Способ формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект, квантовый генератор, способ управления квантовым генератором и система управления квантовым генератором

Изобретение относится к области квантовой физики и может быть использовано при создании лазерных систем на базе фотодиссоционных генераторов. Способ формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект включает создание сходящейся ударной волны, расходящейся ударной волны с передним фронтом, коаксиальным фронту сходящейся ударной волны. В области схождения ударных волн получают импульс электромагнитного излучения в форме тонкостенного цилиндра для последующего его преобразования в импульс кольцевого сечения. Квантовый генератор содержит дополнительный заряд ВВ в форме полого конуса с приемником дистанционного управления при его вершине, установленный внутри и соосно усеченному конусу основного заряда ВВ. Способ управления квантовым генератором включает формирование параллельного пучка электромагнитного излучения, коллимирование пучка с его преобразованием в пучок кольцевого сечения. Подачу управляющих сигналов осуществляют с задержкой относительно друг друга. Система для управления квантовым генератором содержит источник параллельного пучка электромагнитного излучения, основной коллиматор, три плоских зеркала, полупрозрачное зеркало, дополнительный коллиматор, два электрооптических затвора. Технический результат - повышение плотности мощности электромагнитного излучения. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области квантовой физики и может быть использовано при создании лазерных систем на базе фотодиссоционных генераторов.

Известны способы формирования импульса электромагнитного излучения на базе фотодиссоционных квантовых генераторов. Системы управления генераторов включают в себя источники электромагнитного излучения, подключенные к блоку управления (см. пат. РФ №№2241285 и 2241286, МПК 7 H01S 3/03, 3/0937, публ. 2004 г.).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому решению является способ формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект, включающий создание сходящейся ударной волны с передним фронтом цилиндрической формы, для воздействия на рабочую среду (см. пат. РФ №2240634, МПК 7 H01S 3/03, 3/0937, публ. 2004 г.).

Квантовый генератор для реализации способа содержит рабочую камеру с двумя выходными окнами, заполненную рабочей средой, и размещенный в рабочей камере напротив выходных окон основной заряд взрывчатого вещества (ВВ) в форме полого усеченного конуса с приемниками дистанционного управления на его большем торце.

Способ управления квантовым генератором включает в себя формирование параллельного пучка электромагнитного излучения, коллимирование сформированного параллельного пучка электромагнитного излучения с последующим его преобразованием в пучок кольцевого сечения для подачи управляющего сигнала на приемники дистанционного управления основного заряда ВВ.

Устройство для управления квантовым генератором содержит источник параллельного пучка электромагнитного излучения, подключенный к блоку управления, основной коллиматор, установленный на выходе источника параллельного пучка электромагнитного излучения и оптически сопряженный через аксикон с приемниками дистанционного управления основного заряда ВВ, и три плоских зеркала.

Недостатком приведенных технических решений является пониженная плотность мощности электромагнитного излучения, доставляемого на объект.

Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в повышении плотности мощности электромагнитного излучения, доставляемого на объект.

В соответствии с предлагаемым техническим решением указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект, включающем создание сходящейся ударной волны с передним фронтом цилиндрической формы для воздействия на рабочую среду, дополнительно внутри сходящейся ударной волны с передним фронтом цилиндрической формы формируют расходящуюся ударную волну с передним фронтом, коаксиальным фронту сходящейся ударной волны, получая в области схождения ударных волн импульс электромагнитного излучения в форме тонкостенного цилиндра для последующего его преобразования в импульс электромагнитного излучения кольцевого сечения, сужающегося вдоль конической поверхности с вершиной, расположенной в области объекта.

В квантовом генераторе для формирования импульса электромагнитного излучения, содержащем рабочую камеру с двумя выходными окнами, заполненную рабочей средой, и размещенный в рабочей камере напротив выходных окон основной заряд взрывчатого вещества (ВВ) в форме полого усеченного конуса с приемниками дистанционного управления на его большем торце содержится дополнительный заряд ВВ в форме полого конуса с приемником дистанционного управления при его вершине, установленный внутри и соосно усеченному конусу основного заряда ВВ, при этом углы конусности конусов основного и дополнительного зарядов ВВ равны, их вершины развернуты в противоположные стороны, а первое выходное окно рабочей камеры, размещенное напротив меньшего торца усеченного конуса основного заряда ВВ, выполнено с толщиной, увеличивающейся от периферии к центру в сторону вершины упомянутого усеченного конуса.

Кроме того, первое выходное окно рабочей камеры выполнено конической формы.

Кроме того, второе выходное окно рабочей камеры выполнено с зеркальной кольцевой зоной, размещенной напротив просвета между основанием полого конуса дополнительного заряда ВВ и меньшим торцом усеченного конуса основного заряда ВВ.

Кроме того, зеркальная кольцевая зона второго окна рабочей камеры выполнена на его внутренней поверхности.

В способе управления квантовым генератором, включающем формирование параллельного пучка электромагнитного излучения, коллимирование сформированного параллельного пучка электромагнитного излучения с последующим его преобразованием в пучок кольцевого сечения для подачи управляющего сигнала на приемники дистанционного управления основного заряда ВВ, из сформированного параллельного пучка электромагнитного излучения выделяют часть излучения для последующего коллимирования и подачи управляющего сигнала на приемник дистанционного управления дополнительного заряда ВВ, при этом подачу управляющих сигналов на приемники дистанционного управления основного и дополнительного зарядов ВВ осуществляют с задержкой относительно друг друга.

В системе для управления квантовым генератором, содержащей источник параллельного пучка электромагнитного излучения, подключенный к блоку управления, основной коллиматор, установленный на выходе источника параллельного пучка электромагнитного излучения и оптически сопряженный через аксикон с приемниками дистанционного управления основного заряда ВВ, и три плоских зеркала, дополнительно содержится полупрозрачное зеркало, дополнительный коллиматор и два электрооптических затвора, при этом полупрозрачное зеркало установлено на выходе источника параллельного пучка электромагнитного излучения, размещено наклонно к его оптической оси и оптически сопряжено через последовательно установленные первое, второе и третье плоские зеркала с приемником дистанционного управления дополнительного заряда ВВ, дополнительный коллиматор установлен между вторым и третьим плоскими зеркалами, а электрооптические затворы смонтированы перед основным и дополнительным коллиматорами и подключены к блоку управления.

На фиг.1 представлен квантовый генератор для формирования импульса электромагнитного излучения, на фиг.2 - система для управления квантовым генератором.

Квантовый генератор (см. фиг.1) содержит рабочую камеру - 1, заполненную газообразной рабочей средой - 2. В камере - 1 размещены основной заряд ВВ в виде полого усеченного конуса - 3 и дополнительный заряд ВВ в виде полого конуса - 4, установленный внутри конуса - 3 и соосно последнему, при этом вершины конусов - 3 и 4 развернуты в противоположные стороны относительно друг друга и выполнены с углом конусности α=arcsinV1/V2, где V1 - скорость распространения ударной волны в рабочей камере, a V2 - скорость горения ВВ (данное условие необходимо для обеспечения в продольном сечении прямолинейности передних фронтов ударной волны возникающей после поджига ВВ). По большему торцу усеченного конуса - 3 и на вершине конуса - 4 размещены устройства поджига ВВ в виде приемников дистанционного управления - 5, а в камере - 1 предусмотрено выходное прозрачное окно - 6 с зеркальной кольцевой зоной - 7, расположенной на его внутренней поверхности напротив просвета между основанием конуса - 4 и меньшим торцом усеченного конуса - 3, причем напротив последнего размещено выходное прозрачное окно - 8 с толщиной, увеличивающейся от периферии к центру в строну вершины усеченного конуса - 3 (окно - 8 может быть выполнено с наружной поверхностью конической или параболической формы).

Способ формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект осуществляется следующим образом.

При подаче управляющего сигнала в виде электромагнитного излучения (на фиг.1 условно не показано) одновременно на приемники дистанционного управления - 5 зарядов ВВ в виде полого конуса - 4 и усеченного полого конуса - 3 происходит поджиг последних, в результате чего создаются две цилиндрические коаксиально расположенные и направленные навстречу друг другу ударные волны с передними сходящимся - I и расходящимся - II фронтами. В области схождения указанных ударных волн в результате их воздействия на рабочую среду - 2 формируется импульс электромагнитного излучения в виде тонкостенного цилиндра с диаметром D_ср (с высотой, равной высоте конусов - 3 и 4), распространяющийся в две противоположные стороны в направлении окон - 6 и 8. Одна часть импульса излучения, попадающая на зеркальную зону - 7 окна - 6, переотражается от последнего, суммируется с второй частью импульса и подается на прозрачное окно - 8 конической формы. Суммарный импульс, пройдя через окно - 8 (клиновой формы в осевом сечении), преломляется и в виде сужающегося вдоль конической поверхности импульса подается в точку - F, являющуюся вершиной вышеуказанной конической поверхности и одновременно областью расположения объекта.

Следует отметить, что, формируя фронты - I и II с задержкой одного относительно другого (что будет описано ниже), можно получать импульсы в виде тонкостенного цилиндра в пределах всей зоны - 9 от диаметра D_min до D_max (на фиг.1 заштриховано крест-накрест) с точкой схождения электромагнитного излучения, расположенной на оптической оси генератора на отрезке от точек - F₁ до F₂, в зависимости от места расположения объекта.

Система управления квантовым генератором содержит последовательно установленные источник параллельного электромагнитного излучения, например, в виде лазера - 10, подключенного к блоку управления - 11, наклонное полупрозрачное зеркало - 12, устройство задержки подачи излучения в виде первого электрооптического затвора - 13, подключенного к блоку управления - 11, и основной коллиматор - 14, оптически сопряженный через конический аксикон - 15 с приемниками дистанционного управления - 5 основного заряда ВВ в виде усеченного конуса - 3. При этом полупрозрачное зеркало - 12 через плоское зеркало - 16, второй электрооптический затвор - 17, подключенный к блоку управления - 11, плоское зеркало - 18, дополнительный коллиматор - 19 и плоское зеркало - 20 оптически сопряжено с приемником дистанционного управления - 5 дополнительного заряда ВВ в виде полого конуса - 4.

Способ управления квантовым генератором, согласно приведенной схемы, осуществляется следующим образом.

С блока управления - 11 подают команду на запуск лазера - 10 для формирования параллельного пучка управляющего электромагнитного излучения. При этом (при открытых затворах - 13 и 17) основной пучок излучения проходит полупрозрачное зеркало - 12, электрооптический затвор - 13, расширяется коллиматором - 14 и через конический аксикон - 15 преобразуется в пучок кольцевого сечения и подается на приемники - 5 для поджига основного заряда ВВ в виде усеченного конуса - 3. Одновременно с этим из основного пучка электромагнитного излучения с помощью наклонного полупрозрачного зеркала - 12 выделяется часть излучения, которое через зеркало - 16, электрооптический затвор - 17 и зеркало - 18 подается для расширения на коллиматор - 19 с последующей подачей через зеркало - 20 на приемник - 5 для поджига дополнительного заряда ВВ в виде полого конуса - 4. В результате, после одновременного поджига основного и дополнительного зарядов ВВ образуются две ударные волны с цилиндрическими коаксиально расположенными передними фронтами, движущимися навстречу друг другу. В результате воздействия ударных волн на рабочую среду - 2 в области их схождения (на диаметре - D_ср) формируется импульс электромагнитного излучения, который после прохождения окна - 8 конической формы собирается (фокусируется) в точке - F расположения объекта.

Следует отметить, что при относительной задержке подачи управляющих сигналов (путем подачи соответствующих команд на электрооптические затворы - 13 и 17 с блока управления - 11) на приемники - 5 основного - 3 и дополнительного - 4 зарядов можно формировать импульс электромагнитного излучения на различных диаметрах зоны - 9, фокусируя излучение в любой точке отрезка от точки - F₁ до F₂ в зависимости от места нахождения объекта (см. фиг.1).

Из вышеприведенного следует, что предложенное техническое решение имеет преимущество по сравнению с известным, а именно за счет сжатия большего объема рабочей среды (сжатие происходит по цилиндрической поверхности, а не по линии), значительно увеличивается плотность мощности излучения в области его доставки.

Следовательно, предложенное техническое решение при использовании дает положительный технический результат - повышает плотность мощности в области доставки излучения.

По материалам заявки на предприятии в настоящее время проведены теоретические исследования и моделирование физических процессов, подтвердившие достижение указанного технического результата.

1. Способ формирования импульса электромагнитного излучения при его доставке на объект, включающий создание сходящейся ударной волны, с передним фронтом цилиндрической формы, для воздействия на рабочую среду, отличающийся тем, что дополнительно внутри сходящейся ударной волны с передним фронтом цилиндрической формы формируют расходящуюся ударную волну с передним фронтом, коаксиальным фронту сходящейся ударной волны, получая в области схождения ударных волн импульс электромагнитного излучения в форме тонкостенного цилиндра для последующего его преобразования в импульс электромагнитного излучения кольцевого сечения сужающегося вдоль конической поверхности с вершиной, расположенной в области объекта.

2. Квантовый генератор, содержащий рабочую камеру с двумя выходными окнами, заполненную рабочей средой, и размещенный в рабочей камере напротив выходных окон основной заряд взрывчатого вещества (ВВ) в форме полого усеченного конуса с приемниками дистанционного управления на его большем торце, отличающийся тем, что он содержит дополнительный заряд ВВ в форме полого конуса с приемником дистанционного управления при его вершине, установленный внутри и соосно усеченному конусу основного заряда ВВ, при этом углы конусности конусов основного и дополнительного зарядов ВВ равны, их вершины развернуты в противоположные стороны, а первое выходное окно рабочей камеры, размещенное напротив меньшего торца усеченного конуса основного заряда ВВ выполнено с толщиной, увеличивающейся от периферии к центру в сторону вершины упомянутого усеченного конуса.

3. Квантовый генератор по п.2, отличающийся тем, что первое выходное окно рабочей камеры выполнено конической формы.

4. Квантовый генератор по п.2 или 3, отличающийся тем, что второе выходное окно рабочей камеры выполнено с зеркальной кольцевой зоной, размещенной напротив просвета между основанием полого конуса дополнительного заряда ВВ и меньшим торцом усеченного конуса основного заряда ВВ.

5. Квантовый генератор по п.4, отличающийся тем, что зеркальная кольцевая зона второго окна рабочей камеры выполнена на его внутренней поверхности.

6. Способ управления квантовым генератором, выполненным по п.2, включающий формирование параллельного пучка электромагнитного излучения, коллимирование сформированного параллельного пучка электромагнитного излучения с последующим его преобразованием в пучок кольцевого сечения для подачи управляющего сигнала на приемники дистанционного управления основного заряда ВВ, отличающийся тем, что из сформированного параллельного пучка электромагнитного излучения выделяют часть излучения для последующего коллимирования и подачи управляющего сигнала на приемник дистанционного управления дополнительного заряда ВВ, при этом подачу управляющих сигналов на приемники дистанционного управления основного и дополнительного зарядов ВВ осуществляют с задержкой относительно друг друга.

7. Система управления квантовым генератором, выполненные по п.2, содержащая источник параллельного пучка электромагнитного излучения, подключенный к блоку управления, основной коллиматор, установленный на выходе источника параллельного пучка электромагнитного излучения и оптически сопряженный через аксикон с приемниками дистанционного управления основного заряда ВВ, и три плоских зеркала, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полупрозрачное зеркало, дополнительный коллиматор и два электрооптических затвора, при этом полупрозрачное зеркало установлено на выходе источника параллельного пучка электромагнитного излучения, размещено наклонно к его оптической оси и оптически сопряжено через последовательно установленные первое, второе и третье плоские зеркала с приемником дистанционного управления дополнительного заряда ВВ, дополнительный коллиматор установлен между вторым и третьим плоскими зеркалами, а электрооптические затворы смонтированы перед основным и дополнительным коллиматорами и подключены к блоку управления.