DE1589721C3 - Protection device against the effects of optical radiation - Google Patents
Protection device against the effects of optical radiationInfo
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Description
innerhalb des sichtbaren Spektralbereichs eine praktisch wellenlängenunabhängige Schutzvorrichtung erhalten. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn weder der Zeitpunkt noch die Wellenlänge der einwirkenden Strahlung bekannt sind.receive a practically wavelength-independent protection device within the visible spectral range. This is of particular importance when neither the time nor the wavelength of the acting Radiation are known.
Hinsichtlich der Anwendung des Erfindungsgegenstands sind hierfür verschiedene Kombinationen in vorteilhafter Weise geeignet. So ist es möglich, daß das Filtersystem aus einem festen dielektrischen Ma- ' terial als erstem Medium und einer Flüssigkeit oder einem Thermoplast als zweitem Medium besteht. Ferner ist es möglich, daß das Filtersystem aus einem feinkörnigen dielektrischen Material und einem zweiten mit diesem innig verbundenen flüssigen Material besteht. Eines der beiden Medien kann auch ein Duroplast sein. Als besonders vorteilhaft hat sich eine dichte Schüttung feiner Körner eines durchsichtigen Festkörpers in einer Flüssigkeit, analog dem Aufbau des bekannten Christiansen-Filters (Dispersionsfilter), erwiesen. In diesem Fall wirken beispielsweise die Festkörperteilchen in der Flüssigkeit als Streukörper und/oder Absorptionskörper, so daß die eindringende intensive Strahlung durch Streuung und/oder Absorption derart geschwächt wird, daß die aus dem Filter austretende Strahlungsintensität einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten kann.With regard to the application of the subject matter of the invention, various combinations are available in advantageously suitable. So it is possible that the filter system from a solid dielectric Ma- ' material as the first medium and a liquid or a thermoplastic as the second medium. It is also possible that the filter system from a fine-grained dielectric material and a second with this intimately connected liquid material exists. Either medium can also be a Be thermoset. A dense bed of fine grains of a transparent one has proven to be particularly advantageous Solid in a liquid, analogous to the structure of the well-known Christiansen filter (dispersion filter), proven. In this case, for example, the solid particles in the liquid act as scattering bodies and / or absorption body, so that the penetrating intense radiation by scattering and / or absorption is weakened in such a way that the radiation intensity emerging from the filter has a certain Can not exceed limit value.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die beiden das Filtersystem bildenden Medien aus zwei prismatisch begrenzten, mit ihren prismatischen Flächen unmittelbar aneinander grenzenden Körpern bestehen und daß ihre Grenzfläche feine Oberflächenstrukturen aufweist, wobei die Grenzflächenstruktur periodisch sein kann.An advantageous development of the invention provides that the two media forming the filter system of two prismatically delimited, with their prismatic surfaces directly adjoining each other Bodies exist and that their interface has fine surface structures, the interface structure can be periodic.
Weiter kann das nichtlinear schwächende Filtersystem mit einem anderen, beispielsweise fototropen und erst nach größenordnungsmäßig etwa 10~3 Sekunden ansprechenden Filtersystem gekoppelt sein. In einem ein Objektiv und ein Okular aufweisenden Beobachtungsinstrument ist es zweckmäßig, daß das nichtlinear schwächende Filtersystem in der Brennebene des Objektives angeordnet ist und daß das Bild der Öffnungsblende des Objektivs in der Ebene der Austrittspupille wesentlich größer ist als eine in dieser Ebene angeordnete Blende. Durch diesen Kunstgriff wird die Bestrahlungsstärke im Fokus, also im erfindungsgemäßen Filtersystem unter sonst gleichen Umständen erhöht, so daß die Schutzwirkung bereits bei entsprechend kleineren Bestrahlungsstärken in der Eintrittspupille einsetzt als im Normalfall,-d, hu, wenn das Bild der Eintrittspupille die gleiche Größe wie die Blende in der Austrittspupille besitzt.Furthermore, the non-linearly attenuating filter system can be coupled to another, for example phototropic, filter system that only responds after about 10 ~ 3 seconds. In an observation instrument having an objective and an eyepiece, it is expedient that the nonlinearly attenuating filter system is arranged in the focal plane of the objective and that the image of the aperture stop of the objective in the plane of the exit pupil is significantly larger than an aperture arranged in this plane. This trick increases the irradiance in the focus, i.e. in the filter system according to the invention under otherwise the same circumstances, so that the protective effect starts at correspondingly lower irradiance in the entrance pupil than in the normal case, -d, hu, if the image of the entrance pupil is the same size as has the diaphragm in the exit pupil.
Im folgenden wird an Hand einer Schemazeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.In the following, an exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown on the basis of a schematic drawing explained in more detail.
Es zeigtIt shows
F i g. 1 die wesentlichen Übergangsmöglichkeiten bei Einstrahlung einer Frequenz v, F i g. 1 the essential transition options when irradiating a frequency v,
Fig. la den spektralen Verlauf der Transparenz gemäß F i g. 1 undFig. La the spectral course of the transparency according to FIG. 1 and
F i g. 2 eine Fernrohranordnung mit nichtlinearem Filter.F i g. 2 shows a telescope arrangement with a non-linear filter.
Für die Realisierung einer Schutzvorrichtung mit nichtlinearen optischen Systemen können Medien mit wenigtens zwei Energiebändern 1 und 5 (Fig. 1) benutzt werden, deren Energiedifferenz für quasimonochromatische StrahlungTo implement a protective device with non-linear optical systems, media can be used with at least two energy bands 1 and 5 (Fig. 1) are used whose energy difference for quasi-monochromatic radiation
Δ E12 = hvmax = 2hvmin Δ E 12 = hv max = 2hv min
und deren Breiten Δ E1 und Δ E2 folgender Ungleichung genügen müssen:and whose widths Δ E 1 and Δ E 2 must satisfy the following inequality:
Δ E2 + Δ E12)Δ E 2 + Δ E 12 )
■hvmaxbzw.■ hv max resp.
ΔΕί ΔΕ ί
AE2^E12 AE 2 ^ E 12
hvmax bzw. hvmln bestimmen hierbei die obere bzw. untere Grenze des nichtlinearen Sperrbereichs, wenn Zweiquantenübergänge vorausgesetzt werden. Allgemein gilt für Quantenübergänge hv max and hv mln determine the upper or lower limit of the non-linear blocking range if two-quantum transitions are assumed. Generally applies to quantum transitions
AE12 = nhvmin.AE 12 = nhv min .
Sind die Quantenenergien kleiner als hvmin, so reichen sie nicht mehr aus, um im Zweiquantenprozeß die Energiedifferenz E12 zu überbrücken. Für den wirksamen Spektralbereich, in dem der nichtlineare Effekt auftritt, gilt die BeziehungIf the quantum energies are smaller than hv min , they are no longer sufficient to bridge the energy difference E 12 in the two-quantum process. The relationship applies to the effective spectral range in which the nonlinear effect occurs
= vm = v m
- Vmin — A-- Vmin - A-
2h2h
Das obere Energieband 1 besitzt die Breite AE2. Zwischen seiner oberen Grenze 2 und seiner unteren Grenze 3 kann ein bestimmter Energiezustand besetzt werden. Der verbotene Bereich 4 besitzt die Breite A E12. Vom unteren Energieband 5 mit der oberen Grenze 6 und der unteren Grenze 7 können Absorptionsübergänge ausgehen, und zwar sowohl Einquantenübergänge 8 als auch Mehrquantenübergänge 9. Für die Wirkung der Schutzvorrichtung sind insbebesondere die Zweiquantenübergänge 9 von Bedeutung, und zwar diejenigen, bei denen die Frequenz ν der beiden Quanten gleich ist. Das Auftreten von Zweiquantenübergängen bedeutet physikalisch nicht nur eine Absorption, sondern auch eine Änderung der Brechungsindizes für die den betreffenden Quantenenergien zugeordneten Frequenzen bzw. Wellenlängen. Je nachdem, ob das Spektrum der Strahlenquelle monochromatisch oder kontinuierlich ist, handelt es sich bei den Mehrquantenübergängen um eine Wechselwirkung von Quanten, deren Energien h ν einander gleich sind oder bei denen die Summe der Quantenenergien gleich der Energiedifferenz zwischen dem Anfangs- und dem Endzustand ist.The upper energy band 1 has the width AE 2 . A certain energy state can be occupied between its upper limit 2 and its lower limit 3. The forbidden area 4 has the width AE 12 . Absorption transitions can emanate from the lower energy band 5 with the upper limit 6 and the lower limit 7, namely both single-quantum transitions 8 and multiple-quantum transitions 9. The two-quantum transitions 9 are particularly important for the effectiveness of the protective device, namely those in which the frequency ν of the two quanta is the same. The occurrence of two-quantum transitions physically means not only an absorption, but also a change in the refractive indices for the frequencies or wavelengths assigned to the quantum energies in question. Depending on whether the spectrum of the radiation source is monochromatic or continuous, the multi-quantum transitions are an interaction of quanta whose energies h ν are equal to each other or where the sum of the quantum energies is equal to the energy difference between the initial and final state .
Auf Grund des in Fig. 1 dargestellten Term-Schemas kann sich der in F i g. 1 a dargestellte spektrale Verlauf der Transparenz ergeben. Die ausgezogene Kurve 1 stellt den spektralen Verlauf der Transparenz für den Fall einer intensitätsunabhängigen Extinktion, also im Bereich mäßiger Intensitäten dar. Wie die Kurve 1 zeigt, besitzt das Filter für diesen Fall insbesondere im sichtbaren Bereich eine hohe optische Transparenz. Die unterbrochene Kurve 2 im oberen Diagramm zeigt den bei nichtlinearer Wechselwirkung beispielsweise im Sichtbaren zusätzlichen absorbierenden Bereich. Diese Kurve 2 veranschaulicht also die wesentliche Schutzwirkung gegenüber extrem intensiven Strahlenquellen. Um im gesamten in Frage kommenden Spektralbereich eine vollkommene Schutzwirkung sicherzustellen, ist noch ein linear wirksames Zusatzfilter mit einer komplementären Durchlaßfunktion notwendig. Die Transparenzkurve 3 dieses Zusatzfilters ist im unteren Diagramm dargestellt.On the basis of the term scheme shown in FIG can the in F i g. 1 a show the spectral course of the transparency. The undressed Curve 1 represents the spectral course of the transparency for the case of an intensity-independent Extinction, ie in the range of moderate intensities. As curve 1 shows, the filter has for this Case in particular in the visible range a high optical transparency. The interrupted curve 2 in The upper diagram shows the additional in the case of non-linear interaction, for example in the visible absorbent area. This curve 2 thus illustrates the essential protective effect against extremely intense radiation sources. In order to achieve a perfect in the entire spectral range in question To ensure a protective effect, a linearly effective additional filter with a complementary one is still required Passing function necessary. The transparency curve 3 of this additional filter is in the diagram below shown.
Um bei vorgegebener Bestrahlungsstärke über einer größeren Fläche (z. B. im Fernfeld eines Lasers) die hinter dem nichtlinearen optischen Element auftre-In order to achieve the given irradiance over a larger area (e.g. in the far field of a laser) occurs behind the non-linear optical element
tende Bestrahlungsstärke klein zu halten, · kann das Filter auch in die Brennebene eines geeigneten Fernrohres gesetzt werden, was aus Fig. 2 hervorgeht. Die einfallende Strahlung tritt hier durch das Objektiv 11 und wird von diesem in dessen Brennebene 12 fokussiert. Dort ist das nichtlineare optische Element 13 angeordnet. Seine Eigenschaften entsprechen für mäßige Intensitäten denjenigen einer optisch homogenen Planparallel-Platte oder einem Prisma. Während also das nichtlineare optische Element für mäßige Intensitäten auf die Intensitäten im Bilde und die resultierende Bildgüte praktisch keinen Einfluß besitzt, bewirkt es eine Streuung, oder Ablenkung und/oder Absorption, sobald die Bestrahlungsstärken in der Brennebene einen Schwellenwert überschreiten, der für die folgenden Elemente gefährlich ist. Durch das Umkehrsystem 14 wird das Bild aufgerichtet. Zur Betrachtung dient das Okular 15.Keeping the irradiance low can do that Filters can also be placed in the focal plane of a suitable telescope, as can be seen from FIG. The incident radiation here passes through the objective 11 and is brought into its focal plane 12 by the latter focused. The non-linear optical element 13 is arranged there. Its properties correspond for moderate intensities that of an optically homogeneous plane-parallel plate or a prism. While so the non-linear optical element for moderate intensities on the intensities in the image and the resulting image quality has practically no effect, it causes scattering or deflection and / or absorption as soon as the irradiance in the focal plane exceeds a threshold value, which is dangerous to the following elements. The image is erected by the reversing system 14. To the The eyepiece 15 is used for viewing.
Insgesamt . gesehen wird durch die beschriebene Anordnung der bekannte Effekt erreicht, daß die Bestrahlungsstärken (Feldstärken) des einfallenden Lichtes im Fokus wesentlich höher werden. Außerdem wird gemäß einer weiteren Überlegung die Eintrittspupille so groß gewählt, daß die zugeordnete Austrittspupille wesentlich größer ist als die an dieser Stelle wirksame Blende 16, z. B. die Augenpupille. Die Blende in der Ebene der Austrittspupille wirdAll in all . seen, the arrangement described achieves the known effect that the irradiance levels (Field strengths) of the incident light in the focus are significantly higher. Besides that According to a further consideration, the entrance pupil is chosen so large that the associated exit pupil is much larger than the effective at this point aperture 16, z. B. the pupil of the eye. The diaphragm in the plane of the exit pupil is
ίο durch die Augenpupille selbst und/oder erforderlichenfalls auch durch das Bild einer materiellen Blende realisiert. Als Schutzfilter ist unter anderem eine Anordnung geignet, bei der beispielsweise die Winkelvergrößerung des Fernrohrs »1« betragen soll.ίο through the pupil of the eye itself and / or if necessary also realized through the image of a material screen. As a protective filter is among other things an arrangement is suitable in which, for example, the angular magnification of the telescope should be »1«.
In diesem Fall kann das Verhältnis vom Durchmesser der Austrittspupille des Abbildungssystems zum Durchmesser der das austretende Bündel begrenzenden Blende besonders groß gewählt werden.In this case, the ratio of the diameter of the exit pupil of the imaging system to the The diameter of the aperture delimiting the emerging bundle can be chosen to be particularly large.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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DE1589721B2 DE1589721B2 (en) | 1975-06-26 |
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