25.08.2017
217.015.c20a

Нелинейно-оптический композиционный материал

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к оптико-механической промышленности, а именно к технологии получения нелинейно-оптических материалов для оптических и оптико-электронных приборов и комплексов. Нелинейно-оптический композиционный материал содержит воду, от 15 до 22 вес.% водорастворимого органического полимера, обратимо образующего жидкий раствор в интервале температур 284-298K, и фотоактивные наночастицы. Технический результат состоит в возможности восстановления свойств и структуры материала, поврежденной в результате воздействия мощного светового излучения. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к оптико-механической промышленности, а точнее к технологии получения нелинейно-оптических материалов для оптических и оптико-электронных приборов и комплексов.

Известен нелинейно-оптический композит (Патент РФ №2399940, МПК G02F 1/355, дата приоритета 21.11.2007 г., опубликовано 20.09.2010 г.), содержащий наночастицы с полупроводниковым ядром и металлической оболочкой, ядро наночастицы изготовлено из полупроводника с глубокими примесными уровнями в запрещенной зоне, причем энергетический зазор между дном зоны проводимости и примесными уровнями не превышает энергию фотонов рабочего спектрального диапазона композита. В качестве конкретных примеров нелинейно-оптических композитов в этом патенте описаны материалы, состоящие из полиметилметакрилата, содержащего: а) наночастицы оксида цинка размером 40-45 нм, имеющие покрытие из серебра толщиной 7 нм; или б) наночастицы HgO размером 70-75 нм с оболочкой из серебра толщиной 3 нм. Недостатком этого нелинейно-оптического композита является невозможность удаления повреждений структуры материала и восстановления его оптических характеристик после его облучения мощным оптическим излучением.

Известен нелинейно-оптический композиционный материал для оптического ограничения лазерного излучения в видимой и ближней ИК области спектра (Р.А. Танеев, А.И. Реснянский, М.К. Кодиров, Ш.Р. Камалов, В.А. Ли, Р.И. Тугушев, Т. Усманов "Нелинейно-оптические характеристики и оптическое ограничение в водных растворах поливинилпирролидона, допированного кобальтом" - ЖТФ, 2002, т. 72, №8, с. 58-63.), включающий металлоорганические комплексы на основе поливинилпирролидона. Описанные в этой статье результаты показали, что нелинейное поглощение этим материалом в видимой части спектра играет существенную роль в оптическом ограничении, однако в ближней ИК области спектра (λ=1,06 мкм) нелинейное поглощение отсутствует.

В работе (Ι.Μ. Belousova, D.A. Videnichev, V.M. Volynkin, S.K. Evstropiev, I.M. Kyslyakov, T.D. Murav'ova, E.G. Rakov "Nonlinear Optical Limiters of Pulsed Laser Radiation Based on Carbon-Containing Nanostructures in Viscous and Solid Matrices" - Polymers for Advanced Technologies, 2014) описаны результаты исследований по оптическому ограничению лазерного излучения композиционными золями и гелями кремнезема, содержащими углеродные наночастицы. Существенным недостатком описанных в этой работе материалов является то, что из-за частичного испарения материала в локальной области прохождения мощного светового излучения необратимо образуются видимые невооруженным глазом газовые пузырьки. Сформированная структура неорганического геля препятствует их удаления из объема материала. Таким образом, при прохождении мощного светового излучения в материале необратимо формируются макроскопические дефекты, препятствующие дальнейшему использованию оптического ограничителя.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому материалу является нелинейно-оптический материал, описанный в работе (Jiang H., DeRosa M., Su W., Brabt M., McLean D., Bunning T. Polymer host materials for optical limiting.- SPIE Proceedings, v. 3472, 0277-786X/98. Part of the SPIE Conference on Nonlinear Optical Liquids for Power Limiting and Imaging, San Diego, California, July 1998). В этой работе в качестве нелинейно-оптических материалов рассматриваются гидрогели на основе хитозана как матрицы для оптического ограничителя лазерного излучения. Гидрогели обладают более высоким порогом оптического пробоя по сравнению с твердыми полимерными материалами, такими как полиметилметакрилат (ПММА). Кроме того, в этих материалах наблюдается явление, важное для практического применения нелинейно-оптических материалов - самозалечивание дефектов структуры материала, вызванных воздействием мощного светового излучения, и восстановление их оптических свойств. Было показано, что чем больше содержание воды в гидрогеле, тем выше порог пробоя и лучше проходит самозалечивание материала. Вместе с тем, приведенные в статье экспериментальные данные свидетельствуют о том, что наиболее высокие пороги оптического пробоя и наиболее эффективное самозалечивание наблюдаются у материалов с очень низкой объемной долей полимерной фазы (менее 2%), которые близки к жидким растворам полимера. Об этом свидетельствует также и описанный в этой работе характер разрушения материала под действием мощного лазерного излучения и процесс его самозалечивания. Таким образом, важный для практики эффект самозалечивания после мощного светового воздействия, для материала, описанного в этой статье, достигается за счет наличия в его составе большого избытка жидкой фазы и практически отсутствующего структурообразующего полимерного каркаса. Это определяет существенные недостатки материала-прототипа: низкие механические, термооптические и прочностные характеристики материала.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в существенном повышении эксплуатационных характеристик нелинейно-оптического композиционного материала, заключающемся в возможности восстановления свойств и структуры материала, поврежденной в результате воздействия мощного светового излучения.

Сущность заключается в том, что разработан оптически прозрачный полимерный гелевый материала, включающий фотоактивные наночастицы, обладающие нелинейно-оптическим откликом и отличающийся тем, что при изменении температуры в пределах 10°С он способен полностью восстанавливать свою структуру, поврежденную при облучении световым излучением высокой мощности, а также свои спектральные и нелинейно-оптические характеристики во всем объеме материала. Такое свойство может быть использовано в фильтре достаточно простой конструкции (например, с включением в нее компактных электроуправляемых термоэлементов), что можно отнести к конструкционным достоинствам нового материала.

В нелинейно-оптическом композиционном материале в качестве структурообразующего компонента композиционного материала используется органический водорастворимый полимер, образующий, в определенном интервале температур, в водном растворе прозрачный гель, и позволяющий стабилизировать фотоактивные наночастицы.

В основе предлагаемого подхода к созданию нового нелинейно-оптического материала лежит использование того факта, что для определенного содержания водорастворимого полимера в воде температурный диапазон обратимого перехода из жидкого состояния раствора в гелеобразное близок к рабочему температурному диапазону ограничителей оптического излучения.

Так, например, для гидрофильного сополимера полиоксипропилена и полиоксиэтилена (плюроник F127, производитель - фирма BASF (Германия)) этот температурный диапазон обратимого перехода из гелеобразного состояния раствора в жидкое состояние составляет 11-25°С.

Обратимость и относительная высокая скорость этого перехода (для образца объемом 10 см3 время перехода составляет несколько минут) позволяет использовать его для удаления образующихся при мощном световом облучении газовых пузырьков при жидком состоянии композиционного материала.

Отличие предлагаемого материала от существующих аналогов нелинейно-оптических материалов состоит в возможности «залечивания» локальных повреждений оптического материала, вызванных мощным лазерным изучением, управляемого с помощью нагрева или охлаждения материала, предусмотренного конструкцией фильтра, выше или ниже области существования геля на фазовой диаграмме. При этом область существования геля определяет рабочий диапазон температур материала и варьируется выбором полимера и его концентрацией в материале. Линейное пропускание материала на рабочей длине волны фильтра варьируется концентрацией вводимых наночастиц, и составляет, в зависимости от назначения фильтра, несколько десятков процентов.

Разработанный композиционный материал характеризуется высокой (>1000 сП) вязкостью в диапазоне температур существования геля.

Технический результат изобретения заключается в том, что новый нелинейно-оптический композиционный материал способен при изменении температуры на ≤10 градусов обратимо восстанавливать структуру материала, поврежденную в результате облучения мощным световым излучением.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на: фиг. 1 представлена диаграмма, иллюстрирующая область химических составов и температур, в которых раствор полимера находится в гелеобразном состоянии;

фиг. 2 - нелинейная зависимость пропускания лазерного импульса длительностью 5 нс на длине волны 532 нм от энергии импульса: (1) чистый гидрогель (красная кривая); (2) суспензия наночастиц углерода в воде; (3) гидрогель плюроника, содержащий наночастицы углерода (черная кривая); фиг. 3 - внешний вид образца материала гидрогеля плюроника: (а) - после воздействия мощными лазерными импульсами; (б) - после воздействия мощными лазерными импульсами и при последующей выдержке в течение 10 минут при температуре 20°С.

Из диаграммы на фигуре 1 видно, что для материала с содержанием плюроника F-127 15-22 вес. % существует область температур 11-25°С (284-298K), при которой материал находится в форме жидкого раствора. При этих температурах происходит быстрое удаление из объема жидкого раствора газообразных продуктов, образующихся при прохождении через материал мощного светового излучения. Приведенная диаграмма определяет граничные концентрации разработанного нелинейно-оптического материала при которых реализуется обратимое восстановление структуры материал, поврежденной в результате облучения мощным световым излучением. При содержании плюроника F-127 более 22 вес. % материал формирует полимерный гель, который не переходит в состояние жидкого раствора при колебаниях температуры в области >11°С и, соответственно, восстановления структуры материал при изменениях температуры не происходит. При содержании плюроника F-127 менее 15 вес. % температурная область существования жидкого раствора существенно расширяется в область высоких температур, при температурах, превышающих 11°С, материал находится в жидком состоянии. Это существенно ухудшает его прочностные и эксплуатационные характеристики.

ПРИМЕР 1

В качестве водорастворимого гелеобразующего полимера использовался плюроник F127 (BASF, Германия). В качестве фотоактивных частиц при синтезе материала были использованы наночастицы углерода.

Фиг. 2 показывает нелинейно-оптический эффект ограничения мощного лазерного излучения в чистом гидрогеле плюроника, суспензии углеродных наночастиц и в гидрогеле плюроника, с введением в него наночастиц углерода. Из фиг. 2 видно, что:

1. Порог нелинейного отклика чистого полимерного геля, обусловленный многофотонным поглощением, на два порядка выше, чем в нанокомпозитном материале (кривые 1 и 2).

2. Порог нелинейного отклика углеродных наночастиц в гидрогеле в 3-4 раза выше, чем в воде, что означает 3-4-кратное ослабление нелинейно-оптического отклика фотоактивных частиц, помещенных в твердый материал (кривая 3). В то же время порядок величины нелинейности в материале на основе гидрогеля остается прежним, что подтверждает наличие функциональных свойств у нового материала.

Фиг. 3 демонстрирует восстановление оптического качества материала, поврежденного мощным лазерным излучением, при охлаждении его ниже температурного диапазона существования геля.

Таким образом, пример доказывает высокую эффективность нелинейно-оптического ограничения мощного светового излучения разработанным материалом и улучшение эксплуатационных свойств - возможность восстановления его структуры, поврежденной в результате мощного светового воздействия.

Нелинейно-оптический композиционный материал, содержащий воду, органический полимер и фотоактивные наночастицы, отличающийся тем, что содержит от 15 до 22 вес.% водорастворимого органического полимера, обратимо образующего жидкий раствор в интервале температур 284-298K.
Нелинейно-оптический композиционный материал
Нелинейно-оптический композиционный материал
Нелинейно-оптический композиционный материал
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 113 items.
10.10.2013
№216.012.7472

Способ ограничения интенсивности лазерного излучения

Изобретение относится к способу ограничения мощного лазерного импульсно-периодического излучения и может найти применение для защиты органов зрения и чувствительных приемников излучения от разрушающего действия высокоинтенсивного падающего излучения. Способ реализуется лимитером на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495467
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.12.2014
№216.013.0e40

Иммерсионная жидкость

Изобретение относится к иммерсионной жидкости, которая может быть использована в оптическом приборостроении для контроля оптических параметров неорганических материалов и оптических деталей, в том числе крупногабаритных изделий сложной формы. Иммерсионная жидкость для оптических исследований...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535065
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.01.2015
№216.013.17c3

Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса

Способ относится к лазерной технике и может быть использован для создания устройства прямого самореферентного определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса. Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537511
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1d3d

Способ деперсонализации персональных данных

Изобретение относится к области защиты информации, хранимой в информационных системах персональных данных (ИСПДн), от несанкционированного доступа (НСД) и может быть использовано на стадиях разработки и оптимизации ИСПДн в защищенном исполнении. Техническим результатом является повышение уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538913
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1e16

Волоконно-оптическое устройство для измерения напряженности электрического поля

Изобретение относится к измерительным устройствам на основе волоконно-оптических фазовых поляриметрических датчиков. Оптимизация структуры датчика, обуславливающая возникновение разноименной модуляции показателя преломления при подаче на двухканальный модулятор разности фаз напряжения одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539130
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2349

Способ получения резистивного элемента памяти

Изобретение относится к нанотехнологии и может применяться при изготовлении планарных двухэлектродных резистивных элементов запоминающих устройств. Способ получения резистивного элемента памяти включает в себя создание проводящих электродов на непроводящей подложке, напыление в зазор между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540486
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.234c

Способ оценки степени обогатимости минерального сырья оптическим методом и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предварительной оценки обогатимости руд твердых полезных ископаемых и определения параметров их селекции. Согласно способу определяют полезность и зоны различения каждого минерального объекта из партии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540489
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2bab

Способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Способ включает установку линзы на плоский буртик промежуточной части оправы, размещаемой на буртике цилиндрического отверстия основной оправы с возможностью наклона. Вращают основную оправу вокруг ее базовой оси, измеряют биение центра кривизны первой рабочей поверхности линзы относительно оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542636
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.03.2015
№216.013.320d

Способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Способ включает установку линзы сферической рабочей поверхностью на опорный буртик цилиндрического отверстия промежуточной цилиндрической части, размещаемой на опорном буртике цилиндрического отверстия основной оправы. Измеряют биение центра кривизны первой рабочей поверхности относительно оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544288
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3d3b

Способ измерения параметров и характеристик источников излучения

Изобретение относится к измерительной технике и касается способа измерения параметров и характеристик источников излучения. При реализации способа приемник оптического излучения размещают с возможностью перемещения по трем координатам в облучаемой зоне исследуемого источника излучения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547163
Дата охранного документа: 10.04.2015
Showing 1-10 of 77 items.
10.10.2013
№216.012.7472

Способ ограничения интенсивности лазерного излучения

Изобретение относится к способу ограничения мощного лазерного импульсно-периодического излучения и может найти применение для защиты органов зрения и чувствительных приемников излучения от разрушающего действия высокоинтенсивного падающего излучения. Способ реализуется лимитером на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495467
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.12.2014
№216.013.0e40

Иммерсионная жидкость

Изобретение относится к иммерсионной жидкости, которая может быть использована в оптическом приборостроении для контроля оптических параметров неорганических материалов и оптических деталей, в том числе крупногабаритных изделий сложной формы. Иммерсионная жидкость для оптических исследований...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535065
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.01.2015
№216.013.17c3

Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса

Способ относится к лазерной технике и может быть использован для создания устройства прямого самореферентного определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса. Способ определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537511
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1d3d

Способ деперсонализации персональных данных

Изобретение относится к области защиты информации, хранимой в информационных системах персональных данных (ИСПДн), от несанкционированного доступа (НСД) и может быть использовано на стадиях разработки и оптимизации ИСПДн в защищенном исполнении. Техническим результатом является повышение уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538913
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1e16

Волоконно-оптическое устройство для измерения напряженности электрического поля

Изобретение относится к измерительным устройствам на основе волоконно-оптических фазовых поляриметрических датчиков. Оптимизация структуры датчика, обуславливающая возникновение разноименной модуляции показателя преломления при подаче на двухканальный модулятор разности фаз напряжения одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539130
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2349

Способ получения резистивного элемента памяти

Изобретение относится к нанотехнологии и может применяться при изготовлении планарных двухэлектродных резистивных элементов запоминающих устройств. Способ получения резистивного элемента памяти включает в себя создание проводящих электродов на непроводящей подложке, напыление в зазор между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540486
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.234c

Способ оценки степени обогатимости минерального сырья оптическим методом и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предварительной оценки обогатимости руд твердых полезных ископаемых и определения параметров их селекции. Согласно способу определяют полезность и зоны различения каждого минерального объекта из партии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540489
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.2bab

Способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Способ включает установку линзы на плоский буртик промежуточной части оправы, размещаемой на буртике цилиндрического отверстия основной оправы с возможностью наклона. Вращают основную оправу вокруг ее базовой оси, измеряют биение центра кривизны первой рабочей поверхности линзы относительно оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542636
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.03.2015
№216.013.320d

Способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Способ включает установку линзы сферической рабочей поверхностью на опорный буртик цилиндрического отверстия промежуточной цилиндрической части, размещаемой на опорном буртике цилиндрического отверстия основной оправы. Измеряют биение центра кривизны первой рабочей поверхности относительно оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544288
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3d3b

Способ измерения параметров и характеристик источников излучения

Изобретение относится к измерительной технике и касается способа измерения параметров и характеристик источников излучения. При реализации способа приемник оптического излучения размещают с возможностью перемещения по трем координатам в облучаемой зоне исследуемого источника излучения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547163
Дата охранного документа: 10.04.2015

Похожие РИД в системе