Способ получения светового импульса

 

Изобретение относится к светотехнике, в частности к источникам света. Цель изобретения - улучшение временных характеристик светового импульса. Замкнутый объем наполняют горячей газообразной смесью ацетилена и кислорода и инициируют ее химическое превращение, сопровождаемое оптическим излучением, в виде детонации. Давление образовавшихся продуктов детонации сбрасывают после детонации, дополнительно сокращая длительность вспышки, при этом можно обеспечить заранее заданную ее длительность, регулируя параметры сбросных элементов. Этот способ позволяет получить импульсный источник света с короткими передним и задним фронтами нарастания импульса света и меньшей длительностью импульса и может быть использован при фоторегистрации быстропротекающих процессов.

Изобретение относится к светотехнике, в частности к источникам света, и может быть использовано в производстве ламп вспышек. Целью изобретения является улучшение временных характеристик светового импульса. На чертеже схематически изображена лампа-вспышка, с помощью которой реализуется способ. Лампа-вспышка состоит из цилиндрического корпуса 1, снабженного прозрачным окном 2 из оргстекла, предназначенным для вывода оптического излучения, штуцером 3, предназначенным для заполнения и вакуумирования лампы. В корпусе расположен инициатор детонации смеси в виде искрового промежутка 4, образованного двумя электродами и связанного с высоковольтным источником 5 питания. В стенке корпуса 47-89 установлена втулка 6, имеющая сквозной канал, соединяющий внутренний объем лампы с окружающим пространством. В канале установлена пробка 7 и ограничительное кольцо 8. Способ реализуется следующим образом. Внутренний объем лампы вакуумируют через штуцер 3 и заполняют стехиометрической смесью ацетилена и кислорода при атмосферном давлении. Детонацию смеси инициируют путем подачи высокого напряжения от источника 5 на искровой промежуток 4. Скорость детонации этой смеси приблизительно 2,5 км/с. Соответственно для лампы диаметром 100 мм смесь в лампе детонируют за время порядка 20 мкс (τ_р время разгорания), внутренний объем лампы оказывается наполненным низкотемпературной плазмой. После этого происходит выравнивание давление и температуры и соответственно свечению плазмы о объему лампы. Время выравнивания τ_в составляет где R радиус корпуса лампы; C скорость звука в продуктах взрыва (приблизительно 1000 м/с); n постоянная (по результатам экспериментов n 3-4). Время разгорания τ_р и время выравнивания τ_в можно сократить, увеличивая число зазоров, равномерно размещенных в объеме лампы и синхронно инициирующих смесь. После разгорания плазма светится в течение некоторого времени, пока за счет теплопотерь она не остынет. В случае замкнутого объема время свечения определяется размерами лампы. Для лампы диаметром 100 мм и высотой 40 мм (размеры светового импульса на полувысоте составляет приблизительно 3 мс. Длительность свечения лампы можно уменьшить, сбрасывая за относительно короткое время τ_c давление продуктов взрыва. Сброс давления осуществляют с временной задержкой τ_з после момента инициирования детонации смеси. Для этого в корпусе лампы в отверстие на резьбе вворачивают втулку 6 с гладким отверстием (сквозным каналом) (в испытанной лампе диаметром 20 мм), в которое вставляют пробку 7. При помощи ограничительного кольца 8 заданной высоты пробку устанавливают на заданную глубину h. Под действием давления продуктов взрыва пробка разгоняется в канале втулки и выбрасывается наружу. Время τ_з выброса пробки можно оценить в предположении постоянства давления продуктов взрыва в лампе (1) где a ускорение пробки. Поскольку где S площадь внутреннего сечения втулки; m масса пробки, то получаем, подставляя в (1) (2)
Время τ_з можно регулировать, варьируя величину h или массу пробки m. Внутренний объем канала много меньше внутреннего объема лампы в целом, поэтому до тех пор, пока пробка не вылетит из канала, давление в лампе, если и падает, то только за счет остывания плазмы. После вылета пробки 7 из втулки 6 начинается быстрое истечение продуктов взрыва через отверстие во втулке, давление и температура во внутреннем объеме быстро падают и свечение лампы прекращается. Грубую оценку времени быстрого сброса давления можно сделать по формуле

где M масса продуктов взрыва в замкнутом объеме;
ρ^*,C^* критические плотность и скорость звука. Диаметр отверстия втулки и соответственно величину выбирают таким образом, чтобы обеспечить условие t_c<τ_з. Это дает возможность получить световой импульс заданной длительности. В описанной выше лампе создается светящееся тело диаметром 100 мм, однако нет ограничений на создание лампы со светящейся плазмой гораздо больших размеров. Для этого необходимо увеличить площадь поперечного сечения лампы, а для сокращения времени разгорания τ_р инициировать процесс детонации одновременно во многих точках, равномерно расположенных по площади лампы. Для сокращения времени сброса τ_c и гашения лампы может быть увеличено число отверстий с пробками в корпусе лампы. Осуществление в предлагаемом способе химического превращения ацетилено-кислородной смеси в форме детонации в замкнутом недеформируемом объеме и быстрый сброс давления с заданной временной задержкой позволяют получить мощный световой импульс регулируемой длительности с короткими передним и задним фронтами. Отмеченные свойства способа делают его пригородным для использования в системах лазерной накачки. Способ позволяет использовать реализующую его лампу-вспышку. Если такая лампа заполняется стехиометрической смесью ацетилена с кислородом (или смесью и положительным кислородным балансом), то после ее срабатывания практически не наблюдается осаждения сажи на внутренних поверхностях и соответственно нет потерь прозрачности окна лампы. Поэтому лампа после срабатывания может снова перезаряжаться рабочей смесью и подрываться вновь.

Формула изобретения

1. Способ получения светового импульса, согласно которому наполняют замкнутый объем газовой смесью, включающей в себя горючее вещество и окислитель, производят химическое превращение указанной газовой смеси с образованием светового импульса, отличающийся тем, что, с целью улучшения временных характеристик светового импульса, в качестве горючего вещества используется ацетилен, а в качестве окислителя кислород, при этом химическое превращение осуществляют в режиме детонации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после детонации производят сброс давления газовой смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1