Устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям мощности приемников лазерного излучения, и может найти применение для защиты глаз, оптических систем и приемников лазерного излучения от разрушающего действия входного излучения высокой мощности. Устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения состоит из корпуса, ориентированного вдоль направления распространения излучения и содержащего две собирающие линзы, в фокальной плоскости которых расположена герметичная ячейка, заполненная инертным газом. При этом первая из линз размещена на входном торце корпуса, а вторая - после герметичной ячейки. На другом торце корпуса после второй линзы установлен фильтр с нелинейным поглотителем. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения степени защиты оптических систем от действия высокоинтенсивного лазерного излучения, поступающего на вход ограничителя, а также в обеспечении возможности увеличения срока службы устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям мощности приемников лазерного излучения, и может найти применение для защиты глаз, оптических систем и приемников лазерного излучения от разрушающего действия входного излучения высокой мощности.

Из предшествующего уровня техники известно устройство для ограничения светового потока [патент RU №2403599, «Устройство для ограничения светового потока», МПК G02B 26/02, публик. 27.07.2010 г., авторы: Михеев Г.М., Могилева Т.Н., Кузнецов В.Л., Булатов Д.Л.], которое состоит из герметичной ячейки, заполненной суспензией из наноуглеродных частиц луковичной структуры, двух собирающих линз, расположенных по обе стороны герметичной ячейки и источника неоднородного магнитного поля, расположенного таким образом, чтобы обеспечить выталкивание из зоны воздействия светового потока с суспензией просветленной части суспензии, возникающей в результате указанного взаимодействия.

Недостатками известного устройства для ограничения светового потока являются малая величина мощности пропускания светового потока и ограниченный срок службы, в силу просветления суспензии, которая в дальнейшем становится прозрачной, и исчезает эффект ограничения мощности светового потока.

Известно другое устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения [патент RU №2350991, «Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения», МПК G02F 1/355, публик. 27.03.2009 г., авторы: Герасименко А.Ю., Маслобоев Ю.П., Подгаецкий В.М. и др.], которое в дальнейшем, как наиболее близкое по технической и физической сущности, выбрано в качестве прототипа. Устройство состоит из корпуса, ориентированного вдоль направления распространения падающего излучения, с собирающими линзами, размещенными на торцах корпуса. При этом в фокальной плоскости линз размещена герметичная ячейка, заполненная водным расслаивающимся раствором, в качестве которого использован водный раствор триэтиламина концентрации Сраб=(32±2) мас.%, при рабочей температуре раствора менее его критической температуры (tраб<tкр=18,163°C) или водный раствор 2-бутоксиэтанола концентрации Cраб=(30±2)мас.%, при рабочей температуре раствора менее его критической температуры (tраб<tкр=48,272°C).

Недостатком прототипа является:

- малая мощность ограничения входного лазерного излучения, вызванная наличием критической температуры раствора, находящегося во внутренней полости корпуса.

- ограниченный срок службы устройства за счет того, что при достаточно высокой мощности на входе ограничителя интенсивности лазерного излучения происходит разрушение лимитирующих веществ и выход из строя всей оптической системы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства защиты оптических систем от действия лазерного излучения высокой мощности в широком динамическом диапазоне.

Техническим результатом является существенное повышение степени защиты оптических систем от действия высокоинтенсивного лазерного излучения, поступающего на вход ограничителя, и увеличение срока службы устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения состоит из корпуса, ориентированного вдоль направления распространения излучения и содержащего две собирающие линзы, в фокальной плоскости которых расположена герметичная ячейка, заполненная веществом, при этом первая из линз размещена на входном торце корпуса, а вторая - после герметичной ячейки. Новым является то, что на другом торце корпуса после второй линзы установлен фильтр с нелинейным поглотителем, а в качестве вещества герметичной ячейки используют инертный газ. Кроме этого, в устройстве в качестве вещества герметичной ячейки используют газ гелий при давлении 5 атм, а в качестве фильтра с нелинейным поглотителем используют наноструктурированную углеродную пленку.

Установка на другом торце корпуса после второй линзы фильтра с нелинейным поглотителем позволяет ограничить выходную мощность лазерного излучения, прошедшую через герметичную ячейку с газом и, тем самым, защитить оптическую систему от разрушающего действия лазерного излучения.

Использование в качестве вещества герметичной ячейки инертного газа, например гелия при давлении 5 атм, обеспечивает порог лазерного пробоя гелия ≥108 Вт/см2, позволяя отражать и рассеивать падающее излучение на плазме пробоя, тем самым ограничивая высокое, поступающее на вход последующего ограничителя лазерного излучения.

Использование в качестве фильтра с нелинейным поглотителем углеродной наноструктурированной пленки является наиболее оптимальным вариантом для приема лазерного излучения малой мощности, так как углеродная матрица может обеспечить сохранение физико-химических свойств метастабильных нанокристаллических материалов в течение длительного времени.

Рассмотрим вариант реализации предлагаемого устройства, схематично изображенного на чертеже, где 1 - входное лазерное излучение, 2 - первая входная собирающая линза, 3 - вторая собирающая линза, 4 - фильтр с нелинейным поглотителем, 5 - герметичная ячейка, 6 - корпус, 7 - приемник лазерного излучения.

Устройство представляет собой корпус цилиндрической формы, выполненный из нержавеющей стали, в котором по направлению излучения размещены: герметичная прозрачная ячейка прямоугольной формы, заполненная гелием при давлении 5 атм, две короткофокусные собирающие линзы, первая из которых размещена на входном торце корпуса, а вторая - после герметичной ячейки, причем герметичная ячейка расположена в фокальной плоскости двух сопряженных линз, площадь фокального пятна которых составляет 10-2 см2. На другом торце корпуса, после второй собирающей линзы на расстоянии 1 см с помощью держателя укреплен фильтр с нелинейным поглотителем в виде наноструктурированной углеродной пленки с начальным пропусканием 45-50%. Для регистрации ограниченного излучения устройство снабжено приемником лазерного излучения, в качестве которого используют ФЭУ-28 с селективным фильтром.

Устройство работает следующим образом. Входное лазерное излучение 1 поступает на вход первой собирающей линзы 2, где оно фокусируется в герметичной ячейке 5 с гелием. Допустимая мощность входной энергии определяется лучевой прочностью входной линзы 1, стоящей перед герметичной ячейкой 5. Порог входной мощности оптического стекла, используемого при изготовлении входной линзы 1, зависит от длительности импульса падающего излучения и его длины волны и лежит в диапазоне от 106 до 109 Вт/см2. При этом предельная мощность, требуемая для оптического пробоя и разрушения линзы, определяется произведением площади входной линзы на плотность порога мощности.

Далее, при допустимой входной энергии, излучение принимается герметичной ячейкой 5 и, при условии отсутствия лазерного пробоя газа, через вторую собирающую линзу 3 попадает на фильтр с нелинейным поглотителем 4, после чего поступает на вход приемника лазерного излучения 7. Если входная энергия лазерного излучения превышает порог пробоя газа, равный величине 108 Вт/см2, то происходит ее ограничение за счет отражения и рассеяния излучения на плазме пробоя. Время развития лазерной искры, при данных параметрах пробоя, равно 10-7 с. При этом величина энергии пробоя, прошедшая через герметичную ячейку с газом, составит 10-1 Дж. При такой энергии пучка разрушения динамического ослабителя не произойдет, а с понижением мощности падающего на вход устройства излучения ниже порога пробоя за короткое время, порядка единиц наносекунд, восстановится высокое пропускание газа, и устройство вновь будет способно принимать излучение. После герметичной ячейки 5 излучение через вторую собирающую линзу 2 поступает на вход фильтра с нелинейным поглотителем 4, где также происходит ограничение до допустимого предела чувствительности приемника лазерного излучения 7.

На предприятии создано устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения, которое нашло применение в работах по исследованиям в области лазерной физики. Проведены испытания, подтвердившие его соответствие техническим требованиям.

В результате экспериментальных исследований было доказано, что изобретение имеет высокое начальное пропускание, не ухудшающее оптические характеристики защищаемых систем, и по сравнению с рассмотренными аналогами из предшествующего уровня техники оно позволяет обеспечить работоспособность приемной оптики после воздействия на ее вход мощного, более 108 Вт/см2, при плотности энергии свыше 10 Дж/см2 излучения.

1. Устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения, состоящее из корпуса, ориентированного вдоль направления распространения излучения и содержащего две собирающие линзы, в фокальной плоскости которых расположена герметичная ячейка, заполненная веществом, при этом первая из линз размещена на входном торце корпуса, а вторая - после герметичной ячейки, отличающееся тем, что на другом торце корпуса после второй линзы установлен фильтр с нелинейным поглотителем, а в качестве вещества герметичной ячейки использован инертный газ.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве вещества герметичной ячейки использован газ гелий при давлении 5 атм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве фильтра с нелинейным поглотителем использована наноструктурированная углеродная пленка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области квантовой электроники оптического диапазона, в частности к разработке преобразователей излучения на основе нелинейно-оптических кристаллических сред с периодической структурой доменов, поляризованных в противоположных направлениях, и может быть использовано для создания малогабаритных лазерных источников.

Изобретение относится к оптике. .

Изобретение относится к нелинейной оптике и оптоэлектронике и может быть использовано в оптических системах записи и считывания информации, в волоконно-оптической связи и в лазерных проекционных системах.
Изобретение относится к способу получения монокристаллов трибората цезия с нелинейно-оптическими свойствами, которые могут быть использованы в лазерной технике при изготовлении преобразователей частоты лазерного излучения.

Изобретение относится к ограничителям мощности оптического излучения. .

Изобретение относится к области оптической техники. .

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для защиты фотоприемных устройств от ослепления лазерным излучением повышенной интенсивности и при создании нелинейно-оптических ограничителей излучения, предназначенных для защиты органов зрения от повреждения лазерным излучением, для создания низкопороговых оптических переключателей.

Изобретение относится к оптоэлектронике и приборостроению. .

Изобретение относится к оптоэлектронике и приборостроению. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для защиты глаз, оптических систем и сенсоров от мощного лазерного излучения, а также в качестве управляемого оптического затвора.

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может найти применение в аппаратуре для оптической записи и воспроизведения информации. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к устройствам защиты оптических систем от воздействия лазерного излучения путем обеспечения высокой скорости срабатывания затвора.

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки. .

Заявленное изобретение относится к защитному элементу, обеспечивающему внешний вид, изменяемый под действием магнитного поля. Защитный элемент содержит множество частиц, состоящих из ядра и оболочки. При этом ядро частиц содержит магнитную текучую среду и визуально отличимую от магнитной текучей среды немагнитную фазу, расположенную с возможностью перемещения внутри магнитной текучей среды. Предложенная группа изобретений обеспечивает создание защитного элемента с высокой степенью защиты от подделки, на внешний вид которого можно интерактивно влиять при проверке на подлинность, получая изменяемое изображение. 6 н. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к оптической технике. В способе ограничения интенсивности лазерного излучения (ЛИ), включающем подачу потока лазерного излучения на вход устройства, ограничивающего мощность лазерного излучения, подачу потока ЛИ ведут путем последовательного пропускания потока ЛИ через размещенный на входе в оптическую систему в фокальной плоскости двух сопряженных линз первый каскад, а затем через второй каскад. Первый каскад характеризуется переменным коэффициентом пропускания ЛИ, являющимся функцией величины интенсивности потока ЛИ, и содержит пропускающую ЛИ ячейку, выполненную в виде стеклянной кюветы, заполненную под давлением не более 5 атм инертным газом, например ксеноном, не имеющим полос поглощения в рабочей области спектра. Второй каскад представляет собой нелинейный ограничитель и содержит элемент, ограничивающий мощность ЛИ, выполненный в виде оптически прозрачной матрицы, например полимерной пленки или стеклянной пластинки, с введенным в нее нанодисперсным углеродсодержащим наполнителем. После второго каскада поток ЛИ направляют на светочувствительный датчик, регистрирующий величину преобразованного потока ЛИ. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения степени защиты оптических систем путем ограничения входного лазерного излучения повышенной мощности, а также в уменьшении потерь для защиты от потока слабого лазерного излучения. 1 ил.

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям мощности приемников лазерного излучения, и может найти применение для защиты глаз, оптических систем и приемников лазерного излучения от разрушающего действия входного излучения высокой мощности

Наверх