Источник комбинированного оптического излучения со взрывной накачкой

Изобретение относится к высокотемпературным взрывным источникам оптического излучения и содержит блок накачки и оптический блок. Блок накачки содержит средство инициирования, два заряда бризантного взрывчатого вещества, контейнер с твердым светообразующим составом, стальное кольцо с отверстием для выхода газообразных продуктов ВВ и светообразующего состава, выполненное в виде сопла, и мембрану, предназначенную для удержания образующейся при взрыве плазмы. При последовательном инициировании зарядов взрывчатого вещества формируемая ударная волна нагружает твердый светообразующий состав, переводя его в газовую фазу с последующим излучением в полость оптического блока широкополосного оптического излучения. Оптический блок представляет собой активную матрицу с внедренным красителем, осуществляющую трансформацию широкополосного излучения накачки в узкополосное излучение в диапазоне длин волн, определяемом маркой красителя. Изобретение позволяет получить комбинированное излучение - узкополосное в телесный угол 2π и широкополосное в телесный угол 4π. 1 ил.

 

Изобретение относится к высокотемпературным взрывным источникам оптического излучения.

Известен ряд устройств [1, 2], предназначенных для подавления оптико-электронных средств, основанных на ударно-волновом нагружении светообразующих составов с образованием высокотемпературного широкополосного оптического излучения.

При этом данные устройства обладают рядом существенных недостатков.

В устройстве [1] в качестве рабочего тела, нагружаемого ударной волной, используется газообразное активное вещество, что накладывает ограничения по эксплуатационным характеристикам, причем большая часть излучаемой энергии приходится на ультрафиолетовую область спектра и не используется при выполнении задач по назначению устройства;

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому источнику является устройство [2].

В данном устройстве в качестве рабочего тела, нагружаемого ударной волной, используется светообразующий состав, находящийся первоначально в твердом состоянии, что снимает ограничения по эксплуатационным характеристикам. При этом в конструкции используется волоконно-активный элемент, преобразующий широкополосное излучение, формируемое при накачке, в выходное лазерное излучение на длине волны 1,06 мкм. При инициировании данного источника на выходе формируется сначала лазерное излучение, а затем, после разрушения волоконно-активного элемента, - широкополосное излучение накачки.

Недостатками данного решения являются: а) недостаточное давление, создаваемое ударной волной втутри камеры, для активации светообразующего состава, что в значительной степени снижает коэффициент преобразования взрывной энергии в энергию излучения накачки; б) возможность формирования лазерного излучения только на длине волны 1,06 мкм, что в ряде прикладных задач ограничивает возможность использования данного излучателя.

Целью заявляемого изобретения является разработка конструкции излучателя, обеспечивающей: а) на выходе интенсивное комбинированное (узко- и широкополосное) излучение с повышенными энергетическими характеристиками; б) возможность регулирования, в зависимости от решаемой задачи, длины волны максимума интенсивности узкополосного излучения в пределах диапазона 0,5...0,9 мкм.

Поставленная цель достигается за счет использования системы двухступенчатого нагружения светообразующего состава ударной волной конденсированного ВВ для повышения коэффициента преобразования взрывной энергии в энергию излучения накачки, а также эффекта Стоксова сдвига длины волны излучения в органических красителях, внедренных в полимерную или стеклянную матрицу, для трансформации оптического излучения накачки в узкополосное излучение на требуемой длине волны.

Отличительные признаки заявляемого изобретения состоят в том, что:

а) в конструкции блока накачки реализована система двухступенчатого нагружения светообразующего состава (СОС) ударной волной конденсированного ВВ, при которой в результате инициирования ВВ первой ступени ксенонсодержащий светообразующий состав переводится из твердого в газообразное состояние с последующим нагружением ударной волной, формируемой ВВ второй ступени, сопровождающимся высокотемпературным широкополосным излучением;

б) в конструкцию излучателя включен оптический блок, выполненный из полимерной (или нанопористой стеклянной) матрицы с внедренным красителем для трансформации широкополосного оптического излучения, формируемого блоком накачки, в узкополосное излучение с требуемой длиной волны максимума его интенсивности;

в) для повышения давления при нагружении СОС в конструкцию блока накачки введено стальное кольцо, выполненное в виде обратного сопла, и мембрана, отделяющая полости блока накачки и оптического блока.

Общими признаками прототипа и заявляемого технического решения являются наличие корпуса, средства инициирования, заряда ВВ и светообразующего состава.

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 чертеже представлена конструктивно-компоновочная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из двух основных частей (функциональных блоков): блока накачки I (БН) и оптического блока II (ОБ).

Блок накачки предназначен для преобразования энергии взрыва ВВ в оптическое излучение накачки путем перевода СОС из твердого состояния в газообразное с выделением Хе и Ва (до 140 см³ с 1 г твердого вещества) и последующего нагружения газообразной смеси ударной волной, сопровождаемого широкополосным излучением с яркостной температурой более 15000 К. БН включает в себя систему инициирования (детонатор) основного заряда ВВ (1), основной заряд ВВ первой ступени с кумулятивной выемкой (2), догружающий кольцевой заряд ВВ3 второй ступени с осесимметричной полой внутренней камерой (5), контейнер со светообразующим составом (4), вклеенный в кумулятивную выемку основного заряда, стальное кольцо с отверстием (6) для выхода газообразных продуктов ВВ и СОС, выполненное в виде обратного конуса, и мембрану (7), предназначенную для удержания плазмы.

Оптический блок предназначен для преобразования широкополосного оптического излучения накачки в узкополосное излучение в заданном диапазоне длин волн. Преобразование основано на эффекте Стоксова сдвига и реализуется за счет подбора марки органических красителей, внедренных в полимерную или нанопористую стеклянную матрицу, что определяет диапазон длин волн формируемого излучения.

ОБ выполнен в виде трансформатора оптического излучения (8) с внутренней цилиндрической полостью (9), расположенной соосно с выходным отверстием БН, и включает отражатель с торцевым (10) и цилиндрическим (11) зеркалами, нанесенными соответственно на торцевую и боковую поверхности ОБ.

БН и ОБ помещены в металлический корпус (12) с нанесенной на его поверхность насечкой для создания осколочного поля. ОБ пристыковывается к блоку накачки посредством резьбового соединения.

Работа устройства заключается в следующем. Детонатор производит инициирование ВВ первой ступени нагружения (2). Ударная волна (УВ), образованная в результате детонации, воздействует на герметичный контейнер (4), в котором содержится твердый СОС. Твердый порошкообразный СОС под воздействием ударно-волнового нагружения возгоняется в газообразное состояние с выделением Хе и Ва. Газообразная смесь заполняет внутренний объем камеры (5) внутри заряда ВВ второй ступени (3). При инициировании заряда второй ступени создается дополнительная УВ, которая увеличивает давление и температуру внутри камеры (5) и тем самым повышает процентное содержание газообразного Хе и переводит его в возбужденное состояние. Взрывная волна, отражаясь от стенок стального кольца (6), создает дополнительное давление в момент прохождения газообразной смесью отверстия с обратным соплом. При этом за счет использования стального кольца (6) выравнивается форма выходящего из блока накачки газа. За счет мембраны (7) в результате кратковременной задержки вытекающих из камеры (5) блока накачки газообразных продуктов увеличиваются давление и температура. После прорыва мембраны газообразные продукты ВВ и СОС, обладающие высокой яркостной температурой Т_я, в течение нескольких микросекунд заполняют камеру (9), создавая ярко светящуюся цилиндрическую область. Широкополосное оптическое излучение воздействует на трансформатор излучения, выполненный из полимерной матрицы (8) со специально подобранными органическими красителями. Торцевой (10) и кольцевой (11) зеркальный отражатель дополнительно концентрирует излучение в трансформаторе. На выходе излучателя формируется мощное узкополосное оптическое излучение (13) в требуемом диапазоне длин волн. В результате механического воздействия УВ на оптический блок происходит разрушение оптического блока, при этом широкополосное излучение, образовавшееся в результате ударно-волнового нагружения СОС, излучается в телесный угол 4π.

Источники информации

1. Патент RU 2121646 С1, Кл 6 F 42 В 5/15, 10.11.1998;

2. Патент RU 2202759 С2 7 F 42 В 5/15, 7.06.2000.

3. Леонов А.Ф. и др. Испытание твердотельного лазера с накачкой излучением сходящейся ударной волны. Физика горения и взрыва. 1999 г. Т.35. №2. с.114.

Источник комбинированного оптического излучения со взрывной накачкой, содержащий блок накачки с системой нагружения светообразующего состава ударной волной конденсированного взрывчатого вещества и оптический блок, отличающийся тем, что система нагружения выполнена двухступенчатой, оптический блок выполнен из полимерной или нанопористой стеклянной матрицы с внедренным красителем для трансформации широкополосного оптического излучения, формируемого блоком накачки, при этом в конструкцию блока накачки введены стальное кольцо, выполненное в виде сопла, и мембрана, отделяющая полости блока накачки и оптического блока.