×
29.11.2019
219.017.e7cc

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛОСКОЙ МИШЕНИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области оптоэлектроники и касается способа одновременного контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени. Способ включает в себя фокусировку пучков лазерного излучения на поверхность плоской мишени, транспортировку отраженного от поверхности мишени излучения к регистратору и контроль пространственно-временных характеристик отраженных импульсов. Регистрацию отраженного излучения осуществляют удаленной единой стрик-камерой. При транспортировке отраженного излучения обеспечивают перестроение целостного изображения поверхности мишени на входную щель стрик-камеры. Транспортировка излучения до перестроения изображения осуществляется в свободном пространстве на существенное расстояние, обеспечивающее исключение влияния на регистратор продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом мишени. Стрик-камера функционирует попеременно в статическом и динамическом режимах. Технический результат заключается в повышении точности измерений и обеспечении одновременной регистрации пространственно-временных характеристик излучения сверхкоротких лазерных импульсов. 2 ил.

Изобретение относится к области оптоэлектроники, в частности к способам контроля характеристик импульсного лазерного излучения при его взаимодействии с веществом мишени, конкретно, к способам контроля пространственно - временных характеристик сверхкоротких (пико- и фемтосекундных) лазерных импульсов с использованием высокоскоростной стрик-камеры.

Изобретение может применяться в многоканальных лазерных установках, где излучение от нескольких лазерных каналов сводится на плоскую мишень, а также в одноканальных лазерных установках, где лазерные импульсы имеют разброс друг относительно друга одновременно и во времени и в пространстве.

Изобретение может быть использовано для проведения исследований в области взаимодействия лазерного излучения с веществом, в т.ч. лазерного термоядерного синтеза, изучения откольных явлений, составления уравнений состояния вещества, и т.п.

Одной из актуальных задач, связанных с исследованиями в области взаимодействия лазерного излучения с веществом, является прецизионное управление процессом падения сверхкоротких лазерных импульсов от одного или нескольких источников на поверхность плоской мишени. Для этого необходимо одновременно и с высокой точностью регистрировать как время прихода каждого импульса к поверхности мишени, так и их взаимное пространственное расположение.

Известен способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени, основанный на использовании высокоскоростной стрик-камеры с субпикосекундным временным разрешением [J. Kuba, R. Shepherd, R. Booth, R. Stewart, E. C. W. Lee, P. Audebert, J. K. Crane, R. R. Cross, P. T. Springer "Sub-picosecond Streak Camera Measurements at LLNL: From IR to X-rays", 2003, LLNL Preprint UCRL-CONF-201645]. Данный способ оптимизирован для использования в качестве источника сверхкоротких лазерных импульсов рентгеновского лазера с длиной волны излучения порядка нескольких десятков нанометров и длительностью импульса порядка единиц пикосекунд. Пучок лазерного излучения фокусируется на поверхности плоской мишени, отражается от нее и попадает в объектив одной стрик-камеры. Стрик-камера работает в динамическом режиме, что позволяет регистрировать временные характеристики лазерного излучения. При этом часть пучка лазерного излучения отбирается делительной пластиной до попадания на мишень и также направляется в объектив стрик-камеры для получения референсных значений регистрируемых величин. Для контроля пространственных характеристик лазерного излучения камера переключается в статический режим.

К недостаткам данного способа можно отнести регистрацию импульсов, отраженных от мишени, в непосредственной близости к ее поверхности, что обусловлено сильной расходимостью рентгеновского излучения. Таким образом, не исключается влияние продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом на средства регистрации (стрик-камеру), что снижает достоверность контроля.

Известен способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени, выбранный в качестве протопипа, основанный на использовании набора высокоскоростных стрик-камер с наносекундным и пикосекундным временным разрешением, а также транспортной оптической системы, доставляющей излучение от мишени к стрик-камерам, находящимся на существенном расстоянии от мишени, посредством гибких световодов [P. Datte, Р. Celliers, D. Kalantar, J. Moody, E. Bond, R. Hibbard, K. Krauter, J. Nelson, A. Warrick "Operational Experience with Optical Streak Cameras at the National Ignition Facility", 2013, Proc. of SPIE vol. 8850]. Лазерное излучение видимого или ближнего инфракрасного диапазона от одного или нескольких источников фокусируется на поверхности плоской мишени, отражается от нее и попадает в коллимационные линзы, установленные на торцах гибких световодов. Лазерное излучение транспортируется через световоды на расстояния до нескольких десятков метров к стрик-камерам, расположенным вне досягаемости продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом. Высокоскоростные стрик-камеры работают либо в статическом режиме для регистрации пространственных характеристик лазерного излучения, либо в динамическом режиме для регистрации временных характеристик лазерного излучения. Полученное изображение поверхности мишени состоит из фрагментов изображений поверхности, полученных с помощью соответствующей стрик-камеры в каждом из каналов регистрации на основе световодов. В отличие от ранее описанного способа контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени, отдельного референсного сигнала не требуется ввиду достаточности регистрируемых данных для интерпретации результатов измерений.

К недостаткам данного способа можно отнести возможные ошибки измерений, связанные с отличием оптических характеристик каждого из световодов, применяемых для транспортировки лазерного излучения к стрик-камерам, и чувствительностью гибких световодов к механическому и тепловому воздействию. Также использование одновременно нескольких стрик-камер для регистрации пространственных и временных параметров лазерного излучения требует наличия дополнительной высокоточной системы синхронизации.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на значительном расстоянии (до нескольких десятков метров) от поверхности плоской мишени через свободное пространство с сохранением возможности одновременной регистрации пространственных и временных характеристик импульсов, падающих на мишень, и высокой точности измерений.

Технический результат заключается в обеспечении высокой точности при одновременной регистрации пространственно-временных характеристик излучения сверхкоротких лазерных импульсов на значительном расстоянии от поверхности плоской мишени через свободное пространство.

Технический результат достижим за счет того, в отличие от известного способа одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени, заключающегося в том, что один или более пучков лазерного излучения фокусируют на поверхность плоской мишени; транспортируют отраженное от поверхности мишени лазерное излучение к регистратору; контролируют пространственно-временные характеристики импульсов лазерного излучения по результатам регистрации отраженного от мишени лазерного излучения с помощью высокоскоростной стрик-камеры в качестве регистратора; при этом обеспечивают исключение влияния продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом мишени на регистратор; в предложенном способе регистрацию отраженного от мишени лазерного излучения обеспечивают посредством удаленной единой стрик - камеры; в процессе транспортировки отраженного от поверхности мишени лазерного излучения перед его регистрацией обеспечивают перестроение целостного изображения поверхности мишени на входную щель выбранной стрик - камеры; при этом транспортировка излучения до осуществления перестроения изображения поверхности мишени обеспечена в свободном пространстве на существенное расстояние; причем высокоскоростная стрик - камера функционирует попеременно в статическом и динамическом режимах, обеспечивая одновременную регистрацию как пространственных, так и временных характеристик сверхкоротких импульсов лазерного излучения.

Кроме того, способ контроля может отличаться тем, что обеспечивают управление пространственно-временными характеристиками импульсов лазерного излучения в соответствии с результатами обработки зарегистрированных данных, что позволит управлять процессом контроля.

Таким образом,

- в качестве регистратора используют единую стрик - камеру, что не требует дополнительной синхронизации, как в случае с несколькими стрик-камерами, которая усложняет процесс регистрации и может оказывать негативное влияние на точность регистрации;

- используют перестроение целостного изображения поверхности мишени на входную щель стрик-камеры, а не ее фрагментов, как в прототипе, что повышает точность регистрации;

- при этом транспортировка излучения, отраженного от поверхности мишени, до стрик-камеры осуществляется в свободном пространстве на существенные расстояния (до нескольких десятков метров), что позволяет избежать влияния продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом на стрик-камеру и тем самым повысить точность регистрации;

- сама стрик-камера выбрана так, что функционирует попеременно в статическом и динамическом режимах, обеспечивая одновременную регистрацию как пространственных, так и временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов в одних и тех же условиях, что опять же повышает точность регистрации.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

На фиг. 1 изображена принципиальная схема контроля и управления пространственно-временными характеристиками сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени при помощи стрик-камеры на примере двух лазерных пучков, реализующая заявляемый способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени. Здесь 1 - лазерные пучки (пучки лазерного излучения - сверхкороткие импульсы лазерного излучения), 2 - плоская мишень, 3 - система перестроения изображения мишени, 4 - высокоскоростная стрик-камера, 5 - ПЗС-камера, 6 - система обработки информации, 7 - система управления линиями задержки и системами юстировки, 8 - управляемая линия задержки, 9 - управляемая система юстировки.

На фиг. 2 приведены параметры лазерных импульсов, регистрируемые при помощи стрик-камеры на примере двух лазерных пучков. Здесь s1 - расстояние между лазерными пучками, s2 - распределение интенсивностей лазерных пучков на мишени, t1 - временное расстояние между импульсами лазерного излучения в разных пучках, t2 - временное расстояние между импульсами лазерного излучения в одном пучке, t3 - временная форма импульсов лазерного излучения.

Лазерные пучки (или один пучок) 1, состоящие из одного или нескольких импульсов, в частности два, падают на поверхность плоской мишени 2. Отраженное лазерное излучение распространяется в свободном пространстве в направлении системы перестроения изображения 3, которая расположена таким образом, чтобы обеспечить попадание в ее апертуру максимального количества отраженного от мишени излучения. Система перестроения изображения 3, которая может быть реализована в виде набора линз, образующих объектив с требуемыми параметрами перестроения изображения, обеспечивает передачу изображения мишени на входную щель высокоскоростной стрик-камеры 4. Стрик-камера 4 работает в режиме переключения статического и динамического режимов. В статическом режиме изображение покидает камеру практически в неизменном виде с учетом корректировки яркости и контраста посредством электронно-оптического преобразователя камеры. В динамическом режиме стрик-камера развертывает лазерные импульсы во времени в виде хронограммы, которую регистрирует ПЗС-камера 5. ПЗС-камера 5 передает цифровое изображение импульсов, как в неизменном виде, так и развернутых во времени, в систему обработки информации 6. Система обработки информации 6 в зависимости от поставленной задачи передает требуемые сигналы системе управления линиями задержки и системами юстировки 7. Система управления линиями задержки и системами юстировки 7 способна контролировать параметры управляемых линий задержки 8 и управляемых систем юстировки 9. Результатом работы устройства, реализующего способ контроля пространственно-временных характеристик лазерных импульсов, является повышение точности и управление параметрами лазерных пучков, приведенных на фиг. 2: расстоянием между лазерными пучками s1, распределением интенсивностей лазерных пучков на мишени s2 (в статическом режиме работы стрик-камеры), временным расстоянием между импульсами в разных пучках t1, временным расстоянием между импульсами лазерного излучения в одном пучке t2 и временной формой импульсов t3 (в динамическом режиме работы стрик-камеры).

В ходе экспериментальной отработки устройства, реализующего заявляемый способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких (фемтосекундных) лазерных импульсов на стендовой базе предприятия-заявителя точность позиционирования пучков в пространстве составила не менее 50 мкм при расстоянии от 0,5 до 10 м от высокоскоростной стрик-камеры до мишени, а разрешение во времени - не хуже, чем 1,1 пс, что существенно превышает значения, приведенные для прототипа.


СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛОСКОЙ МИШЕНИ
СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ПЛОСКОЙ МИШЕНИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 31-40 из 796.
10.05.2015
№216.013.4b26

Тепловыделяющий элемент энергетического ядерного реактора и способ его изготовления

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к конструкциям газозаполненных твэлов для экспериментальных, испытательных и исследовательских реакторов и способам их изготовления. Твэл содержит оболочку, заполненную газом заданного состава и давления, с размещенным в ней топливным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550745
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.05.2015
№216.013.4dab

Устройство защиты

Изобретение относится к области экранирования и может быть использовано в конструкциях, подвергаемых импульсным нагружениям высокой интенсивности. Устройство содержит взрывозащитный экран, разрушаемый под действием внешней импульсной нагрузки, основание, жестко закрепленное при помощи стоек на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551397
Дата охранного документа: 20.05.2015
10.06.2015
№216.013.515c

Контактная система

Изобретение предназначено для использования в электромеханических малогабаритных приборах. Контактная система содержит поворотный перемыкатель с токопроводящими секторами, взаимодействующими с упругими контактами, которые попарно консольно закреплены на токовыводах, расположенных по окружности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552349
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.5205

Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона

Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения СВЧ диапазона может быть использован в радиотехнической и электронной промышленности, в частности в технике генерации мощных широкополосных электромагнитных импульсов (ЭМИ) в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552518
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.520b

Электромагнитный поляризованный переключатель

Изобретение предназначено для систем автоматики взрывоопасных объектов, подвергаемых ударным и вибрационным внешним воздействиям. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является увеличение стойкости к ударным и вибрационным воздействиям, увеличение количества...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552524
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.5336

Способ сварки деталей разной толщины из разнородных металлов

Способ сварки деталей 1 и 2 разной толщины из разнородных металлов может быть использован в авиастроении, приборостроении, в атомной энергетике. Формируют технологические бурты 3 и 4 на толстостенной 2 и тонкостенной 1 деталях. Высота бурта 3 в 3-4 раза больше толщины детали 1. Высота бурта 4...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552823
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.5337

Способ совмещения электронного луча со стыком кругового соединения (варианты)

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке круговых стыков и может быть использовано в различных областях машиностроения и приборостроения. Способ включает совмещение электронного луча со стыком кругового соединения. Определяют взаимное расположение луча и стыка кругового соединения по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552824
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.541a

Защитное устройство

Изобретение относится к области безопасной эксплуатации опасных изделий, находящихся в окружении агрессивной среды, в частности к предохранительным герметизирующим устройствам, а именно к устройствам с разрушаемым элементом, обеспечивающим автоматическое срабатывание и открытие герметичных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553051
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.06.2015
№216.013.56a5

Локализующее продукты взрыва устройство

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты помещения от загрязнения токсичными продуктами при срабатывании взрывного устройства во взрывозащитной камере (ВЗК) в случае потери ее герметичности от воздействий взрыва. Локализующее продукты взрыва устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553711
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.06.2015
№216.013.5767

Способ выращивания монокристаллических дисков из тугоплавких металлов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к металлургии высокочистых металлов и может быть использовано при выращивании монокристаллических дисков из тугоплавких металлов и сплавов на их основе методом бестигельной зонной плавки (БЗП) с электронно-лучевым нагревом. Способ включает формирование расплавленной зоны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553905
Дата охранного документа: 20.06.2015
Показаны записи 1-1 из 1.
10.04.2015
№216.013.3dee

Оптическая система лазерного компрессора

Изобретение относится к лазерной технике. Оптическая система лазерного компрессора для лазерных установок с широкой апертурой лазерного пучка основана на паре параллельных дифракционных решеток с одинаковым периодом дополненной, по крайней мере, одной парой параллельных дифракционных решеток с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547342
Дата охранного документа: 10.04.2015
+ добавить свой РИД