Проекты

Нелинейно-оптические лимитеры для защиты органов зрения от высокомощного лазерного излучения

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «IT в медицине, биомедицинские технологии, медицинское приборостроение, бионика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Медицинское приборостроение
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1551
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Большое количество разнообразных лазерных установок работают в видимом диапазоне спектра, в котором человеческий глаз наиболее чувствителен. При прохождении через оптическую среду глаза излучение видимого диапазона практически не поглощается, так как оно не воспринимается как световой раздражитель, и поэтому, фокусируясь на глазном дне, приводит к сильному ожогу сетчатки. Даже при невысокой интенсивности лазера, сравнимой с бытовыми указками, такие повреждения приводят к появлению скотомы глаза –слепого участка в поле зрения.

Данный проект направлен на исследование нового типа средств защиты от лазерного излучения – нелинейно-оптического лимитера. Главное преимущество данного типа состоит в минимальном коэффициенте ослабления при отсутствии или слабом воздействии лазерного луча на лимитер и максимальном – при попадании высокомощного излучения.

Цель

Цель работы – исследовать оптические свойства водной среды с углеродными нанотрубками при разных параметрах лазерного излучения.

Задачи

1.   Создание водной дисперсии с углеродными нанотрубками.

2.   Сборка оптической схемы эксперимента.

3.   Проведение эксперимента для определения оптических характеристик дисперсии.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Материалы и оборудование для создания водных дисперсий:

  • Аналитические весы ViBRA AJ-620
  • Ультразвуковой гомогенизатор QSonica Q700

Материалы и оборудование для исследования оптических свойств водных дисперсий:

  • Спектрофотометр Genesys 10S UV-Vis
  • Наносекундный лазер Lotis TII LS-2147
  • Датчики энергии Ophir PE-9
  • Моторизированный позиционер 8МТ177-100
  • Призма Глана
  • Двояковыпуклые линзы

На основе данного оборудования собрана экспериментальная схема.

 

 

Описание

Выполнен обзор литературы с целью постановки задач проекта и определения подходящих материалов для исследования. Получены теоретические знания в области взаимодействия лазерного излучения с различными средами.

С помощью предоставленного оборудования автором были созданы водные дисперсии с углеродными нанотрубками.

Затем автором была собрана экспериментальная установка. Для проведения экспериментов автором использовалась методика Z-сканирования и методика с фиксированным положением образца.

Затем на основе полученных и обработанных экспериментальных данных были построены соответствующие зависимости. Результаты позволили сделать вывод о высоких нелинейно-оптических свойствах исследованных дисперсий.

Результаты работы/выводы

В результате работы показаны нелинейно-оптические свойства водной дисперсии с углеродными нанотрубками. Показано, что при увеличении интенсивности лазерного излучения пропускание значительно уменьшается, о чем говорит рост коэффициента ослабления. Максимум интенсивности излучения, так же, как и максимум коэффициента ослабления, достигается в точке 0.

 

Стоит отметить, что при увеличении толщины дисперсии (толщина составляла 2 и 5 мм) исследуемая среда ограничивает падающее излучение сильнее, что сказывается на коэффициенте ослабления. Однако вместе с этим уменьшается значение пропускания при малой интенсивности, что приводит к ухудшению качества визуального контроля, имеющего первостепенное значение для современных оптических лимитеров.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем для обеспечения отсутствия цветового искажения предлагается применение исследованных жидких сред в качестве лимитирующей среды в оптических системах для защиты органов зрения.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

При выполнении проекта использовалось оборудование и материалы, предоставленные ООО «ЭСДИАР» и Институтом БМС НИУ МИЭТ.

Мнение автора

«В ходе выполнения проекта я получил новые знания о нелинейной оптике и, более того, смог применить их на практике. В дальнейшем планирую продолжить работу по данной теме».

Такие конкурсы, как «Инженеры будущего», позволяют воплотить свои задумки в жизнь под руководством специалистов в области исследований. Это можно назвать переходным этапом между учёбой в школе и научной деятельностью в высшем учебном заведении».