Способ управления излучением

 

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 .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

OWVNt

РЕСПУБЛИН

09) (И1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 337)036/18-25 (22) 22.12.81 (46) 23.03.86. Бюл. Р ll (» ) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики AH Белорусской

ССР (72) В.В. Грузинский и В.А. Сучков (53) 535.8(088.8) (54) (57 ) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ, основанный на просветлении газофазной среды на сложных органических молекулах путем их возбуждения, отличающийся тем, юр4 H 01 $3/10 G 02 F 1/17 что, с целью увеличения динамического диапазона управления просветления сред высоких оптических плоскостей, просветления сред в заданные моменты времени, среду, состоя-. щую из буферного газа с Р„ = 1-5 торр и паров ПОПОП с Р„ = 0,5-4 торр где

Р, — 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.

1034567 2

4

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 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-(2-(5-фенилоксаэолилЦ -бензол (ПОПОП).

Электронные состояния ПОПОП и подобных ему сложных органических веществ ввиду большого числа атомов в молекуле перекрываются, образуя зоны, которые подразделяются на синглетные

Si и триплетные Ti. .Используемая в работе фильтра длинноволновая полоса поглощения принадлежит переходу

$, †. S . Большое время жизни в сои -й стоянии Т;с, 10 (высокая скорость безыэлучательной интерконверсии i .= l0 з).

Малое время жизни в состоянии .SÄ Ä 10 с приводит к тому, что по мере увеличения интенсивности излучения, возбуждающего активную среду, уменьшается заселенность зоны S и, следовательно, уменьшается поглощение на переходе S, $ .

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 плотности тока 100-300 А/см, при этом импульс тока и импульс направляемого в среду излучения синхронизируют.

Высокая эффективность опустошения основного синглетного состояния

$, сложных органических молекул при возбуждении их электронным ударом бъясняется процессами, происходяими в газовом разряде на сложных рганических молекулах. Развитие мпульсного разряда в газовом проежутке начинается с небольшого коичества "затравочных" электронов, оторые по тем или иным часто слуайным причинам попадают в газ, Под ействием поля свободный электрон абирает энергию, достаточную для

ырывания электрона из молекулы, и онизируют молекулу, затрачивая на трыв свою энергию. В результате место одного появляются два меденных электрона, они снова набират энергию, ионизируют, образуют чеыре электрона и т.д. Электронная авина развивается и происходит проой газового промежутка. Таким обазом, уменьшение количества молеул в основном синглетном состоянии

О происходит не только в результае возбжуждения молекул на более выокие энергетические уровни, но и результате ионизации электронным даром.

На.фиг. l изображена схема устаовки, на которой проверялся предлоенный способ; на фиг.. 2-.9 — осцилограммы импульсов света, прошедших ереэ кювету с рабочей смесью; на иг, 10 — зависимость пропускания т времени, отсчет производится с момента возбуждения, на фиг, 11 та же зависимость представлена в микосекундном масштабе.

1О щ о и м

15 к ч д н

gp в и о в л

25 ю т б р

$ т с в

35 н ж л

40 ф о

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 синхрониэировали.

Излучение импульсного азотного лазера 1 (длина волны генерации

33,7 нм, -мощность 1,6 кВт, длительность импульса по основанию 20 нс) разделяли с помощью делительной пластинки 2 на два луча, опорный и зон034567

35 з 1 дирующий. Опорный луч отражался от пластинки 2,,ослаблялся нейтральными фильтрами 3 и попадал на фотоприемник 4. Зондирующий завуч 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 син.глетного поглощения $ S, 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 оптической плотности активной зоны

)) = 62 на длине волны = 337 нм.

В качестве газа-носителя использовали азот при давлении P = 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-9C) 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 было не хуже 3 нс.

Определяли пропускание Т = I/5,, где 9 — амплитуда опорного импульса излучения, падающего на газо40

55 фазную среду; 1 — амплитуда зондирующего импульса излучения, прошедmего через гаэофаэную 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 импульсзондирующего 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 нижнемуопорный импульс. При поступлении паров в активную зону зондир .ующее излучение поглощается ввиду того, что длина волны А = 337 нм попадает в полосу синглентного поглощения

S - 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 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, 1034567

На фиг, 7 по верхнему лучу — импульс свечения паров, на контуре которого виден зондирующий импульс, по нижнему — опорный импульс. Зон5 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- 15 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 среды достигает 25Х. Поскольку использовалась схема с двойным прохождением луча через актив, ную зону, оптическая плотность газофазной среды до возбуждения составляла величину :) = 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 = О. Активная

11 11 среда закрывается в результате безызлучательной конверсии молекул с долгоживущих возбужденных состоя40 ний (в основном с триплетного состояния T„) в основное состояние S в результате чего молекулы снова поглощают в каналы перехода S - S

45 в полосу которого попадает длина волны зондирующего излучения. Интервал времени, в течение которого активная среда пропускает излучение, определяется временем жизни долгоживущих возбужденных состояний. Для паров ПОПОП оно составляет

20 мкм.

В процессе управления излучением импульсного азотного лазера парами

ПОПОП варьировали условия возбуждения гаэофазной среды. Значительное пропускание активной среды нри минимальном разложении паров сложных молекул было получено в следующих условиях: давление паров ПОПОП Р„, — 0 5-4 торр, давление газа-носителя Р„ = 1-5 торр, амплитуда импульса тока 1» = 20-80 А. Полученные границы диапазонов величин P» P и

3. объясняются следующими причинами . при Р> (0,5 торр Т ) 302, 7 >80А, наблюдается разложение паров, при

Р„) 4 торр Т (37, 3» (30 А при

Р, (1 торр Т (3X, 3 (30 А, при

Р„> 5 торр также T (ЗЕ, 3» <30 А.

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 1 < 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,) 100-300 А/см

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

103456?

1034567

7,%

И 90 80 80 ПЮ re 7ЧО ПЮ )ВО t.íÑ

Фиь. 10

Т%

И 25 t,ак

Физ. 11

Редактор О. Кузнецова Техред И.Верес Корректор А..Обручар

Заказ 1338/3 Тираж 597 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4