ФОТОДИССОЦИОННЫЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМОЙ НА ЕГО ОСНОВЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01S3/03 H01S3/937 

Изобретение относится к области квантовой физики и может быть использовано для создания лазерных систем на базе фотодиссоционных лазеров.

Известен фотодиссоционный квантовый генератор, содержащий рабочую камеру с выходными окнами, заполненную рабочей средой, заряды взрывчатого вещества, размещенные в камере и устройства “поджига” зарядов взрывчатого вещества [1].

Лазерная система на базе фотодиссоционных генераторов содержит два или более последовательно соединенных своими торцами лазеров, управление которых осуществляется путем подачи синхронного электроимпульса на устройства “поджига” зарядов взрывчатого вещества.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является фотодиссоционный квантовый генератор, содержащий рабочую камеру с выходными окнами, заполненную рабочей средой и размещенный в рабочей камере заряд взрывчатого вещества с устройствами его “поджига” [2].

Лазерная система на базе вышеприведенных генераторов может содержать два сочлененных одноименными торцами фотодиссоционных лазера.

Способ управления лазерной системой включает в себя формирование параллельного пучка электромагнитного излучения [3].

Существенным недостатком проведенных фотодиссоционных генераторов и лазерных систем на их базе является пониженная лучевая плотность формируемого светового импульса, а также сложность и высокая стоимость системы управления “поджигом” заряда взрывчатого вещества.

Технический результат от использования предлагаемых технических решений заключается в повышении лучевой плотности формируемого электромагнитного импульса, улучшении его оптических характеристик, а также в снижении стоимости эксплуатации изделия.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в фотодиссоционном квантовом генераторе, содержащем рабочую камеру с выходными окнами, заполненную рабочей средой и размещенный в рабочей камере заряд взрывчатого вещества с устройствами его “поджига”, заряд взрывчатого вещества смонтирован в виде усеченного конуса с полостью конической формы, при этом последняя коаксиальна наружной поверхности усеченного конуса и выполнена сужающейся от его большего основания, причем угол конусности полости меньше угла конусности боковой поверхности усеченного конуса, а устройства “поджига” заряда взрывчатого вещества равномерно размещены на большем торце усеченного конуса.

Кроме того, устройства “поджига” взрывчатого вещества выполнены в виде приемников дистанционного управления.

Кроме того, угол конусности полости усеченного конуса ,

где V₁ - скорость распространения ударной волны в рабочей камере,

V₂ - скорость “горения” взрывчатого вещества.

В способе управления лазерной системой на основе двух сочлененных одноименными торцами фотодиссоционных квантовых генераторов с приемниками дистанционного управления на их свободных торцах для “поджига” зарядов взрывчатого вещества, включающем формирование параллельного пучка электромагнитного излучения, дополнительно осуществляют коллимирование сформированного параллельного пучка электромагнитного излучения, разделяют коллимированный пучок на два пучка равной интенсивности, полученные пучки преобразуют в параллельные пучки кольцевого сечения, которые одновременно и встречно-направленно подают на приемники дистанционного управления фотодиссоционных квантовых генераторов для “поджига” зарядов взрывчатого вещества.

В устройстве управления лазерной системой, содержащей сочлененные одноименными торцами два фотодиссоционных квантовых генератора с приемниками дистанционного управления на свободных торцах, переотражающее зеркало и зеркало для вывода излучения, установленные на оптической оси напротив свободных торцев фотодиссоционных квантовых генераторов, включающем источник параллельного пучка электромагнитного излучения, дополнительно содержится расширитель пучка электромагнитного излучения, светоделительная призма, два узла оптики переноса и два аксикона, выполненных каждый в виде оптически сопряженных внутренней и наружной конических отражающих поверхностей, при этом расширитель пучка электромагнитного излучения и светоделительная призма последовательно установлены на выходе источника параллельного пучка электромагнитного излучения, аксиконы смонтированы на оптической оси напротив свободных торцев фотодиссоционных квантовых генераторов за переотражающим зеркалом и зеркалом для вывода излучения, отражающие поверхности светоделительной призмы сопряжены через узлы оптики переноса с внутренними коническими отражающими поверхностями аксиконов, а последние через свои наружные конические отражающие поверхности оптически связаны с приемниками дистанционного управления свободных торцев фотодиссоционных квантовых генераторов.

Кроме того, узлы оптики переноса выполнены в виде двух плоских зеркал каждый, при этом первые плоские зеркала установлены на оптической оси напротив внутренних конических отражающих поверхностей аксиконов, а вторые - напротив отражающих поверхностей светоделительной призмы.

На фиг.1 представлен предлагаемый фотодиссоционный квантовый генератор, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид А на фиг.1; на фиг.3 - эпюры распределения передних фронтов ударных волн в любом из продольных сечений генератора при формировании импульса лазерного излучения; на фиг.4 -оптическая схема (устройство) для реализации способа управления лазерной системой на базе (основе) двух сочлененных одноименными торцами генераторов, изображенных на фиг.1.

Фотодиссоционный квантовый генератор содержит рабочую камеру 1 (в виде гильзы конической формы), заполненную газообразной рабочей средой, с выходными окнами 2, 3 на фланцах 4, 5. В рабочей камере 1 размещен заряд взрывчатого вещества в виде усеченного конуса 6 с полостью 7 конической формы, коаксиальной наружной поверхности усеченного конуса 6 и выполненной сужающейся от его большего основания. Угол конусности α полости 7 меньше угла конусности α₁ боковой поверхности усеченного конуса 6 и выбран из условия , где V₁ - скорость распространения ударной 2 волны в рабочей камере, V₂ - скорость “горения” взрывчатого вещества. Для “поджига” заряда взрывчатого вещества в генераторе предусмотрены детонаторы в виде приемников дистанционного управления 8, равномерно размещенных в торце большого основания заряда взрывчатого вещества в виде усеченного конуса 6 на диаметре Д.

Функционирование генератора осуществляется следующим образом.

При подаче управляющего сигнала на приемники дистанционного управления 8 происходит одновременный “поджиг” (подрыв) заряда взрывчатого вещества в виде усеченного конуса 6 по всему торцу его большего основания. В результате подрыва взрывчатого вещества происходит формирование ударной волны кольцевого сечения с передним фронтом I во всех продольных сечениях генератора (см. фиг.3). Причем передние фронты I формируются параллельно оптической оси генератора, что достигается выполнением внутренней полости 7 с углом конусности - ). Передние фронты I осуществляют равномерное и одновременное сжатие рабочей среды камеры 1 по всему ее поперечному сечению, в результате чего формируется короткий импульс электромагнитного излучения (показано стрелками на фиг.1), направленный в стороны окон 2, 3 генератора.

Для обеспечения одинаковых значений силы ударной волны по всей длине фронта I, угол α полости 7 усеченного конуса 6 выполняется меньше, чем угол конусности α₁ боковой поверхности усеченного конуса 6 (чем дальше от оптической оси заряд, тем больше его “срабатывающая” масса).

Для увеличения лучевой плотности формирующего импульса светового излучения может быть использована система в виде двух генераторов сочлененных одноименными торцами (см. фиг.4).

Рассмотрим способ управления лазерной системой на базе сочлененных одноименными торцами фотодиссоционных квантовых генераторов 9, 10 с приемниками дистанционного управления 11, 12 на свободных торцах генераторов.

На фиг.4 представлено устройство (оптическая схема) для управления лазерной системой, где 13 - источник параллельного пучка электромагнитного излучения, 14 - расширитель пучка электромагнитного излучения, 15 - свето-делительная призма, 16, 17 и 18, 19 - плоские зеркала узлов оптики переноса, 20, 21 - конические аксиконы в виде оптически сопряженных внутренних - 22, 23 и наружных - 24, 25 конических отражающих поверхностей.

Для переотражения формируемого импульса излучения и его вывода в системе предусмотрены неразрушаемые зеркала 26, 27.

С помощью источника 13 формируют импульс параллельного пучка электромагнитного излучения, который расширяют с помощью коллиматора 14 и далее разделяют на два пучка равной интенсивности с помощью призмы 15. Разделенные пучки с помощью зеркал 16, 17 и 18, 19 подают на внутренние 22, 23 конические отражающие поверхности аксиконов 20, 21 и далее, через наружные 24, 25 конические отражающие поверхности аксиконов 20, 21, сформированные параллельные пучки II, III кольцевого сечения одновременно и встречно-направленно подают для подрыва зарядов на приемники 12, 11 дистанционного управления нормально к поверхности свободных торцев генераторов 9, 10.

Сформированные в результате подрыва зарядов (см. фиг.1, 3) потоки – J₁ и J₂ с помощью зеркала 26 суммируются, а суммарное излучение выводится с помощью зеркала 27, чем достигается получение электромагнитного излучения повышенной плотности.

Из вышеприведенного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными - повышается лучевая плотность и оптические характеристики излучения за счет выполнения заряда взрывчатого вещества в форме полого усеченного конуса, а также упрощается процесс управления и изготовления устройства для его реализации.

Следовательно, предложенные технические решения дают при использовании технический результат - повышаются оптические характеристики излучения, упрощается процесс управления и изготовления изделия.

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

Источники информации

1. В.С.Зуев. Фотодиссоционный лазер с накачкой ударной и тепловыми волнами, ФИАН, Москва, 1990 г., препринт 161, стр.58, рис.2.

2. Источник тот же, стр.61, рис.9 (прототип).

3. Патент РФ №2152056, МПК G 01 S 17/00, 2000, бюллетень №18 (прототип).

4. Патент РФ №2120106, МПК G 01 S 17/00, 1998 г., бюллетень №28.

Изобретение относится к области квантовой физики и может быть использовано в лазерной технике, например, при изготовлении лазерных систем на основе фотодиссоционных квантовых генераторов для формирования электромагнитного излучения с повышенной лучевой плотностью. Размещенный в рабочей камере квантового генератора заряд взрывчатого вещества (ВВ) смонтирован в виде усеченного конуса с полостью конической формы, которая коаксиальна наружной поверхности усеченного конуса и выполнена сужающейся от его большего основания. Угол конусности полости меньше угла конусности боковой поверхности усеченного конуса, а устройства поджига заряда ВВ равномерно распределены на большем торце усеченного конуса. Для управления лазерной системой на основе двух сочлененных одноименными торцами фотодиссоционных квантовых генераторов с приемниками дистанционного управления на их свободных торцах для поджига зарядов ВВ осуществляют коллимирование сформированного параллельного пучка электромагнитного излучения, разделение коллимированного пучка на два пучка равной интенсивности, преобразование полученных пучков в параллельные пучки кольцевого сечения с последующей встречно-направленной и одновременной их подачей на приемники дистанционного управления фотодиссоционных квантовых генераторов для поджига зарядов ВВ. Устройство управления лазерной системой содержит сочлененные одноименными торцами два фотодиссоционных квантовых генератора с приемниками дистанционного управления, размещенными по периферии свободных торцев генераторов, переотражающее зеркало, зеркало для вывода излучения, установленные на оптической оси напротив свободных торцев фотодиссоционных квантовых генераторов и источник параллельного пучка электромагнитного излучения, расширитель пучка электромагнитного излучения, светоделительную призму, два узла оптики переноса и два аксикона, выполненных каждый в виде внутреннего и наружного конусов с отражающими поверхностями. Обеспечено повышение лучевой плотности излучения, упрощение процесса реализации и снижение стоимости изделия. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фотодиссоционный квантовый генератор, содержащий рабочую камеру с выходными окнами, заполненную рабочей средой, и размещенный в рабочей камере заряд взрывчатого вещества (ВВ) с устройствами его поджига, отличающийся тем, что заряд ВВ смонтирован в виде усеченного конуса с полостью конической формы, при этом последняя коаксиальна наружной поверхности усеченного конуса и выполнена сужающейся от его большего основания, причем угол конусности полости меньше угла конусности боковой поверхности усеченного конуса, а устройства поджига заряда ВВ равномерно размещены на большем торце усеченного конуса.2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что устройства поджига ВВ выполнены в виде приемников дистанционного управления.3. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что угол конусности полости усеченного конуса

где V₁ - скорость распространения ударной волны в рабочей камере;

V₂ - скорость горения ВВ.