Импульсная пиротехническая лампа оптической накачки активных сред лазерных излучателей с ударным инициированием

 

Изобретение относится к источникам оптического излучения, а именно к импульсным пиротехническим лампам оптической накачки активных сред лазерных излучателей с ударным инициированием. Лампа содержит корпус, ударный воспламенитель, цирконийсодержащий порошкообразный пиротехнический состав. Корпус лампы выполнен в виде оптически прозрачной колбы из термоударопрочного стекла, вклеенной в металлическое основание и заполненной газообразным кислородом в количестве, обеспечивающем стехиометрическое соотношение между кислородом и пиротехническим составом. Металлическое основание снаряжено ударным воспламенителем. Пиротехнический состав расположен в раструбе в форме усеченного конуса, сообщающегося с полостью ударного воспламенителя. Технический результат - отсутствие выброса продуктов горения непосредственно в отражатель, уменьшение термических нагрузок на активное тело лазерного излучателя, уменьшение затрат энергии, необходимой для осуществления накачки, формирование равномерного распределения пиротехнической смеси по объему корпуса, минимальное время протекания реакции горения пиротехнического состава, обеспечение герметичности и целостности конструкции изделия. 4 ил.

Изобретение относится к источникам оптического излучения и может быть использовано для оптической накачки активных тел лазерных излучателей.

Метод оптической накачки активных тел является наиболее универсальным и широко используется для накачки активных сред лазерных излучателей. Сущность метода состоит в том, что активное вещество облучают интенсивным электромагнитным излучением, которое переводит активные центры из основного в возбужденное состояние.

Предлагаемая пиротехническая лампа относится к группе импульсных ламп [1]. Применение импульсных газоразрядных ламп [2] имеет значительные ограничения, обусловленные необходимостью использования стационарных сетей электроснабжения либо автономного источника питания на базе аккумуляторных батарей, обладающего, как правило, значительными массой и габаритами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой пиротехнической лампе накачки является пиротехнический патрон [3] на основе стандартного холостого патрона, снаряженного высококалорийной и высокотемпературной пиротехнической смесью. Патрон используется в лазерной винтовке для накачки активного тела излучателя. Суть его работы состоит в следующем: после удара по капсюлю воспламеняется пиротехнический состав, и светящиеся газы горящей пиротехнической смеси попадают в цилиндрическую камеру с отражающей внутренней стенкой, которая обеспечивает концентрацию излучения на активном теле.

Недостатками данного решения являются:

- выброс продуктов горения непосредственно в отражатель;

- значительные термические нагрузки активного тела;

- малый КПД пиротехнического патрона:

а) затраты энергии на “раскрытие” носовой части патрона для выброса пиротехнической смеси;

б) нарушение оптической прозрачности отражателя;

в) большая длительность светового импульса.

Задачей заявляемого изобретения является разработка автономного малогабаритного источника оптического излучения накачки активных тел твердотельных лазерных излучателей, не имеющего указанных недостатков.

Для решения этой задачи предложена импульсная пиротехническая лампа оптической накачки активных сред лазерных излучателей с ударным инициированием, содержащая корпус, ударный воспламенитель, цирконийсодержащий порошкообразный пиротехнический состав, причем корпус выполнен в виде оптически прозрачной колбы из термоударопрочного стекла, вклеенной в металлическое основание и заполненной газообразным кислородом в количестве, обеспечивающем стехиометрическое соотношение между кислородом и пиротехническим составом, металлическое основание снаряжено указанным ударным воспламенителем, и для инициирования реакции горения, разлета и равномерного распределения тела свечения по объему колбы цирконийсодержащий порошкообразный пиротехнический состав расположен в раструбе в форме усеченного конуса, сообщающегося с полостью ударного воспламенителя.

Отличительные признаки предлагаемого изобретения от прототипа состоят в том, что: а) для инициирования реакции горения, разлета и равномерного распределения тела свечения по объему колбы цирконийсодержащий порошкообразный пиротехнический состав располагается в ПВХ-раструбе в форме усеченного конуса, сообщающегося с полостью ударного капсюля-воспламенителя; б) для предотвращения загрязнения активного элемента лазерного излучателя, полости его отражателя, а также для равномерного распределения тела свечения пиротехнический состав выбрасывается в оптически прозрачную колбу, выполненную из термоударопрочного стекла, образуя взвесь; в) для обеспечения устойчивого процесса горения топлива внутренняя полость стеклянной колбы заполнена газообразным кислородом в количестве, обеспечивающем стехиометрическое соотношение между кислородом и пиротехническим составом; г) для инициирования процесса горения пиротехнического состава, крепления элементов конструкции, а также для установки и смены изделия в отражателе лазерного излучателя в качестве основания корпуса лампы выбрана донная часть патрона стрелкового оружия с установленным в ней ударным капсюлем-воспламенителем; д) в отличие от прототипа внутренняя полость пиротехнической лампы заполнена кислородом; е) отсутствует выброс продуктов горения в полость отражателя.

Наличие этих признаков определяет соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

В результате патентного поиска до даты подачи заявки не выявлено технических решений, которым присущи признаки, идентичные всей совокупности существенных признаков, содержащихся в предлагаемой заявке, что говорит об изобретательском уровне предлагаемого технического решения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой импульсной пиротехнической лампы оптической накачки активных сред лазерных излучателей с ударным инициированием. В корпусе 1, состоящем из донной части стандартного патрона стрелкового оружия с ударным капсюлем-воспламенителем 2 и вклеенной в нее колбы 7 из термоударопрочного стекла, полость 8 которой заполнена газообразным кислородом, расположен ПВХ-раструб 5 в форме усеченного конуса, наполненного пиротехническим составом 6 и сообщающегося с полостью ударного капсюля-воспламенителя 3 посредством двух отверстий 4.

Конструкция предлагаемого изделия разработана исходя из следующих принципов:

а) корпус пиротехнической лампы должен обеспечивать целостность и герметичность конструкции как при нормальных условиях, так и при повышенном внутреннем давлении во время срабатывания;

б) минимальное газообразование при протекании реакции горения пиротехнического состава;

в) стойкость конструкции к ударным и вибрационным перегрузкам;

г) равномерное распределение тела свечения по объему колбы;

е) минимальное время протекания реакции горения пиротехнического состава.

На фиг.2 представлен внешний вид образца предлагаемой пиротехнической лампы накачки (2) лазерных излучателей в сравнении с гильзами от снайперской винтовки (1) и от автомата АК-74 (3), а на фиг.3 - вариант отражателя лазерного излучателя, где 1 - посадочное место для активного элемента в виде стержня, 2 - посадочное место для предлагаемого изделия.

Работа предлагаемой пиротехнической лампы происходит следующим образом. Лампа располагается и закрепляется внутри отражателя лазерного излучателя в предназначенном посадочном месте, при этом торец основания корпуса остается доступным для воздействия ударника. При ударе по капсюлю-воспламенителю 2 воспламеняется его инициирующий состав. Горящий заряд, расширяясь, заполняет полость капсюля-воспламенителя 3, а некоторая его часть, проникая через отверстия 4, поступает в основание раструба 5 и воспламеняет пиротехнический состав 6. Пиротехнический состав под давлением со стороны основания раструба 5, создаваемого за счет горения инициирующего состава капсюля-воспламенителя 2, а также вследствие собственного горения и расширения заполняет внутренний объем колбы 7, образуя взвесь. Горение пиротехнического состава сопровождается интенсивным оптическим излучением видимого диапазона, распространяемым за пределы термо-ударопрочной колбы 7 через ее оптически прозрачные стенки.

Кинограмма работы предлагаемой лампы накачки приведена на фиг.4. На первом кадре изображен образец изделия; на втором кадре, снятом через нейтральный фильтр, изображен момент воспламенения взвеси; на третьем - состояние того же образца после срабатывания.

Установлено, что яркостная температура оптического излучения пиротехнической лампы составляет 4600...4800 К, длительность импульса ~ 0,5 мс, полная энергия ~ 200 Дж. При срабатывании изделия соблюдаются условия сохранения целостности корпуса и герметичности конструкции.

Литература

1. Справочник по лазерам /Под ред. Прохорова А.М.: - М.: Советское радио, Т.2, 1978, 400 с.

2. Маршак И.С. Импульсные источники света. - М.: Госэнергоиздат, 1963, 334 с.

3. Патент США №5761235 от 2.06.98 г.

Формула изобретения

Импульсная пиротехническая лампа оптической накачки активных сред лазерных излучателей с ударным инициированием, содержащая корпус, ударный воспламенитель, цирконийсодержащий порошкообразный пиротехнический состав, причем корпус выполнен в виде оптически прозрачной колбы из термо-ударопрочного стекла, вклеенной в металлическое основание и заполненной газообразным кислородом в количестве, обеспечивающем стехиометрическое соотношение между кислородом и пиротехническим составом, металлическое основание снаряжено указанным ударным воспламенителем, и для инициирования реакции горения, разлета и равномерного распределения тела свечения по объему колбы цирконийсодержащий порошкообразный пиротехнический состав расположен в раструбе в форме усеченного конуса, сообщающегося с полостью ударного воспламенителя.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4