close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

13299

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13299
(13) C1
(19)
H 01S 3/04
ЖИДКОСТНЫЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ-СВЕТОФИЛЬТР
ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ
(21) Номер заявки: a 20090176
(22) 2009.02.09
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Пеленг" (BY)
(72) Авторы: Волынкин Валерий Михайлович (RU); Горбачевская Ольга
Романовна (BY); Михайлов Юрий
Тимофеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Пеленг" (BY)
(56) BY 4241 C1, 2001.
RU 2307433 C1, 2007.
JP 03178176 A, 1991.
WO 96/02965 A1.
SU 545217 A, 1987.
GB 1036683, 1966.
BY 13299 C1 2010.06.30
(57)
Жидкостный теплоноситель-светофильтр твердотельных лазеров, включающий производное оксибензофенона и спирт, отличающийся тем, что в качестве производного оксибензофенона содержит 2-окси-4-(С7-С9-алкил)оксибензофенон, в качестве спирта бутиловый спирт и дополнительно содержит октан при следующем соотношении компонентов, мас. %:
2-окси-4-(С7-С9-алкил)оксибензофенон
0,3-0,6
бутиловый спирт
35-45
октан
остальное.
Изобретение относится к лазерной технике, а конкретнее к жидкостным охлаждающим
средам (теплоносителям) твердотельных лазеров (например, неодимовых или гольмиевых),
являющихся одновременно светофильтром для ультрафиолетового (УФ) излучения лампы
накачки лазера. Оно может применяться везде, где разрабатываются или применяются
твердотельные лазеры, имеющие жидкостную систему охлаждения с фильтрацией УФизлучения лампы накачки.
Известен жидкостный теплоноситель-светофильтр (ЖТС), применяющийся для охлаждения лазеров на рубине или стекле с неодимом и фильтрации УФ-излучения ламп накачки,
в качестве которого используется дистиллированная вода [1]. Этот ЖТС прост в изготовлении, имеет большую теплоемкость. Недостатками его являются: 1) высокая коррозионная
активность; 2) образование на оптических элементах системы накачки лазера налетов
биологического происхождения (появляющихся в системах охлаждения лазеров, использующих чисто водные охлаждающие среды), уменьшающих энергетику и ресурс работы
лазера; 3) неоптимальные для получения максимальной эффективности лазера спектральные характеристики (граница полосы поглощения находится в диапазоне 0,2-0,3 мкм); 4)
высокая температура замерзания, равная 0 °С. Вследствие указанных причин дистиллированная вода в настоящее время практически не используется в качестве ЖТС-лазеров.
BY 13299 C1 2010.06.30
Более оптимальными спектральными характеристиками (граница полосы поглощения
УФ-излучения примерно 0,37 мкм) обладает известный ЖТС [2], который содержит пропиловый или изопропиловый спирт, 2,2', 4,4'-тетраоксибензофенон и уксуснокислый натрий
при следующем содержании компонентов, мас. %:
пропиловый или изопропиловый спирт
15-85
2,2', 4,4'-тетраоксибензофенон
0,03-0,07
уксуснокислый натрий
0,2-0,7
вода
остальное.
Этот ЖТС является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа.
Он имеет границу полосы пропускания в УФ-диапазоне около 370 мкм и прозрачен
вплоть до 1 мкм. Эта спектральная характеристика является оптимальной для накачки
твердотельных лазеров на гранате, легированном неодимом.
В связи с наличием в ЖТС малореакционноспособного 2,2', 4,4'-тетраоксибензофенона
(ТФ), а также уксуснокислого натрия, пропилового или изопропилового спирта (ПС),
уменьшается коррозионная активность ЖТС, а соответственно, уменьшаются скорость
появления продуктов коррозии в ЖТС и скорость образования налета продуктов коррозии
на оптических элементах системы накачки лазера. Кроме того, ПС позволяет обеспечить
отсутствие налетов биологического происхождения и морозостойкость ЖТС с температурой замерзания ниже -18 °С, что позволяет эксплуатировать ЖТС на открытых площадках
в холодное время года.
Практика использования этого ЖТС выявила, что он имеет недостаточно высокую
температуру кипения (меньше 100 °С), при которой происходит существенное фоторазложение ТФ и постепенное осаждение нерастворимых продуктов разложения ТФ на поверхности колбы лампы накачки. При длительной непрерывной работе лазера этот эффект
вызывает уменьшение ресурса работы лазера.
Задачей изобретения является увеличение температуры кипения ЖТС и соответственно увеличение ресурса работы лазера с ЖТС.
Сущность изобретения заключается в том, что ЖТС, включающий производное оксибензофенона и спирт, в отличие от прототипа, в качестве производного оксибензофенона
содержит 2-окси-4-(С7-С9-алкил)оксибензофенон, в качестве спирта - бутиловый спирт и
дополнительно содержит октан при следующем содержании компонентов, мас. %:
2-окси-4-(С7-С9-алкил)оксибензофенон
0,3-0,6
бутиловый спирт
35-45
октан
остальное.
Поставленная задача решается следующим образом.
Применение 2-окси-4-(С7-С9-алкил)оксибензофенона (ОФ) в качестве производного
оксибензофенона позволяет обеспечить необходимые физические характеристики: ОФ
растворим в смеси октана с бутиловым спиртом (БС) и обеспечивает границу пропускания
ЖТС в УФ-диапазоне длин волн излучения около 370 мкм и прозрачность вплоть до длин
волн излучения около 1 мкм. Эта спектральная характеристика является оптимальной для
ламповой накачки твердотельных лазеров на гранате, легированном неодимом. Излучение
накачки с длиной волны более 370 нм практически не вызывает появления наведенного
неактивного поглощения в активном элементе лазера, соответственно не уменьшается
энергетика и обеспечивается достаточный ресурс работы лазера. Так как коэффициент
экстинкции ОФ в УФ-области велик, для фильтрации УФ-излучения и обеспечения необходимых спектральных характеристик ЖТС достаточно малой концентрации ОФ
(0,3-0,6 мас. %). Увеличивать концентрацию ОФ более 0,6 мас. % нежелательно, так как в
этом случае уменьшается толщина слоя ЖТС, в котором поглощается УФ-излучение. Соответственно, при этом растет температура ЖТС в этом слое и ухудшается охлаждение
лампы накачки, что приводит к уменьшению энергетики и ресурса работы лазера.
2
BY 13299 C1 2010.06.30
Концентрация ОФ менее 0,3 мас. % не позволяет обеспечить достаточную фильтрацию УФ-излучения накачки лазера, соответственно, при этом уменьшаются энергетика и
ресурс работы лазера.
ОФ малореакционноспособен, кроме того, у него малая концентрация, что приводит к
малой коррозионной активности ЖТС, а соответственно, малой скорости появления продуктов коррозии в ЖТС и образования налета на оптических элементах системы накачки
лазера. При этом обеспечивается ресурс работы лазера.
Наличие БС создает возможность растворения ОФ, обеспечения высокой температуры
кипения (у БС она составляет 117,5 °C) и условия для обеспечения морозоустойчивости
ЖТС (температура замерзания БС составляет -79,9 °C).
Наличие бутилового спирта (БС) обеспечивает также фотоустойчивость ЖТС и его
ресурс работы из-за увеличения фотоустойчивости ОФ при наличии водородных связей
молекул ОФ и БС.
Кроме того, наличие БС устраняет появление в ЖТС налетов биологического происхождения.
Содержание БС ограничено сверху 45 мас. %, иначе при отрицательных температурах
(от 0 до -50 °C) ЖТС будет иметь большую вязкость (вязкость БС составляет 34,7 сПз при
-50 °C, а у пропилового спирта 20,2 сПз при -50 °C, соответственно), соответственно малую скорость прокачивания в системе охлаждения лампы накачки, что ведет к ухудшению
охлаждения лампы накачки, уменьшению ее ресурса и ресурса работы лазера.
Содержание БС ограничено снизу 35 мас. % в связи с необходимостью обеспечения
растворимости ОФ в ЖТС, при меньшем содержании БС ОФ не будет полностью растворяться в ЖТС.
Наличие октана создает возможность растворения БС, обеспечения высокой температуры кипения (у октана она составляет 124,7 °C) и условия для обеспечения морозоустойчивости ЖТС (температура замерзания октана составляет -56,8 °C).
Наличие октана позволяет получить ЖТС с малой вязкостью (1,8 сПз) при низких
температурах около -50 °C (вязкость октана при -50 °C составляет 1,8 сПз). Содержание
октана определяется содержанием БС и ОФ.
Таким образом, предлагаемый ЖТС имеет температуру кипения 104 °C и температуру
замерзания -62 °C. Спектральные характеристики предлагаемого ЖТС близки к оптимальным.
В конкретном исполнении ЖТС был изготовлен при следующем содержании компонентов, мас. %:
2-окси-4-(С7-С9-алкил)оксибензофенон
0,5
бутиловый спирт
40
октан
59,5.
ЖТС позволяет получить повышенную температуру кипения и соответственно повышенный ресурс работы лазера (уменьшается скорость осаждения нерастворимых продуктов разложения ОФ на поверхности колбы лампы накачки).
Этот ЖТС использовался для охлаждения непрерывных лазеров на гранате с неодимом,
активные элементы которых нельзя подвергать воздействию УФ-излучения, в диапазоне
температур окружающей среды от -50 до +50 °C. Накачка лазеров осуществлялась излучением криптоновой газоразрядной лампы ДНП2-5/38А при электрической мощности накачки
1200÷1400 Вт. Мощность непрерывного излучения лазера составляла при этом не менее
10 Вт. Система охлаждения включала в себя бак из нержавеющей стали, корпус излучателя и
конструктивные элементы излучателя, изготовленные из нержавеющей стали и титана.
Толщина слоя между лампой накачки и активным элементом составляла не менее 2 мм.
Лазер работал циклами непрерывной работы до закипания ЖТС на колбе лампы накачки. После этого он выключался, ЖТС остывал до температуры окружающей среды, и
3
BY 13299 C1 2010.06.30
опять происходило включение накачки лазера. Стабильность характеристик ЖТС обеспечивалась в течение 30 часов работы.
Таким образом, предложенный ЖТС обеспечивает повышенную температуру кипения
и соответственно повышенный ресурс работы лазера, оптимальные спектральные характеристики и возможность эксплуатации в диапазоне температур окружающей среды от
-50 до +50 °C
Источники информации:
1. Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.Б. Основы лазерной техники. М.: Сов. радио, 1972. - С. 372, 375.
2. Патент BY 4241, МПК H 01S 3/04, H 01S 3/042 от 29.04.1999. (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
82 Кб
Теги
13299
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа