Оптических материалов

Для удаления корректирующих масс из тела ротора, изготовленного из любого материала, применяется балансировка с использованием лазера [8, т. 6]. Этот способ стал возможным в связи с появлением и разработкой мощных оптических квантовых генераторов. Для повышения производительности применен лазер непрерывного действия и разработана оптическая система, обеспечивающая синхронное следование луча лазера за «тяжелой точкой» ротора в плоскости «коррекции. Практически это осуществлено, например, в автоматическом лазерном балансировочном станке ЛБС-3, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.20. Балансируемый ротор Р опирается на неподвижные чувствительные опоры А и В и приводится во вращение двигателем Д. От него же подается механический сигнал и в блок УБ, приводящий в синхронное с ротором вращение полый шпиндель с оптической призмой /7. Сигналы опорных датчиков (х и 5 перерабатываются в решающем блоке РБ в фазирующий импульс, также посылаемый в управляющий блок УБ, который обеспечивает требуемое фазовое положение призмы П относительно ротора Р. Луч из оптического квантового генератора О КГ проходит через полый шпиндель и, отражаясь от вращающей-

Экспериментальные исследования проводили на сварных соединениях из алюминиевых сплавов и мартенситно-стареющих сталей. В качестве мягких прослоек выступали сварные швы, выполненные присадочной проволокой с более низкими, чем у основного металла прочностными характеристиками. В качестве основного металла и метала шва использована мартенситностареющая сталь ЭП-678 иЭП-659Ви, а также сплав АМгб. Величину радиусов в вершине непровэров задавали по состоянию торцевых поверхностей, плотно прилегающих при сварке друг к другу. Согласно ГОСТ 2789-75 состояние поверхности оценивается классом шероховатости — параметром R, (где R, — высота неровностей профиля стыкуемой поверхности по десяти точкам). При стыковке поверхностей выступы могут накладываться на выступы и т. д. Поэтому параметр вершины непровара 5 = 2р с достаточной точностью можно принять равным 2RZ . Данное положение было проверено экспериментально с использованием универсальных инструментальных микроскопов и методом голографической интерферометрии с применением оптических квантовых генераторов. В результате замеров было получено, что в той партии

Для удаления корректирующих масс из тела ротора, изготовленного из любого материала, применяется балансировка с использованием лазера [8, т. 6]. Этот способ стал возможным в связи с появлением и разработкой мощных оптических квантовых генераторов. Для повышения производительности применен лазер непрерывного действия и разработана оптическая система, обеспечивающая синхронное следование луча лазера за «тяжелой точкой» ротора в плоскости «коррекции. Практически это осуществлено, например, в автоматическом лазерном балансировочном станке ЛБС-3, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.20. Балансируемый ротор Р опирается на неподвижные чувствительные опоры А и В и приводится во вращение двигателем Д. От него же подается механический сигнал и в блок УБ, приводящий в синхронное с ротором вращение полый шпиндель с оптической призмой /7. Сигналы опорных датчиков а и 3 перерабатываются в решающем блоке РБ в фазирующий импульс, также посылаемый в управляющий блок УБ, который обеспечивает требуемое фазовое положение призмы П относительно ротора Р. Луч из оптического квантового генератора ОКГ проходит через полый шпиндель и, отражаясь от вращающей-

Применение оптических квантовых генераторов (лазеров) позволяет существенно расширить границы традиционных оптических методов контроля и создать принципиально новые методы оптического неразрушающего контроля, например, голографические, акустооптические и др. Лазерная дефектоскопия базируется на использовании основных свойств лазерного излучения — монохроматичности, когерентности и направленности.

Экспериментальные исследования проводили на сварных соединениях из алюминиевых сплавов и мартенситно-стареющих сталей. В качестве мягких прослоек выступали сварные швы, выполненные присадочной проволокой с более низкими, чем у основного металла прочностными характеристиками. В качестве основного металла и метала шва использована мартенситностареющая сталь ЭП-678 иЭП-659Ви, а также сплав АМгб. Величину радиусов в вершине непроваров задавали по состоянию торцевых поверхностей, плотно прилегающих при сварке друг к другу. Согласно ГОСТ 2789-75 состояние поверхности оценивается классом шероховатости — параметром Rz (где Rz — высота неровностей профиля стыкуемой поверхности по десяти точкам). При стыковке поверхностей выступы могут накладываться на выступы и т. д. Поэтому параметр вершины непровара 5 = 2р с достаточной точностью можно принять равным 2RZ. Данное положение было проверено экспериментально с использованием универсальных инструментальных микроскопов и методом голографической интерферометрии с применением оптических квантовых генераторов. В результате замеров было получено, что в той партии

Светотехника, интересы которой в довоенный период были сосредоточены на проблеме использования видимых излучений источников света для целей освещения, световой сигнализации, световой проекции и светорекламы, значительно расширила свои задачи. В число этих задач вошли: использование ультрафиолетовых излучений (облучение, применение светящихся красок и др.), инфракрасных излучений (радиационная сушка), излучений для стимулирования роста животных и растений (светокультура и пр.). В самое последнее время в светотехнике стали разрабатываться вопросы, связанные с использованием на практике оптических квантовых генераторов.

процесса была показана еще в первых технологических исследованиях при изучении явлений взаимодействия излучения оптических квантовых генераторов (ОКГ) с металлами и сплавами [12,25, 33]. В результате использования лазерного луча для упрочнения материалов появляется возможность разработки новых принципов конструирования деталей машин и узлов, внесения коренных изменений в технологию изготовления изделий. При таком способе упрочнения можно изменить свойства различных участков детали, изготовленной из сравнительно недорогостоящего конструкционного материала, и получить сплавы с уникальными характеристиками прочности, износостойкости и коррозионной стойкости. Создание совершенного лазерного оборудования различных типов позволяет в широких пределах реализовать возможности нового технологического метода, полностью автоматизировать технологический процесс, включить его в интегральную систему высокоэффективного производства, основанного на комплексном использовании прогрессивных технологических процессов, автоматики и вычислительной техники.

Оптики были первыми исследователями, вплотную подошедшими к созданию оптических квантовых генераторов (ОКГ). В 1940 г. В. А. Фабрикант сформулировал принцип получения среды с отрицательным поглощением, что полностью эквивалентно понятию неравновесной системы. В 1951 г. им совместно с М. М. Вудынским и Ф. А. Бутаевой была подана авторская заявка, в которой содержалось краткое изложение теории квантовых усилителей. Позднее, в 1957 г., ими же была рассмотрена теория среды с отрицательным поглощением и такая среда была осуществлена [6]. Авторы работы получили диплом на открытие принципа усиления электромагнитных волн с помощью неравновесных систем, а В. А. Фабрикант, кроме того, был удостоен Золотой медали им. С. И. Вавилова.

Таким образом, использование вынужденного излучения позволило создать в радиодиапазоне высококачественные усилители и эталоны частоты (времени) с очень большой стабильностью. Однако генераторов и усилителей в оптическом диапазоне еще не было. Возможность получения электромагнитного излучения оптического диапазона методами квантовых генераторов выглядела крайне заманчиво. Но на пути осуществления оптических квантовых генераторов (ОКГ) стояли серьезные и теоретические, и экспериментальные трудности.

Квантовая радиоэлектроника развилась очень быстро. От формулировки физической возможности осуществления вынужденного излучения до создания оптических квантовых генераторов прошло около 10 лет. История знает немного случаев такого стремительного развития целой области науки и техники. Практическое использование ОКГ началось, по сути дела, одновременно с их созданием. В кратчайшие сроки было налажено промышленное производство и развернуты работы по исследованию их применений для самых различных целей. Наша отечественная промышленность выпускает лазеры разных типов и разного назначения. В качестве примеров первых промышленных типов ОКГ укажем на газовые лазеры непрерывного действия (ОКГ-11 и ОКГ-12), предназначенные для применения в физике, химии, медицине, биологии и т. д. Мощность излучения лазера ОКГ-12' достигает 35 мет. Установка на рубине для сварки и пробивания отверстий с помощью лазерного луча К-ЗМ позволяет регулировать энергию в пределах 0,001—1 дж и обеспечивает пробивание материалов до 1 мм толщиной с диаметром проплавляемой зоны 0,001—0,5 мм.

Люминесцирующее Способность проявлять возбужденную люминесценцию, характеризующуюся наличием узких полос излучения в широком диапазоне оптического спектра Изготовление устройств и приборов для квантовой электроники — оптических квантовых генераторов, усилителей и пр.

Другим видом изучаемых оптических материалов являются кристаллы двойного лучепреломления, имеющие различные показатели преломления для ортогонально-поляризованных волн, а показатель преломления, как известно, зависит от температуры. У некоторых веществ, например у танталата лития (Lifa), изменение температуры вызывает значительное изменение величины показателя преломления.

Ниже приведены граничные волновые числа и растворимость при 20 °С некоторых оптических материалов, используемых для изготовления кюветных окон:

Фиг. 188. Характеристики американских оптических материалов (прозрачных фенопластов); а—время до разрыва образцов из бакелита ВТ-61-893 в зависимости от приложенной нагрузки; б—модули продольной упругости различных оптических материалов в зависимости от температуры; Ь — оптическая постоянная

Весьма существенно на развитие оптико-электронного приборостроения повлияло открытие и создание новых оптических материалов, используемых в инфракрасной области спектра. Первыми материалами, прозрачными для ИК-лучей, были природные кристаллы: кварц, каменная соль, сильвин, флюорит и др. Их оптические свойства были изучены уже в конце XIX в. Вследствие того что оптический блок является входным блоком оптико-электронного прибора, поиск новых материалов для изготовления линз стал важной задачей при создании новых приборов.

Использование когерентного излучателя в осветителе интро-скопа позволило осуществить контроль равнотолщинности плоскопараллельных пластин из оптических материалов, непрозрачных в видимой и ближней ИК области спектра. К такого рода материалам относится обширный класс полупроводниковых соединений с небольшой шириной запрещенной зоны, в частности германий, широко применяемый для изготовления оптических элементов мощных ИК лазеров. Так как плоскостность оптических поверхностей выполняется и контролируется с высокой точностью, то предлагаемый способ может быть использован для контроля клиновидности плоскопаралд$льнь1Х пластин. Измерение клино-

В радиоэлектронной промышленности с помощью этих методов определяют дефектные элементы полупроводниковых и интегральных схем по увеличению нагрева таких элементов при работе схемы и связанному с ним росту числа интерференционных полос. Методы голографической интерферометрии находят применение в оптической промышленности на стадиях определения качества оптических материалов, их обработки до заданной формы и закрепления в оправах [47, 181 ]. Этими методами с успехом контролировались также искажения активных элементов лазеров на твердом теле [31 ] и растворах органических красителей, возникающие в процессе их накачки [56]. Наконец, в строительной механике голографические методы используются для контроля деформаций балок и исследования моделей строительных сооружений [84]. Перечисленные примеры не исчерпывают многообразия применений голографических методов неразрушающего контроля и их возможностей. Более подробную информацию по этим вопросам можно найти в ряде обстоятельных обзоров [2, 16, 85, 97, 255].

Только объективы этих аппаратов по-прежнему сделаны из стекла. Но монополия традиционных оптических материалов уже под угрозой: видоискатели и фотоэкспонометры также выполнены из синтетических материалов.

Метралит имеет среди петерлитов наибольшую теплостойкость, в авиалите объединяются высокая теплостойкость и большая статическая прочность, а фокалит отличается наибольшей ударной вязкостью и не проявляет склонности к образованию поверхностных трещин. В табл. XXII. 2 приведены свойства некоторых оптических материалов.

Устойчивый резонатор сравнительно прост в эксплуатации. Он легко юстируется, достаточно устойчив по отношению к разъюстировке. Его сферические зеркала сравнительно легко поддаются изготовлению и контролю радиуса кривизны. Поэтому они находят широкое применение в лазерной технике, особенно в технике маломощных (<1 кВт) лазеров. К числу недостатков устойчивых резонаторов следует отнести несовпадение объема каустики с объемом активной среды, что приводит к уменьшению КПД и увеличению размеров лазера, а также повышенные значения плотности мощности в перетяжке, что в случае ее малых размеров может привести к оптическому пробою. Однако самым серьезным недостатком устойчивых резонаторов является невысокая лучевая стойкость используемых в качестве выходных окон диэлектрических оптических материалов. Именно это обстоятельство ограничивает использование устойчивых резонаторов при больших плотностях излучения.

в котором п0 — показатель преломления материала линз, a /?i и #2 — радиусы кривизны первой и второй поверхностей линзы в порядке их прохождения излучением. При оптимальном соотношении между R\ и /?2 минимально возможные для одиночных линз значения Аа для большинства распространенных оптических материалов составляют Аа— 10~2.

Заканчивая обсуждение вопроса о расширении спектра генерации современных лазеров, необходимо отметить еще одно перспективное направление, усиленно развиваемое последние годы благодаря успехам в технологии получения нелинейных оптических материалов. Речь идет о возможности эффективного преобразования частот лазеров нелинейно-оптическими методами. Для генерации гармоник в видимой области спектра с наибольшим успехом применяются кристаллы дигидрофосфатов аммония (ADP) и калия (KDP), иодата и ниобата лития и др.