CC BY
22вкво-2019 -- вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНОГО НАГРЕВА ИНФРАКРАСНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА РЕГИСТИРИРУЕМЫЙ СИГНАЛ
В ДИАПАЗОНЕ 7-9 МКМ
*
Львов А. Е., Салимгареев Д. Д., Лашова А. А., Корсаков А.С., Жукова Л. В.
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург
* E-mail: [email protected]
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16076
Монокристаллы галогенидов серебра и одновалентного таллия предназначены для изготовления из них методом горячего прессования оптических изделий - линз, окон, оптических слоев, пленок, а методом экструзии однослойных и двухслойных световодов. Такие оптические изделия применяются для передачи СО (5,3 - 6,2 мкм) и СО2 лазеров (9,2 - 10,6 мкм), создания волоконных лазеров, усилителей, волоконно-оптических систем для ИК спектроскопии и многих других применений.
Перспективным направлением применения этих материалов является измерение температуры и получения инфракрасных (термических) изображений поверхностей нагретых тел в диапазоне 7,0 - 9,5 мкм, в том числе в труднодоступных местах. Особый интерес к этой области спектра вызван тем, что излучение с такой длиной волны испускают тела, нагретые до температур 30 - 120 °С. Данный температурный диапазон является рабочим для многих теплоэнергетических агрегатов [1].
Поскольку в процессе эксплуатации, например, исследовании температурного состояния технологического оборудования от него возможен нагрев и, как следствие, искажение получаемого сигнала из-за собственного излучения оптических элементов. Например, когда материал световодов нагревается, то они начинают вести себя как массив точечных источников излучения, т.е. происходит излучение во всех направлениях. Если это собственное излучение имеет угол падения на границу раздела «световод-воздух», большей или равный критическому углу (больше чем 30 градусов для многомодового галогенидосеребряного световода), излучение суммируется с излучением от объекта исследования, что вызывает дополнительное увеличение измеряемой температуры. О вкладе такого дополнительного собственного излучения к измеренной температуре сообщалось ранее [2]. Определение влияние собственного излучения различных оптических элементов системы в результате нагрева на регистрируемый сигнал, позволит точнее определять температуру исследуемых объектов.
175 ISO 125 У 1100 § га — £ 75 S £ 50 25 п
й 1
У
/
2
2 1
V
( ) 25 50 75 100 135 150 175 Температура, "С
Рис. 1. 1 - регистрируемый сигнал без нагрева световода (25 °С); 2 - регистрируемый сигнал при нагреве 10 см участка световода до 150°С; 3 - температура наблюдаемого объекта
С этой целью мы исследовали несколько различных объектов различной геометрии: окно (0 40 мм, длина 7 мм), монокристаллический цилиндр (0 12 мм, длина 22 мм), волокно (0 0,5 мм, длина 300 мм). Между телевизором и наблюдаемым объектом (пластина с температурой в диапазоне 10-150 °С) в держателе с термопарой помещался исследуемый объект. Измерения проводили в двух режимах: в первом происходил нагрев и охлаждение наблюдаемого объекта при постоянной температуре исследуемого образца, температура которого изменяли (повышали или понижали) при каждой итерации, но поддерживали постоянно в процессе измерения; во втором происходил нагрев и охлаждение исследуемого образца при постоянной температуре
152 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
вкво-2019 Волоконные световоды и волоконно-оптические компоненты
наблюдаемого объекта, температура которого объекта изменяли (повышали или понижали) при каждой итерации, но поддерживали постоянно в процессе измерения (Рис. 1).
Наши эксперименты показывают отсутствие существенного влияния на регистрируемую температур при нагреве объектов малой длины или небольшого локального нагрева. Эксперимент со световодом показал, что при сильном нагреве (AT^^^a = 120 °С) участка 10 см разница регистрируемой и реальной температуры составила AT^^t^^^ = 3 °C. При этом также следует учитывать, что пропускание используемого волокна составляло всего ~48% при длине 30 см (при эталонных значениях 70-75% для волокна длиной 1 м), т.е. волокно имеет сильные потери.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-73-10063).
Литература
1. Шмыгалев A. C, и др. Письма в ЖТФ, 42-17, 1-8 (2016)
2. Авдиенко К. И, и др. Кристаллы галогенидов таллия. Получение, свойства и применение. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние,151 (1989)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
