Дифракция лазерного излучения на микрокаплях воды

Экспериментальное оборудование для исследование дифракции лазерного излучения на микрокаплях воды

Исследование дифракции лазерного излучения на микрокаплях воды проводилось в соответствии со схемой, приведенной на Рис. 1. Ячейка устанавливалась в держателе перпендикулярно наружной поверхностью сапфирового окна к лазерному лучу на расстоянии от выходного окна лазера не менее 0,5 м. Экран был удален от ячейки на расстояние L=3.3 м. По периметру экрана были расположены две взаимно перпендикулярные линейки с делениями 0,5 см, предназначенные для определения размеров элементов дифракционной картины.

1 – экран;

2 – сверхкритический флюид, СК-СО2;

3 – металлический корпус ячейки;

4 – капля воды диаметром d;

5 - сапфировые окна;

6 – источник лазерного излучения.

Рис. 1. Схема образования дифракционных картин при рассеянии лазерного излучения на каплях воды.

В качестве источника лазерного излучения использовались лазерная указка на основе красного лазерного диода, мощностью менее 1 мВт, генерирующая излучение в диапазоне длин волн 655.7 ± 2,5 нм или фиолетовая - с мощностью менее 5 мВт, но с меньшей длиной волны 405 ± 2 нм.

Исследование дифракционных картин рассеяния лазерного излучения на каплях воды в СК-СО2

Фильтровальная бумага, пропитанная 0,5 мл дистиллированной воды, помещалась в экстрактор установки. В соответствии с сертификатом качества первоначальное содержание воды в диоксиде углерода при нормальных условиях (давление 101,3 кПа, температура 20 С) было менее 0,076 г/м3. Оценки показывают, что при давлениях до 16,0 МПа собственное содержание воды в диоксиде углерода было значительно меньше количества, размещенного на фильтровальной бумаге. При достижении требуемого давления в экстракторе и выдержке в течение 5 мин часть флюида направлялась через входной/выходной патрубок в оптическую ячейку высокого давления (Рис. 1). Находящийся в ячейке флюид с растворенной в нем водой просвечивался красным или фиолетовым лазером. Прошедшее через ячейку лазерное излучение направлялось на экран (см. Рис. 1). Получаемая при определенном давлении изменяющаяся во времени (динамическая) дифракционная картина фиксировалась на видеокамеру в течение 5 мин. Созданный таким образом клип разбивался на отдельные кадры, представляющие собой статические дифракционные картины, которые затем анализировались для получения информации о размерах капель воды в СК-СО2.

На Рис. 2. приведены статические дифракционные картины для длины оптического пути в ячейке 21,0 мм при различных давлениях диоксида углерода и температуре 40°С.

Рис. 2. Фотоснимки дифракционных картин в различные моменты времени в интервале выдержки 5 мин для длины оптического пути в ячейке высокого давления 21,0 мм.