DE19600590A1

DE19600590A1 - Schutzvorrichtung für optische Systeme zur Vermeidung von Schäden bei Bestrahlung dieser Systeme mit Laserlicht

Info

Publication number: DE19600590A1
Application number: DE19600590A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Phys Dr Neff; Dieter Dipl Phys Dr Langhans
Original assignee: Tzn Forschung & Entwicklung
Current assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1996-01-10
Publication date: 1997-07-24
Also published as: FR2743442A1; US5825550A; IL119946A0; FR2743442B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für optische Systeme bzw. optische Bauelemente zur Vermeidung von Schäden bei Bestrahlung dieser Systeme mit Laserlicht.

Der Einsatz von Lasern bei Kampfhandlungen spielt eine immer größer werdende Bedeutung. Zwar reichen derzeit die Lei stungsdaten der Laser noch nicht aus um Panzerungen zu durch schlagen und zu vernichten, wohl aber können optische Geräte wie Richtsysteme oder Infrarotsichtgeräte durch Blendung mittels intensiver Laserstrahlung irreversibel geschädigt bzw. vollständig zerstört werden.

Eine einfache Schutzvorrichtung für ein optisches System stellt beispielsweise ein mechanischer Verschluß dar, der beim Empfang von Laserstrahlung hoher Energiedichte keine Strahlung in das optische System läßt. Derartige Vorrich tungen sind jedoch relativ träge, da ihre Verschlußzeiten bei etwa 0,1 ms liegen, während die Dauer der Laserpulse im Bereich einiger µs liegen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute Schutzvorrichtung anzugeben, durch die optische Systeme und Komponenten gegen Zerstörung durch Laserbestrahlung geschützt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, als Schutzvorrichtung einen auswechselbaren Träger zu verwenden, der in dem relevanten Spektralbereich lichtdurchlässig ist, und auf dem ein ebenfalls lichtdurchlässiger Metalloxid-Film - vorzugsweise eines Edelmetalles oder einer Edelmetallegie rung - angeordnet ist.

Trifft auf einen derartigen Metalloxid-Film ein Laserstrahl hoher Energiedichte, erwärmt sich das Metalloxid und wird bei Erreichen einer bestimmten Temperatur zum Metall reduziert, welches dann die Laserstrahlung reflektiert.

Eine derartige Schutzvorrichtung ist einfach und kosten günstig zu realisieren und selbstauslösend, so daß auf jegliche elektronische Ansteuerung verzichtet werden kann.

Um eine möglichst gleichmäßige spiegelnde Fläche beim Auf treten von Laserlicht zu erhalten, hat es sich als vorteil haft erwiesen, mit dem Auftreffen des Laserlichtes auf der Schutzvorrichtung den Metalloxid-Film zusätzlich dadurch zu erhitzen, daß ein elektrischer Strom durch den Metalloxid- Film geleitet wird.

Um die Schutzvorrichtung vor allem in den militärisch inter essanten Infrarotbereichen zwischen 3 und 5 µm und 8 bis 14 µm einsetzen zu können, haben sich als Metalloxide vor allem Goldoxid und Platinoxid bewährt. Dabei wird Goldoxid bei etwa 150°C und Platinoxid bei etwa 500°C zu dem entsprechenden Metall reduziert. Als Trägermaterialien haben sich insbeson dere ZnS, ZnSe, KRS-5 oder Diamant als geeignet erwiesen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungs beispielen. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes erstes Ausführungs beispiel einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, die vor einem optischen System angeordnet ist, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Schutzvorrichtung, die mit einer zusätz lichen Stromquelle verbunden ist.

In Fig. 1 ist mit 1 ein vor Laserstrahlen 2 zu schützendes optisches System oder optisches Bauelement (z. B. die Ein trittslinse eines Infrarotsichtgerätes) bezeichnet. Vor dem optischen System 1 ist eine erfindungsgemäße Schutzvorrich tung 3 angeordnet. Diese besteht im wesentlichen aus einem Träger 4, z. B. aus Zinksulfid, und einem Metalloxid-Film 5, z. B. aus Platinoxid, wobei der Metalloxid-Film 5 auf der dem optischen System 1 abgewandten Seite des Trägers 4 angeordnet ist. Träger 4 und Metalloxid-Film sind in dem hier interes sierenden Wellenlängenbereich zwischen 3 und 5 µm lichtdurch lässig.

Trifft nun ein Laserstrahl 2 hoher Energiedichte auf den Metalloxid-Film 5, so erwärmt sich dieser sehr schnell auf Temperaturen oberhalb 500°C, so daß das Oxid zum Metall reduziert wird und das Metall den Laserstrahl reflektiert und damit das optische System 1 schützt.

Anschließend kann die Schutzvorrichtung ausgewechselt werden. Dieses kann manuell oder aber durch Drehung einer Haltevor richtung erfolgen, an der mehrere Schutzvorrichtungen 3 ange ordnet sind.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind mit 1 wiederum das zu schützende optische System und mit 2 die Laserstrahlen bezeichnet. Die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 6 versehen und besteht aus einem Träger 7 und einem Metalloxid-Film 8, wel cher sich auf der dem optischen System 1 zugewandten Seite des Trägers 7 befindet.

Der Metalloxid-Film 8 ist randseitig mit Elektroden 9, 10 versehen, die mit einer Stromquelle 11 verbunden sind, so daß ein elektrischer Strom durch den Film 8 bei Anlegen einer Spannung fließen kann, der den Film auf Temperaturen oberhalb der Temperatur erhitzt, bei welcher eine Reduktion des Me talloxids erfolgt, so daß dieser Film hochreflektiv wird und das weitere Eindringen der Laserstrahlung 2 in das optische System 1 verhindert.

Seitlich neben dem Träger 7 ist ein optischer Sensor 12 ange bracht, der die einfallende gepulste Laserstrahlung 2 detek tiert und über eine Steuervorrichtung 13 (im einfachsten Fall handelt es sich um einen Komparator mit Schwellwertgeber) die Stromquelle 11 aktiviert und dadurch die vorstehend beschrie bene Temperaturerhöhung des Metalloxid-Films 8 bewirkt.

Die Steuervorrichtung 13 wird (z. B. durch entsprechende Wahl des Schwellwertes) derart programmiert, daß eine Erwärmung des Metalloxid-Films auf die Reduktionstemperatur bereits vor Erreichen der vollen Laserleistung (d. h. im Bereich der An stiegsflanke des jeweiligen Laserimpulses) erfolgt.

Bezugszeichenliste

1 optisches System
2 Laserstrahlung
3 Schutzvorrichtung
4 Träger
5 Metalloxid-Film
6 Schutzvorrichtung
7 Träger
8 Metalloxid-Film
9, 10 Elektroden
11 Stromquelle
12 Sensor
13 Steuervorrichtung

Claims

1. Schutzvorrichtung für optische Systeme (1) oder optische Bauelemente zur Vermeidung von Schäden bei Bestrahlung dieser Systeme (1) oder Bauelemente mit Laserlicht (2), gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) die Schutzvorrichtung (3) weist einen auswechsel baren in dem relevanten Spektralbereich lichtdurch lässigen Träger (4) auf;
b) auf dem Träger (4) ist ein Metalloxid-Film (5) an geordnet, der ebenfalls in dem relevanten Spektral bereich lichtdurchlässig ist.

2. Schutzvorrichtung für optische Systeme (1) oder optische Bauelemente zur Vermeidung von Schäden bei Bestrahlung dieser Systeme (1) oder Bauelemente mit Laserlicht (2), gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) die Schutzvorrichtung (6) weist einen aus wechselbaren in dem relevanten Spektralbereich lichtdurchlässigen Träger (7) auf;
b) auf dem Träger (7) ist ein Metalloxid-Film (8) an geordnet, der ebenfalls in dem relevanten Spektral bereich lichtdurchlässig ist;
c) der Metalloxid-Film (8) ist über randseitige Elek troden (9,10) mit einer Stromquelle (11) verbind bar, so daß bei einem entsprechenden durch den Metalloxid-Film (8) geleiteten elektrischen Strom und die dadurch auftretende Erwärmung das Metall oxid zu dem entsprechenden Metall reduziert wird;
d) es ist ein Sensor (12) vorgesehen, der über eine Steuervorrichtung (13) die Stromquelle (11) immer dann aktiviert, wenn Laserlicht (2) einer vorge gebenen Energiedichte empfangen wird.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der Metalloxid-Film (8) bei der bestimmungsge mäßen Verwendung der Schutzvorrichtung (6) auf der dem optischen System (1) zugewandten Seite des Trägers (7) angeordnet ist.

4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Träger (4; 7) aus ZnS, ZnSe, KRS-5 oder Diamant besteht.

5. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metalloxid- Film (5; 8) um den Oxid-Film eines Edelmetalles oder einer Edelmetallegierung handelt.

6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß es sich bei dem Metalloxid-Film (5; 8) um Pla tin- oder Goldoxid handelt.