Рабочее вещество ограничителя интенсивности мощного оптического излучения

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям интенсивности (лимитерам) мощного излучения, и может быть использовано в оптических приборах и средствах защиты органов зрения от действия мощного излучения. Применение в качестве рабочего вещества лимитера индотрикарбоцианинового красителя перхлората 2-{7-[1,3,5-триметил-3-этил-2-(1Н)-индолиниден]-4-хлор-3,5-триметилен-1,3,5-гептатри-ен-1-ил}-1,3,5-триметил-3-этилиндолия. Технический результат - создание фотостабильного ограничителя мощного оптического излучения с широким интервалом рабочих длин волн и нейтральным окрашиванием поля зрения оптических приборов. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям интенсивности (лимитерам) мощного излучения, и может быть использовано в оптических приборах и средствах защиты органов зрения и оптических сенсоров от действия мощного излучения.

Составы ограничителей интенсивности излучения, используемых в оптической технике, представляющие собой растворы рабочих веществ в прозрачной матрице (жидкостном растворителе, полимере и т.п.), должны обладать рядом специфических характеристик, среди которых особенно важны достаточно большое значение коэффициента ослабления интенсивности падающего излучения КО, высокое начальное (линейное) пропускание Т₀(λ) в области спектральной чувствительности органов зрения и оптических сенсоров, стабильность к действию мощного оптического излучения и широкий диапазон рабочих длин волн Δλ_p [1]. Большие значения Δλ_p особенно существенны при использовании лимитеров лазерного излучения для защиты глаз операторов приборов визуального наблюдения, так как наличие полос поглощения в видимой области спектра, присущих составу лимитера в его исходном состоянии, имеет следствием окрашивание зрительного поля оператора оптического прибора, которое значительно искажает цветовое восприятие оператора. Уменьшение значений Δλ_p в составе ограничителя интенсивности лазерного излучения также сужает область спектральной чувствительности оптических сенсоров, защищаемых от действия мощного излучения.

Известны составы ограничителей интенсивности лазерного излучения, представляющие собой растворы порфиринов, фталоцианинов и нафталоцианинов в органических растворителях [2, 3]. Однако применение растворов порфиринов и фталоцианиновых красителей в составе лимитера значительно сужает диапазон рабочих длин волн до величины Δλ_p≈150 нм из-за большого поглощения излучения в коротковолновой и длинноволновой частях видимого спектра (фиг.1а).

Этот эффект менее выражен в случае использования нафталоцианиновых красителей (фиг.1б), однако и здесь диапазон рабочих длин волн лимитера ограничен (Δλ_p≈200 нм) из-за поглощения в коротковолновой и длинноволновой частях видимого спектра.

Помимо этого известен состав ограничителя интенсивности лазерного излучения, состоящий из индотрикарбоцианинового красителя в этаноле и полиуретановой матрице [4]. В этом случае диапазон рабочих длин волн также ограничен: Δλ_p≈250 нм (фиг.1в) из-за наличия полос поглощения в видимой области спектра. К недостаткам такого состава лимитера относится также малое значение коэффициента ослабления падающего излучения КО=5-7, определенное для импульсов лазерного излучения наносекундной длительности (II гармоника Nd лазера, длина волны генерации λ=532 нм) при Т₀=50-70%.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту является индотрикарбоцианиновый краситель №5 (прототип) формулы (1)

Диапазон рабочих длин волн раствора красителя №5 в этаноле и пропиленгликолькарбонате также ограничен из-за наличия полос поглощения в видимой области спектра: Δλ_p≈250 нм (фиг.2а). В таком лимитере КО=10-15 для импульсов наносекундной длительности (λ=532 нм, Т₀=70%).

Стабильность растворов красителя №5 к действию мощного оптического излучения может быть охарактеризована величиной молекулярной фотостабильности γ, представляющей собой отношение числа распавшихся молекул к числу поглощенных фотонов. При лазерном облучении в видимой области спектра (λ=532 нм) для этого состава лимитера γ≈1,5·10^-5 молекул/фотон.

Низкий коэффициент ослабления лазерного излучения, недостаточно широкий диапазон рабочих длин волн Δλ_р, невысокая фотоустойчивость такого состава (большие значения γ) затрудняют использование данного рабочего вещества - красителя №5 в лимитерах лазерного излучения.

Целью данного изобретения является создание фотостабильного ограничителя мощного оптического излучения с широким интервалом рабочих длин волн, обеспечивающим нейтральное окрашивание поля зрения оптических приборов.

Поставленная цель достигается использованием в качестве рабочего вещества лимитера индотрикарбоцианинового красителя перхлората 2-{7-[1,3,5-триметил-3-этил-2-(1Н)-индолиниден]-4-хлор-3,5-триметилен-1,3,5-гептатриен-1-ил}-1,3,5-триметил-3-этилиндолия формулы (2)

Применение заявляемого соединения в лимитерах лазерного излучения не известно и в этих целях оно предложено впервые.

При его использовании в составе лимитера диапазон рабочих длин волн Δλ_p составляет 350-400 нм (фиг.2б). В таком составе мало поглощение видимого излучение с λ<650 нм.

Коэффициент ослабления лазерного излучения для импульсов наносекундной длительности (λ=532 нм, Т₀=70%) КО=20-25, а в схеме F/5,5 однокаскадного лимитера (λ=532 нм, Т₀=50-70%) КО=200-400.

Молекулярная фотостабильность растворов предлагаемого индотрикарбоцианинового красителя при лазерном облучении в видимой области спектра (λ=532 нм) на порядок выше, чем у прототипа (γ<10'⁶ молекул/фотон).

Примеры.

Пример 1. Раствор перхлората 2-{7-[1,3,5-триметил-3-этил-2-(1Н)-индолиниден]-4-хлор-3,5-триметилен-1,3,5-гептатриен-1-ил}-1,3,5-триметил-3-этилиндолия в этаноле в концентрации 1 ммоль/л исследовался на установке для определения эффективности лимитера лазерного излучения - коэффициента ослабления КО по стандартной методике [1]. В качестве источника излучения использовался FIAT: Nd лазер (II гармоника, λ=532 нм, длительность импульса 15 нс, энергия 0,1 Дж). Раствор находился в кварцевой кювете толщиной 5 мм, при начальном пропускании раствора (λ=532 нм) Т₀=70%. Фокусировка излучения осуществлялась линзой F=60 см.

Измеренное значение КО=25. Диапазон рабочих длин волн Δλ_p=400 нм. Молекулярная фотостабильность состава при лазерном облучении в видимой области спектра (λ=532 нм) γ=8.10^-7 молекул/фотон.

Пример 2. Аналогично примеру 1. В качестве растворителя состава лимитера использовался пропиленгликолькарбонат. Измеренное значение коэффициента КО=20. Диапазон рабочих длин волн Δλ_p=350 нм.

Пример 3. Аналогично примеру 1. Измерения коэффициента ослабления КО проводились для однокаскадного лимитера лазерного излучения (λ=532 нм, T₀=70%), состоящего из двух софокусно расположенных линз F=5,5 см (схема F/5,5), по методике [2]. Измеренное значение КО=200.

Пример 4. Аналогично примеру 3. В качестве растворителя состава лимитера использовался пропиленгликолькарбонат. Значение КО=400.

Сравнительные характеристики заявляемого объекта и прототипа приведены в таблице 1.

Таблица 1 Характеристики рабочих веществ лимитера лазерного излучения
Рабочее вещество	Δλp, нм	КО	γ, молекул/фотон
Заявляемое соединение	350-400	20-25; *200-400	8·10-7
Прототип	250	10-15	1,5·10-5
* В схеме F/5,5 однокаскадного лимитера.

Таким образом, применение заявляемого соединения в качестве рабочего вещества лимитера лазерного излучения позволяет при больших значениях коэффициента ослабления и диапазона рабочих длин волн, а также при значительном увеличении долговечности лимитера (определяемой величиной молекулярной фотостабильности его рабочего вещества), ограничивать мощное оптическое излучение, опасное для органов зрения и функционирования оптических сенсоров.

Литература

1. Tutt L.W., Boggess T.F. - Prog. Quant. Electr., 1993, v.l7, p.299-338.

2. Patent US No. 5.391.329, 21.02.95.

3. Patent US No. 5.805.326, 08.09.98.

4. Lim J.H., Przhonska O.V., Khodja S., Yang S., Ross T.S., Hagan D.J., Van Stryland E.W., Bondar M.V., Slominsky Y.L. - Chem. Phys, 1999, v.245, p.79.

5. Копылова Т.Н., Светличный В.А., Майер Г.В., Резниченко А.В., Подгаецкий В.М., Пономарева О.В., Самсонова Л.Г., Филинов Д.Н., Помогаев В.А., Тельминов Е.Н., Лапин И.Н., Светличная Н.Н., Синченко Е.И. - Квантовая электроника, 2003, т.33, с.967.

Применение индотрикарбоцианинового красителя формулы

в качестве рабочего вещества ограничителя мощного оптического излучения.