УСТРОЙСТВО ЛАЗЕРНОГО ИНИЦИИРОВАНИЯ
LASER INITIATION DEVICE

Изобретение относится к полупроводниковым лазерам, в частности, к конструкции оптических передающих модулей с волоконным выходом и может быть использовано в лазерных системах инициирования пиротехнических приборов автоматики и взрывчатых веществ (ВВ) в промышленных работах.
Известно многоканальное устройство лазерного инициирования горения и детонации взрывчатых веществ (патент РФ №83324, МПК F42В 3/10, опубл. 2009 г.). Устройство содержит полупроводниковый лазер, блок питания лазерной системы, блок кодировки сигнала, фокусирующую оптическую систему, устройство передачи энергии лазерного излучения к детонатору, поворотное зеркало, оптические разветвители, оптические разъемы, оптоволокно. В этом устройстве излучение полупроводникового лазера преобразуется фокусирующей оптической системой и при помощи специального устройства передается в оптоволоконный канал. Коммутация излучения между каналами осуществляется поворотиым зеркалом.
Данное устройство позволяет проводить кодировку электрического сигнала от несанкционированной подачи импульса питания на лазер, осуществлять временную задержку воздействия на пространственно-разнесенные заряды ВВ. Входящие в состав устройства оптические разветвители позволяют проводить контроль срабатывания зарядов.
Однако в этом устройстве не исключена возможность несанкционированной подачи в оптоволоконный тракт лазерного излучения (в результате электромагнитной наводки, ошибки оператора и т.д.). Кроме того, система преобразования и коммутации лазерного излучения содержит большое количество элементов, что усложняет сборку, юстировку и существенно сказывается па массогабаритных характеристиках устройства.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является оптический передающий модуль, содержащий корпус, в котором соосио размещены лазерные излучатели, линзы и градиентные линзы (града мы), и оптоволокно (патент РФ №2201024, МПК H01S 5/022, опубл. 2003 г.). На внутренней части основания корпуса установлен лазерный диод с монтажной пластиной из меди. Па монтажной поверхности монтажной пластины закреплен инжекциопный лазер. Корпус содержит элементы крепления, в один из которых вклеена цилиндрическая кварцевая микролинза. В другой элемент крепления вклеен фокусирующий градан 0,5Р. При расположении оптических элементов в модуле их оси помещают на оптической оси распространения пучка излучения лазера, т.е. на оптической оси модуля, лежащей в плоскости р-n перехода инжекционного лазера.
Данный оптический модуль обеспечивает ввод в оптическое волокно максимальной мощности излучения лазерного диода при минимальных затратах на изготовление элементов крепления, средства крепления и их юстировку, сборку. Модуль обладает высокой стабильностью мощности выходного излучения и стабильностью создаваемой аксиально симметричной формы пучка излучения при практическом отсутствии астигматизма.
Однако в данном устройстве не предусмотрена защита от несанкционированной подачи в оптоволоконный тракт лазерного излучения, что ограничивает возможности его применения в системах лазерного инициирования пиротехнических приборов автоматики.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - обеспечение высокой степени безопасности и надежности при эксплуатации заявляемого устройства лазерного инициирования в системах лазерного инициирования пиротехнических приборов автоматики.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - управляемый разрыв оптической схемы, контроль энергетических параметров и целостности оптоволоконного тракта.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство лазерного инициирования, содержащее корпус, в котором соосно размешены лазерные излучатели, линзы и градиентные линзы (граданы), и оптоволокно, согласно изобретению снабжено установленными в корпусе электродвигателем, на вал которого с возможностью вращения закреплен барабан, по периметру которого равномерно размещены светофильтры, и патронами, закрепленными на торцевой поверхности корпуса по окружности равномерно, в корпусе каждого патрона выполнен паз для светофильтров и последовательно от торцевой поверхности корпуса размещены градиентная линза, дополнительная градиентная линза, линза и лазерный излучатель, паз для светофильтров выполнен между градиентными линзами, оптоволокно расположено соосно градиентной линзе и контактирует с пей, между светофильтрами по периметру барабана выполнены пазы, патроны расположены вокруг барабана таким образом, что светофильтры входят в соответствующие пазы патронов, при этом светофильтры выполнены с коэффициентом поглощения в диапазоне 95-99%.
Созданное устройство обеспечивает безопасность и надежность при эксплуатации в системах лазерного инициирования пиротехнических приборов автоматики. Это достигается следующим образом: в оптической схеме заявляемого устройства вместо фокусирующего градана применена система из двух граданов. Первый градан коллимирует излучение лазерного диода в плоскости медленной оси. Второй градам фокусирует пучок излучения на выходной торец, вплотную с которым располагается торен оптического волокна. В свободном пространстве между граданами расположен светофильтр с коэффициентом поглощения в диапазоне 95-99%. Управление положением светофильтра осуществляется электродвигателем. При отсутствии светофильтра лазерное излучение полностью попадает в оптическое волокно и, достигая ВВ, инициирует детонацию. При наличии светофильтра лазерное излучение ослабляется до уровня, не приводящего к задействованию ВВ (обеспечивается управляемый разрыв оптической схемы). Ослабленный сигнал, пройдя по оптоволоконному тракту, отражается от ВВ и регистрируется специальной аппаратурой. Таким образом обеспечивается контроль целостности оптоволоконного тракта и энергетических параметров заявляемого устройства.
Все это позволяет обеспечить высокую степень безопасности и надежности при эксплуатации заявляемого устройства в системах лазерного инициирования пиротехнических приборов автоматики.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого техническою решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлена оптическая схема заявляемого устройства.
На фиг. 2 представлен общий вид устройства лазерного инициирования в исходном состоянии (со светофильтрами в оптической схеме, два патрона скрыты).
На фиг. 3 представлен упрощенный вид устройства лазерного инициирования в сработанном состоянии (светофильтры выведены из оптической схемы, корпусные детали скрыты).
На фиг. 4 представлен разнесенный вид патрона с лазерным излучателем и подключенным оптоволокном.
На фиг. 5 показан корпус патрона и схема расположения элементов оптической схемы в нем.
Устройство лазерного инициирования состоит из корпуса 1, в котором размещены патроны 2 с лазерными излучателями 3 и электродвигатель 4, вал которого вращает барабан 5 (фиг. 1-3). Патроны 2 закреплены на торцевой поверхности 6 корпуса 1 по окружности равномерно. По периметру барабана 5 равномерно размещены светофильтры 7, между которыми выполнены пазы 8.
Корпус каждого патрона 2 выполнен в виде ступенчатого цилиндра, в котором соосио оси патрона и последовательно от торцевой поверхности размещены: градиентные линзы (граданы) 9, 10, линза 11 и лазерный излучатель 3 (фиг. 4, 5). Также в корпусе каждого патрона предусмотрен паз 12 для светофильтров 7, выполненный между граданами. Отверстие в противоположной указанной выше торцевой поверхности 6 корпуса закрыто пробкой 13, через которую пропущены два проводника, подающих питание па диод.
Патроны расположены в корпусе устройства вокруг барабана 5 и повернуты к нему пазами 12 так, чтобы электродвигатель 4, вращая барабан, мог беспрепятственно выводить светофильтры 7 из оптической схемы через пазы 12 в патронах. Таким образом, при вращении барабана светофильтры выходят из пазов 12 патронов и заменяются пазами 8, через которые излучение проходит без ослабления.
Устройство также содержит оптоволокно 14. С внешней стороны торцевой поверхности 6 корпуса 1 размешены оптические разъемы 15 для штекеров 16, являющихся окончанием оптического волокна 14, соединенного с взрывчатым веществом (ВВ) 17. Таким образом, оптоволокно расположено соосио граданам 9 и контактирует с ними.
На торцевую поверхность 6 навинчивается кожух 18, являющийся внешним кожухом всего устройства лазерного инициирования. С противоположной стороны кожух заварен крышкой, на которой расположен присоединительный электрический разъем 19. Таким образом, на одном торце устройства находятся оптические разъемы, а на другом - электрический.
Устройство лазерного инициирования работает следующим образом.
В исходном состоянии между всеми граданам и 9 и 10 располагаются светофильтры 7, которые блокируют прохождение 99% оптического излучения в оптоволоконный тракт.
На устройстве лазерного инициирования в исходном состоянии можно выполнить диагностику либо перевести его в сработанное состояние, подав управляющий сигнал.
При диагностике подается импульс тока на каждый проверяемый лазерный излучатель, в результате чего он генерируют импульс расходящегося лазерного излучения. Расходимость излучения по быстрой оси компенсируется линзой 11. Расходимость излучения по медленной оси компенсируется граданом 10. После градана 10 излучение, проходя через светофильтр 7, ослабляется, и попадает на градан 9. При этом эффективность ввода лазерного излучения в градан 9 составляет не более 1%. Градан 9 фокусируют излучение лазерного излучателя на торец оптического волокна 14, Пройдя по оптическому волокну, излучение отражается от ВВ 17, проходит по оптоволокну в обратную сторону и регистрируется внешним устройством, подключенным к ответвлению оптоволокна. Таким образом, внешнее устройство обеспечивает проверку исправности элементов оптической схемы и контроль целостности оптоволоконного тракта, а светофильтры защищают от несанкционированной подачи в оптоволоконный тракт импульса лазерного излучения с энергией, достаточной для задействования ВВ,
При подаче управляющего сигнала от внешнего электронного блока управления устройство лазерного инициирования переходит в сработанное состояние, т.е. барабан 5 поворачивается, и светофильтры 7 выбывают из оптической схемы, сменяясь пазами 8. После чего подается импульс тока на лазерные излучатели и генерируется импульс лазерного излучения. Излучение попадает в оптоволокно 14 без ослабления, достигает ВВ и инициирует детонацию.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в оптико-электронной промышленности при создании систем лазерного инициирования ВВ в промышленных работах;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует' условию «промышленная применимость».