Elektronika 2011-10 I.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Przyczyny te powodują, że nie ma dostępnych komercyjnychprofilometrów nadających się do pomiarów w interesującym naszakresie.Wysokorozdzielczy profilometr goniometrycznyProfilometr przedstawiony poniżej został tak zaprojektowany, bymógł służyć do prac naukowych w zakresie projektowania i charakteryzacjikwantowych laserów kaskadowych. W porównaniuz urządzaniami komercyjnymi wyróżnia się on kilkoma pozytywnymicechami. Po pierwsze, umożliwia on pomiary w bardzoszerokim kącie bryłowym, w zakresie niedostępnym dla przyrządówkomercyjnych. Następnie, umożliwia on pomiar pola wzdłużdowolnej drogi wewnątrz dostępnego kąta bryłowego, co jestrozwiązaniem unikalnym. Kątowa zdolność rozdzielcza profilometruprzy maksymalnej odległości detektora od lasera wynosiokoło 0,1°, co umożliwia precyzyjną analizę struktury przestrzennejpromieniowania. Dzięki zastosowaniu chłodzonego detektorapółprzewodnikowego, pracującego w paśmie MIR, uzyskanomaksymalną dostępną obecnie czułość urządzenia.Opisany dalej profilometr jest w końcowej fazie budowy.Założenia projektoweProfilometr zaprojektowany przez autorów ma komorę pomiarowąumieszczoną na stoliku obrotowym. Laser, którego polechcemy mierzyć, umieszczamy wewnątrz tej komory (rys. 1i 2). Obrót komory odbywa się wokół osi przechodzącej przezprzednie zwierciadło lasera. Kąt obrotu φ może się zmieniaćw zakresie ±90°. Obrót ten jest kontrolowany przy pomocy silnikakrokowego. Komora może być odpompowana do niskiejpróżni (10 -3 Torr), bądź też napełniona gazem obojętnym. Laserwewnątrz komory jest umieszczony na mikrochłodziarcePeltiera umożliwiającej zmianę jego temperatury. Temperaturalasera jest mierzona przy pomocy termistora. Dzięki możliwościumieszczenia lasera w próżni możliwe jest jego badaniew szerokim zakresie temperatur. Natomiast umieszczenie laseraw atmosferze gazu obojętnego symuluje zwykłe warunkipracy typowe dla praktycznych zastosowań.W urządzeniu pomiarowym fotodetektor umieszczony jest naprzesuwie liniowym, który jest połączony z łukiem pomiarowym (kołyską,ang. cradle) o rozwarciu 90° przy pomocy wspornika (rys. 2).21Rys. 2. Stanowisko pomiarowe do rejestracji rozkładu kątowego natężeniapola w wiązce generowanej przez kwantowy laser kaskadowy(widok z góry): 1) stolik obrotowy, 2) komora pomiarowa, 5) łuk pomiarowy,6) przesuw liniowy, 7) fotodetektor, 8) wysięgnikFig. 2. Experimental set-up for angular distribution registration of thefield intensity in a beam generated by quantum cascade laser (viewfrom top): 1) Rotation stage, 2) Test chamber, 5) Goniometric cradle,6) Linear translation shifter, 7) Photo detector, 8) ArmZasilaczlaseraKontrolertemperaturyKomputer586 7φ,Driver φ, ΘOscyloskopΘ2φ4R3Θ76Rys. 3. Schemat elektryczny stanowiska pomiarowego do rejestracjirozkładu kątowego natężenia pola w wiązce generowanej przezkwantowy laser kaskadowy. Stanowisko komputerowe ze specjalistycznymoprogramowaniem zapewnia pełną kontrolę wszystkichparametrów geometrycznych i elektrycznych oraz rejestrację wynikówpomiarówFig. 3. Electric scheme of the experimental set-up for angular distributionregistration of the field intensity in a beam generated by quantumcascade laser. The computer system furnished with a professionalsoftware assures the full control of all the electric and the geometricparameters, as well as the measurement results acquisition1Rys. 1. Stanowisko pomiarowe do rejestracji rozkładu kątowego natężeniapola w wiązce generowanej przez kwantowy laser kaskadowy(widok boczny): 1) stolik obrotowy, 2) komora pomiarowa, 3) kwantowylaser kaskadowy, 4) mikrochłodziarka Peltiera, 5) łuk pomiarowy,6) przesuw liniowy, 7) fotodetektorFig. 1. Experimental set-up for angular distribution registration of thefield intensity in a beam generated by quantum cascade laser (sideview): 1) Rotation stage, 2) Test chamber, 3) Quantum cascade laser,4) Peltier microcooler, 5) Goniometric cradle, 6) Linear translationshifter, 7) Photodetector5Ruch detektora po łuku jest kontrolowany przez silnik krokowy.Fotodetektor może poruszać się po łuku koła w zakresie±45°. Przesuw liniowy zapewnia zmianę odległości detektoraod lasera i może być napędzany silnikiem krokowym lub śrubąmikrometryczną.Na podkreślenie zasługuje umieszczenie łuku pomiarowego(5) nie na osi optycznej przyrządu, lecz na wysięgniku (8).Dzięki takiemu rozwiązaniu można było rozbudować układprzesuwu detektora i zapewnić duży zakres zmian położeniawzdłuż osi R.Silniki krokowe zapewniające ruch lasera i detektora są sterowanetrzykanałowym sterownikiem. Sterownik ten jest połączonyze stanowiskiem komputerowym zapewniającym pełnąkontrolę wszystkich parametrów geometrycznych i elektrycznychukładu oraz rejestrację wyników pomiarów (rys. 3).Elektronika 10/2011 49