Содержание к диссертации
Введение
1 Оптическое ограничение углеродными частицами: механизмы и материалы 12
1.1 Механизмы оптического ограничения 12
1.1.1 Обратное насыщенное поглощение 15
1.1.2 Двухфотонное поглощение 19
1.1.3 Вынужденное рассеяние 20
1.2 Углеродсодержащие материалы для оптических ограничителей 24
1.2.1 Фуллерены и их производные 24
1.2.2 Дисперсии частиц технического углерода 25
1.2.3 Дисперсии углеродных нанотрубок
1.3 Дизайн оптических ограничителей 35
1.4 Выводы 41
2 Оптическое ограничение дисперсиями углеродных наноструктур в воде 43
2.1 Аппаратура и методика измерения параметров оптических ограничителей 43
2.1.1 Описание экспериментальной установки 44
2.1.2 Методика измерений 47
2.2 Оптическое ограничение дисперсиями полиэдральных углеродных наночастиц 52
2.2.1 Материалы 52
2.2.2 Результаты экспериментов 56
2.2.3 Выводы 63
2.3 Сравнительное исследование оптического ограничения в водных дисперсиях шунгитового углерода и агрегатов фуллерена 64
2.3.1 Введение 64
2.3.2 Материалы 66
2.3.3 Результаты и обсуждение 67
2.3.4 Выводы 72
2.4 Оптическое ограничение дисперсиями углеродных нанотрубок 73
2.4.1. Введение 73
2.4.2 Материалы 73
2.4.3 Результаты и обсуждение 76
2.4.4 Влияния размера пучков 78
2.4.5 Вывод 82
2.5 Сравнение оптического ограничения в моноимпульсном режиме в водных дисперсиях углеродных наночастиц 83
3 Практические среды для оптических ограничителей импульсно-периодического лазерного излучения 84
3.1 Дисперсии однослойных углеродных нанотрубок в антифризах 85
3.1.1 Материалы 85
3.1.2 Результаты и обсуждение 87
3.1.3 Выводы 91
3.2 Дисперсии углеродных нановолокон в полидиметилсилоксане 93
3.2.1 Материалы 93
3.2.2 Результаты 94
3.2.3 Выводы 100
3.3 Сравнение оптического ограничения в импульсно-периодическом режиме в жидкостях с низкой температурой плавления 101
4 Реализации устройств с оптическими ограничителями 102
4.1 Разработка нелинейно-оптического модуля защиты глаз от лазерного излучения в наблюдательных приборах 102
4.1.1 Введение 102
4.1.2 Конструкция телескопа с защитными фильтрами 103
4.1.3 Рабочие характеристики прицела с защитными элементами 107
4.1.4 Выводы 109
Заключение 110
Список литературы 113
- Углеродсодержащие материалы для оптических ограничителей
- Оптическое ограничение дисперсиями полиэдральных углеродных наночастиц
- Дисперсии углеродных нановолокон в полидиметилсилоксане
- Рабочие характеристики прицела с защитными элементами
Углеродсодержащие материалы для оптических ограничителей
Нелинейно-оптические процессы, используемые для создания устройств, ограничивающих мощное лазерное излучение, можно подразделить на процессы, связанные с нелинейной рефракцией, нелинейным поглощением и вынужденным рассеянием излучения. Эти явления могут возникать вследствие различных процессов, происходящих в материале, при воздействии интенсивным полем световой волны. Так, например, нелинейная рефракция может происходить вследствие переориентации молекул, возникновения оптического эффекта Керра, генерации свободных носителей заряда, фоторефракции или разогрева материала излучением. Нелинейное поглощение возникает при многофотонном поглощении, поглощении из возбуждённых состояний, поглощении свободными носителями заряда. Вынужденное рассеяние, обычно является следствием разогрева материала излучением или генерации микроплазмы в среде. Оптически вызванные фазовые переходы также обычно термического происхождения. В реальных средах вследствие интенсивного облучения часто возникает более чем один из названных механизмов.
Все оптические нелинейности можно разделить на мгновенные и кумулятивные. Для первого типа оптической нелинейности, объемная плотность поляризации, возникающая из-за приложенного электрического поля световой волны, появляется практически моментально. Для такого рода взаимодействий амплитуда плотности поляризации, обычно раскладывается в ряд Тейлора по амплитуде электрического поля, Е, Р = е0[х Е+х{2)ЕЕ+х{3)ЕЕЕ + ], (1) где это тензор электрической восприимчивости п-го порядка. Первый член, (1) отвечает за линейное поглощение и линейный коэффициент преломления, в то время как остальные члены связаны c нелинейно-оптическими эффектами. Коэффициент (2) может отличаться от нуля только в нецентросимметричных материалах. В таких материалах возможна генерация суммарных и разностных гармоник, оптическое выпрямление и электрооптический эффект. Член (3) отвечает за процессы, приводящие к оптическому ограничению. Наиболее важными процессами здесь являются двухфотонное поглощение, которое связано с мнимой частью (3) и, оптический эффект Керра, который связан с вещественной частью (3).
В отличие от мгновенных нелинейностей, кумулятивные нелинейности возникают при взаимодействии излучения с веществом, накопившим некоторое количество энергии. Такие кумулятивные нелинейности, в общем случае, диссипативны, то есть они требуют переноса энергии от излучения в среду. Поэтому, в противоположность мгновенным нелинейностям, которые зависят от мгновенной интенсивности в среде, кумулятивные нелинейности обычно зависят от плотности энергии, которая создаётся в среде. Примерами таких кумулятивных нелинейностей являются процессы нелинейного поглощения, такие как поглощение с возбуждённых уровней, поглощение свободными носителями заряда, а также процессы нелинейной рефракции, связанные с генерацией свободных носителей заряда или нагревом среды излучением. Этот тип нелинейностей также может иметь распределённый характер, то есть плотность объёмной поляризации, наведённая в точке с координатой r, может зависеть от плотности энергии в точке с координатой r. Примером такого процесс применительно к оптическому ограничению может служить фоторефрактивный эффект.
Кумулятивные нелинейности могут, в общем случае, зависеть только от плотности энергии (а не от интенсивности) падающего излучения и, поэтому могут быть использованы для конструирования оптических ограничителей с характеристиками независящими от длительности падающего импульса. Резонансный характер кумулятивных нелинейностей, однако, часто проявляет себя в наличие сильной зависимости характеристик устройств, работающих на этом принципе, от длины волны падающего излучения. В то время как оптические ограничители, работа которых основывается на мгновенных нелинейностях, могут быть широкополосными. Однако, такие ограничители требуют больших интенсивностей излучения и, чаще всего, могут быть эффективно использованы для ограничения очень коротких импульсов.
Все из упомянутых выше нелинейно-оптических процессов могут быть использованы для реализации оптического ограничения. Рис. 1 схематично иллюстрирует применение некоторых из этих процессов в схемах оптических
Рис. 1 (а) схематично показывает вынужденное поглощение, такое как обратное насыщенное поглощение, двухфотонное поглощение и поглощение свободными носителями заряда. Рис. 1 (б)-(г), изображают соответственно ограничители, работающие по принципу самодефокусировки, самофокусировки и вынужденного рассеяния. И, наконец, рис. 1 (д) и (е) иллюстрируют различные схемы, использующие фоторефрактивный эффект. Хотя часто случается так, что произвольно взятый материал демонстрирует несколько нелинейно-оптических свойств, для простоты эффект от каждого нелинейно-оптического процесса изображён на рис. 1 отдельно. Ниже более детально будут рассмотрены механизмы оптического ограничения, которые присутствуют в материалах на основе углеродных наночастиц.
В середине 60-х годов прошлого века, вскоре после открытия лазеров, многие исследователи вели научный поиск красителей, которые можно было бы использовать в качестве пассивных модуляторов добротности лазеров. Для этой задачи необходимо было найти красители с насыщающимся поглощением, которые просветлялись бы под воздействием интенсивного облучения. Авторы работы [22] в 1967 году изучали семейство кубовых красителей и обнаружили, что некоторые образцы не только не просветлялись, но наоборот их пропускание становилось меньше при высокой интенсивности облучения. Так впервые было обнаружен эффект обратного насыщенного поглощения (ОНП).
ОНП возникает в молекулярных системах, в которых сечение поглощения из возбуждённого состояния превосходит по величине сечение поглощения из основного состояния. Этот процесс можно продемонстрировать с помощью системы, состоящей из трёх энергетических уровней, продемонстрированной на рис. 2. Сечение поглощения из основного состояния 1 – 1, 2 – сечение поглощение с первого возбуждённого уровня 2 на второй возбуждённый уровень 3.
Время жизни первого возбуждённого уровня 2. Когда материал начинает поглощать излучение, первый возбуждённый уровень начинает заселяться и давать вклад в общее сечение поглощение. Если 2 меньше чем 1, то материал становится более прозрачным или иными словами просветляется, таким образом, такой материал относится к насыщаемым поглотителям. Если 2 больше чем 1, то общее поглощение возрастает и материал относится к обратно насыщаемым поглотителям.
Оптическое ограничение дисперсиями полиэдральных углеродных наночастиц
В процессе изготовления фуллеренов и нанотрубок, также образуются полиэдральные углеродные наночастицы (ПэУНЧ). В работах [52,53] исследуется процесс роста углеродных нанотрубок и полиэдральных частиц в дуговом разряде. Как фуллереноподобные структуры, такие частицы представляют интерес в смысле нелинейно-оптических свойств, поэтому они и были нами исследованы в применении к оптическому ограничению.
Использованные нами для исследования ПэУНЧ, производятся в Санкт-Петербурге ЗАО «Астрин» и имеют торговое название «астрален». Процедура получения, выделения и очистки ПэУНЧ была запатентован ЗАО «Астрин» [54].
На электронной микрофотографии ПэУНЧ видна их полиэдральная структура, см. рис. 8. Полиэдр состоит из больших ( 15 нм) плоских бездефектных (sp2) граней, соединённых между собой рёбрами с дефектной структурой (пятиугольные углеродные ячейки и другие дефекты). Грани частицы состоят из 20-50 графеновых слоёв с расстоянием между слоями 0,34 нм. Средний размер частиц составляет порядка 40 нм. Рис. 8. Электронные микрофотографии образца полиэдральных углеродных наночастиц («астрален»).
Подробное изучение структурных и физических свойств образцов ПэУНЧ, использованных нами для приготовления дисперсий для оптического ограничителя, было проведено в работах [55,56]. Результаты показали необычные электронные и магнитные свойства этих частиц. Каждая из частиц имеет замкнутую сеть делокализованных -электронов, сконцентрированных на относительно больших ( 15 нм) площадках, представляющих собой графеновые плоскости. Такая электронная структура определяет, как высокую электрическую и магнитную восприимчивости частицы, так и полупроводниковые свойства этого материала, близкие к графиту.
Перед приготовлением дисперсии порошок ПэУНЧ очищали от остаточных примесей сажи. Для этого 10 г лиофильно высушенного порошка ПэУНЧ помещали в 500 мл колбу, содержащую 400 мл ацетона. Тщательно перемешивали на магнитной мешалке и помещали в ультразвуковую баню. В процессе обработки ультразвуком происходила разагрегация ПэУНЧ и высвобождение в объем растворителя примеси сажи. Сажа собиралась на верху колбы в виде пленки.
Процедуру по вышеприведенной схеме повторяли несколько раз до практически полного удаления сажи. Далее в емкость, содержащую 300 мл воды помещали 0.12 г (0.04%) поверхностно активного вещества. Смесь тщательно перемешивали при температуре 50С на магнитной мешалке в течение 3 часов. Затем полученный раствор фильтровали через фильтр Шотта (Jena) 3G3 в колбу и использовали в дальнейшем для приготовления дисперсии.
Затем в емкость, содержащую 100 мл раствора, содержащего поверхностно активное вещество, помещали 0.1 г ПэУНЧ. Смесь обрабатывали ультразвуком в ультразвуковой ванне при 40 КГц в течение 14 часов.
Затем полученную непрозрачную дисперсию остужали и оставляли выстаиваться в 100 мл цилиндре с притертой пробкой для оседания крупных частиц в течение 2 недель в темноте. Затем надосадочную дисперсию сливали с образовавшегося осадка, тщательно перемешивали и снова оставляли выстаиваться в течение 2 недель в темноте. Процедуру отстаивания повторяли 5-7 раз до тех пор, пока дно цилиндра будет свободным от осадка. Полученная дисперсия ПэУНЧ не оседает в течение длительного времени и сохраняет исходное пропускание.
Спектр поглощения дисперсии ПэУНЧ в воде представлен на рис. 9 (а). В области 200-300 нм наблюдается полоса поглощения, вызванная плазмонным резонансом делокализованных -электронов. В области от 300 до 800 нм наблюдается монотонный спад поглощения, в области 800-1200 нм поглощение приблизительно постоянное. В видимой области спектра нет полос поглощения, а изменение поглощения невелико, это обеспечивает бесцветность дисперсии. На рис. 9 (б) приведена фотография кюветы с дисперсией ПэУНЧ в спирте, демонстрирующая нейтральный цвет оптического ограничителя на её основе. Рис. 9. а) Спектр поглощения дисперсии астралена в воде; б) Образцы растворов с фуллереном С60 (слева), с высшими фуллеренами (справа), дисперсия ПэУНЧ в спирте (по середине), микропористые пластины допированные фуллеренами. Водная дисперсия ПэУНЧ, приготовленная по приведённой выше технологии сравнивалась, в экспериментах по измерению зависимости пропускания от энергии падающего сигнала, с водной дисперсией ЧТУ. Дисперсия ЧТУ была выбрана в качестве дисперсии с хорошо изученными нелинейно-оптическими свойствами.
Приготовление дисперсии ЧТУ производилось следующим образом. В начале приготавливали раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ) в воде. В качестве ПАВ использовался катионный детергент – гексадецилтриметиламониум бромид (Fluka). Массовая концентрация ПАВ в приготовленном растворе составляла 0,03%. Навеска (8,5 мг) порошка технического углерода (Sigma Aldrich) со средним размером агрегатов 50 нм добавлялась к 100 мл раствора ПАВ и обрабатывалась на ультразвуковой установке по схеме: (10 мин – обработка, 10 мин – охлаждение дисперсии) 3 раза. После этого полученную дисперсию центрифугировали при 4000 об/мин в течении 15 мин. Далее отбиралась надосадочная часть дисперсии, примерно 3/4 от общего объёма. Пропускание дисперсии ЧТУ в слое 10 мм доводилось до пропускания дисперсии ПэУНЧ для каждой длины волны, на которой проводилось измерение нелинейного пропускания. На рис. 10 представлены спектры пропускания исследованных образцов, приготовленных для выполнения нелинейно-оптических измерений на длине волны 1064 нм.
Дисперсии углеродных нановолокон в полидиметилсилоксане
Нелинейное рассеяние в свою очередь сильно зависит от размера рассеивающих центров. Частицы технического углерода, полиэдральные углеродные наночастицы, частицы шунгитового углерода и углеродные нановолокна – это довольно большие частицы с диаметрами в диапазоне 25-100 нм. В то время как ОУНТ – это частицы диаметром порядка 1 нм. Данный факт может быть причиной более слабого нелинейного рассеяния в дисперсии ОУНТ по сравнению с другими исследованными дисперсиями. В связи с этим представляет интерес исследовать то, как влияет размер пучков нанотрубок в дисперсии на эффект оптического ограничения. Данные исследования были проведены и описаны в следующем разделе.
Структура и размер углеродных частиц является важным вопросом для оптимизации работы нелинейно-оптической среды. В работе [85] обсуждается влияние структуры углеродных нанотрубок на параметры оптического ограничения. В работе АИГ:Nd3+ лазером (с длиной волны 532 нм и длительностью импульса 15 нс) исследуются образцы водных дисперсий индивидуальных однослойных нанотрубок (диаметр 1,35±0,15 нм, длина 1 мкм) и пучков (диаметр 10-15 нм, длина 1 мкм) однослойных нанотрубок, объединенных в гексагональную кристаллическую структуру. Кроме того, были исследованы укороченные однослойные нанотрубки с длиной менее 100 нм. Наряду с однослойными в работе были исследованы также многослойные нанотрубки различного диаметра (10-20 нм, 20-50 нм) и длины ( 1, 1-5 и 5-20 мкм). В результате было показано, что оптическое ограничение дисперсиями нанотрубок (как однослойных, так и многослойных) различной длины имеет практически одинаковые параметры. Таким образом, в работе делается вывод о том, что длина нанотрубок не является тем структурным параметром, который влиял бы на свойства оптического ограничения таких дисперсий. Однако, была явна показана зависимость параметров оптического ограничения от диаметра наночастиц. Так, пороги нелинейности были соответственно 100, 200 и 400 мДж/см2 соответственно для образцов дисперсий многослойных нанотрубок (диаметр 20-50 нм), пучков однослойных нанотрубок (диаметр 10-20 нм) и однослойных индивидуальных нанотрубок (диаметр 1,4 нм). В работе было предложено два возможных объяснения наблюдаемых результатов.
Во-первых, поверхность нанотрубок большего диаметра являются центром для образования неоднородностей (пузырей) большего диаметра. При этом избыточное давление в пузыре большего диаметра, в соответствии с законом Лапласа-Юнга (17), меньше избыточного давления в пузыре меньшего диаметра.
Следовательно, для создания пузырей на нанотрубках большего диаметра необходимо совершить меньшую работу, то есть затратить меньше энергии. После образования пузыря, он должен вырасти до необходимых размеров (сопоставимых с длиной волны падающего излучения) для того, чтобы эффективно рассеивать проходящий лазерный пучок. Процесс роста пузыря зависит от термодинамических характеристик окружающей его жидкости, но также от начального его размера. При прочих равных условиях, изначально большему пузырю потребуется меньше времени для роста до необходимого размера.
Во-вторых, возможно, что из-за изменений в свойствах плазмонного резонанса, сечение поглощения для пучков нанотрубок больше сечения поглощения индивидуальных нанотрубок.
В работе [86] обсуждается влияние растворителя на процесс оптического ограничения в дисперсиях чернил. Авторы приходят к выводу, что жидкости, используемые для приготовления дисперсий, влияют на процесс оптического ограничения наносекундных лазерных импульсов не только благодаря своим термодинамическим параметрам, но и тем, что определяют размеры агрегатов диспергированных частиц. В рамках исследованных дисперсий, дисперсии с большими агрегатами показали лучшие параметры оптического ограничения.
В работе [87] методом вырожденного четырёхволнового смешения показано, что сигнал дифракции от дисперсии с частицами технического углерода большего диаметра в 20 раз более интенсивный, чем сигнал от дисперсии с частицами технического углерода меньшего диаметра. При этом дисперсия с частицами меньшего диаметра обладает большим сечением поглощения, чем дисперсия с частицами большего диаметра. Больший сигнал дифракции может объясняться тем, что хоть дисперсия с большими частицами и поглощает меньше, однако индивидуально каждая её частица способна накопить больше энергии, чем маленькая частица, и, поэтому она отдаёт в окружающую жидкость больше энергии и способна преобразовать в пар больший объём жидкости.
Для исследования влияния размеров наночастиц на эффект оптического ограничения в рамках данной работы были приготовлены дисперсии ОУНТ с различным количеством нанотрубок в пучках. Для этого были приготовлены дисперсии ОУНТ, так как описано выше, однако при приготовлении дисперсий применялось различное время ультразвуковой обработки, а именно – 1, 15 , 60 и 180 минут. После обработки ультразвуком, было произведено
ультрацентрифугирование полученных дисперсий в течение 1 часа. Для дальнейших исследований использовалась надосадочная часть, полученных образцов. Обработка ультразвуком приводит к разагрегации пучков однослойных нанотрубок на отдельные (индивидуальные) нанотрубки. Соответственно, при увеличении времени обработки ультразвуком в полученных дисперсиях, увеличивается содержание индивидуальных нанотрубок и уменьшается содержание их пучков.
На рис. 24 представлена зависимость пропускания изученных дисперсий от падающей энергии. Хорошо видно, что нелинейные характеристики дисперсий улучшаются с уменьшением времени ультрасонирования, то есть с увеличением размера пучков нанотрубок. Так, порог нелинейности уменьшается от 10 мкДж до 2 мкДж, а кратность ограничения увеличивается с 345 раз до 2080 раз. Однако необходимо отметить, что увеличение размера частиц приводит к снижению временной устойчивости дисперсии. Поэтому необходимо искать оптимальное соотношение между нелинейно-оптическими параметрами сред и их временной устойчивостью. Было определено, что дисперсии, обработанные УЗ в течение 1 часа, обладают высокой временной устойчивостью (более 1 года).
Дисперсии ОУНТ проявляют эффект оптического ограничения, который реализуется основным образом по механизму нелинейного рассеяния. Дисперсии изолированных ОУНТ проявляют более слабый эффект оптического ограничения, чем дисперсии других исследованных углеродных наноструктур (ЧТУ, ПэУНЧ, ШУ). Однако, дисперсии пучков ОУНТ в зависимости от размера пучков способны проявлять такой же эффект оптического ограничения как дисперсии ЧТУ, ПэУНЧ и ШУ.
Рабочие характеристики прицела с защитными элементами
Защита от лазерного излучения, включённая в состав телескопа состояла из двух фильтров: нелинейного и линейного. Нелинейный фильтр, представляющий собой кварцевую кювету с дисперсией УНВ в смеси ПДМС, находится после объектива, в промежуточной фокальной плоскости телескопа. После окуляра телескопа в параллельном пучке располагается линейный защитный фильтр – многоспектральный интерференционный фильтр на несколько длин волн. В следующих разделах подробно рассмотрены конструкции и характеристики разработанных и применённых защитных элементов.
Разработанный телескоп представлял собой оптическую телескопическую систему со следующими характеристиками: увеличение 1,77, диаметр входного зрачка 24 мм, угловые поля – в пространстве предметов 6, в пространстве изображений 1043. Область апохроматизации от 480 до 660 нм.
Нелинейный защитный фильтр, входящий в состав телескопа, представляет собой кювету, заполненную дисперсией УНВ в смеси ПДМС-толуол (приготовление дисперсии было описано выше в п. 3.2). Дисперсия представляла собой неокрашенную однородную жидкость, спектр пропускания которой в кювете толщиной 1 см представлен на рис. 36; среднее пропускание в диапазоне 400…1100 нм около 70%. Проведённые по специально предусмотренной программе испытания на внешние воздействия показали, что дисперсия не меняет агрегатного состояния до –60 C.
Спектр дисперсии углеродных наночастиц в кремнийорганической жидкости, использованных для нелинейного фильтра. Временная стабильность дисперсии обеспечивалась, в том числе, специальной конструкцией кюветы, а именно, кювета не имела металлических деталей и клеевых соединений, находящихся в контакте с дисперсией. Фотография кюветы приведена на рис. 37.
Фотография нелинейного фильтра. Кювета была изготовлена из кварцевого полого цилиндра, двух кварцевых окон и пробки. Толщина слоя нелинейно-оптического материала составляла 12 мм. Окна кюветы были соединены с кварцевым цилиндром методом глубокого оптического контакта (ГОК)1, крышка кюветы герметизировалась оптическим клеем. Как видно из рис. 33, порог срабатывания оптического ограничителя на основе дисперсии УНВ в ПДМС-толуол составляет 60 мкДж, что в пересчёте на плотность энергии на выходе разработанного 4 прицела составит около 210 мкДж/см2, то есть примерно в 420 раз больше ПДУ облучённости роговицы глаза для видимого диапазона длин волн. Отсюда следует необходимость применения дополнительного средства защиты: либо нелинейного низкопорогового ограничителя, либо линейного фильтра. В данной работе был применён многоспектральный узкополосный отражающий интерференционный фильтр, описанный в [7], который имеет три полосы отражения в наиболее опасных, сточки зрения лазерной угрозы, областях спектра вблизи длин волн: 355, 532 и 1064 нм. Для реализации данной задачи были разработаны системы тонкоплёночных покрытий: где П – подложка, В и Н – четвертьволновые пленки с высоким и низким показателями преломления, С – четвертьволновый слой со средним показателем преломления. Спектральная кривая системы (18) имеет максимальную прозрачность в видимой области спектра при глубоком подавлении лазерного излучения на 532 нм.
Для блокирования лазерного излучения на длинах волн 355 и 1064 нм была использована аналогичная конструкция узкополосного отражающего фильтра, с той разницей, что увеличение прозрачности системы проводилось только с длинноволновой стороны относительно полосы максимального отражения в области 355 нм: Для получения фильтра, блокирующего лазерное излучение, соответствующее длинам волн 355, 532 и 1064 нм, разработанные системы наносились на две стороны подложки (рис. 38 а). Для слоя с высоким показателем Работы по посадке окон кювет на ГОК выполнена на ОАО «Красногорский завод им. С. А. Зверева». 106 преломления (В) использовался оксид циркония, для слоя со средним показателем преломления (С) – оксид иттрия. Для слоя с низким показателем преломления (Н) был использован кварц.
Среднее расчетное пропускание фильтра в видимой области спектра составляет 86,7%, визуальное пропускание для стандартного источника Д-65 -63,5%, оптическая плотность на длинах волн 355, 532 и 1064 нм не менее 3,5, что является довольно большой величиной для такого сложно, многоспектрального фильтра. Среднее пропускание изготовленного зеркала в диапазоне 380…780 нм составляет 76%, визуальное пропускание 48%.
Рабочие характеристики прицела с защитными элементами
На рис. 40 представлены зависимости плотности энергии на выходе разработанного макета 4 оптического прицела от падающей плотности энергии при полном заполнении входной апертуры прицела (24 мм) для длин волн падающего излучения 532 и 1064 нм. Плотность энергии на выходе рассчитывалась делением энергии, попавшей в поле зрения приёмника 1,5 мрад, на площадь выходного зрачка прицела (6 мм).
Зависимости плотности энергии на выходе разработанного макета 4 оптического прицела от падающей плотности энергии при полном заполнении входной апертуры прицела (24 мм) для длин волн падающего излучения 532 и 1064 нм. Пороговая плотность энергии составляет около 15 и 30 мкДж/см2 для длин волн 532 и 1064 нм соответственно. При плотностях энергии более 10 мДж/см2 происходит необратимое разрушение передней стенки кюветы нелинейного фильтра, таким образом динамический диапазон его работы составляет около 103 крат. Максимальная (при плотности входного сигнала 10 мДж/см2) совокупная оптическая плотность защитных фильтров в составе прицела составляет величину порядка 5,5. Из графика видно, что нелинейный фильтр играет значительную роль в подавлении сигнала на выходе прицела, без его использования ПДУ облучённости роговицы глаза, размещающегося после выходного зрачка прицела, был бы превышен примерно при входной плотности энергии 0,15 и 1,5 мДж/см2 для 532 и 1064 нм соответственно.
Работа макета прицела была также проверена при частотном воздействии излучением лазера. Как было показано ранее в п.3.2, дисперсии УНВ в смеси ПДМС-толуол обладают устойчивостью к воздействию импульсно-периодического излучения на частотах повторения, как минимум до 10 Гц. На рис. 41 представлена зависимость плотности энергии на выходе макета прицела от номера импульса лазерного излучения при падении импульсов с плотностью энергии 5 мДж/см2 и частоте следования импульсов 10 Гц. Как видно, плотности энергии всех импульсов (20 шт.) на выходе не превышают уровень ПДУ. При этом просветление не наблюдается, и более того наблюдается затемнение, происходящее из-за затемнения дисперсии УНТ для большинства импульсов после первого.