ПИРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛАМПА НАКАЧКИ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ Российский патент 2004 года по МПК F21K5/00 

Изобретение относится к источникам оптической накачки лазерных излучателей и может быть использовано в комнатных мобильных лазерных системах, требующих наличия автономного источника накачки активного тела лазерного излучателя.

Для накачки лазерных излучателей источник оптического излучения располагают относительно активного тела таким образом, чтобы максимум световой энергии проходил через объем последнего, переводя его атомы на верхний энергетический уровень с последующим обратным переходом, сопровождаемым стимулированным когерентным излучением. С этой целью в случае активного элемента, выполненного в виде стержня, источник оптического излучения и сам активный элемент излучателя размещают внутри отражателя преимущественно эллиптической формы, а в случае волоконного активного элемента наматывают волокно непосредственно на источник излучения.

Широко известен ряд источников накачки в виде газоразрядных электрических ламп [1] (например, ИФП-800), применяемых в промышленных твердотельных лазерах (например, ОГМ-20М). Принцип действия подобных ламп заключается в следующем. Блок накачки лазера запасает на конденсаторах электрический заряд, который но команде оператора за короткое время разряжается на контакты лампы, вследствие чего возникает электрический пробой и начинает светиться инертный газ (в ИФП-800 - ксенон).

Однако описанные источники накачки не могут быть использованы в компактных мобильных лазерных системах ввиду значительных габаритно-массовых характеристик источника питания и необходимости подключения к стационарной электрической сети.

Известны также альтернативные источники оптической накачки, позволяющие использовать лазер автономно.

К ним следует отнести полупроводниковые лазеры [2], испускающие излучение на длине волны, попадающей в полосу поглощения материала активного элемента. Ограниченность их использования заключается в необходимости компактного блока питания, обеспечивающего требуемую частоту следования импульсов при заданных напряжении и токе (что является проблематичным), и ограниченности количества импульсов излучения.

Другим альтернативным источником оптической накачки, наиболее близким к предлагаемому и принятым за прототип, следует считать источник оптического излучения на основе ударно-волнового нагружения ксенонсодержащих светообразующих составов [3].

Работа этого источника происходит следующим образом. В результате инициирования заряда взрывчатого вещества в светообразующем составе образуется ударная волна, во фронте которой разлагаются молекулы светообразующего состава. Эти пары взаимодействуют с кислородом воздушного потока, находящегося в специальной полости. Давление воздушного потока в полости вследствие торможения его в диффузоре значительно выше атмосферного. Ударная волна инициирует в своем фронте ионизацию и свечение газообразных продуктов. При ударно-волновом нагружении тяжелых химических элементов ударной волной со средней скоростью 7,5 км/с происходит разложение соединения, высвобождение ионов тяжелых химических элементов и нагрев их до температуры десятков тысяч градусов. При такой температуре ударно-нагретые вещества интенсивно излучают в дальнем УФ-видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра. Кроме того, при остывании и рекомбинации плазмы в результате экзотермических реакций веществ светообразующего состава, атмосферного кислорода и фтора образуется неравновесное распределение населенности на электронных и колебательных уровнях молекул. Это распределение вызывает неравновесное излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Часть этого излучения используется для накачки активного элемента лазера.

Недостатками данного источника излучения являются одноразовость использования не только самого источника, но и всей лазерной системы в целом по причине ее разрушения ударной волной от взрыва ВВ; невозможность обеспечения частотного режима работы лазера; повышенная опасность при хранении, транспортировке и на этапе применения.

Целью заявляемого изобретения является разработка источника оптического излучения, предназначенного для накачки лазерных излучателей, обладающего необходимыми для этого временными, энергетическими, спектральными и пространственными характеристиками излучения, не требующего для задействования значительного по габаритам и массе блока питания, обеспечивающего гарантированную неразрушаемость конструкции и быструю смену для обеспечения частотного режима работы лазера.

Поставленная цель достигается тем, что (1) для накачки активного элемента лазерного излучателя используется объемное свечение, возникающее в результате горения частиц пиротехнического заряда в газообразном окислителе, что обеспечивает достижение требуемых характеристик излучения; (2) задействование пиротехнической лампы накачки осуществляется от стандартной электрической батареи тина "Крона"; (3) цилиндрический герметичный корпус пиротехнической лампы, выполненный из оптически прозрачного стекла повышенной прочности, с одной стороны заглушен, с другой герметично закрыт цоколем, оснащенным пиротехническим зарядом и имеющим в основании контакты для его задействования.

Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и предлагаемого изобретения показывает, что отличительные признаки заявляемого изобретения состоят в том, что для получения излучения с требуемыми параметрами используется экзотермическая реакция окисления порошкообразного циркония (горючее), выбрасываемого в замкнутый заполненный кислородом (окислитель) объем стеклянного корпуса в результате срабатывания капсюля-воспламенителя после подачи электрического сигнала на его контакты; с целью создания неразрушаемой конструкции для сведения к минимуму давления внутри корпуса во время реакции окисления компоненты взяты в эквимолекулярном соотношении; для равномерного распределения и поджига порошкообразного циркония внутри оптически прозрачного корпуса в цоколе пиротехнической лампы размещен капсюль-воспламенитель с насадкой в виде изолированного обратного усеченного конуса с навеской горючего; в основании цоколя для фиксации и смены пиротехнической лампы внутри отражателя лазера имеется юбка.

Таким образом, предложение соответствует критерию "новизна".

До даты подачи заявки из патентной и научно-технической литературы не известна такая совокупность существенных признаков, требуемая для решения данной технической задачи, что показывает изобретательский уровень предложения.

Сущность настоящего изобретения будет более понятна из рассмотрения фигур, где на фиг.1 представлен эскиз пиротехнической лампы накачки лазерных излучателей. В состав схемы входит заполненный кислородом оптически прозрачный корпус 1 повышенной прочности, выполненный из стекла "пирикс", запрессованный в цоколь 2 с юбкой 3. В цоколе размещен пиротехнический заряд, включающий в себя капсюль-воспламенитель 4, контакты которого выведены в коаксиальное основание 5 цоколя, промежуток которого заполнен диэлектриком 6. На корпусе капсюля-воспламенителя закреплена насадка 7 в виде обратного усеченного конуса с навеской горючего 8, изолированного от окислителя ПВХ-пленкой 9.

На фиг.2 представлен внешний вид пиротехнической лампы накачки на этапе отработки.

На фиг.3 а, б представлены снимки пиротехнической лампы накачки до и во время ее задействования, сделанные с помощью видеокамеры через нейтральные фильтры.

На фиг.4 представлен снимок спектра излучения заявляемой пиротехнической лампы накачки.

Работа пиротехнической лампы накачки происходит следующим образом.

Пиротехническая лампа накачки подается в отражатель лазерного излучателя с активным телом. По команде оператора лазерной системы на контакты 5 в основании цоколя 2 подается электрический импульс. При этом задействуется капсюль-воспламенитель 4, за счет чего резко повышается давление внутри насадки 7. В результате этого происходит разрыв пленки 9, выброс и распределение порошкообразного горючего в полости корпуса 1 с одновременным воспламенением образованной смеси горючего и окислителя. Происходит экзотермическая реакция окисления горючего, часть энергии от которой выделяется в виде оптического излучения видимого диапазона с требуемыми для накачки активного элемента лазерного излучателя временными, энергетическими, спектральными и пространственными характеристиками.

Источники, принятые во внимание

1. Справочник по лазерам. Т.2./Под ред. А.М. Прохорова. - М.: Советское радио, 1978, 503 с.

2. Физический энциклопедический словарь./Под ред. А.М. Прохорова. - М.: Большая российская энциклопедия, 1995, 928 с.

3. Методы оценивания воздействия лазерного излучения на РКТ. Монография./Под редакцией Я.А. Суханова. - М.: ВА им. Петра Великого, 1999, 260 с.

Изобретение относится к источникам оптической накачки лазерных излучателей и может быть использовано в компактных мобильных лазерных системах, требующих наличия автономного источника накачки активного тела лазерного излучателя. Техническим результатом является расширение функциональных и технологических возможностей. Лампа содержит заполненный окислителем оптически прозрачный корпус повышенной прочности, запрессованный в цоколь с юбкой. В цоколе размещен пиротехнический заряд, включающий в себя капсюль-воспламенитель, контакты которого выведены в коаксиальное основание цоколя, промежуток которого заполнен диэлектриком. На корпусе капсюля-воспламенителя закреплена насадка в виде обратного усеченного конуса с навеской горючего, изолированного от окислителя ПВХ-пленкой. По команде оператора лазерной системы на контакты в основании цоколя подается электрический импульс. При этом задействуется капсюль-воспламенитель, за счет чего резко повышается давление внутри насадки. В результате этого происходит разрыв ПВХ-пленки, выброс и распределение порошкообразного горючего в полости корпуса с одновременным воспламенением образованной смеси горючего и окислителя. Происходит экзотермическая реакция окисления горючего, часть энергии от которой выделяется в виде оптического излучения видимого диапазона. 4 ил.

Пиротехническая лампа накачки лазерных излучателей, включающая оптически прозрачный корпус повышенной прочности, заполненный окислителем, запрессованный в цоколь с юбкой, отличающаяся тем, что внутри его размещены капсюль-воспламенитель, контакты которого выведены в коаксиальное основание цоколя с промежутком из диэлектрика, и насадка в виде обратного усеченного конуса с навеской металлического горючего, которая закреплена на корпусе капсюля-воспламенителя и изолирована от полости корпуса ПВХ пленкой.