Бистатический лазерный монитор для визуально-оптической диагностики объектов и процессов, экранированных широкополосной фоновой засветкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Васнев Николай Александрович

• Васнев Николай Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Васнев Николай Александрович

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Основные этапы развития активных оптических систем

1.1.1 Причины возникновения активных оптических систем

1.1.2 Лазерный проекционный микроскоп

1.1.3 Лазерный проекционный микроскоп в проходящем свете

1.1.4 Регистрация изображений, формирование изображения от одного импульса

1.1.5 Лазерный монитор и его применение в условиях яркого фонового излучения

1.1.6 Первое применение лазерного проекционного микроскопа в системе «Генератор-Усилитель мощности»

1.1.7 Активные оптические системы сегодня

1.2 Требования к активным оптическим системам

1.3 Ограничения лазерных мониторов на основе усилителей яркости на парах металлов

1.4 Бистатический лазерный монитор

1.5 Выводы по Главе

Глава 2. Приборы и техника эксперимента

2.1 Конструкция активных элементов

2.2 Источники накачки

2.3 Система синхронизации традиционных источников накачки

2.4 Используемые приборы и оборудование

2.5 Система синхронизации полупроводниковых источников накачки

2.6 Выводы по Главе

Глава 3. Визуализация тестовых объектов

3.1 Макет бистатического лазерного монитора

3.2 Конфигурации оптической схемы

3.3 Источник подсветки с неустойчивым телескопическим резонатором

3.4 Источник подсветки с плоскопараллельным резонатором

3.4.1 Яркость и область зрения

3.4.2 Предельно допустимая дистанция визуализации

3.4.3 Пространственное разрешения

3.5 Выводы по Главе

Глава 4. Визуализация быстропротекающих процессов

4.1 Горение бенгальской свечи

4.2 Разрушение графитовых электродов

4.3 Горение металлокерамического порошка

4.4 Горение скрутки проволок из никеля и алюминия

4.5 Выводы по Главе

Заключение

Благодарности

Список использованных источников

Приложение А - Принципиальная электрическая схема управления

Приложение Б - Спецификация схемы управления

Приложение В - Принципиальная электрическая схема

высоковольтного модулятора

Приложение Г - Спецификация схемы высоковольтного модулятора 149 Приложение Д - Схема электрическая принципиальная преобразования

цифровых сигналов в оптические

Приложение Е - Спецификация схемы преобразования цифровых

сигналов в оптические

Приложение Ж - Акты внедрения

Введение

Визуально-оптическая диагностика объектов и процессов предполагает выделение оптического спектра с наибольшим отношением полезного сигнала к шуму, то есть спектральную фильтрацию. В особенности такая потребность возникает при изучении процессов в условиях яркого фонового излучения. Типичными примерами таких процессов являются сварочные процессы [1-6], электрообработка металлов [6,7], лазерная микрообработка [8-10], получение наноматериалов [11-13] и другие [14-17].

Существуют принципиально разные подходы спектральной фильтрации. Один из них базируется на использовании оптических фильтров с узкой полосой пропускания, в том числе перестраиваемые фильтры, например, акусто-оптические или интерференционные [18-21]. Другой подход представляет собой компьютерную обработку регистрируемых оптических сигналов [22-24]. Также прибегают и к комбинированию данных методов. Однако в большинстве случаев такие меры позволяют выделить диапазон оптического спектра порядка нескольких десятков нм, а используемые для этого лазерные источники подсветки (Cavitar, Финляндия; Oxford Lasers, Великобритания) [5] и оптические фильтры (EKSMA OPICS, Литва; Camera IQ "Камера Ай-Кью", Москва) [25,26] отличаются высокой стоимостью.

Известно, что применение активных оптических систем на парах металлов, лазерных мониторов, обеспечивает узкополосное усиление сигнала в спектральном диапазоне до 10 пм [27]. В ряде научных работ исследованы возможности моностатической схемы лазерного монитора и указаны ее ограничения, обусловленные взаимосвязью параметров подсветки и усиления активной среды на переходах в парах металлов [28-31]. Использование двух активных сред позволяет решить данную проблему: одна активная среда используется для подсветки объекта (процесса) исследования, а другая - для спектральной фильтрации и усиления полученного оптического изображения.

Активная оптическая система, работающая по такому принципу, получила название бистатический лазерный монитор (лазерный монитор с независимым источником подсветки).

Очевидно, что преимущества бистатического лазерного монитора [32] могут быть реализованы на практике лишь при согласовании импульсно-периодических режимов работы двух активных сред - сделать это можно лишь за счет согласования частотно-временных параметров их накачки. Каждый источник накачки содержит цифровые и высоковольтные блоки, следовательно, синхронизировать их работу можно по одному из этих двух каналов.

Синхронизация цифровых блоков источников накачки проще с технической точки зрения, однако ее надежность в наносекундном диапазоне и в условиях электромагнитных помех ставится под сомнение. В связи с этим, необходимо исследовать способы синхронизации по каждому каналу (цифровому и высоковольтному) выявить наиболее приемлемый вариант. Такое исследование требует решения ряда технических задач, среди которых: реализация цифровой схемы синхронизации, реализация высоковольтного устройства синхронизации (модулятора), разработка универсальной системы управления модулятором и источниками накачки активных элементов, создание программного обеспечения для схем управления.

Для исследования выбраны активные среды на парах бромида меди, которые характеризуются высокой спектральной яркостью, узкой спектральной линией, большим коэффициентом усиления и высокой однородностью среды [28,33-36].

Таким образом, объектом исследования являются системы формирования усиленных по яркости изображений.

Предметом исследования является методы и средства визуально-оптической диагностики объектов в условиях широкополосной фоновой засветки с использованием лазерных усилителей яркости.

Степень разработанности темы

Узкая спектральная линия (<10 пм), высокий коэффициент усиления (103^104), а также высокая однородность среды делают лазерные проекционные системы на основе усилителей яркости на парах металлов мощным диагностическим инструментом для ряда научных и промышленных процессов [28,33-36].

Исследования лазерного проекционного микроскопа были инициированы в 1974 году Петрашом Г.Г. [37]. Под его руководством была показана возможность формирования изображения в лазерных проекционных микроскопах в отраженном и проходящем свете [37-39]. Реализованные проекционные системы нашли свое применение в биологии и медицине [40].

В 1980-х годах лазерные проекционные микроскопы стали использоваться для визуализации объектов, скрытых от наблюдателя широкополосной фоновой засветкой [7,8,41]. Для регистрации наблюдаемого процесса и его последующего изучения все чаще стали применяться скоростные видеокамеры и математический анализ изображений. Лазерный проекционный микроскоп, снабженный высокоскоростной видеорегистрирующей аппаратурой, получил название лазерный монитор -это понятие было введено И.И. Климовским, и оно хорошо отражает функцию такой активной оптической системы [42].

Большой пласт работ посвящен изучению возможностей лазерного монитора. С помощью этого устройства исследовались такие процессы как самораспространяющийся высокотемпературный синтез [14], коронный разряд [43], эволюция лазерного факела в процессе получения нанопорошка [44], синтез алмаза [45] и др. Накопленный опыт работы позволил сформулировать основные недостатки лазерного монитора. Во-первых, это относительно малая предельно допустимая дистанция визуализации, которая составляет 3,3 м [30], что обусловлено длительностью импульса усиленного спонтанного излучения (сверхсветимости). Другим важным ограничением является невозможность независимой регулировки интенсивности подсветки

6

и коэффициента усиления [30,46]. Также очевидно, что область зрения лазерного монитора определяется оптикой, используемой для построения изображения, поскольку подсветка объекта исследования осуществляется через объектив, формирующий входной сигнал (изображение) для усилителя яркости. Следовательно, модификация оптической системы в данном случае весьма ограничена.

В работах [46,47] был предложен вариант лазерной проекционной системы с автономной подсветкой излучением вспомогательного лазера. Показано, что системы с независимой подсветкой обладают более широкими функциональными возможностями. Во-первых, независимое освещение способствует увеличению эффективного поля зрения в (1,5^2) раза. Во-вторых, при большей освещенности объекта удается получить более контрастные изображения.

Проекционная система с автономным источником подсветки не получила широкого распространения. В первую очередь это связано со сложностью реализации и эксплуатации системы, поскольку ее применение подразумевает согласование импульсно-периодических режимов работы двух активных элементов на переходах атомов металлов. Другим сдерживающим фактором было отсутствие скоростной видеорегистрирующей аппаратуры на этапе развития лазерных проекционных систем, а также ограниченный перечень задач, где такие системы могли быть использованы.

В настоящее время изложенный в работах [46,47] подход может быть использован для устранения или минимизации вышеуказанных недостатков лазерного монитора. Синхронизация лазерного монитора с независимым источником подсветки обеспечивает разделение функций подсветки и усиления. Такой подход дает возможность регулировать уровень освещенности объекта и коэффициент усиления независимо друг от друга. Кроме того, появляется возможность увеличить дистанцию визуализации, а также область зрения лазерного монитора. В этой связи реализация такой лазерной проекционной системы вызывает неподдельный научный интерес.

Поскольку лазерный монитор с независимым источником подсветки содержит два активных элемента, было предложено называть такую систему бистатическим лазерным монитором, а традиционный вариант лазерного монитора - моностатическим.

Вопросу синхронизации импульсно-периодических режимов работ всегда уделяется внимание при реализации системы «Генератор - Усилитель мощности» (МОРА-системы) [35,48]. Например, существует диссертационная работа, где представлена лазерная система (ЗГ - ПФК - УМ), содержащая два активных элемента на парах меди [49]. Автор указанной работы пишет, что синхронизация во времени импульсов излучения от задающего генератора (ЗГ) и усилителя мощности (УМ) обеспечивается наносекундной линией задержки "с точностью не хуже ±2 нс". Другим примером является работа [50], в которой используется устройство, формирующее импульсы накачки для двух лазерных активных элементов на парах бромида меди. Каждый из активных элементов обладает собственным источником накачки, модулятором и блоком запуска. Для синхронного управления источниками накачки используется внешний генератор импульсов, к одному из выходных каналов которого подключается линия временной задержки с дискретностью 2,5 нс. Следует подчеркнуть, что в указанных работах констатируют факт синхронизации работы двух лазерных активных элементов, но не раскрывают используемые для этого технические решения.

Исходя из всего вышеперечисленного становится очевидным, что реализация системы синхронизации импульсно-периодических режимов работы источника подсветки и усилителя яркости позволит существенно расширить возможности лазерного монитора при визуально-оптической диагностики объектов и процессов, в том числе в условиях широкополосной фоновой засветки.

Объект и предмет исследования

Объект исследования: систем формирования и регистрации изображений видимого диапазона спектра.

Предмет исследования: активная оптическая система с усилителем яркости изображения и независимым источником подсветки на основе активных сред на парах бромида меди.

Цель и задачи

Целью настоящей работы является разработка активной оптической системы с усилителем яркости изображения и независимым источником подсветки на парах бромида меди и исследование возможностей такой системы в области визуально-оптической диагностики объектов и процессов, экранированных фоновым излучением, при их дистанционном расположении.

Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ ограничений, присущих активным оптическим системам с усилителями яркости изображений на парах бромида меди.

2. Разработать устройство синхронизации импульсно-периодических режимов двух активных элементов на парах бромида меди (усилителя яркости и источника подсветки) и реализовать на его основе макет бистатического лазерного монитора.

3. Определить основные параметры реализованного макета бистатического лазерного монитора (область зрения, яркость и контрастность формируемых изображений, пространственное разрешение, предельно допустимая дистанция визуализации).

4. Установить влияние параметров синхронизации, усиления и подсветки на численные показатели формируемых изображений.

5. Провести апробацию разработанного макета бистатического лазерного монитора при визуализации быстропротекающих процессов, экранированных широкополосной фоновой засветкой.

Научная новизна

Впервые экспериментально доказано, что предельно допустимая дистанция визуализации лазерного монитора на парах бромида меди (3,3 м), ограниченная длительностью импульса излучения усилителя яркости (30-50 нс), может быть увеличена (не менее, чем до 15,5 м) за счет независимого источника подсветки с тем же активным веществом при синхронизации их импульсно-периодических режимов работы.

Установлено, что соотношение «полезный сигнал/шум» в лазерном мониторе может быть увеличено за счет использования независимого источника подсветки, импульсно-периодический режим работы и спектральный состав излучения которого согласован с усилителем яркости.

В бистатическом лазерном мониторе снижение уровня технического шума достигается за счет уменьшения концентрации паров рабочего вещества усилителя яркости.

Показано, что бистатическая схема лазерного монитора при дистанции визуализации 1 м обеспечивает формирование изображений с пространственным разрешением не хуже 1 мкм с яркостью и контрастом существенно выше, чем в моностатической схеме лазерного монитора.

Практическая значимость работы

Разработан и реализован в виде действующего макета высоковольтный модулятор [51], предназначенный для синхронизации импульсно-периодических режимов работы двух активных элементов на парах галогенидов металлов и обеспечивающий плавную регулировку импульсов излучения в диапазоне от -55 до +55 нс.

Реализован действующий макет бистатического лазерного монитора, позволяющий осуществлять визуально-оптическую диагностику объектов и быстропротекающих процессов, экранированных широкополосной фоновой засветкой, с областью зрения до 64,5 мм, пространственным разрешением до 1 мкм и дистанцией визуализации до 15,5 м [52].

Экспериментально показано, что численные показатели качества изображений, формируемых в бистатическом лазерном мониторе, зависят от временного сдвига между импульсами излучения источника подсветки и усилителя яркости. При оптимальном временном сдвиге и джиттере импульсов излучения <7 нс яркость изображений, формируемых в бистатической схеме лазерного монитора, изменяется не более, чем на 10 % (в режиме покадровой съемки).

Реализованы полупроводниковые источники питания активных элементов с мощностью накачки 475 Вт, согласование частотно-временных параметров которых осуществляется с дискретностью не хуже 1 нс и джиттером импульсов возбуждения не более 4 нс.

Результаты исследования были использованы при выполнении программы УМНИК № 11846ГУ/2017, гранта РНФ № 14-19-00175 «Скоростные усилители яркости на переходах в парах металлов» (2017-2018), гранта РФФИ № 19-38-90042 «Бистатический лазерный монитор для задач неразрушающего контроля» (2019-2021) и гранта РНФ «Функциональные преобразователи оптических сигналов в видимом и ближнем ИК диапазонах» (2019-2022).

В рамках работы был выполнен хоздоговор № 010/17-5 от 26-го июня 2017 г. на изготовление, поставку и выполнение пуско-наладочных работ СиВг-лазера для визуализации сварочных процессов. Результаты работы используются при выполнении научно-исследовательских работ в ИФПМ СО РАН и ЮТИ ТПУ.

Методология и методы исследования

Активные среды на парах бромида меди исследовались как в режиме усиления яркости изображения, так и в режиме генератора - для этого определялись энергетические, частотные, спектральные и временные характеристики сверхизлучения и генерации. Мощность излучения регистрировалась измерительными приборами ОрЫг 30С^Н и ИМО-2Н.

Электрические параметры импульсов возбуждения активных элементов регистрировались высоковольтным измерительным щупом Tektronics P6015A и датчиком тока Pearson Current Monitors

Для регистрации импульсов излучения использовались два коаксиальных фотоэлемента (ФЭК-14К), которые подключались к осциллографу (LeCroy WJ324 A, RIGOL DS1074B или Rigol MSO1104Z).

Изображения, полученные в схемах лазерного монитора, регистрировались камерой машинного зрения Baumer VLG-20C и скоростной камерой AOS Q-PRI. Область зрения, яркость и локальный контраст изображений оценивались с помощью программ ImageJ и Origin.

Положения, выносимые на защиту

1. Синхронизация импульсно-периодических режимов работы источника подсветки и усилителя яркости на парах бромида меди позволяет проводить визуализацию объектов и процессов, экранированных фоновым излучением, при их расположении на расстоянии до 15,5 м, а также с большей областью зрения на (10-350) %, большей яркостью на (10-170) % и более высоким контрастом (не менее, чем на 40 %) по сравнению с визуализацией в лазерном мониторе без дополнительного источника подсветки.

2. Искажения изображений, обусловленные техническими шумами лазерного монитора, устраняются за счет временного согласования режимов работы источника подсветки и усилителя яркости, а также за счет уменьшения концентрации активного вещества усилителя яркости.

3. Бистатический лазерный монитор с временным разрешением не менее 66,5 мкс для визуализации объектов сложной формы, а также с низкой отражательной способностью, в условиях широкополосного фонового излучения с пространственным разрешением не хуже 1 мкм при дистанции визуализации 44 см и расстоянии между объектом наблюдения и объективом 9,5 см.

Личный вклад автора

Результаты диссертационной работы, составившие основу защищаемых положений, получены автором самостоятельно или при непосредственном участии. Постановка задачи исследования, обобщение результатов и формулировка защищаемых положений проводились совместно с научным руководителем. Автор принимал участие в изготовлении источников питания активных элементов усилителей яркости, их систем управления, систем синхронизации и систем термостабилизации, а также в разработке экспериментальных стендов для проведения исследований. Кроме того, автором выполнялись подготовка и проведение экспериментов, а также обработка полученных результатов.

Достоверность и апробация результатов

Результаты получены с использованием современного технического оборудования, полный перечень которого представлен в Главе 2. Сформулированные выводы не противоречат основным законам физики. Также о достоверности полученных результатов говорит их многократная воспроизводимость.

Материалы, полученные в рамках выполнения диссертационной работы, были представлены на конференциях различного уровня, в частности на 24-ой и 25-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ» (2018, 2019); XIII, XIV и XV Международной конференции по импульсным лазерам и применениям лазеров «AMPL» (2017, 2019, 2021); XVII и XIX Международной конференции молодых специалистов по микро/нанотехнологиям и электронным приборам «EDM» (2016, 2018); XXVI Международной конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии, геоэкологии» (2018); Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (2018); VIII Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Высокие технологии

в современной науке и технике» (2019); XII Международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики» (2020); XIX Международной конференции по лазерной оптике «ICLO» (2020).

Публикации

Материалы диссертации в полном объеме представлены в научной печати. Всего опубликовано 28 работ, в том числе 3 статьи в российских научных журналах (Оптика атмосферы и океана, Приборы и техника эксперимента), рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций, и 3 статьи в зарубежных научных журналах (Applied Physics B: Lasers and Optics, Optics Communications), индексируемых библиографическими базами данных Web of Science и Scopus. Также 7 работ опубликовано в трудах конференций, индексируемых Web of Sciences и Scopus. Получено 5 охранных документов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Бистатический лазерный монитор для визуально-оптической диагностики объектов и процессов, экранированных широкополосной фоновой засветкой»

Структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников. Объем работы составляет 157 страниц, включает 92 рисунка, 2 таблицы, 104 источника и 7 приложений.

Основное содержание работы

Во введении обозначена проблема спектральной фильтрации при визуально-оптической диагностике, раскрывается актуальность проблемы, а также рассматриваются возможные варианты ее решения (пассивными и активными методами) и подчеркиваются их принципиальные различия. Указаны недостатки лазерного монитора, для их преодоления или минимизации предложено использовать лазерный монитор с независимым источником подсветки. Обозначена необходимость синхронизации импульсно-периодических режимов работы усилителя яркости и источника подсветки.

В первой главе проведен литературный обзор по теме исследования, рассмотрены причины возникновения активных оптических систем и описаны основные этапы их развития. На примере ранее опубликованных работ показано, что использование активных оптических систем позволяет формировать изображения микрообъектов с высокой яркостью и значительным увеличением. Перечислены различные области применения лазерных проекционных микроскопов и лазерных мониторов. Рассмотрен принцип действия лазерного монитора, а также физические и технические ограничения его возможностей. Представлен принцип действия лазерного монитора с автономным источником подсветки (бистатический лазерный монитор), перечислены его возможные преимущества по сравнению с моностатическим лазерным монитором.

Во второй главе рассматривается конструкция активных элементов на парах бромида меди, приводятся краткие сведения об их источниках возбуждения, выполненных на основе тиратронов ТГИ1-1000-25. Перечисляются основные приборы и оборудования, используемые для выполнения инженерных и исследовательских работ. Рассматриваются два способа синхронизации импульсно-периодических режимов работы источника подсветки и усилителя яркости с источниками накачки на основе тиратронов. Оба способа сводятся к синхронизации работы источников возбуждения активных элементов. Первый способ базируется на синхронизации цифровых импульсов управления, формируемых генератором Digital-EL PG-874 с дискретностью 10 нс. Использование такого подхода было признано нецелесообразным, в виду того, что джиттер импульсов излучения (33 нс) оказался сопоставим с длительностью одного импульса излучения (30^50) нс. Второй способ основан на формировании импульса коммутации тиратронов источников возбуждения каждого из активных элементов. Высоковольтный импульс поступает на две линии задержки на сетки тиратронов. Переменная индуктивность в линиях задержки позволяет варьировать момент коммутации тиратронов относительно друг друга с

плавной регулировкой не хуже 1 нс в диапазоне от -55 до +55 нс. Знаки «+» и «-» вводятся для обозначения опережения или отставания одного импульса излучения относительно другого (опорного). Джиггер импульсов излучения в таком варианте синхронизации не превышал 7 нс. На основании разработанной системы был реализован макет бистатического лазерного монитора. Апробация реализованной системы синхронизации включала визуализацию тестового объекта, яркость изображений которого при указанном джиттере изменялась не более, чем на 10 %. В главе также детально рассматривается принцип действия реализованной системы синхронизации, которая включает в себя цифровую схему управления и высоковольтный модулятор - принципиальные электрические схемы и соответствующие им спецификации приводятся в Приложениях. Кроме того, рассматривается возможность реализации бистатического лазерного монитора с полупроводниковыми источниками накачки на основе мощных IGBT-транзисторов HGTG27N120BN (1200 В, 72 А). Показано, что при синхронизации работы полупроводниковых источников накачки средний джиттер между импульсами тока через ГРТ активных элементов составляет 2 нс. Установлено, что мощность накачки (475 Вт) реализованных источников достаточна для возбуждения малогабаритного усилителя яркости (1=40 см, d=2,5 см, У=196 см3), но недостаточна для возбуждения активной среды источника подсветки (1=90 см, d=5 см, У=1767 см3).

В третьей главе приводится краткое описание реализованного макета бистатического лазерного монитора (лазерного монитора с независимым источником подсветки) на основе разработанной системы синхронизации. Описываются различные конфигурации оптической системы (с неустойчивым телескопическим и плоскопараллельным резонатором). Реализованный макет бистатического лазерного монитора используется для визуализации тестовых объектов с высокой отражательной способностью (металлическая линейка, монета, щель монохроматора). Изображения объектов поочередно формируются в схемах моностатического и бистатического лазерного

монитора, а также в отдельных случаях с помощью лазерной подсветки. Проводится сравнительный анализ полученных изображений. Продемонстрировано, что использование независимого источника подсветки позволяет увеличить яркость изображений не менее, чем в 2,7 раза по сравнению с изображениями в моностатической схеме лазерного монитора. Область зрения при этом была увеличена не менее, чем в 1,6 раза. Максимальные значения указанных параметров зависят от ряда факторов, таких как отражательная способностью объекта, его расположение, радиальное распределение мощности лазерного пучка, а также особенностей компонентов оптической системы и ее конфигурации. Показано, что увеличение яркости изображений в бистатической схеме лазерного монитора относительно моностатической схемы возможно в пределах (10^170) %, а области зрения - (10^350) %. Минимальное увеличение локального контраста составило 40 %. Наибольшее увеличение области зрение было достигнуто в схеме с неустойчивым телескопическим резонатором при использовании дополнительного объектива, фокусирующего излучение источника подсветки на объекте наблюдения. Также показано, что яркость и контрастность изображений, сформированных в бистатической схеме лазерного монитора, зависят от временного сдвига ^с) между импульсами излучения подсветки и усиления. Это соотносится с зависимостью мощности излучения МОРА системы от временного сдвига между импульсами излучения ее активных элементов.

Одной из ключевых задач диссертационного исследования являлось увеличение предельной дистанции между объектом наблюдения и лазерным монитором. Впервые продемонстрировано, что бистатическая схема лазерного монитора позволяет визуализировать объект наблюдения на дистанции 15,5 м. Следовательно, дистанция визуализации по сравнению с моностатическим лазерным монитором (3,3) была увеличена в 4,7 раза. Изменение расстояния между усилителем яркости и объектом исследования требовало подстройки временного сдвига между формированием импульсов

возбуждения (излучения) активных элементов посредством реализованного высоковольтного модулятора.

Экспериментально установлено, что визуализация в схемах лазерного монитора осложняется «техническим шумом», обусловленным отражениями усиленного спонтанного излучения усилителя яркости от компонентов оптической схемы. Продемонстрировано, что регулировка временного сдвига между импульсом подсветки и импульсом сверхизлучения усилителя яркости (импульс усиления) в бистатической схеме лазерного монитора приводит к устранению или минимизации возникающих при этом оптических искажений за счет эффективного съема инверсной населенности в активной среде усилителя полезным сигналом (оптическим изображением). В качестве альтернативного способа увеличения соотношения полезного сигнала и шума рассматривается снижение концентрации активного вещества усилителя, что приводит с одной стороны к уменьшению усиления среды, а с другой - к уменьшению усиленного спонтанного излучения усилителя, которое является источником «технического шума».

Пространственное разрешение реализованного макета бистатического лазерного монитора определялось исходя из зависимостей распределения яркости пикселей вдоль горизонтальных линий, на полученных изображениях. Установлено, что при дистанции визуализации 1 м предельное разрешение составляет не хуже 1 мкм; при дистанции визуализации 3 м - не хуже 20 мкм; при дистанции визуализации 10 м - не хуже 440 мкм.

В четвертой главе приводятся результаты апробации реализованного макета бистатического лазерного монитора при визуализации быстропротекающих процессов с мощной фоновой засветкой: горение бенгальской свечи, разрушение графитовых электродов при зажигании электрической дуги, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), горение проволок из никеля и алюминия. Оценивается скорость протекания процессов, показаны различия при визуализации в моностатической и бистатической схемах лазерного монитора. Показано, что

при визуализации объектов сложной формы с выраженным рельефом (скрутка двух проволок) и малого размера (350-400 мкм) яркость и контрастность существенно выше в бистатической схеме лазерного монитора. Визуализация процесса горения проволок выполнена как при возбуждении активной среды усилителя яркости источником накачки на основе тиратрона, так и полупроводниковым источником. На полученных изображениях полностью отсутствует фоновая засветка, что позволяет анализировать структурные изменения объектов исследования. Изображения формировались как одним, так и несколькими импульсами излучения.

В заключении формулируются основные результаты и выводы.

Глава 1. Обзор литературы 1.1 Основные этапы развития активных оптических систем

1.1.1 Причины возникновения активных оптических систем

Первые сообщения о рассмотрении идеи использования активных сред лазеров как усилителей яркости изображения появились в 50-60-х годах. Потребность в таких устройствах была обусловлена тем, что любые преобразования световых пучков в оптической системе неизбежно приводят к уменьшению их яркости. Разумеется, это накладывает ограничения на возможности оптических приборов и приводит к ряду трудностей, связанных с недостатком света на выходе системы. Использование усилителей яркости на основе активных сред на парах металлов позволяет увеличить яркость пучка на выходе системы [37,53,54]. Вынужденное излучение по своей природе позволяет усиливать световой поток с минимальным искажением изображения за счет однородности активной среды.

Для таких целей изначально предлагалось использовать активные среды на парах щелочных металлов [55,56]. Инициировались исследования усилителей яркости изображения, у которых в качестве активного вещества использовался рубин (как и у первого оптического квантового генератора) [57]. Сообщалось о формировании усиленного по яркости изображения посредством активной среды неодимового лазера [58]. Однако все эти работы были лишь предварительным этапом в данной области исследований. В 1965 году впервые была опробована газовая среда для формирования усиленных по яркости изображений. В качестве квантового усилителя использовался гелий-неоновый лазер, активный объем которого содержал также пары однократно ионизированной ртути. Полученные изображения отличались довольно низким качеством, вследствие чего от использования таких систем пришлось отказаться. Однако нельзя не отметить, что все

дальнейшие исследования все чаще посвящались применению газовых лазеров в качестве усилителей яркости.

1.1.2 Лазерный проекционный микроскоп

В 1974 году Земсков Константин Иванович и его коллеги реализовали активную оптическую систему с усилителем яркости на парах меди [37]. Система получила название лазерный проекционный микроскоп. На Рисунке 1.1 схематично представлена схема эксперимента. Усиленное спонтанное излучение квантового усилителя яркости (1) фокусировалось с помощью объектива (2) на объекте исследования, который располагался в плоскости (3). Отраженное излучение повторно проходило через объектив, который строил изображение объекта исследования. Далее излучение, несущее изображение, усиливалось активной средой усилителя (1) за счет инверсной населенности. Усиленное по яркости увеличенное перевернутое и действительное изображение можно было наблюдать на экране (4).

Усиленное изображение проецировалось на экран (4). Усилитель яркости работал в импульсно-периодическом режиме с частотой следования импульсов (ЧСИ) 10 кГц.

/да X4

\/ У.

3 2 1

Рисунок 1.1 - Лазерный проекционный микроскоп: 1 - лазерный усилитель яркости; 2 - собирающая линза (объектив); 3 - плоскость, в которой располагалась

объект наблюдения; 4 - экран.

Увеличение такой системы определялось отношением расстояний 2-3 и 2-4. Авторы указывают, что ими использовался стандартный микрообъектив с увеличением 8х (а также в отдельных случаях фотообъектив с фокусным расстояние f = 50 мм). Экран располагался на расстоянии 40-60 м

от усилителя яркости. Размер изображения составлял около 1 м, а его увеличение достигало несколько тысяч единиц. На близких расстояниях такие же увеличения достигались за счет применения дополнительной оптической системы. Мощность излучения, формировавшего изображение, составляла 1 Вт. В качестве объекта использовался микрометр с ценой деления 10 мкм, его изображение представлено на Рисунок 1.2.

Рисунок 1.2 - Изображение объект-микрометра с ценой деления 10 мкм.

Таким образом, было установлено, что на основе лазеров на парах металлов, работающих в режиме сверхсветимости, можно реализовывать активные оптические системы (АОС), способные обеспечить высокие увеличения микрообъектов и формировать их изображения с высокой яркостью.

1.1.3 Лазерный проекционный микроскоп в проходящем свете

В работе [37] сверхизлучение усилителя яркости отражалось непосредственно от поверхности объекта. Между тем существуют приложения, в которых необходимо формировать изображение в проходящем свете. Такая потребность возникает в тех случаях, когда исследуются прозрачные препараты или объекты, у которых различные участки структуры по-разному поглощают свет. Подобные объекты исследования встречаются в петрографии (шлифы минералов), микроэлектронике (тонкие пленки, полупроводниковые материалы), а также биологии и медицине (тонкие срезы животных и растительных тканей).

Для решения такой задачи была использована схема лазерного проекционного микроскопа с зеркальным конденсором [39], то есть оптической системой, способной собирать лучи от источника света и направлять их на объект исследования. Схема представлена на Рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Лазерный проекционный микроскоп в проходящем свете: 1 - конденсор;

2 - объект наблюдения; 3 - объектив; 4 - диафрагма; 5 - лазерный усилитель яркости;

6 - линза; 7 - экран.

Принцип действия данного лазерного микроскопа аналогичен рассмотренному ранее, с той лишь разницей, что сверхизлучение усилителя яркости проходит сквозь объект и отражается от конденсора. Активный элемент представлял из себя лазерный усилитель яркости на парах меди. В качестве объекта исследования использовались срез луковицы и петрографические шлифы. Авторы сообщают, что диапазону входного сигнала (4^300) мкВт соответствует эффективное усиление (10,7^1,7)^103.

Работа [39] продемонстрировала, что использование лазеров на парах меди обеспечивает формирование изображений с высокой мощностью при относительно малом уровне освещенности объекта. Такая возможность актуальна при формировании изображений биологических объектов, поскольку излучение сверхсветимости способно оказывать деструктивное воздействие на биологическую ткань. В работе [40] приводятся результаты визуализации ряда статические объектов с помощью усилителя яркости на парах меди. В частности, были получены изображения срезов луковицы и других тканей. Поле зрения варьировалась от 0,15 мм до 1,2 мм, а увеличение достигало 6,5^ 103. Также была предпринята попытка визуализировать живые объекты (виноградные улитки), однако в этом случае

стали заметно проявляться паразитные отражения и рассеяние света, что приводило к искажению формируемых изображений.

1.1.4 Регистрация изображений, формирование изображения от одного импульса

Импульсно-периодический режим работы лазеров на самоограниченных переходах [33-36] требовал синхронизацию импульсов генерации со съемкой фоторегистрирующей аппаратуры. В случае отсутствия синхронизации изображения формируются несколькими импульсами излучения, количество которых будет завесить от соотношения ЧСИ, экспозиции съемки и момента включения камеры. Очевидно, что чем больше экспозиция, тем большее число импульсов формирует изображение. С одной стороны это приводит к увеличению яркости каждого кадра, с другой стороны может привести к потере информации или к искажению изображения. Более информативной была бы покадровая съемка, когда каждый кадр формируется одним импульсов усиленного спонтанного излучения активной среды

Советский и российский ученый Савранский Валерий Васильевич вместе со своими коллегами стремился получить изображение объекта от одного импульса излучения. В 1981 году учеными был реализован лазерный проекционный микроскоп со скоростной фотографической установкой ВФУ-1, используемой в качестве регистратора [41]. За одну съемку можно было зарегистрировать не более 40 кадров, мониторинг в режиме реального времени отсутствовал.

Известна работа [59], в которой усилитель яркости на парах меди использовался для визуализации прозрачного биологического объекта. Изображения формировались объективом микроскопа «Биолам». Для регистрации изображений использовалась высокоскоростная фотографическая установка ВФУ - 1. В качестве объектов исследования были использованы инфузория и вингорадная улитка (реНх ротайа). Изображения представлены на Рисунке 1.4. Стрелки указывают на изменения в морфологии

структуры. Следует отметить такой недостаток системы, как необходимость длительной обработки получаемых на фотопленке изображений.

а) б)

Рисунок 1.4 - Изображения инфузории (а) и нейрона виноградной улитки (б).

Работа [59] интересна тем, что сформированное изображение впервые направлялось не на экран, а непосредственно в объектив видеорагистрирующей аппаратуры. Экспериментальная установка изображена на Рисунке 1.5.

Ч 5 5 7 £ —„-:- „ -— V

X I ою -.. ЕЕИ----------- V

Рисунок 1.5 - Лазерный проекционный микроскоп с системой регистрации изображений.

Усилитель яркости на парах меди (1) работал с ЧСИ 11 кГц, длительность импульса составляла порядка 15 нс. Зеркала (2) и (2') образовывали плоскопараллельный резонатор, ось которого была смещена относительно оси усилителя яркости (1). Плоскопараллельная пластина (3) и зеркало (4) направляли пучок через оптическую систему, содержащую нейтральный светофильтр (5) и конденсор (6). Далее световой пучок проходил через объект наблюдения (7) и объектив микроскопа «Биолам» (8). Усиленное изображение на выходе усилителя яркости (1) отражалось от зеркала (9) и либо

25

направлялось на зеркало (10), либо проецировалось на экран (11). Отражаясь от зеркала (10) сигнал достигал объектива высокоскоростной фотографической установки ВФУ - 1 (12).

16,10

0.00-1—1-^-1- -^-—1-'-

0,00 3,50 1,00 10,50 14,0 Ц00 3,50 7,00 10,511 14,00

Рисунок 1.6 - Эквиденсы оптической плотности 0,728 двух последовательных кадров

живой клетки с интервалом 100 мкс.

Установка позволила изучить, как менялась динамическая структура хроматина в интерфазном ядре клетки за период времени, равный 100 мкс (Рисунок 1.6). В результате удалось расширить известный диапазон периодов колебательных процессов микроструктур, протекающих в живой клетке.

1.1.5 Лазерный монитор и его применение в условиях яркого фонового излучения

Рассмотренные примеры показывают, что лазерный проекционный микроскоп способен формировать изображения различных объектов с большим линейным увеличением (масштабированием). Между тем гораздо больший научный интерес и практическое значение получила возможность формирования изображений «сквозь пламя». Еще в 1967 году, задолго до введения термина «лазерный проекционный микроскоп», сообщалось, что когерентный луч с длинной волны 510,6 нм может пройти через слой высокотемпературной плазмы и сформировать изображения объекта без каких-либо видимых искажений. Выдвигались предположения, что проходя через высокотемпературную плазму лазерное излучение может существенно отклоняться из-за возникающего градиента показателя преломления.

Теоретические оценки показали, что проходя в плазме трассу длиной 1 см лазерный луч смещается не более, чем на 10-4 рад [60].

Таким образом, постепенно созревала идея использовать монохроматическое излучение активных оптических систем для визуализации процессов, экранированных от наблюдателя мощной широкополосной фоновой засветкой. Одной из первых работ такого рода стала визуализации поверхностей, скрытых слоем плазмы, в 1988 году [7]. Были получены изображения искрового промежутка (Рисунок 1.7), где температура составляла порядка 2,5 эВ, а концентрация электронов - около 1017 см-3.

а) б) в)

Рисунок 1.7 - Интегральная фотография (а), шлирен-фотография (б), фотография в лучах

ЛПМ в момент максимума тока (в).

Изображения, сформированные с помощью усилителя яркости на парах меди, позволяют изучить, как развивается процесс эрозии электродов и стенок, контактирующих с плазмой. Кроме того, работа [7] содержит фотографии зоны взаимодействия излучения С022-лазера с кварцевым образцом, которое сопровождалось широкополосным фоновым излучением. Полученные результаты продемонстрировали, что активные оптические систем с усилителями яркости на парах металлов могут быть использованы для визуально-оптической диагностики таких процессов как лазерная резка, сварка, закалка и им подобные.

Менее чем через год была опубликована работа Батенина Вячеслава Михайловича и его коллег, в которой представлялись результаты

экспериментов по визуализации процессов, протекающих на электродах при формировании дуги постоянного тока [61].

Диаметр электродов составлял 6 мм. В качестве усилителя яркости использовалась активная среда лазера на парах меди. Линейное увеличение достигало 100. Анализ полученных изображений показал, что во время горения на поверхности каждого из электродов возникает круглое темное пятно. Диаметр пятна увеличивается с увеличением тока дуги. Схема эксперимента и полученные изображения электродов приведены на Рисунках 1.8 и 1.9 соответственно. Очевидно, что рассмотреть электроды без применения лазерного монитора не представляется возможным из-за яркого фонового излучения.

Рисунок 1.8 - Схема экспериментальной установки по наблюдению процессов протекающих на электроде: 1 - наблюдаемый электрод; 2,4,5 - линзы; 3 - усилитель яркости; 6 - экран.

К _

1

а) б)

Рисунок 1.9 - Изображение, полученное с помощью обычного (а) и лазерного (б) проекционного микроскопов: К - катод; А - анод.

Возникновение такого темного участка (пятна) обусловлено тем, что при температуре поверхности пирографита более 3600 К происходит снижение его коэффициента отражения. Примечательно, что на аноде и катоде этот процесс

протекает по-разному. Более крупное пятно наблюдается на аноде, его положение не меняется с течением времени. На катоде размеры пятна меньше. Положение пятна меняется в пределах зоны, размеры которой сопоставимы с размером анодного пятна.

Для регистрации наблюдаемого процесса и его последующего изучения все чаще стали применяться скоростные видеокамеры - это позволяло детально изучать процесс в режиме постфактум. Лазерный проекционный микроскоп, снабженный высокоскоростной видеорегистрирующей аппаратурой, получил название лазерный монитор - это понятие было введено И.И. Климовским, и оно отражает саму функцию данной активной оптической системы [17,42].

В дальнейшем рассмотренное устройство весьма активно использовалось для визуализации подобных процессов [6,62-64]. Прежде всего, это связано с разработкой новых технологий, где осуществляется воздействие высококонцентрированных потоков энергии на объект, в качестве примеров можно привести: обработка поверхности материалов с целью улучшения эксплуатационных характеристик, получение новых материалов, процессы сварки, резки, самораспространяющийся высокотемпературный синтез и т.д. Особенно интенсивное развитие перечисленных технологий пришлось на конец двадцатого и начало двадцать первого века. Рассмотрим некоторые примеры.

Известно, что лазерный монитор использовался для исследования воздействия дуги постоянного тока [6] и лазерного излучения на поверхность углерода [64,65]. С помощью лазерного монитора было зафиксировано, что замыкание между электродами слаботочной дуги сопровождается образованием жидкого углерода в зоне взаимодействия, где температура достигала порядка 4000 К [53, 54].

В работах [66,67] представлены результаты визуализации высокотемпературных процессов обработки устройств оптоэлектроники и электродуговой сварки.

Кроме того, активные оптические системы с усилителями яркости позволяют изучать процессы модификации свойств материалов, к примеру термоупрочнения антикоррозионных покрытий, обусловленного локальным нагревом поверхности лазерным излучением и последующим охлаждением [63,68]. Термоупрочнение поверхности образцов из стали с покрытием из хрома сопровождалось паразитным тепловым излучением поэтому для визуализации микрорельефа поверхности был использован лазерный монитор на парах меди. Средняя интенсивность воздействия при термоупрочнении составляла 3 105 Вт/см2, а диаметр области воздействия -100 мкм. Подобные модификации находят свое применение в приборостроении, медицинской технике и т.д.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Васнев Николай Александрович, 2021 год

Список использованных источников

1. Saraev Y.N., Trigub M.V., Vasnev N.A. Copper bromide vapor laser for imaging of drip-transfer processes in electric arc welding // The 14th International Conference on pulsed lasers and laser applications -«AMPL-2019»: Abstracts. Tomsk: STT Publishing House. - 2019. -P. 104-105.

2. Saraev Y.N., Trigub M.V., Vasnev N.A., Semenchuk V.M., Nepomnyashiy A.S. The imaging of the welding processes with the use of CuBr-laser // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2019. - V. 11322.

3. Сараев Ю.Н., Лунев А.Г., Киселев А.С., Гордынец А.С., Тригуб М.В. Комплекс для исследования процессов дуговой сварки. - 2018. -С. 15-24.

4. Сараев Ю.Н., Лунев А.Г., Тригуб М.В., Перовская М.В. Методика исследований характеристик тепломассопереноса при дуговой сварке плавящимся электродом с видео регистрацией изображений в условиях лазерного когерентного излучения // Актуальные проблемы в машиностроении. - 2018. - Т. 5, - № 1-2. - С. 20-25.

5. Cavitar [Электронный ресурс]. https://www.cavitar.com, свободный доступ. - Дата обращения: 28.01.2021.

6. Батенин В.М., Глина В.Ю., Климовский И.И., Селезнев Л.А. Применение оптических систем с усилителями яркости для исследования поверхностей электродов из графита и пирографита во время горения дуги // Теплофизика высоких температур. - 1991. - Т. 29, - № 6. -С. 1204-1210.

7. Абросимов Г.В., Польский М.М., Саенко В.Б. Использование лазерной среды для фотографирования поверхности, закрытой слоем плазмы // Квантовая электроника. - 1988. - Т. 15, - № 4. - С. 850.

8. Земсков К.И., Казарян М.А., Матвеев В.М., Петраш Г.Г.,

Самсонова М.П., Скрипниченко А.С. Лазерная обработка объектов с одновременным визуальным контролем в системе Генератор -Усилитель на парах меди // Квантовая электроника. - 1984. - Т. 11, -№ 2. - С. 418-420.

9. Balchev I.I., Minkovski N.I., Kostadinov I.K., Sabotinov N.V. High-speed Precise Laser Cutting with Copper Bromide Laser // Bulgarian Journal of Physics. - 2006. - № 33. - P. 39-47.

10. Balchev I.I., Minkovski N.I., Sabotinov N.V., Kostadinov I.K. Micromachining with copper bromide laser // Proceedings Volume 5226, 12th International School on Quantum Electronics: Laser Physics and Applications. - 2003. - P. 5.

11. Trigub M.V., Platonov V.V., Fedorov K.V., Evtushenko G.S., Osipov V.V. Dynamic of Nanopowder Production During Laser Target Evaporation // Russian Physics Journal. - 2016. - V. 59, - № 8. - P. 1235-1241. -DOI: 10.1007/s11182-016-0897-2.

12. Trigub M.V., Platonov V.V., Fedorov K.V., Evtushenko G.S., Osipov V.V., Evtushenko G.S., Osipov V.V. CuBr laser for nanopowder production visualization // Atmospheric and Oceanic Optics. - 2016. - V. 29, - № 4. -P. 376-380. - DOI: 10.1134/S1024856016040151.

13. Trigub M.V., Platonov V.V., Evtushenko G.S., Osipov V.V., Evtushenko T.G. Laser monitors for high speed imaging of materials modification and production // Vacuum. - 2017. - V. 143. - P. 486-490. -DOI: 10.1016/j.vacuum.2017.03.016.

14. Тригуб М.В., Евтушенко Г.С., Кирдяшкин А.И., Китлер В.Д., Юсупов Р.А., Губарев Ф.А., Торгаев С.Н., Шиянов Д.В. Визуализация процесса СВС, с использованием активных сред CuBr-лазеров // Ползуновский вестник. - 2012. - № 2/1. - С. 181-184.

15. Абрамов Д.В., Галкин А.Ф., Жаренова С.В., Климовский И.И., Прокошев В.Г., Шаманская Е.Л. Визуализация с помощью лазерного монитора взаимодействия лазерного излучения с поверхностью стекло -

и пироуглерода // Известия ТПУ. - 2008. - Т. 312, - № 2. - С. 97-100.

16. Buzhinskij O.I., Vasiliev N.N., Moshkunov A.I., Slivitskaya I.A., Slivitsky A.A. Copper vapor laser application for surface monitoring of divertor and first wall in ITER // Fusion Engineering and Design. - 2002. -V. 60, - № 2. - P. 141-155. - DOI: 10.1016/S0920-3796(01)00610-X.

17. Асиновский Э.И., Батенин В.М., Климовский И.И., Марковец В.В. Исследования областей замыкания тока на электродах // Высокотемпературные аппараты и конструкции. - 2001. - С. 794-809.

18. Пустовойт В.И., Пожар В.Э. Лазер Информ // Информационный бюллетень лазерной ассоциации. - 2004. - № 11-12.

19. Gupta N., Dahmani R., Bennett K., Simizu S., Suhre D.R., Singh N.B. Progress in AOTF hyperspectral imagers // Proccedings of SPIE, V.4054. - 2000. -P. 30-38.

20. Glenar D.A., Hillman J.J., Saif B., Bergstralh J. Acousto-optic imaging spectropolarimetry for remote sensing // Applied Optics. - 1994. - V. 33. -P. 7412-7424. - DOI: 10.1364/AO.33.007412.

21. Suhre D.R., Gottlieb M., Taylor L.H., Melamed N.T. Spatial resolution of imaging noncollinear acousto-optic filters // Optical Engineering. - 1992. -V. 31. - P. 2118-2121. - DOI: 10.1117/12.58882.

22. Филачев А.М., Сагинов Л.Д., Кононов А.С., Свиридов А.Н., Бакуменко В.Л. Спектральная фильтрация изображений с использованием явления полного внутреннего отражения // Исследовано в России. - 2005. - № 11-12. - С. 1656-1670.

23. Harring R., Pollock R., Cross R. Wide-field-of View Imaging Spectrometr (WFIS) Enginiring Model Laboratory tests and Field Demonstration // Proccedings of SPIE, V.5152. - 2003. - P. 51-59.

24. Sellar R.G., Boreman G.D., Kirkland L.E. Comparison of signal collection abilities of different classes of imaging spectrometers // Proccedings of SPIE, V.4816. - 2002.

25. Oxford Lasers [Электронный ресурс]. https://www.oxfordlasers.com,

свободный доступ. - Дата обращения: 28.01.2021.

26. Eksma Optics [Электронный ресурс]. https://eksmaoptics.com, свободный доступ. - Дата обращения: 28.01.2021.

27. Evtushenko G.S., Torgaev S.N., Trigub M.V., Shiyanov D.V., Evtushenko T.G., Kulagin A.E. High-speed CuBr brightness amplifier beam profile // Optics Communications. - 2017. - V. 383. - P. 148-152. -DOI: 10.1016/j.optcom.2016.09.001.

28. Evtushenko G.S. Methods and Instruments for Visual and Optical Diagnostics of Objects and Fast Processes // Nova Science Publishers Inc. - 2018. 184 p.

29. Тригуб М.В., Власов В.В., Торгаев С.Н., Евтушенко Г.С. Усилитель яркости на парах бромида меди с увеличенной длительностью импульса // Письма в журнал технической физики. - 2017. - Т. 43, - № 18. -С. 17-23. - DOI: 10.21883/PJTF.2017.18.45029.16816.

30. Тригуб М.В., Федоров К.В., Евтушенко Г.С. Визуализация объектов, расположенных на удалении до 5 м от CuBr-усилителя яркости, с импульсом излучения типичной длительности // Оптика Атмосферы и Океана. - 2015. - Т. 28, - № 9. - С. 850-853. -DOI: 10.15372/AOO20150911.

31. Evtushenko G.S. From a metal vapor laser projection microscope to a laser monitor (by the 50 year-anniversary of metal vapor lasers) // Proceedings Volume 9810, International Conference on Atomic and Molecular Pulsed Lasers XII. - 2015.

32. Тригуб М.В., Торгаев С.Н., Евтушенко Г.С. Бистатический лазерный монитор // Письма в ЖТФ. - 2016. - Т. 42, - № 12. - С. 51-56.

33. Vuchkov N., Temelkov K. New High-Power Metal Halide Vapour Lasers: Gas-Discharge Plasma Physics and Lasers' Applications // Australia, Adelaide, University of Adelaide. - 2015. 194 p.

34. Foster P.G. Industrial applications of copper bromide laser technology: Ph.D. Thesis. - 2005. 308 p.

35. Little C.E. Metal Vapor Lasers: Physics, Engineering & Application. //

Chichester (UK): John Willey&Sons Ltd. - 1998. 620 p.

36. Батенин В.М., Бучанов В.В., Казарян М.А., Климовский И.И., Молодых Э.И. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов // М.: Научная книга / под ред. Батенина В.М. - 2011. 544 с.

37. Земсков К.И., Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г. Лазерный проекционный микроскоп // Квантовая электроника. - 1974. - Т. 14, -№ 1. - С. 14-15.

38. Земсков К.И., Казарян М.А., Петраш Г.Г., Сморчков В.Н., Тимофеев Ю.П., Фридман С.А. Лазерный проекционный микроскоп на парах бария с люминесцентными экранами для визуализации ИК-изображений // Квантовая электроника. - 1980. - Т. 7, - № 11. -С. 2454-2459.

39. Земсков К.И., Казарян М.А., Савранский В.В., Шафеев Г.А. Лазерный проекционный микроскоп в проходящем свете // Квантовая электроника.

- 1979. - Т. 6, - № 11. - С. 2473-2475.

40. Бункин Ф.В., Земсков К.И., Казарян М.А., Кондратьев М.А., Логачев Ф.А., Петраш Г.Г., Прохоров А.М., Савранский В.В., Сисакян И.Н., Ситников Г.А. Проекционная система с усилителем яркости для целей биологии и медицины // ДАН СССР. - 1978. - Т. 243,

- № 6. - С. 1568.

41. Морозова Е.А., Прохоров А.М., Савранский В.В., Шафеев Г.А. Скоростная покадровая регистрация изображений биологических объектов с использованием лазерного проекционного микроскопа // ДАН СССР. - 1981. - Т. 261, - № 6. - С. 1460-1462.

42. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. О возможности исследования временной эволюции рельефа поверхностей, подвергающихся воздействию мощных потоков энергии, непосредственно во время воздействия // Квантовая электроника. - 2006. - Т. 36, - № 6. - С. 569-575.

43. Rybka D.V., Andronikov I.V., Evtushenko G.S., Kozyrev A.V.,

Kozhevnikov V.Y., Kostyrya I.D., Tarasenko V.F., Trigub M.V., Shut'ko Y.V. Corona discharge in atmospheric pressure air under a modulated voltage pulse of 10 ms // Atmospheric and Oceanic Optics. - 2013. - V. 26, -№ 5. - P. 449-453. - DOI: 10.1134/S1024856013050138.

44. Osipov V.V., Evtushenko G.S., Lisenkov V.V., Platonov V.V., Podkin A.V., Tikhonov E.V., Trigub M.V., Fedorov K.V. Laser plume evolution in the process of nanopowder preparation using an ytterbium fibre laser // Quantum Electronics. - 2016. - V. 46, - № 9. - P. 821-828. - DOI: 10.1070/QEL16023.

45. Evtushenko G.S., Torgaev S.N., Trigub M.V., Shiyanov D.V., Bushuev E.V., Bolshakov A.P., Zemskov K.I., Savransky V.V., Ralchenko V.G., Konov V.I. Laser monitor for imaging single crystal diamond growth in H2-CH4 microwave plasma // Optics and Laser Technology. - 2019. - V. 120. -DOI: 10.1016/j.optlastec.2019.105716.

46. Казарян М.А., Матвеев В.М., Петраш Г.Г. Проекционная система с усилителем яркости и автономным источником освещения // Известия академии наук СССР. Сер. Физ. - 1982. - Т. 46, - № 10. - С. 1898-1904.

47. Исаков Б.К., Калугин М.М., Парфенов Е.Н., Потапов С.Н. Исследование усиления в активных средах на переходах атомов меди и марганца применительно к созданию проекционных систем с усилителями яркости изображения // МТФ. - 1983. - Т. 33, - № 4. - С. 704-714.

48. Webb C.E., Jones J.D.C. Handbook of Laser Technology and Applications (Three-Volume Set): Laser Components, Properties, and Basic Principles // Bristol and Philadelphia: IoP Pub lishing. - 2004. 2752 p.

49. Лябин Н.А. Создание современных промышленных лазеров и лазерных систем на парах меди для прецизионной микрообработки материалов: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук // Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана. Москва. - 2014.

50. Lima S.M., Behrouzinia S., Salem M.K., Elahei М., Khorasani K., Dorrania D. Synchronization effect on the small-signal gain and saturation

intensity of a CuBr laser // Optical and Quantum Electronics. - 2017. - V. 49,

- № 11. - DOI: 10.1007/s11082-017-1203-4.

51. Васнев Н.А., Тригуб М.В., Димаки, В.А. Евтушенко Г.С., Троицкий В.О., Власов В.В. Высоковольтный модулятор // Патент на полезную модель № 185671, приоритет 09.10.2018. Дата государственной регистрации 13.12.2018. Правообладатель: ИОА СО РАН (RU).

52. Тригуб М.В., Васнев Н.А., Евтушенко Г.С., Димаки В.А., Троицкий В.О. Бистатический лазерный монитор // Патент на изобретение № 2755256. Дата государственной регистрации 14.09.2021. Правообладатель: ИОА СО РАН (RU).

53. Казарян М.А. Оптические системы с усилителями яркости изображения: диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. - 1989. 310 с.

54. Чвыков В.В. Активные оптические системы с усилителями яркости изображения на парах металлов с обратной связью: диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. -1990. 170 с.

55. Shawlow A.L., Townes S.H. Infrared and optical masers // Physical Review.

- 1958. - V. 112, - № 7. - P. 1940-1958.

56. Rabinovitz P., Chimenti R. Short communication // Journal of the Optical Society of America. - 1970. - V. 60, - № 3. - P. 1577-1582.

57. Geusic J.E., Skovil H.E.D. A unidirectional traveling wave optical masers // Bell Labs Technical Journal. - 1962. - V. 5, - № 41. - P. 1371.

58. Басов Н.Г., Грасюк А.З., Зубарев И.Г., Тевелев Л.В. Регенеративные оптические квантовые усилители // Труды ФИАН. - 1965. - Т. 31. -С. 74-95.

59. Загускин С.Л., Никитенко А.А., Овчинников Ю.А., Прохоров А.М., Савранский В.В., Дегтярева В.П., Платонов В.Н. О диапазоне периодов колебаний микроструктур живой клетки // ДАН СССР. - 1984. - Т. 277,

- № 6. - С. 1468-1474.

60. Диагностика плазмы // М.: Изд-во МИР / под ред. Хаддлстоуна Р., Леонарда С. - 1967. 515 с.

61. Батенин В.М., Климовский И.И., Селезнева Л.А. Исследование поверхностей электродов угольной дуги во время ее горения // ДАН СССР. - 1988. - Т. 303, - № 4. - С. 857-861.

62. Евтушенко Г.С., Губарев Ф.А., Суханов В.Б., Шиянов Д.В., Торгаев С.Н., Тригуб М.В. Скоростная визуализация микрообъектов посредством активных сред лазеров на парах металлов в условиях мощной засветки // Известия Томского политехнического университета. - 2009. - Т. 315, -№ 4. - С. 141-146.

63. Прокошев, В.Г. Климовский И.И., Галкин А.Ф., Абрамов Д.В., Аракелян С.М. Визуализация процесса лазерной обработки материалов при помощи усилителя яркости на основе лазера на парах меди // Известия АН. Сер. Физическая. - 1997. - Т. 61, - № 8. - С. 1560-1564.

64. Абрамов Д.В., Ареклян С.М., Галкин А.Ф., Квачева Л.Д., Климовский И.И., Кононов М.А., Михалицын Л.А., Кучерик А.О., Прокошев В.Г., Савранский В.Г. Плавление углерода, нагреваемого сконцентрированным лазерным излучением в воздухе при атмосферном давлении и температуре, не превышающей 4000К // Письма в ЖЭТФ. -2006. - Т. 84, - № 5. - С. 315-320.

65. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. Визуализация и восстановление рельефа области лазерного воздействия на поверхность графита // Известия РАН. Сер. Физическая. - 2006. - Т. 70, - № 3. - С. 422-425.

66. Аракелян С.М., Абрамов Д.В., Прокошев В.Г., Кучерик А.О. Микроструктуры, наноструктуры и гидродинамические неустойчивости, индуцированные лазерным излучением на поверхности твердых тел // Монография, Изд-во ВлГУ, 100 экз. - 2010. 144 с.

67. Прокошев В.Г. Микро- наноструктуры и гидродинамические неустойчивости, индуцированные лазерным излучением на поверхности

твердых тел, и их диагностика методами лазерной и зондовой микроскопии: авт. диссер. на соискание ученой степени доктора физико-математических наук // М. - 2008. 39 с.

68. Денисенко В.И., Прокошев В.Г., Абрамов Д.В., Галкин А.Ф., Климовский И.И., Аракелян С.М. Динамические процессы при лазерном упрочнении покрытий из хрома // Теплофизика высоких температур. -1998. - Т. 36, - № 4. - С. 674-676.

69. Prokoshev V.G., Abramov D.V., Danilov S.U., Shishin S.I., Chizhov A.V., Arakelian S.M. Real time diagnostics of the laser-induced thermochemical processes and nonlinear images on the surface of materials experiment and mathematical modeling // Laser Physics. - 2011. - V. 11, - № 11. -P. 1167-1171.

70. Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Климовский И.И., Кучерик А.О., Прокошев В.Г. Способ и результат восстановления рельефа поверхности, эволюционирующей под действием лазерного излучения // Оптика атмосферы и океана. - 2006. - Т. 19, - № 2-3. - С. 206-209.

71. Abramov D.V., Arakelian S.M., Galkin A.F., Klimovskii I.I., Kucherik A.O., Prokoshev V.G. A laser-induced process on surface of a substance and their laser diagnostics in real time // Laser physics. - 2005. - V. 15, - № 9. -P. 1313-1318.

72. Кузнецов А.П., Бужинский Р.О., Губский К.Л., Савелов А.С., Саранцев С.А., Терехин А.Н. Визуализация плазмоиндуцированных процессов проекционной системой с усилителем яркости на основе лазера на парах меди // Физика плазмы. - 2010. - Т. 36, - № 5. -С. 463-472.

73. Yermachenko V.M., Kuznetsov A.P., Petrovskiy V.N., Prokopova N.M., StreFtsov A.P., Uspenskiy S.A., Strel'Tsov A.P., Uspenskiy S.A. Specific features of the welding of metals by radiation of high-power fiber laser // Laser Physics. - 2011. - V. 21, - № 8. - P. 1530-1537. -DOI: 10.1134/S1054660X11160043.

74. Земсков К.И., Казарян М.А., Пехошкина Т.И., Трофимов А.Н. Проекционная система с усилителем яркости на парах хлорида меди // Квантовая электроника. - 1979. - Т. 6, - № 2. - С. 391-394.

75. Прокошев В.Г., Климовский И.И., Абрамов Д.В., Аракелян С.М., Галкин А.Ф., Григорьев А.В. Лазерный проекционный микроскоп // Патент на полезную модель № 2144204, МПК G02B 21/00, опубл. 10.01.2000. Правообладатель: ИОА СО РАН (RU).

76. Тригуб М.В., Евтушенко Г.С., Губарев Ф.А., Торгаев С.Н. Лазерный проекционный микроскоп (варианты) // Патент на полезную модель № 2463634, МПК G02B 21/00, опубл. 10.10.2012. Правообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет».

77. Евтушенко Г.С., Тригуб М.В., Губарев Ф.А., Торгаев С.Н. Лазерный проекционный микроскоп с покадровой регистрацией изображения // Известия ТПУ. - 2011. - Т. 319, - № 4. - С. 154-158.

78. Дашинимаева Е.З., Тригуб М.В., Евтушенко Г.С. Оптимизация режима работы лазерного монитора для обработки изображений // Вестник науки Сибири [Электронный ресурс]. - 2012. - Т. 6, - № 5. - С. 59-64.

79. Trigub M.V., Vasnev N.A., Evtushenko G.S. Operating features of a copper bromide brightness amplifier in the monostatic laser monitor // Optics Communications. - 2021. - Vol. 480. -DOI: 10.1016/J.OPTCOM.2020.126486.

80. Петраш Г.Г., Земсков К.И., Казарян М.А., Петраш Г.Г. Оптические системы с усилителями яркости // Труды ФИАН. Наука / под ред. Петраша Г.Г. - 1991. - Т. 206. 152 с.

81. Vlasov V.V., Trigub M.V., Vasnev N.A. The study of the copper vapor brightness amplifier for long displacement objects visualization // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2018. -Vol. 10614.

82. Андриенко О.С., Суханов В.Б., Троицкий В.О., Шиянов Д.В. Активный элемент лазера на парах галогенида металла // Патент на изобретение № 2420844. Дата государственной регистрации: 19.01.09. Правообладатель: ИОА СО РАН (RU).

83. Тригуб М.В., Огородников Д.Н., Димаки В.А. Исследование источника накачки лазера на парах металлов с импульсным зарядом рабочей емкости // Оптика атмосферы и океана. - 2014. - Т. 27, - № 12. -С. 1112-1115.

84. Васнев Н.А., Тригуб М.В. Способы согласования импульсно-периодических режимов работы двух лазерных активных элементов // Материалы Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» («INTERMATIC»), - 2018. - С. 815-819.

85. Vasnev N.A., Trigub M.V., Evtushenko G.S., Dimaki V.A., Vlasov V.V. Techniques of synchronization for the pulse-periodic operating modes of two active media on self-terminating transitions in metal vapors // The 14th International Conference on pulsed lasers and laser applications - «AMPL-2019»: Abstracts. Tomsk: STT Publishing House. - 2019. - P. 20-21.

86. Тригуб М.В., Васнев Н.А., Евтушенко Г.С., Димаки. В.А. Система синхронизации импульсно-периодического режима работы активных сред на самоограниченных переходах в парах металлов // Приборы и техника эксперимента. - 2019. - № 1. - С. 30-35. -DOI: 10.1134/S0032816218060307.

87. Trigub M. V, Vasnev N.A., Evtushenko G.S., Dimaki V.A. A Synchronization System for the Pulse-Periodic Operating Mode of Active Media on Self-Terminating Transitions in Metal Vapors // Instruments and Experimental Techniques. - 2019. - V. 62, - № 1. - P. 28-32. -DOI: 10.1134/S0020441218060258.

88. Vasnev N.A., Trigub M.V., Dimaki V.A., Vlasov V.V. Development of the control system for bistatic laser monitor // Proceedings of SPIE - The

International Society for Optical Engineering. - 2018. - Vol. 10614.

89. Vasnev N.A., Taratushkina V.V., Trigub M.V. Digital control circuit for synchronization of two metal vapor lasers. Development and application // International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM. - 2018. - P. 387-390.

90. Vasnev N.A., Vlasov V.V., Trigub M.V. Development and research of MOPA system laboratory model // International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM. - 2018. - P. 383-386.

91. Тюменева Е.О., Васнев Н.А. Лабораторный макет системы «Генератор -Усилитель» на основе активных сред на парах бромида меди // Сборник тезисов, материалы Двадцать четвертой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-24): материалы конференции, тезисы докладов: В 1 т.Т.1 - Екатеринбург -Томск: издательство АСФ России. - 2018. - С. 338-339.

92. Васнев Н.А. Активная оптическая система с независимым источником подсветки для визуализации тестовых объектов // Сборник тезисов, материалы Двадцать четвертой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-24): материалы конференции, тезисы докладов: В 1 т.Т.1 - Екатеринбург - Томск: издательство АСФ России. - 2018. - С. 332-333.

93. Trigub M.V., Vasnev N.A., Evtushenko G.S. Bistatic laser monitor for imaging objects and processes // Applied Physics B: Lasers and Optics. - 2020. - V. 126, - № 3. - P. 1-7. - DOI: 10.1007/s00340-020-7387-5.

94. Васнев Н.А. Визуализация объектов с помощью моностатической и бистатической схемы лазерного монитора // Сборник тезисов, материалы Двадцать пятой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-25): материалы конференции, тезисы докладов: В 1 т.Т.1 - Екатеринбург - Ростов-на-Дону-Крым: издательство АСФ России. - 2019. - С. 266-267.

95. Васнев Н.А., Тригуб М.В. Определение области зрения и

пространственного разрешения в бистатической схеме лазерного монитора // Современные материалы и технологии новых поколений: Сборник научных трудов II Международного молодежного конгресса. Под ред. А.Н. Яковлева; - Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2019. - С. 268-269.

96. Васнев Н.А., Тригуб М.В., Евтушенко Г.С. Особенности работы усилителя яркости на парах бромида меди в схеме бистатического лазерного монитора // Оптика атмосферы и океана. - 2019. - Т. 22, - №2 3. - С. 247-253.

97. Vasnev N.A., Trigub M.V., Evtushenko G.S. Features of Operation of a Brightness Amplifier on Copper Bromide Vapors in the Bistatic Scheme of a Laser Monitor // Atmospheric and Oceanic Optics. - 2019. - V. 32, - № 4. -P. 483-489. - DOI: 10.1134/S1024856019040171.

98. Trigub M.V., Shiyanov D.V., Vasnev N.A., Gembukh P.I. Brightness amplifier excited by longitudinal capacitive discharge for laser monitors // Optics Communications. - 2021. - Vol. 480. -DOI: 10.1016/J.OPTCOM.2020.126475.

99. Тригуб М.В., Васнев Н.А., Китлер В.Д., Евтушенко Г.С. Применение бистатического лазерного монитора для высокоскоростной визуализации процессов горения // Оптика атмосферы и океана. - 2020. - Vol. 33, - № 12. - P. 962-966. - DOI: 10.15372/AOO20201210.

100. Trigub M. V, Vasnev N.A., Kitler V.D., Evtushenko G.S. The Use of a Bistatic Laser Monitor for High-Speed Imaging of Combustion Processes // Atmospheric and Oceanic Optics. - 2021. - Vol. 34, - № 2. - P. 154-159. -DOI: 10.1134/S102485602102010X.

101. Vasnev N.A., Trigub M.V., Evtushenko G. S. Imaging by means of the bistatic laser monitor // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2019. - V. 11322.

102. Похил П.Ф., Логачев B.C., Мальцев В.М., Селезнев В.А. Горение металлизированных конденсированных систем // М.: ИХФ АН СССР. -

1962. 294 с.

103. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. - 2012. 400 с.

104. Кирдяшкин А.И., Китлер В.Д., Юсупов Р.А., Саламатов В.Г., Максимов Ю.М. Капиллярные гидродинамические явления в процессе безгазового горения // Физика горения и взрыва. - 2007. - Т. 43, - № 6. -С. 1-7.

Приложение А - Принципиальная электрическая схема управления

о

R29

GND

Контакт Цепь

1 +5 В

2 Оптический передатчик №1

3 Тактовая кнопка №1

4 Оптический передатчик №2

5 Тактовая кнопка №2

6 Оптический передатчик №3

7 Переключатель №1

8 Оптический приемник

9 Переключатель №2

10 Оптический передатчик №4

11 Тактовая кнопка №3

12 Регулятор №1

13 Регулятор №2

-

14 Общий

XF3

Контакт Цепь

1 MISO

2 +4,5 В

3 SCK

4 MOS1

5 RESET

—,

6 Общий

XF4

R32

ZL IP

С22

C23

Контакт Цепь

1 Транзисторный ключ №1

2 Транзисторный ключ №2

3 Общий

4 Общий

XF5

Контакт Цепь

1 Датчик тока

2 Общий

T

U

GND

GND

Принципиальная электрическая схема управления Лит. Масса Масштаб

Лит. Изм. № докум. Подп. Дата У 1:1

Разраб. Васнев Н.А. 16.04.18

Пров. Тригуб М.В. 16.04.18

Г. контр. Лист 2 Листов 2

ИОА СО РАН ЛКЭ

Н. Контр.

Утв.

Приложение Б - Спецификация схемы управления

Поз. Обозначение Наименование Кол-во Примечание

Конденсаторы

С1, C7, C22 0805 - Х7Я - 50 В - 22 мкФ ± 10% 3

C2, C8, С17 0805 - ЫРО - 50 В - 22 пФ ± 5% 3

C3, C6 0805 - ЫРО - 50 В - 100 пФ ± 5% 2

C4, С11, С13 0805 - Х7Я - 50 В - 10 мкФ ± 10% 3

C5, C9, С10, С12, С14 0805 - Х7Я - 50 В - 0,1 мкФ ± 10% 5

С15, С16, С19, C21, C23 0805 - ЫРО - 50 В - 20 пФ ± 5% 5

С18, C20 0805 - Х7Я - 50 В - 1 мкФ ± 10% 3

Резисторы

Я1, Я3, Я7, Я11, Я12 Я13, Я14, Я15, Я17, Я18, Я20 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 1 кОм ± 5% 10

Я2, Я9, Я21, Я24, Я25 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 10 кОм ± 5% 5

Я4 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 220 Ом ± 5% 1

Я5, Я23 ЯС1206Ж - 0,1 Вт - 680 Ом ± 5% 2

Я6, Я30, Я32 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 5,6 кОм ± 5% 3

Я8 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 47 Ом ± 5% 1

Я10 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 10 Ом ± 5% 1

Я16 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 20 Ом ± 5% 1

Я19 ЯС1206Ж - 0,1 Вт - 47 Ом ± 5% 1

Я22, Я29 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 2 кОм ± 5% 2

Я26 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 470 Ом ± 5% 1

Я27 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 910 Ом ± 5% 1

Я28 ЯС0805Ж - 0,1 Вт - 1,3 кОм ± 5% 1

Перечень элементов схемы управления Лит Масса Масштаб

Изм. Лист № докум Подп. дата У 1:1

Разработал Васнев Н.А. 03.04.18

Проверил Тригуб М.В. 03.04.18

Т. Контр. Лист 1 | Листов 2

ИОА СО РАН ЛКЭ

Поз. Обозначение Наименование Кол-во Примечание

Подстроечный резистор

R31 3296W- 0,5 Вт - 10 кОм ± 5% 1

Дроссели

L1 EC24-102K - 1000 мкГн ± 5-10% 1

Кварцевый резонатор

Q1 8.0000 MHZ HC-49S 1

Микроконтроллер

DD1 ATMEGA8 - 16AU- TQFP-32 1

Цифровые логические микросхемы

DD2 SN74LS00D - 4 эл. 2И-НЕ 1

DD3 MC74HC08ADR2G - 4 эл. 2-И 1

Операционный усилитель

DA1 AD8092ARZ - ±5 В - SO-8 1

Регулятор напряжения

DA2 LM317L - 1.2...37В - SO-8 1

Диоды

VD1, VD2 LL4148 - 100 В - 0,15 А - S0D-80 2

Перечень элементов схемы управления Лит Масса Масштаб

Изм. Лист № докум Подп. дата У 1:1

Разработал Васнев Н.А. 03.04.18

Проверил Тригуб М.В. 03.04.18

Т. Контр. Лист 2 | Листов 2

ИОА СО РАН ЛКЭ

Приложение В - Принципиальная электрическая схема высоковольтного модулятора

XF1

Контакт Цепь

1 +(-) 220 В

2 -(+) 220 В

3 Общий

4 Серия импульсов №1

5 Серия импульсов №2

6 Импульс запуска

XF2

Контакт Цепь

1 Сетка тиратрона №1

2 Сетка тиратрона №2

~1

А В

С D Е

F G

G

Принципиальная схема высоковольтного модулятора Лит. Масса Масштаб

Лит. Изм. № докум. Подп. Дата У 1:1

Разраб. Васнев Н.А. 16.04.18

Пров. Тригуб М. В. 16.04.18

Г. контр. Лист Листов 1

ИОА СО РАН ЛКЭ

Н. Контр.

Утв.

Приложение Г - Спецификация схемы высоковольтного модулятора

оз. Обозначение Наименование Кол-во Примечание

Конденсаторы

С1 К15-5 - 3 кВ - 0,015 мкФ +80-20% 3

С2 К15-5 - 3 кВ - 0,015 мкФ +80-20% 3

С3, С4 КВИ-3 - 10 кВ - 1500 пФ ± 20% 2

С5, С6 К73-17 - 630 В - 0,22 мкФ ± 10% 2

С7 К76-2 - 1000 В - 0,15 мкФ ± 5% 5

С8 К76-2 - 1000 В - 0,15 мкФ ± 5% 5

Резисторы

Я1,Я2 МЛТ- 2 Вт - 68 Ом ± 5% 2

Транзисторы

УГ1, УГ2 1Я04РИ50иВРВГ - 1200 В - 45 А - 75 кГц 2

Диоды

Ш1 КВРС3510 - 1000 В - 35 А 1

УБ5, УБ6 ИЕЯ308 - 3 А - 1000 В 2

Ш2 ИЕЯ308 - 3 А - 1000 В 20

Тиратрон

УЬ1 ТГИ1-100-8 1

Перечень элементов схемы высоковольтного модулятора Лит Масса Масштаб

Изм. Лист № докум Подп. дата У 1:1

Разработал Васнев Н.А. 03.04.18

Проверил Тригуб М.В. 03.04.18

Т. Контр. Лист 1 | Листов 1

ИОА СО РАН ЛКЭ

Приложение Д - Схема электрическая принципиальная преобразования цифровых сигналов в оптические

хи

Контакт Цепь

1 +5 В

2 Оптический передатчик №1

3 Тактовая кнопка №1

4 Оптический передатчик №2

5 Тактовая кнопка №2

6 Оптический передатчик №3

7 Переключатель №1

8 Оптический приемник

9 Переключатель №2

10 Оптический передатчик №4

11 Тактовая кнопка №3

12 Регулятор №1

13 Регулятор №2

14 Общий

А В С £> Е

С Н 1 У

к м

67\Ю оыо

н

N

GND

GND

ОЫ1)

С

И4

X

СУ

Я7

ЮЗ

<2 к-

Т

С5

Я15

аыо

<7Л®

Я5

т

С2

6'ЛЮ

ОШ

СИй СМО

Ю8

О

С8

(¡N0

Ю9

С9

СИ О

Контакт Цепь

1 Переключатель №1

2 +5 В

3 Общий

ЛУЗ

Контакт Цепь

1 Переключатель №2

2 +5 В

3 Общий

ХР4

Контакт Цепь

1 +5 В

2 Общий

3 Регулятор №1

Л7\5

Контакт Цепь

1 +5 В