Жатва 31

      Лубки:
7. «Копим яйца на пасху! Модуляция добротности резонатора»: при использовании в качестве глухого зеркала быстро вращающейся призмы полного внутреннего отражения лавина цыплят-близнецов возможна только в момент, когда призма займёт положение, параллельное выходному зеркалу. До этого под действием петушиной накачки количество яиц растёт – «Почти все бабы с яйцами из-за этой неповоротливой стекляшки!»;

8. «Пасха! Схождение благодатного огня – бьём яйца! Гигантский импульс»: в момент прохождения призмой положения, параллельного выходному зеркалу, при максимальной концентрации яиц лавина цыплят-близнецов развивается очень быстро и через выходное зеркало они вылетают наружу. Возникает гигантский импульс большой пиковой мощности: «Ура! Щас все яйца раскокаем – и на волю!»;

9. «Тряска насеста и срыв генерации. Радиальные термические искажения резонатора»: тепло выделяется во всём объёме, а снимается хладагентом только с поверхности. Между центром и боковой поверхностью возникает градиент температуры и образуется термическая линза – насест сильнее колыхается вблизи оси и выбрасывает цыплят, летящих параллельно оси, в стороны: «Загибаемся!»;

10. «Хладагент-светофильтр»: жидкий хладагент с добавками, убивающими не в меру темпераментных петухов накачки, уносит их горячие тушки в тепловой резервуар-могильник, т.е. попросту в бачок. До кур допускаются только нежные петушки красного цвета;

11. «Люминофор»: покрытие отражающей поверхности осветителя вместо серебра слоем люминофора, перекрашивающего синих петухов в красные, позволяет уменьшить тряску насеста;

12. «Новый насест и электрооптический затвор»: использование в насесте вместо стеклянной матрицы кристалла алюмоиттриевого граната (АИГ), обладающего значительно большей теплопроводностью и прочностью, позволяет кардинально уменьшить термические искажения резонатора: «Такой не раскачаешь!». Электрооптический затвор из кристалла дейтерированного дигидрофосфата калия (DKDP) с наклонной гранью, работающей как грань полного внутреннего отражения только для цыплят с направлением растопыривания крылышек, соответствующем «гладящей» поляризации, открыт при отсутствии высокого напряжения на его полосковых электродах (А). При наличии на электродах определённого высокого, так называемого четвертьволнового, напряжения, направление растопыривания крылышек таких цыплят после двойного прохода межэлектродного промежутка к глухому зеркалу и обратно меняется на перпендикулярное, и они вылетают из резонатора, «проткнув» наклонную грань (Б). Таким образом, затвор оказывается закрыт для цыплят с любым направлением растопыривания крылышек. Это нужно для накопления яиц во время петушиной накачки, а для возникновения лавины цыплят-близнецов нужно просто снять это запирающее напряжение, и это можно сделать очень быстро;

13. «Чудо-курятник»: в моём чудо-курятнике оба зеркала глухие. Интерференционный поляризатор выполняет ту же роль, что и наклонная грань кристалла DKDP в лубке 12. При отсутствии термических искажений в резонаторе, когда частота повторения импульсов накачки мала, даже при открытом затворе для «колющей» поляризации выхода лавины цыплят-близнецов из резонатора нет (Б). Зато при большой частоте повторения импульсов значительная часть цыплят при проходе насеста за счёт термически наведённого двулучепреломления меняет направление растопыривания крылышек. Эти цыплята выбрасываются поляризатором из резонатора в сторону, чем и обеспечивают полезный выход лавины цыплят-близнецов; «Нас… трясут, а мы всё крепнем!».

   
                НАУЧНО-ПОПУЛЯРНЫЕ ПОДРОБНОСТИ 1.

                ЛАЗЕРНЫЙ КУРЯТНИК (продолжение).

      Представьте себе, что практически во всё время петушиной работы сплошной торец курятника отсутствует. Тогда лавины цыплят не возникнет, и концентрация яиц под несушками будет стремительно нарастать (лубок 7). Если в момент максимальной концентрации яиц внезапно установить этот торец параллельно решётке на другом конце курятника, то возникнет такая гигантская цыплячья лавина, которая разобьёт все накопившиеся яйца за очень короткое время, определяемое скоростью установки этого торца.
 
      В первых лазерах на неодимовом стекле модуляция добротности резонатора осуществлялась быстро вращающейся стеклянной призмой полного внутреннего отражения, исполнявшей роль сплошного торца нашего курятника (лубок 8). Ребро призмы делило поперечное сечение активного элемента пополам, поэтому фотончики-цыплята, отражаясь от одной наклонной грани призмы, попадали на другую грань и отражались строго в обратном направлении в другую половину активного элемента независимо от возможных колебаний оси вращения призмы, перпендикулярной ребру призмы. Предельная скорость вращения призмы от скоростного электромотора достигала 30 тысяч оборотов в минуту, при этом получались гигантские импульсы излучения лазера длительностью около сотни наносекунд. Это примерно в тысячу раз меньше длительности импульса накачки.
 
      Но для целей локации такая длительность лавины наших цыплят всё-таки недостаточно мала, ведь точность определения дистанции до цели при этом не лучше 30 м – для высокоточного оружия слабовато. Она возникала потому, что сплошной торец курятника при своем вращении занимал более или менее параллельное противоположной решётке положение, когда возможна генерация лавины цыплят, постепенно и не так быстро, как хотелось бы.

      Но это еще полбеды. Главная беда заключалась в том, что при увеличении частоты повторения импульсов их мощность быстро падала до нуля. Дело в том, что для получения таких лазерных импульсов при коэффициенте полезного действия (КПД) лазера – отношении энергии лазерного импульса к энергии импульса накачки – всего лишь в десятые доли процента требовались импульсы накачки с энергией порядка 100 Джоулей. При частоте повторения 20 Герц средняя мощность накачки составляла уже около 2 киловатт – как в хорошем электрочайнике. Львиная доля этой мощности выделялась в небольшом стеклянном активном элементе - диаметром менее 1 см и длиной 10 см – в виде тепла.

      Это требовало интенсивного отвода тепла путем прокачки жидкого теплоносителя – например, водного раствора нитрита натрия – в кольцевых каналах вокруг активного элемента и лампы накачки. Этот теплоноситель-хладагент одновременно исполнял роль светофильтра, отсекающего вредное ультрафиолетовое излучение лампы накачки от активного элемента. Однако теплоотвод осуществлялся только с боковой поверхности активного элемента, а тепловыделение происходило во всём его объеме. В результате, температура в центре активного элемента значительно превышала температуру на охлаждаемой поверхности, и в стеклянной матрице возникали сильные радиальные термические напряжения, которые превращали активный элемент в собирающую линзу, так искажающую геометрию резонатора, то есть пути пробега наших цыплят, что они вылетали из курятника в стороны, не вызывая лавины (лубок 9). Кроме того, такие напряжения приводили в конце концов к разрушению активного элемента.

      Первой мыслью, которая возникала в поисках выхода из этой тепловой ловушки, было предложение улучшить охлаждение активного элемента путем относительного увеличения охлаждаемой боковой поверхности. Для этого в нём делался пропил в плоскости, определяемой осью элемента и ребром вращающейся призмы, по этому пропилу тоже прогонялся хладагент. Было ещё более радикальное предложение - делать активные элементы не круглого, а прямоугольного сечения, тоже с пропилами. Эти ухищрения использовались ещё во время моей дипломной работы в ГОИ, но существенного облегчения в решении проблемы они не дали. К тому же усложнилась конфигурация зеркальной осветительной системы, передающей свет от цилиндрических ламп накачки в объём активного элемента, и искажалась диаграмма направленности лазерного луча: угловое расхождение лучей в плоскости такого сплющенного активного элемента и в перпендикулярной плоскости стало неодинаковым.
 
      Поэтому, зря в корень, хотелось прежде всего уменьшить выделение тепла в активном элементе. Помните про петухов с синим отливом, которые пикируют на несушек с большим напором и сильно сотрясают насест, а результат их активности – яйцо – такое же, как и у петухов с красным отливом, понежнее относящихся к несушкам и к насесту? Значит, надо подпускать к несушкам только тёмно-красных петухов, а синих – шугать и отгонять подальше от курятника! Так пришла идея создания светофильтра-хладагента, который, протекая в каналах вокруг лампы накачки и активного элемента, поглощал не только ультрафиолет, но и малоэффективный свет накачки в видимой части спектра, оставляя только самый эффективный – в ближней инфракрасной области (лубок 10).

       Возвращаясь к нашим цветным петухам, я пробовал перекрасить синих петухов в красные (лубок 11). Так появилась идея использования в осветителе – цилиндрическом кварцевом блоке с двумя параллельными оси отверстиями для лампы накачки и активного элемента и с отражающим наружным покрытием – не обычного серебряного покрытия, а слоя люминофора, преобразующего часть излучения лампы накачки из видимой области спектра в ближнюю инфракрасную область. С той же целью можно было использовать осветители не из бесцветного чистого кварцевого стекла, а из стекла с примесью европия, самария или иттербия.
 
      Смена самого насеста на кристаллический и применение электрооптического затвора была революционным прорывом в совершенствовании курятника. Можно сказать, что вместо кое-как связанного верёвками, хлипкого деревянного появился современный крепкий металлический каркас для несушек (лубок 12). Петухам накачки было сложнее растрясти и разрушить наш новый насест.

      Новый затвор позволял значительно быстрее устанавливать сплошной торец курятника параллельно выходной решетке и получать гигантскую лавину цыплят необходимой плотности, но на порядок меньшей длительности. Грань полного внутреннего отражения разделяла наших цыплят-фотонов по их поляризации. Поляризацию наших цыплят можно представить в виде крылышек, растопыренных в стороны. Поляризатор позволяет бегать в курятнике только цыплятам с крылышками, растопыренными в плоскости грани полного внутреннего отражения, а цыплята с крылышками, растопыренными в перпендикулярной плоскости, протыкают эту грань и вылетают из курятника, не вызывая лавины (лубок 12а). Таким образом, лавину образуют только первые цыплята, так как при разбивании яиц возникают цыплята с крылышками, растопыренными точно в ту же сторону. Стало быть, на выходе луч такого лазера тоже поляризован в определенной плоскости, в отличие от лазера на неодимовом стекле, где в курятнике не было поляризатора, и в формировании лавины изначально принимали участие цыплята с крылышками, растопыренными во всевозможные стороны.

      Работал электрооптический затвор, используя эффект Поккельса, то есть способность кристалла DKDP поворачивать направление крылышек наших цыплят, дважды пробегающих кристалл, на 90 градусов в продольном электрическом поле определенной величины, создаваемом поясковыми электродами, нанесёнными на кристалл DKDP. Таким образом, при приложении к электродам определённого запирающего напряжения, цыплята с любой ориентацией крылышек выбрасывались из курятника (лубок 12б).

      При работе затвора высокое, так называемое четвертьволновое, напряжение подавалось на кристалл постоянно, выключая сплошной торец курятника на время накачки, а импульс напряжения противоположной полярности с очень коротким фронтом снимал это запирающее напряжение за очень короткое время в момент наивысшей концентрации яиц, накопленных в процессе петушиной накачки, обеспечивая условия для возникновения цыплячьей лавины. Так частота повторения импульсов была увеличена на порядок, а их длительность, наоборот, на порядок укорочена. Но электрооптический затвор был устройством сложным и капризным.

      Существовали простые пассивные затворы, работающие по принципу просветления фототропных веществ под действием света. К примеру, всем знакомы стёкла для солнцезащитных очков, которые при ярком свете темнеют, а в темноте просветляются. В пассивных затворах – наоборот: пока цыплят в курятнике было мало, такой пассивный затвор их давил, но, когда под действием петушиной накачки их становилось достаточно много, орава цыплят прорывала затвор, и формировалась цыплячья лавина. Я экспериментально показал, что кристаллический пассивный затвор из фтористого лития прекрасно работает и в лазерах с высокой частотой повторения импульсов, что значительно упростило конструкцию и увеличило надёжность нашего лазерного курятника.
 
      Наиболее эффектной моей придумкой была совершенно новая оптическая схема курятника, позволившая увеличить частоту повторения импульсов ещё, по крайней мере, втрое. Как я рассказывал ранее, интенсивная работа петухов накачки при большой частоте повторения импульсов приводит к искажению каркаса лазерного курятника, в результате которого цыплята, летающие между решётками резонатора и вызывающие лавину таких же цыплят, в каждой точке поперечного сечения курятника приобретают свою ориентацию крылышек, не совпадающую с ориентацией прутьев поляризатора в составе электрооптического затвора, иначе говоря, в каждой точке поперечного сечения курятника постоянно возникают цыплята, которые выбрасываются поляризатором из курятника. Это и приводит к уменьшению мощности генерируемых импульсов лазера при повышении частоты повторения и в конце концов к срыву генерации.
 
      В моей схеме лазера, использующей вред во благо, оба зеркала резонатора глухие, то есть полностью отражающие цыплят в обратном направлении, а выходят из курятника только цыплята, изменившие ориентацию своих крылышек вследствие термически наведённого двулучепреломления на перпендикулярную относительно направления прутьев поляризатора и отражённые от этого поляризатора в сторону от оси курятника (лубок 13).


                Назад на: http://www.proza.ru/2017/12/16/2279
             Продолжение на: http://www.proza.ru/2017/12/16/2286
     Вернуться к оглавлению: http://www.proza.ru/2017/12/14/1967