Способ управления излучением Советский патент 1986 года по МПК H01S3/10 G02F1/17 

5 --, -4 I . Изобретение относится к квантовой электронике и оптике. Известен способ управления излучением, использующий магнитооптичес кий эффект Фарадея. Этот способ применим лишь к коллимированному и поляризованному излучению . Наиболее близким к предлагаемому является способ управления излучением, основанный на просветлейии га зофазной среды на сложных органичес ких молекулах путем их возбуждения, который используется в работе просветляющегося фильтра на фиолетовую область спектра, рабочей средой которого является пара органического сцинтиллятора 1,4-ди-L2-(5-фeнилoкcaзoлил) -бензол (попоп). Электронные состояния ПОПОП и по добных ему сложных органических веществ ввиду большого числа атомов в молекуле перекрываются, образуя зон которые подразделяются на синглетны Si и триплетные Ti. Используемая в работе фильтра длинноволновая полоса поглощения принадлежит переходу S - S . Большое время жизни в состоянии (высокая скорост безызлучательной интерконверсии ..,, 10-). Малое время жизни в состоянии : приводит к тому, что по мере увеличения интенсивности из лучения, возбуждающего активную среду, уменьшается заселенность зоны S и, следовательно, уменьшается поглощение на переходе Недостатками этого способа являются низкий динамический диапазон управления, невозможность, просветления сред высоких оптических плотностей, невозможность просветления среды в заданные моменты времени (пассивность). Целью изобретения является увели чение динамического диапазона работы, просветление среды высоких оптических плотностей, просветление сред в заданные моменты времени. Поставленная цель достигается тем, что по способу управления излу чением, основанному на просветлении газофазной среды на сложных органических молекулах путем их возбуждения, среду, состоящую из буферного газа с давлением Р 1-5 торр и паров ПОПОИ с РП 0,5-4,0 торр. 672 возбуждают в импульсном электрическом разряде с амплитудой плотности токд. 100-300 А/см , при этом импульс тока и импульс направляемого в среду излучения синхронизируют. Высокая эффективность опустошения основного синглетногю состояния So сложных органических молекул при возбуждении их электронным ударом объясняется процессами, происходящими в га зовом разряде на сложных органических молекулах. Развитие импульсного разряда в газовом промежутке начинается с небольшого количества затравочных электронов, которые по тем или иным часто случайным причинам попадают в газ. Под действием поля свободный электрон набирает энергию, достаточную для вырывания электрона из молекулы, и ионизируют молекулу, затрачивая на отрыв свою энергию. В результате вместо одного появляются два медленных электрона, они снова набирают энергию, ионизируют, образуют четыре электрона и т.д. Электронная лавина развивается и происходит пробой газового промежутка. Таким образом, уменьшение количества молекул в основном синглетном состоянии So происходит не только в результате возбжуждения молекул на более высокие энергетические уровни, но и в результате ионизации электронным ударом. На фиг. 1 изображена схема установки, на которой проверялся предложенный способ; на фиг. 2-9 - осциллограммы импульсов света, прошедших через кювету с рабочей смесью; на фиг. 10 - зависимость пропускания от времени, отсчет производится с момента возбуждения; на фиг. 11 та же зависимость представлена в микросекундном масштабе. Пример. Газофазной средой на сложных органических молекулах производили управление излучением путем их возбуждения в импульсном электрическом разряде, при этом импульс тока и импульс направляемого в среду излучения синхронизировали. Излучение импульсного азотного лазера 1 (длина, волны генерации 33,7 нм, -мощность 1,6 кВт, длительность импульса по основанию 20 не) разделяли с помощью делительной пластинки 2 на два луча, опорный и зон3дирующий. Опорный луч отражался от пластинки 2, .ослаблялся нейтральными фильтрами 3 и попадал На фотоприемник 4. Зондирующий проходил через пластинку 2, газоразрядную кювету 5, отражался от зеркала 6, еще раз проходил через газора р$щную кювету 5, отражался от пластинки 2, ослаблялся нейтральными фильтрами 7 и попадал на фотоприемник 8. В качестве газофазной среды использовали пары ПОПОП с полосой син глетного поглощения S S в области 250-400 нм, испаряемые с помо щью внешнего нагревательного элемен та в газоразрядной кювете 5 (длина активной зоны 30 см, внутренний диа метр 6 мм). Давление паров ПОПОП Рр 1 Toppj что соответствовало оп тической плотности активной зоны D 62 на длине волнь Jv 337 нм. В качестве газа-носителя использовали азот при давлении Р 3 торр. Источником накачки газофазной ср ды, служил генератор 9 импульсного н пряжения, который позволял получать импульс тока длительностью по основангао 100 не и амплитудой 100 А, ам плитуду напряжения 40 кВ. Блок 10 питания азотного лазера и генератор 9 импульсного напряжения запускались от блока 11 управления запуском, позволяющего, используя задержку между управляющими импульсами, плавно во времени смещать импульс генерации зондирующего лазера относительно импульса тока, подавае мого в газофазную среду. Контроль за интенсивностью опорного и зондирующего импульсов излучения, а также синхронизацией зондирующего импульса и импульса тока осуществляли с помощью фотоприемников 4, 8 (14 ЭЛУ-ФС) и двухлучевого осциллографа (С8-2) 12, Сигналы с фотоприемников, минуя дифференциальные усилители, подавались прямо на отклоняющие пластины электроннолучевой трубки осциллографа, в результате чего временное разрешение регистрирующей системы бьшо не хуже 3 НС, Определяли пропускание Т 3/З , где 3 - амплитуда опорного импульса излучения, падающего на газо67фазную среду; 1 - амплитуда зондирующего импульса излучения, прощедшего через газофазную среду. На фиг. 2-9 приведены осциллограммы проведенного эксперимента. На фиг,2 по верхнему лучу - импульс свечения газофазной среды (паров ПОПОП), по нижнему - импульс тока, проходящего через среду. Начало импульса свечения паров и импульса тока совпадают, поэтому импульс зондирующего излучения на последующих осциллограммах смещается во времени относительно начала Свечения паров. Начало свечения паров соответствует началу возбуждения газофазной среды. На фиг. 3 по верхнему лучу - первый зондирующий импульс, затем импульс свечения газа-носителя .азота, по нижнему - опорный импульс, В отсутствие паров в активной зоне све- тит.ся газ-носитель. Зондирующее излучение, которое приходит в активную зону за 40 не до начала возбуждения газа-носителя, не поглощается азотом. На фиг, 4 по верхнему лучу - импульс свечения паров, по нижнему опорный импульс. При поступлении паров в активную зону зондирующее излучение поглощается ввиду того, что длина волны Л 337 нм попадает в полосу синглентного поглощения Sg S молекул ПОПОП, поэтому импульс зондирующего излучения на верхнем луче отсутствует. На фиг, 5 по верхнему лучу - импульс свечения паров, по нижнему опорный импульс. Зондирующее излучение приходит в активную зону в момент начала возбуждения среды (см, положение опорного импульса относительно импульса свечения пароб во времени) и по-прежнему поглощается, Здесь и далее на фиг, 5-7 положение зондирующего импульса относительно начала возбуждения смещается во времени с помощью блока управления запуском. На фиг, 6 по верхнему лучу - импульс свечения паров, на контуре которого виден зондирующий импульс, по нижнему - опорный импульс. Зондирующее излучение приходит в активную зону спустя 20 НС относительно начала возбуждения, газофазная среда начинает пропускать излучение,

На фиг, 7 по верхнему лучу - импульс свечения паров, на контуре которого виден зондирующий импульс, по нижнему - опорный импульс. Зондирующее излучение приходит в активную зону спустя 40 НС относительно начала возбзждения, пропускание газофазной среды увеличилось, так как увеличилась амплитуда зондирующего импульса.

Из осциллограмм на фиг. 5-9 видно, что при смещении импульса зондирующего излучения во времени относительно начала возбуждения пропускание газофазной среды увеличивается. ,

Путем численной обработки осциллограмм с учетом пропускания нейтральных фильтров перед фотоприемниками построена зависимость пропускания газофазной среды во времени с момента ее возбуждения, которая представлена на фиг. 10. Из фиг. 10. видно, что, спустя 100 НС после начала возбуждения, пропускание газофазной средыдостигает 25%. Поскольку использовалась схема с двойным прохождением луча через активную зону, оптическая плотность газофазной среды до возбуждения составляла величину J) 62.

На фиг. 11 представлена временная зависимость пропускания паров ПОПОП в микросекундном масштабе, из которой видно, что через 25 мкс после начала возбуждения активной среды пропускание Т 0. Активная среда закрывается в результате безызлучательной конверсии молекул с долгоживущих возбужденных состояний (в основном с триплетного состояния Т) в основное состояние S , в результате чего молекулы снова поглощают в каналы перехода S S , в полосу которого попадает ддлина волны зондирующего излучения. Интервал времени, в течение которого активная среда пропускает излучение.

определяется временем жизни долгоживущих возбужденных состояний. Для . паров ПОПОП оно составляет 1: 20 мкм.

В процессе управления излучением импульсного азотного лазера парами ПОПОП варьировали условия возбуждения газофазной среды. Значительное

Q пропускание активной среды при минимальном разложении паров сложных молекул было получено в следующих условиях: давление паров ПОПОП 0,5-4 торр, давление газа-носите5 ля РГ 1-5 торр, амплитуда импульса тока IT 20-80 А. Полученные границы диапазонов величин Р,, Р. и а объясняются следующими причинами: при Prt 0,5 торр Т 30%, ,

0 наблюдается разложение паров, при Р 4 торр Т 3%, 3 30 А; при Р 1 торр Т 3%, а 30 А, при РГ 5 торр также Т. 3%, J 30 А.

5 Из приведенных данных видно, что изменение общего давления газофазной среды приводит к изменению амплитуды импульсов тока, что в свою очередь, приводит к уменьшению или увеличению пропускания активной среды, т.е. основополагающее значение при получении оптимальных условий возбуждения газофазной.среды имеет диапазон значений амплитуды импульса тока или фактически амплитуды плотности тока. Поскольку диаметр -активной зоны 0,6 см, то при j 107 А/см мала концентрация электронов для значительного просветления активной среды, а при j 285 А/см наблюдается разложение,паров сложных молекул, т.е. оптимальный диапазон амплитуды, плотности тока ,1 ;у 100-300 А/см.

Использование предлагаемого способа управления излучением позволяет просветлять среду при небольших мощностях падающего пучка света, просветлять среду с высокой оптической плотностью.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ, основанный на просветлении газофазной среды на сложных органических молекулах путем их возбуждения, отличающийся тем. что, с целью увеличения динамического диапазона управления просветления сред высоких оптических плоскостей, просветления сред в заданные моменты времени, среду, состоящую из буферного газа с Р 1-5 торр и паров ПОПОП с Р„ 0,5-4 торр где Рр - давление буферного газа; Р„ давление ПОПОЙ, возбуждают в импульсном электрическом разряде с амплитудой плотности тока 100-300 А/см, при этом импульс тока и импульс направляемого в среду излучения синхронизируют .

Фиг.Ч

Фиг.б

Фиг. 8

Фиг.5

.7

Фиг: 9

30 ZQ

I0 jQ

-bL

ZQ W 6Q 80 too IZO IW 160 }80 t,HC ФигЛО