Способ имитации излучения плазмы трехцветным лазером для проведения экспериментальных исследований Российский патент 2023 года по МПК F21K9/65 G02B27/10 

Изобретение относится к области экспериментальных исследований стойкости оптико-электронной аппаратуры к излучению плазменной области, образующейся в результате ядерного взрыва.

Оптико-электронные системы нашли широкое применение как в гражданской сфере, так и в военной, где они решают задачи наблюдения, обнаружения объектов, слежения за ними, выдачи целеуказания, определения расстояний, наведения и др. Современная военная техника оборудуется ими с целью получения преимуществ перед противником в разведывательном отношении, повышения эффективности применения и безопасности эксплуатирующего ее личного состава. Ведение боевых действий возможно по различным сценариям, в том числе и с применением вероятным противником тактического ядерного оружия. В таком случае необходимо оценивать последствия воздействия его поражающих факторов на вооружение и военную технику. При достаточном удалении от эпицентра воздействие ударной волны будет незначительным, однако элементы оптико-электронных систем, по причине их наибольшей чувствительности к электромагнитному излучению оптического диапазона, будут максимально подвержены световому излучению. Для оценки их стойкости к такому воздействию и прогнозирования возможных последствий необходимо проведение исследований, которое реализуется применением предлагаемого способа.

Известен способ создания светящихся искусственных образований в околоземном космическом пространстве [1], включающий получение в нем светящихся облаков, за счет выброса паров плазмообразующих веществ в околоземное космическое пространство дополнительно выбрасывают плазму, полученную в источнике плазмы, а пары различных плазмообразующих веществ, полученные за счет тепла, выделяемого в тепловом аккумуляторе, выбрасывают одновременно с выбросом плазмы в заданную точку околоземного космического пространства с возможностью изменения направления выбросов как паров плазмообразующих веществ так и плазмы. Недостатками данного способа являются сложность его реализации в лабораторных условиях по причине необходимости сооружения громоздкой установки по созданию требуемых для плазмообразования условий, а также высокая стоимость.

Также известен боеприпас подавления оптико-электронных средств [2], в основу функционирования которого положено использование излучения ударно нагретой плотной высокотемпературной плазмы, образованной при прохождении ударной волны в инертном газе. Недостатками такого устройства является невозможность его использования в лабораторных условиях по причине необходимости применения взрывчатых веществ, а также малое время свечения образующейся плазменной области.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения импульса света и устройство для его осуществления [3], заключающийся в том, что в плазменном генераторе драйвер используется как для разгона плоского лайнера, сжимающего в осесимметричной камере рабочий газ, получаемый из твердотельного источника, помещенного на внутренней поверхности камеры, симметрично ее оси, с последующей кумуляцией сжатого газа вблизи выходного отверстия камеры с образованием плазмы и получением импульса света путем выведения плазмы в замкнутый объем, содержащий инертный газ, так и для одновременного с разгоном лайнера в противоположном движению лайнера направлении разгона массива частиц, претерпевающих термохимические превращения, а именно реакции горения и детонации, что совместно с излучением плазмы в объеме инертного газа обеспечивает увеличение силы света и длительности излучения предложенного импульсного источника света. Недостатком данного способа является высокая стоимость и сложность конструкции, предназначенной для получения излучения плазмы, а также необходимость использования в качестве твердотельного источника рабочего газа взрывчатого вещества.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа имитации излучения плазмы трехцветным лазером для проведения экспериментальных исследований, что позволит получить на выходе интенсивное излучение широкого спектра, схожее с излучением плазменной области.

Техническим результатом изобретения является определение критериальных параметров излучения плазменной области, приводящих к невозможности решения информационных задач системами технического зрения.

Существует явление, называемое рассеянием Мандельштама-Бриллюэна [4], при котором рассеяние света происходит на кристаллической решетке материала при ее непрерывном колебании с заданной частотой. Результатом взаимодействия света с материалом кристаллической решетки является изменение длины волны излучения: увеличения - при поглощении фонона, уменьшении - при испускании фонона, что позволяет в качестве источника электромагнитных волн применить лазер и изменять частоту генерируемого им излучения.

Также известен эффект Рэлея [4], при котором на частицах различного размера, эквивалентного λ/15 (λ - длина волны излучения, м), где λ лежит в диапазоне получающихся после его рассеяния по механизму Мандельштама-Бриллюэна длин волн. Однако, для возникновения подобного явления необходимо деполяризовать падающее излучение.

Указанные явления позволяют разработать схему экспериментальной установки, представленную на фиг. 1, содержащую: (1) - RGB-лазер, (2) - полупрозрачные зеркальные пластины, (3) - динамические дифракционные решетки, (4) - зеркала, (5) - рассеиватель.

Задача изобретения решается тем, что в качестве источника излучения используется трехцветный RGB-лазер, его излучение с помощью плоскопараллельной пластины делится на две части, одна из которых подается на специальный рассеиватель, функционирующий на основе эффекта Рэлея, а другая с помощью динамических дифракционных решеток преобразуется в другие длины волн и циклически частично передается на рассеиватель, а также снова на повторное изменение длины волны, что позволяет получить на выходе интенсивное излучение широкого спектра, схожее с излучением плазменной области.

Общая методика преобразования излучения RGB-лазера следующая.

1. Разделение пучка лазерного излучения RGB-лазера (1) плоскопараллельной пластиной (2) в различных соотношениях (20:80,10:90 и т.п.) и выдача меньшей части на рассеиватель (5), большей - на динамическую дифракционную решетку (3).

2. Изменение длины волны лазерного излучения на заданную величину за счет использования явления рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в динамической дифракционной решетке (3).

3. Разделение получившегося пучка лазерного излучения плоскопараллельной пластиной (2) в различных соотношениях и выдача меньшей части на рассеиватель (5), большей - через систему глухих зеркал снова на динамическую дифракционную решетку (3).

4. Циклический процесс преобразования излучения с постоянным увеличением или уменьшением его частоты на заданную величину.

5. Рассеяние приходящего лазерного излучения рассеивателем (5) в половине телесного угла. При включении в схему деполяризатора и нанесении на поверхность рассеивателя (5) частиц размером около λ/15 возможно добиться дополнительного изменения длин волн, расширив диапазон излучения.

При включении в схему нескольких динамических дифракционных решеток возможно по одному каналу повышать частоту лазерного излучения, а по второму понижать, как это показано на фиг. 2, что также позволит расширить диапазон длин волн излучения.

При применении схемы, показанной на фиг. 2, методика аналогична, за исключением применения большего количества преобразователей излучения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU №2150798, 2000 г.

2. RU №2121646, 1998 г.

3. RU №2195745, 2002 г.

4. Кириллов, Г.Α., Захаров, Н.Г. Пособие по физике лазеров / Г.А. Кириллов, Н.Г.Захаров. - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2016. - 236 с; ил.; С. 195-198.

Изобретение относится к области экспериментальных исследований стойкости оптико-электронной аппаратуры к излучению плазменной области. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в качестве источника излучения используется трехцветный RGB-лазер, излучение которого с помощью плоскопараллельной пластины делится на две части, одна из которых подается на специальный рассеиватель, функционирующий на основе эффекта Рэлея, а другая с помощью динамических дифракционных решеток преобразуется в другие длины волн и циклически частично передается на рассеиватель, а также снова на повторное изменение длины волны, что позволяет получить на выходе интенсивное излучение широкого спектра, схожее с излучением плазменной области. Технический результат – получение интенсивного широкого спектра излучения. 2 ил.

Способ имитации излучения плазмы трехцветным лазером для проведения экспериментальных исследований, заключающийся в том, что применяют трехцветный RGB-лазер и метод изменения длины волны лазерного излучения с помощью динамических дифракционных решеток с использованием эффекта Мандельштама-Бриллюэна, отличающийся тем, что излучение трехцветного RGB-лазера плоскопараллельной пластиной разделяют на две части, одну из которых подают на специальный рассеиватель, функционирующий на основе эффекта Рэлея, а другую с помощью динамических дифракционных решеток преобразуют в другие длины волн и циклически частично передают на тот же рассеиватель, а также на повторное изменение длины волны, увеличивая ширину диапазона свечения.