Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Свойства нелинейных оптических сред и особенности конструкции ограничителей интенсивности лазерного излучения 10
1.1 Виды нелинейных оптических сред , 10
1.1.1 Растворы органических красителей 10
1.1.2 Многокомпонентные соединения 19
1.1.3 Другие виды нелинейных оптических сред 25
1.2 Конструкция ограничителей лазерного излучения 29
1.2.1 Фокусирующие ограничители 30
1.2.2 Многослойные ограничители 36
1.2.3 Монолитные ограничители 38
1.3 Выводы 40
Глава 2 Методика исследования характеристик нелинейных оптических сред 41
2.1. Приготовление нелинейных оптических сред 41
2.1.1 Термостабилизация растворов 50
2.2 Измерение спектральных характеристик неинейных оптических сред 53
2.3 Измерение оптотермодинамических характеристик расслаивающихся растворов 56
2.4 Z-сканирование растворов органических красителей 59
2.5 Выводы 64
Глава 3. Исследования нелинейных оптических сред 65
3.1 Растворы органических красителей 65
3.2 Z-сканирование растворов мероцианиновых пирановых красителей 80
3.3 Z-сканирование растворов,полиметиновых красителей 84
3.4 Выводы 87
Глава 4 Исследование ограничения лазерного излучения в многокомпонентных нелинейных средах 89
4.1 Исследование многокомпонентных нелинейных оптических сред 89
4.2 Ослабление интенсивности лазерного излучения в расслаивающихся растворах 97
4.3 Нелинейные характеристики расслаивающихся растворов триэтиламина и 2-бутоксиэтанола 98
4.4 Моноблочный ограничитель лазерного излучения на расслаивающихся растворах 101
4.6 Выводы 104
Заключение 106
Список литературы
- Многокомпонентные соединения
- Многослойные ограничители
- Измерение спектральных характеристик неинейных оптических сред
- Ослабление интенсивности лазерного излучения в расслаивающихся растворах
Введение к работе
Актуальность работы
Актуальность исследований ограничения интенсивности мощного лазерного излучения в поглощающих и рассеивающих средах вызвана необходимостью создания перспективных способов лучевой защиты органов зрения и чувствительных элементов оптических систем. До настоящего времени не созданы эффективные ограничители мощного широкополосного лазерного излучения. Решение этой проблемы может быть достигнуто путем усовершенствования состава нелинейной оптической среды ограничителя и его конструкции.
Важность рассматриваемой проблемы связана с заметным
возрастанием интенсивности излучения лазерных приборов,
работающих в широкой области спектра. Разнообразие видов лазеров
постоянно возрастает, так что и стандартные методы защиты органов
зрения и чувствительных элементов оптических систем от мощного
лазерного излучения, основанные на использовании поглощающих
спектральных фильтров, не могут обеспечивать безопасность
операторов оптических приборов и работоспособность специальной
оптической техники. Широкое распространение мощных оптических
дальномеров, целеуказателеи и лидаров увеличивает интерес к
созданию новых, более эффективных ограничителей интенсивности
лазерного излучения. Вместе с тем, до настоящего времени не найдены
нелинейные оптические материалы и технические решения по
конструкции ограничителей интенсивности излучения,
удовлетворяющие требованиям повседневной практики по уровню ослабления излучения, необходимым спектральным характеристикам и скорости срабатывания приборов.
Цель работы и основные задачи
Целью данной работы является создание и исследование характеристик новых нелинейных оптических сред и конструкций ограничителей интенсивности мощного лазерного излучения.
Научная новизна работы
Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей
интенсивности лазерного излучения на основе растворов
полиметиновых, мероцианиновых пирановых и
дифталоцианиновых красителей с динамическим поглощением высокоинтенсивного излучения.
Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе суспензий наночастиц углерода, металлов и полупроводников с термическим рассеянием высокоинтенсивного излучения.
Предложены новые нелинейные оптические среды ограничителей интенсивности лазерного излучения на основе расслаивающихся растворов со светоиндуцированным критическим рассеянием.
Практическая и научная значимость работы
Предложенный моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения на основе бинарных расслаивающихся растворов с нижней критической точкой расслаивания обеспечивает увеличенную оптическую прочностью и возможностью заменяемости нелинейной оптической среды.
Исследуемая проблема связана с перспективами широкого тиражирования моноблочных ограничителей на предприятиях оптико-механической промышленности.
Предложенные новые технические решения удовлетворяют требования практики по созданию эффективных нелинейных оптических сред и оптически прочных конструкций ограничителей.
Решаемая задача соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники, а также критическим технологиям Российской Федерации.
Личный вклад автора
Автор лично выполнял комплекс исследований нелинейных оптических сред, разработал конструкцию моноблочного ограничителя мощного лазерного излучения на основе бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания, принял деятельное участие в постановке задач в соответствии с целями исследований.
Исследования комплексного характера проводились по инициативе автора в рамках сотрудничества с Центром естественно-научных исследований ИОФ РАН.
Достоверность научных положений, результатов и выводов
Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена: комплексным характером проведенных исследований и
сопоставлением результатов работы с данными опубликованных научных исследований и содержанием патентного фонда Российской Федерации и ведущих зарубежных стран.
Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики не противоречат известным теоретическим моделям и представлениям, которые были экспериментально подтверждены. Их корректность косвенно подтверждается результатами других исследователей. Все исследования проведены на сертифицированном оборудовании.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Z-сканирование растворов мероцианиновых пирановых и полиметиновых красителей позволяет определить их нелинейные характеристики: сечение поглощения из возбужденного уровня; нелинейный коэффициент поглощения, нелинейный показатель преломления, действительную и мнимую части нелинейной восприимчивости третьего порядка.
Использование суспензии многослойных углеродных нанотрубок в качестве нелинейной оптической среды ограничителя интенсивности лазерного излучения с ограничивающей диафрагмой позволяет получить значительное (более, чем в 100 раз) ослабление плотности мощности излучения HAT:Nd лазера.
Оптотермодинамический перевод бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания в лабильную область диаграммы термодинамического состояния растворов позволяет обеспечить неселективное ограничение интенсивности лазерного излучения.
Использование бинарных растворов с нижней критической точкой расслаивания в качестве нелинейной оптической среды моноблочного ограничителя интенсивности лазерного излучения позволяет увеличить оптическую прочность ограничителя и обеспечить заменяемость нелинейной оптической среды.
Апробация работы
Материалы диссертации были представлены на:
II Международном форуме по нанотехнологиям "Rusnanotech" (Москва, 2009)
XVI-XVIII, XXI Международных конференциях "Лазеры в науке, технике, медицине " (Сочи, 2005, 2006, 2007, 2010)
III Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика-2010» (Москва, 2010)
VI Международной НТК «Информационные технологии в науке, технике и технологии» (Абхазия, 2010)
12-17 Всероссийских межвузовских НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010).
IX Московском Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2009).
XII, XIII Московских международных Салонах изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2009, 2010).
Публикации
Основные результаты исследования, проведенного автором, изложены в 18 научных работах, в том числе в 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК России, и в патенте РФ на изобретение. Результаты диссертационной работы вошли составной частью в НИР по грантам Российского Фонда фундаментальных исследований № 06-08-00624, № 09-02-01114-а; в НИР по госконтрактам с Министерством образования и науки Российской Федерации РФ № 02.513.11.3367, № 02.513.11.3425; в НИР по госконтракту с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере № 5336р/7702.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, и изложена на 121 странице, включает 55 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 115 источников.
Многокомпонентные соединения
Рассмотренные соединения с двухфотонным поглощением менее пригодны для ограничения излучения большинства широко распространенных наносекундных лазеров по сравнению со случаем использования фталоцианиновых красителей, хотя они обладают более выгодными спектральными характеристиками, имея малое линейное поглощение в центральной части видимого диапазона длин волн. Вместе с тем, они представляют интерес в случае ограничения ИК лазерного излучения, где неприменимы фталоцианиновые красители [37]. С помощью метода Z-сканирования были измерены сечения ДФП ряда мероциониновых пирановых красителей, длинноволновые полосы поглощения которых лежат в области 450-520 нм.
Исследуемые растворы красителей находились в кварцевой кювете толщиной 1мм. Для возбуждения использовался фемтосекундный титан-сапфировый лазер (Лген= 790 нм, т = 100 фс, / = 90МГц, N = 300 МВт), в области длин волн генерации которого отсутствует линейное поглощение в рабочей среде ОЛИ. При увеличении интенсивности возбуждения за счет фокусировки излучения накачки в рабочей среде возникало нелинейное поглощение, вызванное двухфотонным поглощением [38].
Высокие значения КО = 540 [9], 600 [23] и 7500 [39] были получены при использовании излучения II гармоники неодимового лазера и двухкаскадной конструкции ОЛИ с (t-Bu)4PcInCl в полиметилметакрилате (ПММА) (г = 5-8 не) [23] и с растворами других фталоцианиновых красителей [9, 39]І
Рекордное ослабление излучения было получено в двухкаскадном ОЛИ, в первом каскаде которого был использован эффект лазерного пробоя в CS2, во втором - либо ОНП в растворе фталоцианина, либо тепловое рассеяние на углеродных микрочастицах. КО излучения (Лген = 532 нм) с фталоциановым раствором доходил до 30 тысяч, а с углеродными частицами (в более широком диапазоне спектра) - до 20 тысяч. К недостатком такого ОЛИ относились большие габаритные размеры -длина его конструкции доходила до 2 м. Для того, чтобы избежать разрушение стенок кюветы с CS2 высокоинтенсивным падающим излучением было выбрано большое фокусное расстояние фокусирующей линзы ОЛИ, что заметно увеличивало габариты ограничителя.
Широкое развитие лазерной техники различного назначения привело к необходимости защиты органов зрения и сенсоров оптических систем от мощного оптического излучения, действующего в спектральном диапазоне от 0,3 до 12 мкм. Для перекрытия такого широкого интервала длин волн нелинейые оптические ОЛИ должны строиться на самых различных физических принципах с использованием разнообразных многокомпонентных систем.
Примером такого рода соединений являются фуллеренсодержащие среды. Молекулы фуллеренов, открытые в 1985, содержат шестьдесят и более атомов, углерода и обладают ярко выраженными нелинейно-оптическими свойствами, определяемыми структурой их молекул [40, 41].
Ослабление лазерного излучения в. растворах фуллеренов в основном происходит за счет двух механизмов: ОНП и светоиндуцированного термического рассеяния (СИТР). Процессы заселения и опустошения-энергетических уровней фуллерена подобны процессам; описанным выше Ві случае РОС (рис. 1.1). Наряду с поглощением света с основного уровня, присутствует интерконверсия между синглетными И триплетными уровнями и процессы поглощения света с возбужденных синглетных и, триплетных уровней. С ростом интенсивности падающего лазерного излучения увеличиваются заселенности возбужденных уровней. Если сечение возбуждения с возбужденных уровней больше, чем сечение перехода с основного уровня, возникает процесс ОНП.
При больших значениях плотности энергии падающего излучения к ОНП добавляется- механизм СИР, который в фуллеренсодержащих средах связан с трансформацией мелкомасштабной пространственной неоднородности (1-10 мкм) профиля интенсивности падающего пучка в неоднородность нагрева среды. Это приводит к возникновению неоднородностей плотности и показателя преломления среды и к рассеянию излучения на этих неоднородностях, что вызывает заметное ослабление осевой яркости прошедшего лазерного излучения, т.е. дополнительное ограничение выходной мощности лазера с ОЛИ. Влияние ОНП проявляется в широком диапазоне пико- и фемтосекундной длительности лазерных импульсов. Механизм СИР имеет место для длительностей импульсов, превышающих единицы наносекунд, но при этом существенен в более широком спектральном диапазоне, чем в случае ОНП [42].
Первые упоминания об ограничителях интенсивности лазерного излучения на основе фуллеренов содержатся в [43]. Линейное поглощение толуолового раствора фуллерена Сбо в толуоле было велико Я 500 нм, а на Я 700 нм оно практически отсутствует. Поглощение из триплетного состояния наблюдается в диапазоне Я от 400 нм до 800 нм, причем, наиболее сильное поглощение происходит в области Я = 700 - 800 нм. В связи с действием этих двух механизмов существует возможность достижения широкого диапазона работы ОЛИ.
Свойства ОЛИ на основе жидкокристаллического (ЖК) композита, содержавшего С6о в толуоле, были подобны свойствам ограничителя интенсивности лазерного излучения на основе толуолового раствора фуллерена С60, для которого значения КО, полученные с излучением II гармоники Nd лазера (Я = 532 нм, WIS 3 Дж/см2, Т0 = 80 %) достигали 10 и 30 {WIS 1,5 Дж/см2, Т0 = 63 %) (рис. 1.2) [44-46]. Увеличение значения КО от 10 до 30 при снижении Т0 от 80 до 63 % (даже при уменьшении значения WIS) связаної с ростом населенности нижнего возбужденного уровня.
В работах [47-49] были проведено исследование ОЛИ на пленочных ЖК композитах. В состав композитов входили 2-6 % раствор полиимида 6В в тетрахлорэтане, раствор мелкодисперсного порошка фуллеренов С6 ь С7о и смеси Сб(/С7о концентрацией 0,1-10 % в поливиниловом спирте и капель нематического ЖК размером 2-3 мкм. Толщина пленок была 1-10 мкм.
Многослойные ограничители
Одна из проблем проведения экспериментальных исследований; в окрестности КТР и в области лабильного фазового состояния жидкостей состоит в необходимости отделения эффектов; не связанных, с критическими явлениями по обе стороны спинодали. С одной стороны, удаление начальной температуры термостабилизации Т0 от критической уменьшает в системе степень развития флуктуации; что приводит к. падению роли затравочной структуры в процессе светоиндуцированного рассеяния, с другой, увеличение глубины, внедрения в область неустойчивости; определяемою величиной конечной температуры системы Тп, позволяет исследовать состояния; отличающиеся широким диапазоном степени лабильности: Помимо этого, решающее значение: при проведении исследований имеет «чистота приготовления» лабильного состояния; зависящая от скорости перевода (внедрения) системы из области фазовой стабильности в область фазовой неустойчивости: она должна быть заведомо выше скорости релаксационных диффузионных процессов в системе в состоянии фазовой неустойчивости [99].
Удовлетворить такие жесткие требования, предъявляемые к экспериментальной-методике, когда традиционные способы создания лабильного фазового состояния в системе оказываются непригодными, можно с помощью оптотермодинамического метода. Его сущность заключается в возможности изменения термодинамического состояния жидкости при нерезонансном взаимодействии с ней мощного оптического излучения [100]. Привлекательность использования этого метода, в данном случае, состоит в возможности широкого варьирования интенсивности и длительности действий импульса света, в то время как даже слабое поглощение жидкостью оптического излучения приводит к объемному энерговыделению и изменению при этом термодинамического состояния в системе.
Для измерения оптотермодинамических характеристик в работе использовался экспериментальный стенд, одним из элементом которого являлся импульсный неодимовый лазер (Лгеп = 1,06 мкм, т =50 — 60 не). Плотность энергии падающего на жидкость излучения WIS доходила до нескольких десятков Дж/см . Лазер работал в режиме одиночных импульсов с интервалом — 3 мин В лазерном квантроне размещались, активный элемент 0І5x240 из неодимового стекла ГЛС-1 и две импульсные ксеноновые лампы ИФП-8000, работавшими в однократном режиме от разрядного контура с емкостью от 1,2ч-2,4 мФ и индуктивностью 50 мГн. Максимальная электрическая энергия накачки составляла 7,5 кДж. Лазерный квантрон имел воздушное охлаждение, с температурой охлаждающего воздуха на выходе вихревой трубки в районе 0-5 С.
Резонатор лазера был образован двумя плоскими зеркалами с многослойным диэлектрическим покрытием, расположенными на расстоянии 150 см. Одно из зеркал имело коэффициент отражения 40 %, а второе - 99,5 %. Угол расходимости лазера был 10 мин.
Работа лазера производилась как в режиме модулированной добротности, так и в свободной генерации. Модуляция излучения осуществлялась с помощью пассивного жидкостного лазерного затвора на основе просветляющего красителя или нелинейного кристалла фторида лития-иттрия (LiYF4:Nd).
Юстировка и исследование реакции системы на оптотермодинамическое воздействие производилось с помощью зондирующего одномодового пучка излучения He-Ne лазера ЛГ 52-3 с мощностью 0,5 мВт и диаметром лазерного пучка 1 мм.
С целью улучшения равномерности распределения лазерного излучения, падающего на кювету с раствором, лазерный пучок, имевший первоначальный диаметр 20 мм, диафрагмировался до размера 7 мм, что позволяло вырезать центральную, наиболее однородную часть пучка. Энергия импульсов излучения лазера поддерживалась постоянной, при этом необходимое уменьшение плотности энергии WIS осуществлялось с помощью набора нейтральных светофильтров. Измерение WIS производилось с помощью твердотельного калориметра RJP-700 путем вывода части лазерного излучения из резонатора лазера с использованием оптических клиньев, расположенных под небольшим углов ( 10) к оптической оси системы. Точность измерения WIS в центре пучка падающего излучения при этом контролировалась и не превышала ± 3 %, что обеспечивалось путем предварительной градуировки системы измерений WIS.
Внедрение растворов в область фазовой лабильности осуществлялось в результате светоиндуцированного нагрева их при поглощении действовавшего на них излучения лазера (1) с длительностью импульса излучения т = 1,5 мс при плотности мощности (интенсивности) излучения N/S 250 кВт/см2 (рис. 2.6). Для отсечения ненужной части излучения использовалась диафрагма (3). Измерения временного распределения мощности излучения лазера на выходе и входе из кюветы с раствором осуществлялись с использованием фотоэлементов ФД-24 (5, 10), сигнал с которых подавался на двулучевой запоминающий осциллограф фирмы «Tektronics». Измерение интенсивности излучения на входе производилось с помощью отклоняющего лазерное излучение оптического клина (4) и измерителя энергии (6). Интенсивность излучения измерялась после прохождения термостабилизированной кюветы (7) с термостатом (8) с помощью оптического клина (9) и измерителя энергии (11). Для осуществления контроля за поперечным сечением лазерного пучка использовалась засвеченная фотобумага 12.
Измерение спектральных характеристик неинейных оптических сред
Более удобным по сравнению с предыдущим вариантом ОЛИ является монолитный ограничитель интенсивности лазерного излучения, состоящий из корпуса, ориентированного вдоль направления распространения падающего излучения, с собирательными линзами, размещенными на торцах корпуса [84]. Ограничение высокоинтенсивного оптического достигалось за счет двухфотонного поглощения в материале корпуса ОЛИ - ZeSe и ZnS в видимом диапазоне спектра, дихлорида меди в УФ диапазоне спектра и HgCdTe в ИК-диапазоне спектра. Недостатками такого ОЛИ являются высокая токсичность применяемых веществ, малое линейное пропускание и узкая полоса линейного пропускания- в рабочей области спектра твердотельных материалов ОЛИ и их малая лучевая прочность: при попадании сфокусированного излучения в периферийные участки ограничителя, вероятно, его оптическое разрушение [85].
Указанные недостатки были преодолены за счет того, что корпус ОЛИ, описанного в настоящем параграфе, содержал внутреннюю полость, заполненную нелинейной средой, которое обладает нелинейным динамическим поглощением.
Возможность ослабления мощного оптического излучения в таком ОЛИ связана с явлением сильного рассеяния падающего высокоинтенсивного излучения под действием эффекта светоиндуцированного спинодального распада в расслаивающем растворе с нижней критической точкой, расположенном в замкнутом объеме внутренней полости корпуса ограничителя. В качестве нелинейной оптической среды в нем были использованы водные растворы триэтиламина и 2-бутоксиэтанола (бутилцеллозольва). Эти вещества практически прозрачны в видимой и ближней ИК-областях спектра (рабочей области спектра ограничителя) и могут применяться в качестве нелинейной оптической среды моноблочного ограничителя лазерного излучения [114].
Преимуществом такого ОЛИ является высокое начальное пропускание и широкий интервал рабочих длин волн, обеспечивающий нейтральное окрашивание поля зрения оптических приборов. Это достигается применением портативного моноблочного ОЛИ» лазерного излучения с внутренней полостью, заполненной нелинейной, которое средой обладает нелинейным динамическим поглощением.
Выбор габаритных размеров зависит от условий применения моноблочного ограничителя (необходимого фокусного расстояния, размера пятна фокусировки). Использование такого моноблочного ограничителя исключает влияние внешней среды, так как весь процесс ограничения лазерного излучения происходит в в среде, находящемся, во внутренней полости корпуса.
На рис. 4.10 показана конструкция моноблочного ограничителя интенсивности лазерного излучения, корпус 1 которого ориентирован вдоль направления распространения падающего излучения 2, с собирательными линзами 3, 4, расположенными на торцах корпуса 5, и нелинейной оптической средой 6, помещенным во внутреннюю полость 7 корпуса ограничителя. Если фокусные расстояния линз 3 и 4 равны Ft и F2 соответственно, а линзы находятся на расстоянии L друг от друга, то при L = F; + F2, низкоинтенсивное падающее излучение свободно проходит через ограничитель, причем линза 3 фокусирует падающее излучение на рабочее вещество 6 ограничителя, а линза 4 придаёт выходящему излучению 8 первоначальную форму [115].
В случае падения на ОЛИ высокоинтенсивного излучения линза 3 фокусирует падающее излучение в нелинейная среда 6 ограничителя, увеличивая плотность мощности (и энергии падающего излучения) до уровня, при котором происходит динамическое поглощение лазерного излучения, что создает условия ограничения его интенсивности в среде ограничителя.
Для осуществления работы растворов не требуется точное соблюдение критической концентрации растворов, так что концентрация расслаивающихся растворов может составлять с 6 = (Скр ± 2) мае. %, а рабочая температура растворов должна быть менее их критической температуры (tpa0 thp).
Время срабатывания расслаивающихся растворов с нижней критической точкой может составлять от нескольких не до нескольких мкс, что обеспечивает высокую скорость включения ОЛИ на таких нелинейных оптических средах.
В результате применения жидких нелинейных оптических средах обеспечивается стойкость к оптическому повреждению (оптическая прочность) моноблочного ограничителя, так как в отличие от твердой нелинейной среды в жидкости достигается восстановление ее прочностных свойств между циклами работы ограничителя за счет конвекции жидкости.
Были проведены измерения коэффициента ослабления КО излучения лазера на неодимовом стекле с длительностью импульса, излучения г = 1,5 мс при плотности мощности (интенсивность) излучения N/S 150 кВт/см , с использованием моноблочного ограничителя лазерного излучения с корпусом из оптического стекла, во внутренней полости которого находился водный раствор ТЭА концентрации Сраб = 30 % при температуре tpa0 = 15 С. Значение КО составило 5. При измерения КО излучения того же лазера, с использованием водного раствора 2-бутоксиэтанола концентрацией с б = 28 % при температуре tpa0 = 45 С, КО з: Моноблочный ограничитель интенсивности лазерного излучения может применяться, например в бинокле или другом оптическом приборе для защиты фотоприемных устройств и органов зрения от разрушения и ослепления излучением высокой интенсивности.
Ослабление интенсивности лазерного излучения в расслаивающихся растворах
Проведено измерение зависимостей плотности энергии прошедшего излучения E/S от плотности энергии падающего излучения WIS и зависимостей пропускания растворов Т от плотности мощности падающего излучения N IS приведены на рис. 3.13 - 3.24.
В полиметиновых красителях ПК 789, ПК 792, ПК 823, ПК 842 и ПК 877 обнаружен заметный эффект ослабления интенсивности видимого излучения II гармоники HAT:Nd лазера (Лв = 532 нм) и УФ излучения (Яв = 308 нм) XeCl лазера при N/S« 10 МВт/см2. В случае соединения ПК 792 в этаноле значение максимальное значение коэффициента ослабления достигало КО = 25-35 при N/S= 150-250 МВт/см2.
Для соединений ПК 823, ПК 842 и ПК 877 в этаноле эффект ослабления меньше, чем в случае красителя ПК 792: при N/S= 200-250 МВт/см2 КО 10; в водном растворе соединения ПК 877 ослабление мало: при N/S = 100-250 МВт/см2 КО » 2-3. Растворы мероцианиновых пирановых красителей ДЦМ в этилацетате позволяют несколько ослабить интенсивность излучения на X = 532 нм. Значение Т падает здесь от 70 % до 10-20 % (КО = 3-6) при N/S = 200-300 МВт/см2. Эффект ослабления излучения выше для соединения ДЦМ 187-2. В растворах дифталоцианина лютеция в этаноле и хлороформе получено небольшое ослабление на Яв = 532 нм: уменьшение Т от 70 % до 20-25 % (КО « 3) при N/S = 100-200 МВт/см2. Проведено исследование растворов мероцианиновых пирановых красителей ДЦМ и ДЦМ 684 и полиметиновых красителей ПК 792 и ПК 7098 по методике Z-сканирования на длине волны лазерного излучения 532 нм при длительности импульса 350 пс. Определены нелинейные параметры нелинейный показатель преломления р, сечение поглощения аг между первым и вторым возбужденными синглетными уровнями красителей, нелинейный __ коэффициент поглощения, действительная часть Re%(3) и мнимая часть lm%0) нелинейной восприимчивости третьего порядка %(3) Из приведенных в данной главе данных видно, что действительная часть восприимчивости третьего порядка Re (3) мала по сравнению с мнимой частью Inr/3 - Следовательно, в исследованных растворах органических красителей практически отсутствует нелинейная рефракция. Наибольшую нелинейность среди исследованных веществ проявляет раствор полиметинового красителя ПК-7098 в ПГК.
В Главе 4 рассмотрена возможность использования коллоидов наночастиц различных материалов для ограничения интенсивности мощного лазерного излучения. В результате выявлены наночастицы металлов и углеродсодержащие суспензии с наибольшим КО. Несмотря на меньшие коэффициенты ослабления по сравнению, например, с растворами красителей, работающих на механизме обратного насыщенного поглощения, среды, где активным материалом являются наночастицы, имеют конструктивные преимущества и могут успешно с ними конкурировать при ограничении наносекундных и более длинных импульсов. К основным преимуществам коллоидов наночастиц можно отнести: отсутствие окраски (или слабую окраску) среды; широкий спектральный диапазон работы (весь видимый и ближний ИК диапазон); отсутствие насыщения поглощения (просветления) при больших интенсивностях возбуждения.
В расслаивающихся растворах с нижней критической точкой расслоения ТЭА/вода- и БТЭ/вода был обнаружен светоиндуцированный спинодальный распад, который происходил при оптотермодинамическом переводе растворов через критическую точку под действием лазерного излучения. Это приводит к созданию в РР лабильного состояния (фазовой неустойчивости), релаксация которого в устойчивое состояние происходит с образованием микрогетерофазных неоднородностей концентрации и последующим расслоением. Объемный рост новой фазы сопровождается появлением неоднородностей показателя преломления, что вызывает усиление рассеяния излучения вблизи критической температуры. Концентрация раствора вблизи ее критического значения может меняться в достаточно широких пределах .
Приведены результаты измерений зависимостей пропускания исследованных растворов от плотности мощности падающего лазерного излучения N/S, полученные при различных начальных отклонениях от критической температуры АТА = Thp - Тл. Ослабление падающего излучения растет при уменьшении АТп и достигает максимального значения КО в 4 для РР ТЭА/вода при минимальном значении АГ„ = 0,005 С и N/S 40 кВт/см2 (плотности энергии излучения WIS-- 60 Дж/см"). В случае РР БТЭ/вода при минимальном значении АТп = 0,1 С и N/S 40 кВт/см (плотности энергии излучения WIS -60 Дж/см ) значение КО-2,5.
Были проведены измерения коэффициента ослабления КО излучения лазера на неодимовом стекле с длительностью импульса излучения т = 1,5 мс при плотности мощности (интенсивность) излучения N/S 150 кВт/см , с использованием моноблочного ограничителя лазерного излучения с корпусом из оптического стекла, во внутренней полости которого находился водный раствор ТЭА концентрации Сраб = 30 % при температуре tpa6 = 15 С. Значение КО составило 5. При измерения КО излучения того же лазера, с использованием водного раствора 2-бутоксиэтанола концентрацией Сраб = 28 % при температуре tpa6 = 45 С, его значение составило - 3.
