Устройство контроля воздействия лазерного излучения на технические объекты

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Жданович Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство контроля воздействия лазерного излучения на технические объекты, содержащее импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона с оптически связанными дополнительным резонатором, содержащим диафрагму, эталон Фабри-Перо,наклонное селективное зеркало, электрооптический модулятор с блоком управления, удвоитель частоты лазерного излучения, выходное селективное зеркало, элементом связи и основным резонатором, оптически связанным с каналом облучения, согласующим телескопом, усилителем, первым и вторым поворотными зеркалами канала облучения, светоделительным зеркалом, телескопом с переменной фокусировкой, поворотным зеркалом теплоизлучающего канала, теплоизлучающим каналом, системой управления теплоизлучающим каналом с электрооптическим элементом и блоком питания, поляризатором, фототермопластическим носителем со средством электризации, голографической системой проецирования с первым и вторым поворотными зеркалами, оптически связанной с дополнительным резонатором и техническим объектом, отличающееся тем, что содержит 44322008.06.30 фотоэлектрическую цепь контроля состояния технического объекта, содержащую фотоприемник, оптически связанный с техническим объектом и расположенный в области максимума рассеянного лазерного излучения, пороговое устройство, электрически связанное с выходом фотоприемника и входом блока управления электрооптического модулятора, и зеркало фотоэлектрической цепи включения теплоизлучающего канала,расположенное за первым поворотным зеркалом канала облучения и оптически связанное со входом фотоэлектрической цепи включения теплоизлучающего канала, электрически связанной со входом блока питания электрооптического элемента системы управления теплоизлучающим каналом.(56) 1. Мирошникова Н.В. и др. Исследование механизмов воздействия излучения мощных импульсных СО 2 и -лазеров на различные материалы с применением метода цифровой спекловой фотографии // Оптический журнал. - 2004. - Том 71,8. - С. 27-32. 2. Патент 9172 С 1, 2007.04.30. Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к лазерной технике и оптическим системам неразрушающего контроля, и может быть использована в технологии изделий оптической и электронной техники. Известно устройство контроля воздействия лазерного излучения на технические объекты 1, содержащее лазер для облучения технического объекта, лазер для освещения технического объекта, оптическую систему проецирования, систему регистрации изображения. Облучение технического объекта и его освещение осуществляются с помощью двух независимых лазеров. Надежность системы регистрации и обработки изображения убывает при уменьшении элементов изображения и корреляции между элементами. Наиболее близким по технической сущности является устройство для контроля воздействия лазерного излучения на технические объекты 2, содержащее импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона с оптически связанными дополнительным резонатором, содержащим диафрагму, эталон Фабри-Перо, наклонное селективное зеркало, электрооптический модулятор с блоком управления, удвоитель частоты лазерного излучения, выходное селективное зеркало, элементом связи и основным резонатором,оптически связанным с каналом облучения, согласующим телескопом, усилителем, первым и вторым поворотными зеркалами канала облучения, светоделительным зеркалом,телескопом с переменной фокусировкой, поворотным зеркалом теплоизлучающего канала, теплоизлучающим каналом, системой управления теплоизлучающим каналом с электрооптическим элементом с блоком питания, поляризатором, фототермопластическим носителем со средством электризации, голографической системой проецирования с первым и вторым поворотными зеркалами, оптически связанной с дополнительным резонатором и техническим объектом. Данное устройство не решает задачу динамического контроля над процессом воздействия лазерного излучения на технический объект в зависимости от состояния объекта. Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей за счет контроля динамики изменения состояния технического объекта в процессе воздействия лазерного излучения на технический объект. Поставленная техническая задача решается тем, что в устройство для контроля воздействия лазерного излучения на технические объекты, содержащее импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона с оптически связанными дополнительным резонатором, содержащим диафрагму, эталон Фабри-Перо, наклонное селективное зеркало, электрооптический модулятор с блоком управления, удвоитель частоты лазерного излучения, выходное селективное зеркало, элементом связи и основным резонатором,2 44322008.06.30 оптически связанным с каналом облучения, согласующим телескопом, усилителем, первым и вторым поворотными зеркалами канала облучения, светоделительным зеркалом,телескопом с переменной фокусировкой, поворотным зеркалом теплоизлучающего канала, теплоизлучающим каналом, системой управления теплоизлучающим каналом с электрооптическим элементом и блоком питания, поляризатором, фототермопластическим носителем со средством электризации, голографической системой проецирования с первым и вторым поворотными зеркалами, оптически связанной с дополнительным резонатором и техническим объектом, введена фотоэлектрическая цепь контроля состояния технического объекта, содержащая фотоприемник, оптически связанный с техническим объектом и расположенный в области максимума рассеянного лазерного излучения, пороговое устройство, электрически связанное с выходом фотоприемника и входом блока управления электрооптического модулятора, и зеркало фотоэлектрической цепи включения теплоизлучающего канала, расположенное за первым поворотным зеркалом канала облучения и оптически связанное со входом фотоэлектрической цепи включения теплоизлучающего канала, электрически связанной со входом блока питания электрооптического элемента системы управления теплоизлучающим каналом. Совокупность указанных признаков обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет контроля динамики изменения состояния технического объекта в процессе воздействия лазерного излучения на технический объект. Оптическая схема устройства представлена на фигуре. Устройство содержит 1 - импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона 2 - основной резонатор 3 - дополнительный резонатор 4 - элемент связи 5 - диафрагма 6 - эталон Фабри-Перо 7 - наклонное селективное зеркало 8 - электрооптический модулятор 9 - блок управления электрооптического модулятора 10 - удвоитель частоты лазерного излучения 11 - выходное селективное зеркало 12 - голографическая система проецирования 13, 14 - первое, второе поворотные зеркала голографической системы проецирования 15 - технический объект 16 - фототермопластический носитель 17 - средство электризации 18 - канал облучения 19 - согласующий телескоп 20 - усилитель 21, 22 - первое, второе поворотные зеркала канала облучения 23 - поворотное зеркало теплоизлучающего канала 24 - светоделительное зеркало 25 - телескоп с переменной фокусировкой 26 - теплоизлучающий канал 27 - система управления теплоизлучающим каналом 28 - электрооптический элемент 29 - блок питания электрооптического элемента 30 - поляризатор 31 - фотоэлектрическая цепь включения теплоизлучающего канала 32 - зеркало фотоэлектрической цепи включения теплоизлучающего канала 33 - фотоэлектрическая цепь контроля состояния технического объекта 3 44322008.06.30 34 - фотоприемник 35 - пороговое устройство. Устройство содержит импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона 1 с оптически связанными дополнительным резонатором 3, содержащим диафрагму 5, эталон Фабри-Перо 6, наклонное селективное зеркало 7, электрооптический модулятор 8 с блоком управления 9, удвоитель частоты лазерного излучения 10, выходное селективное зеркало 11, элементом связи 4, основным резонатором 2, оптически связанным с каналом облучения 18, усилителем 20, системой управления теплоизлучающим каналом 27, фототермопластическим носителем 16 со средством электризации 17, голографической системой проецирования 12 с первым 13 и вторым 14 поворотными зеркалами, оптически связанной с дополнительным резонатором 3 и техническим объектом 15. В канале 18 облучения технического объекта, оптически связанном с основным резонатором 2, последовательно размещены согласующий телескоп 19, усилитель 20, первое 21 и второе 22 поворотные зеркала, зеркало 23, светоделительное зеркало 24, телескоп с переменной фокусировкой 25. Теплоизлучающий канал 26 для разогрева ФТП носителя 16 оптически связан с помощью светоделительного зеркала 24 с каналом облучения 18. Система управления теплоизлучающим каналом 27 содержит фотоэлектрическую цепь включения теплоизлучающего канала 31, оптически связанную с каналом облучения 18 с помощью зеркала 32, и электрически связанную с блоком питания 29 электрооптического элемента 28, установленного в теплоизлучающем канале 26 между поляризатором 30 и светоделительным зеркалом 24. Фотоэлектрическая цепь 33 контроля состояния технического объекта оптически связана с техническим объектом 15 с помощью фотоприемника 34, электрически связанного со входом порогового устройства 35. Элементом связи 4 основного 2 и дополнительного 3 резонаторов является диэлектрический поляризатор. Активным элементом усилителя 20 служит кристалл иттрийалюминиевого граната с неодимом (ИАГ) размерами 6,580 мм. Электрооптический модулятор 8 типа МЗ-204 выполнен из одноосного анизотропного кристалла ДКДП. Блоком управления 9 служит стандартный блок МГИН-5. Удвоителем частоты лазерного излучения 10 является элемент 7 Ф 4-03 из кристалла 3. Зеркала 21, 22, 23 имеют коэффициент отражения на длине волны 1,064 мкм, равный 0,99. Выходное селективное зеркало 11 имеет на длине волны 1,064 мкм коэффициент отражения 0,99 и на длине волны второй гармоники 0,532 мкм 0,005, а наклонное селективное зеркало 7 на длине волны 1,064 мкм коэффициент отражения 0,005 и на длине волны второй гармоники 0,532 мкм 0,97. Наклонное селективное зеркало 7 расположено под углом 45 к оптической оси дополнительного резонатора 3. Это обеспечивает эффективный вывод излучения из дополнительного резонатора 3 в топографическую систему проецирования 12. Поворотные зеркала 13, 14 имеют на длине волны второй гармоники 0,532 мкм коэффициенты отражения, равные 0,98. Дополнительный резонатор 3 содержит диафрагму 5 и эталон Фабри-Перо 6 для сужения спектра генерации моноимпульса второй гармоники для голографической системы проецирования 12. Это повышает когерентные свойства излучения для записи голограмм. Электрооптический элемент 28 выполнен из одноосного анизотропного кристалла ДКДП размером 8820 мм. В данном устройстве один импульсный твердотельный лазер инфракрасного диапазона служит для выполнения нескольких операций, а именно, для воздействия на технический объект, для разогрева ФТП носителя перед записью голограмм и для экспонирования при записи голограмм технического объекта. Канал облучения 18 оптически связан с основным резонатором 2 лазера, в котором обеспечена квазистационарная генерация излучения на длине волны 1,064 мкм (имп 4 мс). Теплоизлучающий канал 26 для разогрева ФТП носителя оптически связан с каналом облучения 18 технического объекта с помощью светоделительного зеркала 24. 4 44322008.06.30 Фотоприемник 34 фотоэлектрической цепи 33 контроля состояния технического объекта оптически связан с техническим объектом 15 и электрически с пороговым устройством 35, выход которого электрически связан со входом блока управления 9 электрооптическим модулятором 8. Сигнал с выхода порогового устройства 35 инициирует подачу от блока управления 9 на электрооптический модулятор 8 управляющего напряжения. Происходит открытие дополнительного резонатора 3 лазера и генерация в нем моноимпульса излучения удвоенной частоты для голографической системы проецирования 12. Устройство работает следующим образом. После включения системы накачки (момент времени ) в основном резонаторе 2 лазера возникает излучение свободной генерации (момент времени 1, 1). Элементом связи 4 основного и дополнительного резонаторов выделяются р- и -компоненты излучения,которые распространяются соответственно в направлениях 18 канала облучения и дополнительного резонатора 3. В исходном состоянии на электроды электрооптического модулятора 8 от блока управления 9 подано четвертьволновое /4 напряжение смещения. В результате двойного прохода -компоненты излучения через электрооптический модулятор 8 ориентация вектора поляризации изменяется на 90. Поэтому излучение, падающее на элемент связи 4 основного и дополнительного резонаторов со стороны дополнительного резонатора 3, проходит через него и не попадает в основной резонатор 2. Генерация в дополнительном резонаторе 3 отсутствует. На этом этапе генерация развивается в основном резонаторе 2 лазера. Излучение поступает в канал 18 облучения материала, через согласующий телескоп 19 попадает в усилитель 20, далее первым 21 и вторым 22 поворотными зеркалами направляется через светоделительное зеркало 24 к телескопу с переменной фокусировкой 25 и оказывается на техническом объекте 15. Часть излучения из канала облучения светоделительным зеркалом 24 отражается в теплоизлучающий канал 26 для разогрева ФТП носителя 16. Фотоэлектрическая цепь 31 включения теплоизлучающего канала контролирует излучение в канале облучения 18. Сигнал с нее (момент времени 21) поступает на вход блока питания 29 электрооптического элемента 28. На электрооптический элемент 28 подается полуволновое напряжение /2. В результате изменения ориентации вектора поляризации на 90 излучение проходит через поляризатор 30 и поворотным зеркалом 23 направляется на ФТП носитель 16. Начинается разогрев ФТП носителя перед записью голограммы. В это время излучение лазера по каналу облучения 18 попадает на технический объект 15. На фотоприемник 34, установленный в области максимума рассеянного лазерного излучения, излучение попадает при изменении состояния технического объекта 15. Величина сигнала с фотоприемника 34 в пороговом устройстве 35 сравнивается с заданным уровнем. При их равенстве пороговое устройство 35 вырабатывает синхроимпульс запуска (момент времени 32) для блока управления 9 электрооптического модулятора. Происходит сброс напряжения с электродов электрооптического модулятора 8. В результате открывается дополнительный резонатор 3. Его добротность исходно задается выше, чем у основного резонатора. Это обеспечивается выбором параметров выходного селективного зеркала 11. Генерация переключается в дополнительный резонатор 3. В результате высвечивается моноимпульс излучения, который после удвоения частоты в кристалле 10 направляется в голографическую систему проецирования 12. Выходное селективное зеркало 11 отражает излучение длины волны 1,064 мкм и пропускает излучение второй гармоники 0,532 мкм, а наклонное селективное зеркало 7 - наоборот. В данный момент времени (3), соответствующий определенному состоянию технического объекта, фиксируемому по уровню рассеянного излучения, происходит запись голограммы технического объекта. К моменту времени 3 ФТП носитель 16 готов к записи 44322008.06.30 голограммы, так как фотоэлектрическая цепь 31 включения теплоизлучающего канала открывает теплоизлучающий канал 26 раньше, т.е. в момент времени 321. На голограмме записывается информация, отражающая состояние технического объекта после его облучения в течение отрезка времени 3 - 1. Изменить момент времени записи голограммы относительно начала облучения технического объекта можно путем установления уровня срабатывания порогового устройства 35. Момент появления (3) синхроимпульса запуска для блока управления 9 определяет время контроля, т.е. время, прошедшее с начала облучения материала. Если в пороговом устройстве задать более низкий уровень сравнения, запись голограммы произойдет при меньшем сигнале с фотоприемника 34, т.е. будет зафиксировано другое состояние технического объекта. Таким образом, в данном устройстве осуществляется динамический контроль над состоянием технического объекта в процессе воздействия лазерного излучения. Моменты времени для записи голограмм задаются с помощью фотоэлектрической цепи контроля состояния технического объекта. При этом подготовка фототермопластического носителя к записи голограмм обеспечивается системой управления теплоизлучающим каналом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6