УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОРЕГИСТРАЦИИ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 1997 года по МПК G03B41/14 

Устройство относится к области фоторегистрации быстропеременных процессов с помощью лазеров и получения тенеграмм, теплерограмм, голограмм и интерферограмм и может быть использовано в научных и прикладных исследованиях, демонстрационных и учебных процессах.

Известно устройство, содержащее источник света в виде импульсных твердотельных или полупроводниковых лазеров, оптическую систему, формирующей световой пучок, и фоторегистратор [1]
Одним из основных недостатков устройств с использованием твердотельных лазеров является низкая однородность выходного пучка, обусловленная неоднородностью структуры активного элемента. Недостатком устройств на основе полупроводниковых лазеров является малая яркость излучения при большой расходимости.

Наиболее близки техническим решением к изобретению является устройство, содержащее импульсный лазерный источник в виде газового лазера на парах меди, оптическую систему, формирующую световой пучок, и фоторегистратор [2] Импульсный газовый лазер на парах меди, в соответствии с особенностями условий генерации обеспечивает получение импульсов длительностью ≈30 нс и длинами волн 511 нм (зеленая) и 578 нм (желтая).

Однако при фотографировании быстропеременных и мелкомасштабных процессов данные длины волн и длительности импульсов не всегда достаточны для получения высокого качества изображения.

Технической задачей изобретения является повышение качества изображения и разрешения путем уменьшения длины волны и длительности лазерного импульса.

Другой технической задачей является визуализация изобретения.

Технический результат достигается тем, что лазерный источник выполнен в виде ультрафиолетового азотного лазера, а оптическая система, формирующая световой пучок, содержит ультрафиолетовые светофильтры, установленные перед фоторегистратором по ходу распространения пучка. Азотный лазер в соответствии с условиями генерации обеспечивает получение импульсов длительностью ≲10 нс (в некоторых случаях до пикосекунд) длиной волны 337 нм (ультрафиолет).

Для визуализации изображения оптическая система, формирующая световой пучок, снабжена люминесцирующим экраном, установленным после ультрафиолетовых светофильтров по ходу распространения пучка.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для фотографирования в ультрафиолетовых лучах; на фиг. 2 общий вид устройства снабженного визуализирующим люминесцентным экраном.

Устройство для скоростной регистрации содержит импульсный лазерный ультрафиолетовый источник света азотный лазер 1 (фиг.1), оптическую систему, формирующую пучок 2 и фоторегистратор 3.

Оптическая система состоит из рассеивающей 4 и собирающей 5 линз (из прозрачного для ультрафиолета кварца), а также ультрафиолетовых светофильтров 6, установленных перед фоторегистратором 3 по ходу распространения пучка 2. Между линзами находится объект исследования кювета 7 с водой и вмонтированными электродами 8. Для визуализации изображения после ультрафиолетовых светофильтров 6, по ходу распространения пучка установлен люминесцирующий экран 9.

Пример конкретного выполнения. Для проведения скоростных съемок ударных волн в жидкости было использовано лазерное устройство, содержащее один из самых маломощных ультрафиолетовых лазеров лазер ЛГИ-21 в режиме однократного импульса, запускаемого через нужный интервал времени от начала исследуемого процесса, в нашем случае, электрического разряда между электродами 8 в кювете 7 с водой. Паспортные данные лазера 1: длина волны 337 нм, длительность импульса 8 нс, мощностью 3 кВт, начальный диаметр пучка 3 мм, расходимость 3•10^-3 рад.

Пучок 2 от лазера 1 после рассеивающей линзы 4 проходил кювету 7 с водой, находящейся на расстоянии 2 м от лазера, собирался линзой 5 и регистрировался фотоаппаратом 3 со снятым объективом (фиг.1). Ультрафиолетовые светофильтры 6 предохраняли пленку фотоаппарата от засветки лучами видимой части спектра.

Изменением задержки проводились исследования всех стадий повторяющегося процесса. Была получена четкая картина на технических пленках КН-4, РФ-3, А-2 в режиме простой тени без применения теплеровского конденсора, использующего селекцию лучей. В расходящемся пучке можно получить снимки с увеличением, в сходящемся пучке с уменьшением, такое транспортирование изображения весьма удобно. Переход к меньшим длинам волн и меньшим длительностям импульсов излучения позволяет улучшить качество изображения в десятки раз по сравнению с прототипом, повысить разрешающую способность при фотографировании быстропеременных и мелкомасштабных процессов.

Так, например, из-за краткости экспозиции размывание изображения равное: Δx = v•τ,
где V скорость процесса,
t экспозиция съемки, уменьшается в десятки раз.

А разрешение деталей процесса увеличивается в 2 3 раза из-за уменьшения угла дифракции: v = λ/d,
где λ длина волны,
d характерные размеры структуры изображения.

Переход в ультрафиолетовую область спектра обеспечивает более высокую чувствительность фоторегистрации, по сравнению с видимым светом, для большинства фотоматериалов.

Само излучение лазера не видно человеческому глазу, но прекрасно регистрируется фотопленкой.

Такое излучение вызывает сильную люминесценцию даже несенсибилизированных материалов, что обеспечивает визуализацию изображения на люминесцирующем экране 9 (фиг.2) при настройке аппаратуры, фото и киносъемки, а также в демонстрационных, учебных и исследовательских целях.

Было получено также устойчивое визуализированное изображение повторяющихся процессов при соблюдении одинаковой задержки между запуском процессов и вспышками лазера, что упрощает и облегчает визуализацию и фотографирование процесса во всех стадиях при соответственном изменении задержки.

Эти приемы накапливания изображения позволяют также в сотни раз уменьшить необходимую мощность лазера.

Использование: кинофототехника. Сущность изобретения: устройство содержит лазерный источник 1 в виде газового лазера, оптическую систему, выполненную в виде рассеивающей 4 и собирающей 5 линз и формирующую световой пучок 2, и фоторегистратор 3. Лазерный источник 1 выполнен в виде ультрафиолетового азотного лазера, а оптическая система, формирующая световой пучок 2, содержит ультрафиолетовые светофильтры 6, установленные перед фоторегистратором 3. Для визуализации изображения оптическая система снабжена люминесцирующим экраном 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для фоторегистрации быстропеременных процессов, содержащее ультрафиолетовый импульсный лазерный источник, оптическую систему, формирующую световой пучок, ультрафиолетовый светофильтр и фоторегистратор, отличающееся тем, что ультрафиолетовый импульсный лазерный источник выполнен в виде азотного лазера, а ультрафиолетовый светофильтр установлен перед фоторегистратором. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что за ультрафиолетовым светофильтром установлен люминесцентный экран.