Способ управления излучением

СОЮЗ ССВЕТСНИХООИВЛЮмискижРЕСПУБЛИН 09) ИИ с%4 Н 01 Б 3/10 С 02 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН БелорусскойССР(54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ, основанный на просветлениигазофазной среды на сложных органических молекулах путем их возбуждения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличений динамического диапазона управления просветления сред высоких оптических плоскостей, просветления сред в заданные моменты времени, среду, состоя-.щую из буферного газа с Р = 1-5 торри паров ПОПОП с Р = 0,5-4 торр, гдеР, - давление буферного газа; Рдавление ПОПОЙ, возбуждают в импульсном электрическом разряде с амплитудой плотности тока 100-300 А/смпри этом импульс тока и импульс направляемого в среду излучения синхронизируют.1034567 э 50 55Изобретение 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 просветлении газофазной среды на сложных органических молекулах путем их возбуждения, который используется в работе просветляющегося фильтра на фиолетовую область спектра, рабочей средой которого является пара органического сцинтиллятора 1,4-ди-(5-фенилоксаэолил)3 -бензол (ПОПОП).Электронные состояния ПОПОП и подобных ему сложных органических веществ ввиду большого числа атомов в молекуле перекрываются, образуя зоны, которые подразделяются на синглетные Я и триплетные И . Используемая в работе фильтра длинноволновая полоса поглощения принадлежит переходу Я, в . Б , Большое время жизни в сои -йстоянии Т;, " 10 (высокая скорость безыэлучательной интерконверсии10 з)Малое время жизни в состоянии ,Ьж 10 с приводит к тому, что по мере увеличения интенсивности излучения, возбуждающего активную среду, уменьшается заселенность зоны Б, и, следовательно, уменьшается поглощение на переходе Я, -Я,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 увеличение динамического диапазона работы, просветление среды высоких оптических плотностей, просветление сред в заданные моменты времени,Поставленная цель достигается тем, что по способу управления излучением, основанному на просветлении газофазной среды на сложных органических молекулах путем их возбужде,ния, среду, состоящую из буферного газа с давлением Р = 1-5 торр и паров ПОПОП с Р = 0,5-4,0 торр,возбуждают в импульсном электрическом разряде с амплитудой плотноститока 100-300 А/см , при этом импульс тока и импульс направляемогов среду излучения синхронизируют.Высокая эффективность опустошения основного синглетнопо состоянияБ, сложных органических молекул привозбуждении их электронным ударомбъясняется процессами, происходяими в газовом разряде на сложныхрганических молекулах, Развитиемпульсного разряда в газовом проежутке начинается с небольшого коичества "затравочных" электронов,оторые по тем или иным часто слуайным причинам попадают в газ, Подействием поля свободный электронабирает энергию, достаточную дляырывания электрона из молекулы, ионизируют молекулу, затрачивая натрыв свою энергию. В результатеместо одного появляются два меденных электрона, они снова набират энергию, ионизируют, образуют чеыре электрона и т.д. Электроннаяавина развивается и происходит проой газового промежутка. Таким обазом, уменьшение количества молеул в основном синглетном состояниипроисходит не только в результае возбжуждения молекул на более выокие энергетические уровни, но ирезультате ионизации электроннымдаром,На фиг. 1 изображена схема устаовки, на которой проверялся предлоенный способ; на фиг 2-.9 - осцилограммы импульсов света, прошедшихереэ кювету с рабочей смесью; наиг, 10 - зависимость пропусканият времени, отсчет производитсяс момента возбуждения; на фиг, 11та же зависимость представлена в микосекундном масштабе. 10 о о и м 15 л к ч д н 20 В и о в л 25 ю т б р 30 Б т с в 35 н ж л 40 ф о 45П р и м е р. 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 синхрониэировали. Излучение импульсного азотного лазера 1 (длина волны генерации Л =33,7 нм, мощность 1,6 кВт, длительность импульса по основанию 20 нс) разделяли с помощью делительной пластинки 2 на два луча, опорный и зон0345674 10 5 25 30 35 з 1 дирующий. Опорный луч отражался от пластинки 2 ослаблялся нейтральными фильтрами 3 и попадал на фото- приемник 4. Зондирующий юуч проходил через пластинку 2, газоразрядную кювету 5, отражался от зеркала 6, еще раз проходил через газоразрядную кювету 5, отражался от пластинки 2, ослаблялся нейтральными фильтрами 7 и попадал на фотоприем- ник 8,В качестве газофазной среды использовали пары ПОПОП с полосой синглетного поглощения Б - Б, в области 250-400 нм, испаряемые с помощью внешнего нагревательного элемента в газоразрядной кювете 5 (длина активной зоны 30 см, внутренний диаметр 6 мм), Давление паров ПОПОП Рп = 1 торр, что соответствовало оптическойплотности активной зоны 3) = 62 на длине волны= 337 нм. В качестве газа-носителя использовали азот при давлении Р, = 3 торр. Источником накачки гаэофазной среды служил генератор 9 импульсного напряжения, который позволял получать импульс тока длительностью по основанию 100 нс и амплитудой 100 А, амплитуду 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, подаваемого 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 ЗЛУ-ФС) и двухлучевого осциллографа (С 8-2) 12. Сигналы с фотоприемников, минуя дифференциальные усилители, подавались прямо на отклоняющие пластины электроннолучевой трубки осциллографа, в результате чего временное разрешение регистрирующей системы было не хуже 3 нс. Определяли пропускание Т = .1/3 где 5 - амплитуда опорного импульса излучения, падающего на газо 40 45 50 55 фазную среду; 3 - амплитуда зондирующего импульса излучения, прошедшего через гаэофаэную средуНа 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 светится газ-носитель. Зондирующее излучение, которое приходит в активную зону за 40 нс 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 А = 337 нм попадает в полосу синглентного поглощения Б, - ф Б, 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 импульсаотносительно импульса свечения парой 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, гаэофазная среда начинает пропускать излучение, 1034567На фиг. 7 по верхнему лучу - импульс свечения паров, на контуре которого виден зондирующий импульс, по нижнему - опорный импульс. Зон 5 дирующее излучение приходит в активную зону спустя 40 нс относительно начала возбуждения, 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 пропус канне 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 253, Поскольку использовалась схема с двойным прохождением луча через актив, ную зону, оптическая плотность газофазной среды до возбуждения составляла величину 1:1 = 62.На риг. 11 представлена временная зависимость пропускания паров ПОПОП в микросекундном масштабе, из которой видно, что через 25 мкс после начала возбуждения активной среды пропускание Т = О. Активная11 11среда закрываетсяв результате безызлучательной конверсии молекул с долгоживущих возбужденных состоя 40 ний (в основном с триплетного состояния Т) в основное состояние Б в результате чего молекулы снова поглощают в каналы перехода Б, - ф. Я,45 в полосу которого попадает длина волны зондирующего излучения. Интервал времени, в течение которого активная среда пропускает излучение,определяется временем жизни долгоживущих возбужденных состояний. Дляпаров ПОПОП оно составляет20 мкм,В процессе управления излучениемимпульсного азотного лазера парамиПОПОП варьировали условия возбуждения гаэофазной среды. Значительноепропускание активной среды нри минимальном разложении паров сложныхмолекул было получено в следующихусловиях: давление паров ПОПОП Р,- 0,5-4 торр, давление газа-носителя Р = 1-5 торр, амплитуда импульса тока 1 = 20-80 А, Полученныеграницы диапазонов величин Р, Р иЭ. объясняются следующими причинами: при Р (0,5 торр Т ) 302, 7 80 А,наблюдается разложение паров, приРп ) 4 торр т ( Зт, 3 (30 А; приР, (1 торр Т ( 37, Э (30 А, приР 5 торр также Т. ( ЗЕ, 3, 30 А.Из приведенных данных видно, чтоизменение общего давления газофазнойсреды приводит к изменению амплитудыимпульсов 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 диапазонзначений амплитуды импульса тока илиФактически амплитуды плотности тока. Поскольку диаметр активной зоны0,6 см, то при 1107 А/см малаконцентрация электронов для значительного просветления активной среды, а при 12 д 5 А/см наблюдается разложение,паров сложных молекул,т,е. оптимальный диапазон амплитуды,плотности тока,1 ш 00-300 А/смИспользование предлагаемого способа управления излучением позволяетпросветлять среду при небольших мощностях падающего пучка света, просветлять среду с высокой оптическойплотностью,1034567 во го юо аа яо пю )во е.нс Фиг.10 Редактор О. Кузнецова Техред И,Верес Корректо 1 АОбр каз 13 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 38/3ВНИИПИ Госупо делам13035, Москва Ти дарст изоб Ж-Знного тений Рауш Подписикомитета СССРи открытийкая наб., д. 4/