSR, no. 1643972, 1991.Заказнов, Н.П. Теория оптических систем / Н.П. Заказнов, С.И. Кирюшин, В.И. Кузичев. – 3-е изд. – М. : Машиностроение, 1992. – 448 с.Zakaznov N.P., Kiriyshin S.I., Kyzichev V.I. Teoriya opticheskikh sistem [Optical systems theory]. Мoskow, Mashinostroenie Publ., 1992, 448 p.Laser Power & Energy Measurement. Laser Beam Analysis : каталог (англ.). – OPHIR Photonics, 2015. – 250 с.Laser Power & Energy Measurement. Laser Beam Analysis [product catalogue]. OPHIR Photonics Publ., 2015, 250 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.