Научная статья на тему 'Эталонная и испытательная база в области фотоники'

Эталонная и испытательная база в области фотоники Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
167
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
ЭТАЛОН / ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / ОПТИЧЕСКАЯ РАДИОМЕТРИЯ

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Длугунович Вячеслав, Исаевич Анатолий, Никоненко Сергей

Представлены результаты совместной деятельности Института физики НАН Беларуси и БелГИМ по созданию и модернизации эталонов единиц физических величин в области фотоники и оптической радиометрии, а также установок высокой точности, позволяющих измерять энергетические, временные, пространственные, спектральные и поляризационные характеристики оптического излучения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Длугунович Вячеслав, Исаевич Анатолий, Никоненко Сергей

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The reference and test base in photonics

The article considers the problem of the physical units standards creation and updating in photonics and optical radiometry, that will enable to measure the energy, time, space, spectral, and polarization characteristics of the optical radiation.

Текст научной работы на тему «Эталонная и испытательная база в области фотоники»

Эталонная и испытательная база

в области фотоники

Резюме. Представлены результаты совместной деятельности Института физики НАН Беларуси и БелГИМ по созданию и модернизации эталонов единиц физических величин в области фотоники и оптической радиометрии, а также установок высокой точности, позволяющих измерять энергетические, временные, пространственные, спектральные и поляризационные характеристики оптического излучения. Ключевые слова: эталон, лазерное излучение, оптическая радиометрия.

Быстрорастущий рынок лазерных и оптоэлек-тронных изделий не может развиваться без современного метрологического обеспечения [1], которое включает в себя формирование технической (эталонной, измерительной и калибровочной) и методической базы, нормативных документов, аккредитацию и непосредственно метрологическое обслуживание техники по заказам предприятий и организаций.

Основой системы обеспечения единства измерений служат эталонная база страны и регламентированный порядок воспроизведения и передачи размеров единиц соответствующих величин до уровня рабочих средств измерений (СИ). Развитие эталонной базы в области лазерной техники (ЛТ) и оптоэлектроники в республике началось с создания в 2000 г. в БелГИМ национального эталона координат цвета, единиц спектральных коэффициентов направленного

пропускания и диффузного отражения в диапазоне длин волн от 0,2 до 2,5 мкм.

Затем Институтом физики совместно с БелГИМ был разработан национальный эталон единиц силы света и освещенности [2]. Модернизация эталона в 2008-2010 гг. позволила обеспечить единство измерений фотометрических и колориметрических параметров не только ламп накаливания, но и других типов источников освещения, в том числе энергосберегающих [3, 4]. Эталон предназначен для хранения и воспроизведения размера единиц силы света, цветовой и коррелированной цветовой температур источников света и создаваемой ими освещенности. С его помощью осуществляются исследования метрологических характеристик и калибровка светоизмерительных ламп, люксметров, яркоме-ров, колориметров, фотометров, блескомеров и телевизионных колориметров.

В 2004 г. Институтом молекулярной и атомной физи-

ки НАН Беларуси, который сейчас входит в состав Института физики, был разработан национальный эталон единицы длины - метра - в области аттестации источников излучений и средств измерений длин волн 0,63 мкм.

Институтом физики в 2005 г. был создан эталон единицы средней мощности лазерного излучения (ЛИ) в спектральном диапазоне от 0,4 до 12,0 мкм, предназначенный для обеспечения единства измерений, хранения и воспроизведения размера единицы средней мощности ЛИ в диапазоне от 50 до 1300 мВт и передачи эталонам более низкого разряда на фиксированных длинах волн [1, 2].

БелГИМ в сотрудничестве с Институтом физики в 2006-2007 гг. был разработан исходный эталон единиц белизны, калибровочные и измерительные возможности которого подтверждаются прослеживаемостью до международной единицы белизны - эталона первого уровня ISO IR1 [2]. Использование прибора обеспечивает единство измерений яркости по ISO R457 и индекса белизны по МКО W10 на предприятиях бумажной, текстильной и химической промышленности республики в соответствии с требованиями отечественных стандартов, гармонизованных с международными нормами.

Позже, в 2009 г., был создан национальный эталон единицы спектральной чувствительности приемников излучения [2, 5], предназначенный для воспроизведения, хранения и передачи в спектральном диапазоне от 350 до 1100 нм ее размера подчиненным эталонам и рабочим СИ, применяемым в опто-электронике и лазерной технике, приборостроении, медицине, телевизионной технике и т.д.

Фото Ольги КИЕВЛЯКИС

Вячеслав Длугунович,

заведующий Центром испытаний лазерной техники Института физики НАН Беларуси, доктор физико-математических наук

Фото Ольги КИЕВЛЯКИС

Анатолий Исаевич,

заместитель заведующего Центром испытаний лазерной техники Института физики НАН Беларуси, кандидат физико-математических наук

Фото Ольги КИЕВЛЯКИС

Сергей Никоненко,

старший научный сотрудник Центра испытаний лазерной техники Института физики НАН Беларуси

Тема номера

В 2014 г. Институт физики совместно с БелГИМ завершил разработку эталона единиц средней мощности, ослабления и длины волны оптического излучения (в диапазонах от 1-10"11 до 1-10-2 Вт, от 0,05 до 60,00 дБ и от 0,85 до 1,70 мкм соответственно) для волоконно-оптических систем связи и передачи информации (рис. 1), который постановлением Госстандарта был утвержден в качестве национального [6].

В этом году планируется создание эталона единицы светового потока непрерывного излучения, предназначенного для воспроизведения, хранения и передачи нижестоящим по рангу эталонам и рабочим СИ единицы светового потока в диапазоне от 500 до 1500 Лм. После введения его в эксплуатацию БелГИМ сможет полностью удовлетворить потребности организаций и предприятий Беларуси в обеспечении единства измерений фото- и колориметрических величин в оптоэлектронике.

Ниже эталонов по поверочной схеме располагаются измерительные и калибровочные установки, необходимые для определения характеристик изделий лазерной и оптоэлек-тронной техники и используемых СИ. Они обладают более широкими диапазонами значений величин, однако выполняют измерения с более высокой неопределенностью.

В Институте физики созданы 14 установок высокой точности, применяемых при аттестации изделий лазерной и оптоэлектронной техники и калибровке СИ. Приборы располагаются в Центре испытаний лазерной техники, аккредитованном на проведение испытаний и калибровки. Основные характеристики ЛИ, которые должны указываться в технической документации

на ЛТ, определены в стандарте СТБ ИСО 11252-2005. Их можно разделить на пять групп: энергетические, временные, пространственные, спектральные и поляризационные.

Для определения энергетических параметров ЛИ разработано 4 установки. Одна из них предназначена для измерения средней мощности непрерывного и импульсно-периодического ЛИ в динамическом диапазоне от 10-8 до 100 Вт с относительной стандартной неопределенностью, не превышающей 2% в спектральном диапазоне от 0,2 до 10,6 мкм, а также калибровки СИ средней мощности излучения. Другая служит для определения энергии импульсного ЛИ и калибровки соответствующих СИ (динамический диапазон - от 10-9 до 100 Дж, спектральный - от 0,4 до 10,6 мкм). Оставшиеся две позволяют измерять стабильность мощности и энергии ЛИ в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ ИСО 11554-2007 [1].

В установке для определения временных энергетических характеристик импульсного ЛИ применена параллельная схема измерений, при которой излучение с помощью делительной пластины одновременно попадает на джоульметр для установления значения энергии импульса и на фотоприемник, выход которого подсоединен к цифровому осциллографу [1]. Это позволяет контролировать основные энергетические и временные параметры различных типов импульсных лазеров малой и средней мощности. В этом году будет завершена модернизация оборудования, что позволит определять характеристики импульсного ЛИ в спектральном диапазоне от 0,2 до 10,6 мкм с длительностью импульсов излучения от 10-10 до 0,25 с и энергий импульсов от 10-9 до 1 Дж.

В установке для измерений параметров ослабителей ЛИ

коэффициенты ослабления определяются из соотношения средней мощности лазерного излучения, падающего и прошедшего через ослабитель. Имеется возможность измерения коэффициентов ослабления ослабителей оптического излучения двух типов: динамического (механические ослабители с вращающимся сектором) и статического (абсорбционные ослабители). Предельная относительная погрешность измерения коэффициента ослабления не превышает 3% в диапазоне его значений от 1 до 100 [1].

Установка для определения пространственных характеристик ЛИ в спектральном диапазоне от 0,4 до 1,8 мкм предназначена для измерения пространственного распределения интенсивности (плотности мощности или энергии) ЛИ в ближней и дальней зоне, его однородности, формы и эффективных размеров пучка в заданном месте распространения, положений перетяжек пучка и центроида, углов расходимости пучка в дальней зоне, соотношения с гауссовым пучком, параметра качества пучка при проведении испытаний различных типов лазеров [1].

Комплекс для измерений спектральных характеристик ЛИ, созданный в соответствии с требованиями стандарта СТБ ИСО 13695-2005, состоит из трех установок [7]. С помощью первой определяют параметры (среднюю взвешенную длину волны, среднеквадрати-ческую спектральную ширину полосы излучения, зависимость длины волны ЛИ от температуры и условий работы) широкополосных лазеров. Вторая нужна для установления характеристик (центральной длины волны, среднеквадрати-ческой спектральной ширины

полосы линейчатого спектра, межмодового расстояния, числа продольных мод внутри указанной спектральной полосы, коэффициента подавления боковой моды, зависимости длины волны ЛИ от температуры и условий работы) много-модовых лазеров. Третья - для измерений параметров (длины волны пиковой интенсивности, спектральной ширины линии, коэффициента подавления боковой моды, дисперсии Алана, зависимости смещения длины волны ЛИ от температуры и условий работы) одночастотных лазеров.

С помощью установки для определения поляризационных параметров ЛИ (рис. 2) можно определить значение сдвига фаз ортогонально поляризованных компонент излучения в оптических элементах лазерных систем, контролировать основные поляризационные характеристики непрерывных лазеров: нормированные параметры Стокса, степень поляризации, разность фаз ортогонально поляризованных компонент излучения, азимут и угол эллиптичности поляризации ЛИ. Жидкокристаллические фазовые пластинки (ЖКП) служат для установления заданной разности фаз между поляризованными компонентами падающего на них излучения. Время перехода от одного значения разности фаз к другому осуществляется не более чем за 20 мс. В отличие от фазовых пласти-

нок с постоянной разностью фаз (Х/4 или }Л) для заданной длины волны излучения ЖКП позволяют создать требуемую разность фаз в широком спектральном диапазоне. Применяются четыре вида ЖКП, предназначенные для работы в следующих спектральных диапазонах: 400-700, 650-950, 900-1250 и 1200-1700 нм. Управление пластинками осуществляется с помощью программного обеспечения.

Комплекс для измерений фото-, радио-, спектрорадиоме-трических и пространственных характеристик твердотельных источников излучения состоит из двух установок [9]. На первой проводят испытания по пространственному распределению интенсивности излучения лазерных диодов, силы света светодиодов и свето-

5ее: http://innosfera.by/2015/02/photonics Литература

1. Длугунович В. А., Снопко В. Н. Метрологическое обеспечение лазерной техники в Республике Беларусь // Наука и инновации. 2007, № 7 (53). С. 27-32.

2. Галыго А. В., Длугунович В. А., Исаевич А. В., Никоненко С. В., Снопко В. Н., Тарасова О. Б., Хайрова Н. В. Эталонная база Республики Беларусь в области оптической радиометрии // Приборы и методы измерений. 2010, № 1. С. 131-140.

3. Лысенок О. Н., Никоненко С.В, Скумс Д.В, Тарасова О. Б., Хайрова Н. В. Модернизация эталона единиц силы света и освещенности. Разработка и изготовление колориметрического блока // Метрология и приборостроение. 2011, № 1. С. 12-15.

4. Длугунович В. А., Никоненко С. В., Тарасова О. Б. Измерение освещенности в диапазоне от 0,001 до 1,000 Лк // Приборы и методы измерений. 2013, № 1(6). С. 121-125.

5. Тарасова О. Б., Хайрова Н. В., Никоненко С. В., Снопко В. Н. Национальный эталон единицы спектральной чувствительности приемников излучения // Метрология и приборостроение. 2010, № 2. С. 6-12.

6. Длугунович В. А., Глазов А. И., Исаевич А. В., Козаченко М. Л., Никоненко С. В., Тихомиров С. В., Холенков А. В. Эталон единиц средней мощности, ослабления и длины волны оптического излучения для волоконно-оптических систем связи и передачи информации // Метрология-2014: тезисы докладов междунар. науч.-техн. конф., Минск, 3-4 апреля 2014 г. С. 143-147.

7. Исаевич А. В., Черников В. С., Холенков А. В. Комплекс установок для измерения спектральных характеристик лазерного излучения // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2008, № 6. С. 137-145.

8. Жумарь А. Ю., Исаевич А. В., Круплевич Е. А., Снопко В. Н., Холенков А. В. Метрологическая установка для измерения поляризационных характеристик лазерного излучения и сдвига фаз ортогонально поляризованных компонент излучения в оптических элементах лазерных систем // Лазерная физика и оптические технологии: VIII Междунар. науч. конф., Минск, 27-30 сентября 2010 г.: сб. науч. тр. конф. в 2 томах. Т. 1. С. 346-349.

9. Никоненко С. В., Данильчик А. В., Длугунович В. А., Ждановский В. А., Крейдич А. В., Липлянин А. А., Луценко Е. В., Ржеуц-кий Н. В. Комплекс для измерения оптических характеристик твердотельных источников излучения в спектральном диапазоне от 250 до 900 нм // Метрология-2014: тезисы докладов междунар. науч.-техн. конф., Минск, 3-4 апреля 2014 г. С. 196-200.

диодных осветителей и определяют усредненную силу света светодиодов. Вторая позволяет измерять спектральные плотности энергетической освещенности и энергетической яркости излучения светодиодов, а также других источников излучения в спектральном диапазоне от 200 до 900 нм.

Таким образом, в республике создана основа эталонной базы метрологического обеспечения лазерной и оптоэлектронной техники. Необходимо развивать и модернизировать ее, чтобы улучшить качество высокотехнологичных оптико-механических и оптико-электронных приборов, изделий, узлов и лазерных систем белорусского производства, способствовать их выходу на международный рынок и повышению их конкурентоспособности. СИ

Рис. 1.

Национальный эталон единиц средней мощности, ослабления и длины волны оптического излучения для волоконно-оптических систем связи и передачи информации

Рис. 2.

Установка

для определения

поляризационных

характеристик

лазерного

излучения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.