RU2481604C1 - Device for limiting intensity of laser radiation - Google Patents
Device for limiting intensity of laser radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2481604C1 RU2481604C1 RU2011142136/28A RU2011142136A RU2481604C1 RU 2481604 C1 RU2481604 C1 RU 2481604C1 RU 2011142136/28 A RU2011142136/28 A RU 2011142136/28A RU 2011142136 A RU2011142136 A RU 2011142136A RU 2481604 C1 RU2481604 C1 RU 2481604C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- radiation
- sealed cell
- laser radiation
- input
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям мощности приемников лазерного излучения, и может найти применение для защиты глаз, оптических систем и приемников лазерного излучения от разрушающего действия входного излучения высокой мощности.The invention relates to the field of optical technology, namely, to power limiters of laser receivers, and can find application for protecting eyes, optical systems and laser receivers from the damaging effects of high-power input radiation.
Из предшествующего уровня техники известно устройство для ограничения светового потока [патент RU №2403599, «Устройство для ограничения светового потока», МПК G02B 26/02, публик. 27.07.2010 г., авторы: Михеев Г.М., Могилева Т.Н., Кузнецов В.Л., Булатов Д.Л.], которое состоит из герметичной ячейки, заполненной суспензией из наноуглеродных частиц луковичной структуры, двух собирающих линз, расположенных по обе стороны герметичной ячейки и источника неоднородного магнитного поля, расположенного таким образом, чтобы обеспечить выталкивание из зоны воздействия светового потока с суспензией просветленной части суспензии, возникающей в результате указанного взаимодействия.A prior art device is known for limiting the luminous flux [patent RU No. 2403599, “Device for limiting the luminous flux”, IPC G02B 26/02, public. 07/27/2010, authors: Mikheev GM, Mogileva TN, Kuznetsov VL, Bulatov DL], which consists of a sealed cell filled with a suspension of nanocarbon particles of an onion structure, two collecting lenses located on both sides of the sealed cell and the source of an inhomogeneous magnetic field located in such a way as to ensure expulsion from the zone of influence of the light flux with the suspension of the clarified part of the suspension resulting from this interaction.
Недостатками известного устройства для ограничения светового потока являются малая величина мощности пропускания светового потока и ограниченный срок службы, в силу просветления суспензии, которая в дальнейшем становится прозрачной, и исчезает эффект ограничения мощности светового потока.The disadvantages of the known device for limiting the luminous flux are the small transmittance of the luminous flux and the limited service life, due to the clarification of the suspension, which subsequently becomes transparent, and the effect of limiting the luminous flux disappears.
Известно другое устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения [патент RU №2350991, «Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения», МПК G02F 1/355, публик. 27.03.2009 г., авторы: Герасименко А.Ю., Маслобоев Ю.П., Подгаецкий В.М. и др.], которое в дальнейшем, как наиболее близкое по технической и физической сущности, выбрано в качестве прототипа. Устройство состоит из корпуса, ориентированного вдоль направления распространения падающего излучения, с собирающими линзами, размещенными на торцах корпуса. При этом в фокальной плоскости линз размещена герметичная ячейка, заполненная водным расслаивающимся раствором, в качестве которого использован водный раствор триэтиламина концентрации Сраб=(32±2) мас.%, при рабочей температуре раствора менее его критической температуры (tраб<tкр=18,163°C) или водный раствор 2-бутоксиэтанола концентрации Cраб=(30±2)мас.%, при рабочей температуре раствора менее его критической температуры (tраб<tкр=48,272°C).There is another device for limiting the intensity of laser radiation [patent RU No. 2350991, "Monoblock limiter of the intensity of laser radiation", IPC G02F 1/355, public. 03/27/2009, authors: Gerasimenko A.Yu., Masloboev Yu.P., Podgaetsky V.M. and others], which in the future, as the closest in technical and physical nature, is selected as a prototype. The device consists of a housing oriented along the direction of propagation of the incident radiation, with collecting lenses placed at the ends of the housing. Moreover, in the focal plane of the lenses there is a sealed cell filled with an aqueous exfoliating solution, which is used as an aqueous solution of triethylamine of concentration C work = (32 ± 2) wt.%, At a working temperature of the solution less than its critical temperature (t work <t cr = 18.163 ° C) or an aqueous solution of 2-butoxyethanol with a concentration of C slave = (30 ± 2) wt.%, At a working temperature of the solution less than its critical temperature (t slave <t cr = 48.272 ° C).
Недостатком прототипа является:The disadvantage of the prototype is:
- малая мощность ограничения входного лазерного излучения, вызванная наличием критической температуры раствора, находящегося во внутренней полости корпуса.- low power limiting input laser radiation, caused by the presence of a critical temperature of the solution located in the internal cavity of the housing.
- ограниченный срок службы устройства за счет того, что при достаточно высокой мощности на входе ограничителя интенсивности лазерного излучения происходит разрушение лимитирующих веществ и выход из строя всей оптической системы.- limited service life of the device due to the fact that at a sufficiently high power at the input of the laser radiation intensity limiter, the destruction of limiting substances and the failure of the entire optical system occurs.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание устройства защиты оптических систем от действия лазерного излучения высокой мощности в широком динамическом диапазоне.The problem to which the invention is directed, is to create a device for protecting optical systems from the action of high-power laser radiation in a wide dynamic range.
Техническим результатом является существенное повышение степени защиты оптических систем от действия высокоинтенсивного лазерного излучения, поступающего на вход ограничителя, и увеличение срока службы устройства.The technical result is a significant increase in the degree of protection of optical systems from high-intensity laser radiation supplied to the input of the limiter, and an increase in the service life of the device.
Технический результат достигается тем, что устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения состоит из корпуса, ориентированного вдоль направления распространения излучения и содержащего две собирающие линзы, в фокальной плоскости которых расположена герметичная ячейка, заполненная веществом, при этом первая из линз размещена на входном торце корпуса, а вторая - после герметичной ячейки. Новым является то, что на другом торце корпуса после второй линзы установлен фильтр с нелинейным поглотителем, а в качестве вещества герметичной ячейки используют инертный газ. Кроме этого, в устройстве в качестве вещества герметичной ячейки используют газ гелий при давлении 5 атм, а в качестве фильтра с нелинейным поглотителем используют наноструктурированную углеродную пленку.The technical result is achieved by the fact that the device for limiting the intensity of laser radiation consists of a housing oriented along the direction of propagation of radiation and containing two collecting lenses, in the focal plane of which there is a sealed cell filled with substance, while the first of the lenses is located on the input end of the housing, and the second after the sealed cell. What is new is that a filter with a nonlinear absorber is installed on the other end of the housing after the second lens, and an inert gas is used as the substance of the sealed cell. In addition, the device uses helium gas at a pressure of 5 atm as a substance in a sealed cell, and a nanostructured carbon film is used as a filter with a nonlinear absorber.
Установка на другом торце корпуса после второй линзы фильтра с нелинейным поглотителем позволяет ограничить выходную мощность лазерного излучения, прошедшую через герметичную ячейку с газом и, тем самым, защитить оптическую систему от разрушающего действия лазерного излучения.The installation on the other end of the housing after the second lens of the filter with a nonlinear absorber allows you to limit the output power of the laser radiation passing through the sealed cell with gas and, thereby, protect the optical system from the damaging effects of laser radiation.
Использование в качестве вещества герметичной ячейки инертного газа, например гелия при давлении 5 атм, обеспечивает порог лазерного пробоя гелия ≥108 Вт/см2, позволяя отражать и рассеивать падающее излучение на плазме пробоя, тем самым ограничивая высокое, поступающее на вход последующего ограничителя лазерного излучения.The use of a sealed inert gas cell, such as helium at a pressure of 5 atm, as a substance provides a threshold for laser breakdown of helium ≥10 8 W / cm 2 , which allows reflecting and scattering incident radiation on the breakdown plasma, thereby limiting the high incoming to the input of the subsequent laser limiter radiation.
Использование в качестве фильтра с нелинейным поглотителем углеродной наноструктурированной пленки является наиболее оптимальным вариантом для приема лазерного излучения малой мощности, так как углеродная матрица может обеспечить сохранение физико-химических свойств метастабильных нанокристаллических материалов в течение длительного времени.The use of a carbon nanostructured film as a filter with a nonlinear absorber is the most optimal option for receiving low-power laser radiation, since the carbon matrix can ensure the conservation of the physicochemical properties of metastable nanocrystalline materials for a long time.
Рассмотрим вариант реализации предлагаемого устройства, схематично изображенного на чертеже, где 1 - входное лазерное излучение, 2 - первая входная собирающая линза, 3 - вторая собирающая линза, 4 - фильтр с нелинейным поглотителем, 5 - герметичная ячейка, 6 - корпус, 7 - приемник лазерного излучения.Consider an implementation option of the proposed device, schematically shown in the drawing, where 1 is the input laser radiation, 2 is the first input collecting lens, 3 is the second collecting lens, 4 is a filter with a nonlinear absorber, 5 is a sealed cell, 6 is a housing, 7 is a receiver laser radiation.
Устройство представляет собой корпус цилиндрической формы, выполненный из нержавеющей стали, в котором по направлению излучения размещены: герметичная прозрачная ячейка прямоугольной формы, заполненная гелием при давлении 5 атм, две короткофокусные собирающие линзы, первая из которых размещена на входном торце корпуса, а вторая - после герметичной ячейки, причем герметичная ячейка расположена в фокальной плоскости двух сопряженных линз, площадь фокального пятна которых составляет 10-2 см2. На другом торце корпуса, после второй собирающей линзы на расстоянии 1 см с помощью держателя укреплен фильтр с нелинейным поглотителем в виде наноструктурированной углеродной пленки с начальным пропусканием 45-50%. Для регистрации ограниченного излучения устройство снабжено приемником лазерного излучения, в качестве которого используют ФЭУ-28 с селективным фильтром.The device is a cylindrical-shaped housing made of stainless steel, in which in the direction of radiation are placed: a sealed transparent rectangular cell filled with helium at a pressure of 5 atm, two short-focusing collecting lenses, the first of which is located on the input end of the housing, and the second after a sealed cell, and the sealed cell is located in the focal plane of two conjugate lenses, the focal spot area of which is 10 -2 cm 2 . On the other end of the housing, after the second collecting lens at a distance of 1 cm, a filter with a nonlinear absorber in the form of a nanostructured carbon film with an initial transmission of 45-50% is fixed with a holder. To register limited radiation, the device is equipped with a laser radiation receiver, which is used as a PMT-28 with a selective filter.
Устройство работает следующим образом. Входное лазерное излучение 1 поступает на вход первой собирающей линзы 2, где оно фокусируется в герметичной ячейке 5 с гелием. Допустимая мощность входной энергии определяется лучевой прочностью входной линзы 1, стоящей перед герметичной ячейкой 5. Порог входной мощности оптического стекла, используемого при изготовлении входной линзы 1, зависит от длительности импульса падающего излучения и его длины волны и лежит в диапазоне от 106 до 109 Вт/см2. При этом предельная мощность, требуемая для оптического пробоя и разрушения линзы, определяется произведением площади входной линзы на плотность порога мощности.The device operates as follows. The input laser radiation 1 enters the input of the first collecting lens 2, where it is focused in a sealed cell 5 with helium. The permissible input energy power is determined by the radiation strength of the input lens 1 facing the sealed cell 5. The threshold of the input power of the optical glass used in the manufacture of the input lens 1 depends on the pulse width of the incident radiation and its wavelength and lies in the range from 10 6 to 10 9 W / cm 2 . In this case, the maximum power required for optical breakdown and lens destruction is determined by the product of the input lens area by the power threshold density.
Далее, при допустимой входной энергии, излучение принимается герметичной ячейкой 5 и, при условии отсутствия лазерного пробоя газа, через вторую собирающую линзу 3 попадает на фильтр с нелинейным поглотителем 4, после чего поступает на вход приемника лазерного излучения 7. Если входная энергия лазерного излучения превышает порог пробоя газа, равный величине 108 Вт/см2, то происходит ее ограничение за счет отражения и рассеяния излучения на плазме пробоя. Время развития лазерной искры, при данных параметрах пробоя, равно 10-7 с. При этом величина энергии пробоя, прошедшая через герметичную ячейку с газом, составит 10-1 Дж. При такой энергии пучка разрушения динамического ослабителя не произойдет, а с понижением мощности падающего на вход устройства излучения ниже порога пробоя за короткое время, порядка единиц наносекунд, восстановится высокое пропускание газа, и устройство вновь будет способно принимать излучение. После герметичной ячейки 5 излучение через вторую собирающую линзу 2 поступает на вход фильтра с нелинейным поглотителем 4, где также происходит ограничение до допустимого предела чувствительности приемника лазерного излучения 7.Further, with an allowable input energy, the radiation is received by a sealed cell 5 and, provided there is no laser breakdown of gas, through a second collecting lens 3 it enters a filter with a nonlinear absorber 4, after which it enters the input of the laser radiation receiver 7. If the input laser energy exceeds if the gas breakdown threshold is 10 8 W / cm 2 , then it is limited due to reflection and scattering of radiation on the breakdown plasma. The laser spark development time, for given breakdown parameters, is 10 -7 s. In this case, the breakdown energy passing through the sealed cell with gas will be 10 -1 J. At this beam energy, a dynamic attenuator will not be destroyed, and with a decrease in the power of the radiation incident on the input of the device below the breakdown threshold in a short time, on the order of a few nanoseconds, it will be restored high gas transmission, and the device will again be able to receive radiation. After the sealed cell 5, the radiation through the second collecting lens 2 is fed to the input of the filter with a nonlinear absorber 4, where the sensitivity of the laser radiation receiver 7 is also limited to an acceptable limit.
На предприятии создано устройство для ограничения интенсивности лазерного излучения, которое нашло применение в работах по исследованиям в области лазерной физики. Проведены испытания, подтвердившие его соответствие техническим требованиям.A device has been created at the enterprise for limiting the intensity of laser radiation, which has found application in research works in the field of laser physics. Tests have been carried out confirming its compliance with technical requirements.
В результате экспериментальных исследований было доказано, что изобретение имеет высокое начальное пропускание, не ухудшающее оптические характеристики защищаемых систем, и по сравнению с рассмотренными аналогами из предшествующего уровня техники оно позволяет обеспечить работоспособность приемной оптики после воздействия на ее вход мощного, более 108 Вт/см2, при плотности энергии свыше 10 Дж/см2 излучения.As a result of experimental studies, it was proved that the invention has a high initial transmission, which does not impair the optical characteristics of the protected systems, and in comparison with the considered analogues from the prior art, it allows to ensure the operability of the receiving optics after exposure to a powerful, more than 10 8 W / cm 2 , with an energy density of more than 10 J / cm 2 radiation.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142136/28A RU2481604C1 (en) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Device for limiting intensity of laser radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142136/28A RU2481604C1 (en) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Device for limiting intensity of laser radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011142136A RU2011142136A (en) | 2013-04-27 |
| RU2481604C1 true RU2481604C1 (en) | 2013-05-10 |
Family
ID=48789604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011142136/28A RU2481604C1 (en) | 2011-10-18 | 2011-10-18 | Device for limiting intensity of laser radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2481604C1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517791C1 (en) * | 2012-11-22 | 2014-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Method of limiting intensity of laser radiation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5299068A (en) * | 1990-04-19 | 1994-03-29 | Hughes Aircraft Company | Gaseous laser power limiter initiated by nuclear radiation |
| US20030058433A1 (en) * | 2001-09-24 | 2003-03-27 | Gilad Almogy | Defect detection with enhanced dynamic range |
| RU2350991C1 (en) * | 2007-06-22 | 2009-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) | Monoblock arrester of laser radiation intensity |
| WO2010008422A1 (en) * | 2008-03-14 | 2010-01-21 | Oxazogen, Inc. | Laser protection polymeric materials |
-
2011
- 2011-10-18 RU RU2011142136/28A patent/RU2481604C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5299068A (en) * | 1990-04-19 | 1994-03-29 | Hughes Aircraft Company | Gaseous laser power limiter initiated by nuclear radiation |
| US20030058433A1 (en) * | 2001-09-24 | 2003-03-27 | Gilad Almogy | Defect detection with enhanced dynamic range |
| RU2350991C1 (en) * | 2007-06-22 | 2009-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)" (МИЭТ) | Monoblock arrester of laser radiation intensity |
| WO2010008422A1 (en) * | 2008-03-14 | 2010-01-21 | Oxazogen, Inc. | Laser protection polymeric materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011142136A (en) | 2013-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tcherbakoff et al. | Time-gated high-order harmonic generation | |
| US20090207478A1 (en) | Optical power limiting and switching combined device and a method for protecting imaging and non-imaging sensors | |
| KR101405548B1 (en) | Spatial filters for high average power lasers | |
| US9575309B2 (en) | Telescopic control of high power laser propagation | |
| CN102957083A (en) | Device for implementing all-solid-state deep ultraviolet laser with wavelength of 160-170 nm through direct frequency doubling | |
| RU2481604C1 (en) | Device for limiting intensity of laser radiation | |
| CN202939360U (en) | Ultraviolet laser energy attenuator | |
| US5317454A (en) | Broadband self-activated optical power limiter system and device | |
| WO2020098300A1 (en) | Mixed type photo-isolator | |
| RU2517791C1 (en) | Method of limiting intensity of laser radiation | |
| CN103941517B (en) | A kind of optical limiter of low clip threshold value | |
| US5080468A (en) | Device for limiting maximum radiation intensity | |
| CN204441700U (en) | A kind of longitudinally local expands frequency tripled laser final-optics system | |
| CN103576412A (en) | Composite optical limiter | |
| Li et al. | Depolarization of the supercontinuum induced by linearly and circularly polarized femtosecond laser pulses in water | |
| Smith et al. | Rate equation model of bulk optical damage of silica, and the influence of polishing on surface optical damage of silica | |
| CN217333007U (en) | Pulse compressor and pulse laser device | |
| Schellhorn et al. | Improvement of the Beam Quality of a High-Pulse-Energy Mid-infrared ZnGeP2 FIRE OPO | |
| US5299068A (en) | Gaseous laser power limiter initiated by nuclear radiation | |
| RU2548372C2 (en) | Method of obtaining of optical discharge in gas and device for its implementation | |
| RU2548688C1 (en) | Neodymium-doped glass-based pulse-periodic laser for pumping of titanium-sapphire amplifiers operated in pulse repetition frequency of at least 0,02 hz | |
| Orban et al. | Propagation of high power laser pulses through hollow core photonic band gap fiber | |
| RU2216837C2 (en) | Optical limiter | |
| Liu et al. | Guiding Optical Pulses in the Wake of Femtosecond Laser Filamentation | |
| CN115616826A (en) | Method for generating periodic magnitude pulse based on cascade positive and negative nonlinear phase shift modulation |