УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/84 

Изобретение относится к средствам защиты объектов от воздействия оптического излучения высокой интенсивности и может быть использовано для защиты оптических и оптико-электронных систем различного назначения от воздействия лазерного излучения непрерывных и частотно-импульсных источников.

Известны устройства защиты оптических систем от воздействия лазерного излучения, принцип действия которых основан на необратимом изменении оптических параметров входящих в состав устройств элементов при воздействии лазерного излучения.

Одно из таких устройств содержит тонкое пленочное зеркало на стеклянной подложке и размещенный между зеркалом и подложкой в капсуле из эпоксидной смолы заряд взрывчатого вещества, детонирующий при облучении лазерным излучением [1]
Известное устройство сложно в изготовлении и требует принятия специальных мер по защите оптической системы от продуктов взрыва. Кроме того, после каждого срабатывания устройства требуется замена его элементов.

Отмеченные недостатки частично устранены в устройствах защиты оптических систем от воздействия лазерного излучения, относящихся к устройствам невзрывного типа. Из таких устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к изобретению является прогорающее поворотное зеркало [2] Устройство содержит установленное в фокусе собирающей линзы плоское металлическое зеркало на стеклянной подложке, поглощающее примерно 20% и отражающее в требуемом направлении около 80% падающего излучения. При облучении лазерным излучением с интенсивностью выше определенного порога зеркало прогорает и излучение проходит через прозрачную подложку зеркала.

Недостатком данного устройства является невозможность его использования для повторного применения.

Изобретение направлено на увеличение ресурса работы устройства защиты оптических систем от воздействия лазерного излучения.

Это достигается тем, что устройство защиты оптических систем от воздействия лазерного излучения, содержащее поворотное зеркало, отражающее в требуемом направлении падающие потоки информативного и лазерного излучений, снабжено герметизированной камерой с отверстием для установки оптической системы и прозрачным окном для ввода информационного и лазерного излучений, содержащей укрепленное на подвесе коромысло, одно плечо которого соединено с поворотным зеркалом, а другое с противовесом, подключенный к блоку питания опорный источник светового излучения, оптически связанный с поверхностью противовеса, обращенный в ту же сторону, что и отражающая поверхность поворотного зеркала, неподвижный упор, контактирующий до момента воздействия лазерного излучения с тыловой поверхностью противовеса и светонепроницаемую перегородку, предохраняющую отражающую поверхность поворотного зеркала от облучения прямым и рассеянным излучением опорного источника, при этом мощность светового излучения опорного источника P_о на поверхности противовеса удовлетворяет приведенному соотношению, которое связывает P_о с энергетическими характеристиками информационного и лазерного излучений, а также с оптическими параметрами поворотного зеркала и противовеса.

Сущность изобретения поясняется чертежом. Позиции на чертеже обозначают: поток информативного излучения 1, поток лазерного излучения 2, окно 3, герметизированная камера 4, поворотное зеркало 5, коромысло 6, противовес 7, упор 8, опорный источник светового излучения 9, блок питания 10, оптическая система 11, светонепроницаемая перегородка 12.

В основу принципа работы устройства положено использование механического действия лазерного излучения. Укрепленное на подвесе в точке 0 коромысло 6 вместе с расположенными на его плечах поворотным зеркалом 5 и противовесом 7 представляют собой крутильные весы, являющиеся чувствительным преобразователем давления светового излучения в угол поворота [3] В предложенном устройстве поворотное зеркало выполняет роль приемного крыла. При падении на приемное крыло оптического излучения мощностью P возникает действующий на крутильные весы вращающий момент M K P r, где K коэффициент пропорциальности, зависящий от оптических параметров приемного крыла для длины волны падающего излучения: r расстояние от места попадания пучка излучения до оси вращения. Для уменьшения влияния атмосферных условий на работу устройства оно размещено в герметизированной камере 4 с отверстием для установления оптической системы 11 и с прозрачным окном 3 для ввода излучений 1, 2.

Устройство работает следующим образом.

Поток информативного излучения 1, прошедший через окно 3 в стенке герметизированной камеры 4, падает на поверхность поворотного зеркала 5, отражается ею и регистрируется оптической системой 11. Неподвижность крутильных весов в рабочем режиме обеспечивается с помощью подключенного к блоку питания 10 опорного источника светового излучения 9 и неподвижного упора 8. При облучении поверхности противовеса световым излучением опорного источника и поверхности поворотного зеркала информативным излучением возникают два разнополярных момента сил M_о и M_и соответственно. Мощность опорного источника выбирается так, что выполняется условие M_о > M_и. Тогда результирующий момент прижимает тыловую поверхность противовеса к упору 8 и удерживает крутильные весы в рабочем положении. Установленная в камере светонепроницаемая перегородка 12 предохраняет приемное крыло от помехового воздействия излучения опорного источника.

При попадании лазерного излучения 2 от источника, находящего в поле зрения оптической системы, внутрь герметизированной камеры соотношение между действующими на приемное крыло и противовес силами изменяется. Лазерное излучение создает дополнительный вращающий момент силы M_л, который, совпадая по направлению с моментом силы M_и, в сумме с ним превышает момент силы M_о. Под действием результирующего момента сил крутильные весы поворачиваются вокруг точки 0 по ходу часовой стрелки и выводят поворотное зеркало из зоны воздействия лазерного излучения. Оптическая ось разрывается. Попадающее в камеру лазерное излучение поглощается ее стенками и не оказывает влияния на оптическую систему.

После прекращения воздействия лазерного излучения световое излучение опорного источника возвращает крутильные весы в исходное положение. Устройство вновь готово к работе.

Мощность светового излучения опорного источника P_о на поверхности противовеса, требуемая для обеспечения функционирования устройства, выбирается исходя из необходимого соотношения между моментами сил при различных режимах работы устройства. С учетом выражения для M при равенстве длин плеч коромысла имеем: [(K_л/K_о)P_л + (K_и/K_о)P_и] >P_о>[(K_и/K_о)P_и] где P_и, P_л мощности информативного и лазерного излучений, падающих на поверхность поворотного зеркала в начальный момент воздействия лазерного излучения; K_и, K_л, K_о коэффициенты пропорциональности, зависящие от оптических параметров поворотного зеркала и противовеса для длин волн падающих информативного, лазерного и опорного излучений соответственно.

Таким образом, реализация механизма защиты оптических систем от воздействия лазерного излучения за счет обратимого изменения пространственного положения поворотного зеркала обеспечивает возможность многократного применения предлагаемого устройства. При этом устройство позволяет решать широкий круг задач по защите оптических систем от лазерного излучения при различных режимах его воздействия за счет возможности регулирования мощности светового излучения опорного источника, величина которой задает порог срабатывания устройства.

Предлагаемое устройство достаточно просто в изготовлении и надежно в работе, так как его включение и выключение осуществляется автоматически, без дополнительного применения сложных исполнительных механизмов.

Использование: для защиты оптических и оптико-электронных систем различного назначения от воздействия излучения непрерывных и частотно-импульсных лазеров. Сущность изобретения: устройство содержит герметизирующую камеру с отверстием для установки оптической системы и с прозрачным окном для ввода излучения. Камера снабжена укрепленным на подвесе коромыслом, опорным источником светового излучения, неподвижным упором и светонепроницаемой перегородкой. Плечи коромысла соединены с поворотным зеркалом и противовесом. Рабочая поверхность противовеса оптически связана с опорным источником, а тыловая поверхность противовеса до момента воздействия лазерного излучения контактирует с упором. Светонепроницаемая перегородка предохраняет поворотное зеркало от облучения излучением опорного источника. Принцип действия устройства основан на преобразовании механического давления лазерного излучения в угол отклонения поворотного зеркала от первоначально занимаемого положения. Приведено соотношение между мощностями падающих на поворотное зеркало и противовес излучений, которое обеспечивает автоматическое включение (выключение) защиты при наличии (отсутствии) лазерного излучения. 1 ил.

Устройство защиты оптических систем от воздействия лазерного излучения, содержащее поворотное зеркало, отражающее в требуемом направлении падающие потоки информативного и лазерного излучений, отличающееся тем, что оно снабжено герметизированной камерой с отверстием для установки оптической системы и прозрачным окном для ввода информативного и лазерного излучений, содержащей укрепленное на подвесе коромысло, одно плечо которого соединено с поворотным зеркалом, а другое с противовесом, подключенный к блоку питания опорный источник излучения, оптически связанный с поверхностью противовеса, обращенной в ту же сторону, что и отражающая поверхность поворотного зеркала, неподвижный упор, контактирующий до момента воздействия лазерного излучения с тыловой поверхностью противовеса, и светонепроницаемую перегородку, предохраняющую отражающую поверхность поворотного зеркала от облучения прямым и рассеянным излучением опорного источника, при этом мощность светового излучения опорного источника Р_о на поверхности противовеса, воспринимающей излучение, удовлетворяет соотношению
[(К_л/К_о)Р_л + (К_и/К_о)Р_н] > Р_о > [(К_и/К_о)Р_и]
где Р_и, Р_л мощности информативного и лазерного излучений, падающих на поверхность поворотного зеркала в начальный момент воздействия лазерного излучения;
К_и, К_л, К_о коэффициенты пропорциональности, зависящие от оптических параметров поворотного зеркала и противовеса для длин волн падающих информативного, лазерного и опорного излучений соответственно.