Лазер и лазерные измерители в промышленности, медицине и армии
Об уникальной разработке - цифровые пирометрические приемники измерения - и сферы их применения ученые Института физики НАН Украины рассказали в передаче "Золотой запас Украины" телеканала БТБ.
Современное производство трудно представить без такой уникальной технологии генерирования энергии, как лазер - чрезвычайно мощный источник излучения и инструмент бесконтактной обработки различных материалов. Чтобы эффективно, надежно и безопасно его использовать, нужно специальное измерительное оборудование, которое контролировало бы параметры и точность работы луча. Разработкой именно таких измерителей и занимаются ученые Института физики НАН Украины. Об этом они рассказали телеканалу БТБ в передаче «Золотой запас Украины. Лазерный измеритель ».
Лазер является чистой энергией, передача которой не требует никаких промежуточных звеньев и предусматривает наличие двух главных узлов излучателя - активной среды (газа или твердого тела (чаще всего - кристалла)) и оптического резонатора. Как пояснил старший научный сотрудник отдела приемников излучения Института физики НАН Украины кандидат физико-математических наук Леонид Васильевич Леваш, когда под действием света атомы активной среды возбуждаются и переходят на новый уровень энергии, начинают выделяться кванты света. Резонатор, в свою очередь, собирает эти кванты и выдает пучок света.
Использование лазеров дало науке мощный толчок в решении многих задач. Сейчас его очень широко используют, в частности в промышленности (прежде всего для резки металлов и диэлектрических материалов) и медицине (офтальмология, онкология и т.д.). Еще один прибор, разработанный на основе этой относительно новой технологии, - лазерный дальномер, который позволил определить расстояние от Земли до Луны с точностью до метра.
Учитывая особенности этого источника энергии и сферу его применения очень важно иметь возможность измерять его параметры - мощность, энергию импульса, частоту повторения, длительность импульса и т.п., - чтобы воспроизводить и контролировать технологический процесс. Без таких измерений невозможно эксплуатировать один лазер в мире, ведь они помогают проверить стабильность работы устройства. С этой целью украинские ученые разработали специальные цифровые пирометрические приемники измерения проходного типа, через кабель связи (USB-кабель) подключаются к любому персональному компьютеру, пригодного для демонстрации картинки внешнего интерфейса.
Приемник излучения улавливает лазерный свет с помощью специального кристалла, установленного на специальную плату и способного производить электрический ток при нагревании. Цифровой сигнал от кристалла попадает на измеритель, где обрабатывается процессором так, чтобы его можно было передать на компьютер. Приемник, обрабатывающие платы и процессор должны быть очень чувствительными, ведь импульсы, выпускающих некоторые лазеры, очень короткие и продолжаются в течение одной миллиардной доли секунды. Особенностью разработанного учеными Института физики НАН Украины приемника является то, что он может работать с любыми лазерами - независимо от длины волны их лучей - и считывать параметры мощных лазеров, не прерывая работы излучателя. Кроме того, исследователи разработали специальное программное обеспечение со многими различными настройками, позволяющими получить характеристики лазера с прецизионной точностью, а также записать и сохранить их в виде отдельных файлов.
На базе этих измерителей ученым удалось сконструировать еще один уникальный прибор, который может быть использован для нужд военнослужащих. Лазерные дальномеры и целеуказатели помогают определить расстояние до цели, чтобы выполнить точный выстрел или пуск ракеты. Для противодействия работе целеуказателя были разработаны специальные системы его обнаружения (хотя сделать это довольно непросто, ведь в таких случаях используют лазеры ближнего инфракрасного диапазона), которые сообщали экипаж объекта военной техники о потенциальной угрозе. Ранее фотоприемники, которые использовались для регистрации излучения, были селективными, то есть фиксировали волны только определенного ограниченного диапазона, а следовательно, оказывались нечувствительными к волнам, длина которых не попадала в определенный промежуток. Поэтому нужен был универсальное устройство, которое реагировал бы на любую длину лазерного луча. Пригодными для этого есть уже упоминавшиеся пироэлектрический приемники. Раньше они не могли быть использованы, поскольку без компьютерных технологий система была не в состоянии распознать нужный сигнал. При использовании компьютерной техники и новых алгоритмов удалось проигнорировать пьезоакустични паразитные сигналы и на их фоне выделять полезные сигналы.
Это устройство является активным элементом защиты бронетехники и вполне может быть применен в боевых условиях. Поскольку броня не всегда способна выдержать удар современного оружия, следует принять меры предосторожности безопасности.
Например, управляемые реактивные снаряды, применяемые против танков, летящих со скоростью, близкой к звуковой, а время их подлета (при условии, что расстояние до объекта составляет несколько километров), составляет считанные секунды. С другой стороны, танк оснащен пушкой, снаряды с которой вылетают со скоростью в три звуковых. Это означает, что при выявлении факта работы лазерного дальномера или целеуказателя противника, экипаж может сработать на опережение, нанеся превентивный удар.
Подробнее о возможностях лазерных измерителей - в программе «Золотой запас. Лазерный измеритель »телеканала БТБ
https://www.youtube.com/watch?v=oPmULLWfk84&index=3&list=PL3DwDric3uyrchQUxLijEyhqw7KLt0Wu
