RU2115144C1 - Method of formation of liquid optical surfaces - Google Patents
Method of formation of liquid optical surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115144C1 RU2115144C1 RU96119425A RU96119425A RU2115144C1 RU 2115144 C1 RU2115144 C1 RU 2115144C1 RU 96119425 A RU96119425 A RU 96119425A RU 96119425 A RU96119425 A RU 96119425A RU 2115144 C1 RU2115144 C1 RU 2115144C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquids
- optical
- water
- cuvette
- optical surfaces
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract 3
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- YVBBRRALBYAZBM-UHFFFAOYSA-N perfluorooctane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F YVBBRRALBYAZBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIQCNGHVCWTJSM-UHFFFAOYSA-N Dimethyl phthalate Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OC NIQCNGHVCWTJSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000779819 Syncarpia glomulifera Species 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000000990 laser dye Substances 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000001739 pinus spp. Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229940036248 turpentine Drugs 0.000 description 2
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000001914 calming effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- FBSAITBEAPNWJG-UHFFFAOYSA-N dimethyl phthalate Natural products CC(=O)OC1=CC=CC=C1OC(C)=O FBSAITBEAPNWJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001826 dimethylphthalate Drugs 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229940060184 oil ingredients Drugs 0.000 description 1
- 150000004812 organic fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229950011087 perflunafene Drugs 0.000 description 1
- UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N perfluorodecalin Chemical compound FC1(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]2(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]21F UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N 0.000 description 1
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N protoneodioscin Natural products O(C[C@@H](CC[C@]1(O)[C@H](C)[C@@H]2[C@]3(C)[C@H]([C@H]4[C@@H]([C@]5(C)C(=CC4)C[C@@H](O[C@@H]4[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]6[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](C)O6)[C@H](CO)O4)CC5)CC3)C[C@@H]2O1)C)[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 LVTJOONKWUXEFR-FZRMHRINSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Measuring Cells (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптике, в частности к жидким оптическим элементам. The invention relates to optics, in particular to liquid optical elements.
Известен способ получения сложных жидких оптических поверхностей ( с локальными неровностями h меньше длины световой волны h < 0,2 мкм) на границе раздела жидкости и газа при вращении жидкой ртути. При этом получается параболическая оптически гладкая поверхность, которая используется в качестве зеркала телескопа [1]. Однако такой способ дает возможность получать только параболические отражающие поверхности. A known method for producing complex liquid optical surfaces (with local irregularities h less than the wavelength of light h <0.2 μm) at the interface between liquid and gas during the rotation of liquid mercury. In this case, a parabolic optically smooth surface is obtained, which is used as a telescope mirror [1]. However, this method makes it possible to obtain only parabolic reflective surfaces.
Известен способ получения жидких оптических поверхностей, при котором заливают в кювету три несмешивающиеся или частично смешивающиеся жидкости, смачивающие стенки кюветы, поверхности которых используют в качестве зеркала [2]. There is a method of producing liquid optical surfaces, in which three immiscible or partially miscible liquids wetting the walls of the cell, the surfaces of which are used as mirrors, are poured into the cuvette [2].
Задачей данного изобретения было найти способ создания жидких оптических поверхностей с заметным отличием в рефракции света в разных точках поверхностей. The objective of the invention was to find a way to create liquid optical surfaces with a noticeable difference in light refraction at different points on the surfaces.
Предлагается способ получения оптических поверхностей на границе раздела газовых и жидких сред и ограниченных ими рельефных оптических элементов из жидкостей со сложными для математического описания граничными поверхностями при использовании жидких компонентов, существенно отличающихся по плотности и показателям преломления. Сложные оптические поверхности образуются в объеме при сливании нескольких несмешивающихся или частично смешивающихся жидкостей при выявленных условиях с использованием в качестве одного из компонентов фторуглеродных жидкостей с общей формулой CnFm [3], обладающих большим удельным весом (d = 0 1,1 - 1,9 г/см3), малым показателем преломления (n = 1,2 - 1,3) и малым поверхностным натяжением (k = 12 - 15 дин/см), что позволяет использовать получающиеся рельефные поверхности в качестве механически не повреждаемых пассивных и активных оптических элементов (линз, прозрачных и окрашенных диафрагм, лазерных элементов и декоративных форм). При создании в кюветах неравномерного давления паров CnFm в жидкостях возникают постоянные движения и колебания, что делает возможным получение нестабильных оптических элементов.A method is proposed for producing optical surfaces at the interface between gas and liquid media and embossed optical elements bounded by them from liquids with boundary surfaces that are difficult to mathematically describe using liquid components that differ significantly in density and refractive indices. Complex optical surfaces are formed in volume when several immiscible or partially miscible liquids are drained under the identified conditions using fluorocarbon liquids with the general formula C n F m [3] having a large specific gravity as one of the components (d = 0 1.1 - 1 , 9 g / cm 3 ), low refractive index (n = 1.2 - 1.3) and low surface tension (k = 12 - 15 dyne / cm), which allows the use of the resulting relief surfaces as mechanically not damaged passive and active optical elements ( INZ, transparent and colored diaphragms laser elements and decorative shapes). During the creation of an uneven vapor pressure C n F m in cuvettes, constant motions and oscillations occur in liquids, which makes it possible to obtain unstable optical elements.
Способ основан на использовании малого поверхностного натяжения соединений CnFm на границах с несмешивающимися или не полностью смешивающимися жидкостями с разными показателями преломления, которые при размещении в одном объеме и выбранных начальных условиях организации поверхностей принимают гладкие формы со сложными для математического описания разделяющими их граничными поверхностями типа катеноид оптического качества. При механическом нарушении поверхностей их выбранные начальные формы восстанавливаются самостоятельно или с помощью внешнего механического воздействия.The method is based on the use of low surface tension of the compounds C n F m at the boundaries with immiscible or incompletely miscible liquids with different refractive indices, which, when placed in the same volume and selected initial conditions, the organization of surfaces take smooth forms with complex boundary surfaces separating them mathematically type catenoid of optical quality. With mechanical disturbance of the surfaces, their selected initial forms are restored independently or by external mechanical action.
Пример 1. Получение форм
Берутся две химически инертных прозрачных жидкости:
1) вода дистиллированная;
2) перфтороктан C8F18.Example 1. Obtaining forms
Two chemically inert clear liquids are taken:
1) distilled water;
2) perfluorooctane C 8 F 18 .
В круглую стеклянную кювету с плоскопараллельным дном и крышкой диаметром 3 - 6 см и высотой 4 - 6 см заливается C8F18 и вода, которые располагаются по высоте слоями в соответствии с их удельными весами. Слой C8F18 высотой 5 - 15 мм лежит на дне и образует ровную поверхность, над которой слой воды имеет толщину 3 - 5 мм. Наклоном или вращением кюветы слой воды раздвигается до слоя C8F18. Такое раздвигание можно также сделать покапельной заливкой воды по смачиваемым ею стенкам кюветы, или покачиванием, или воздействием кратковременной тонкой струей воздуха на поверхность воды. При этом из-за особенности взаимодействия воды и C8F18 в слое воды образуется - устойчивая несхлопывающаяся воронка шириной 10 - 15 мм, дно которой представляет открытую поверхность C8F18. В кювете создается равновесное давление паров, например, с помощью герметического закрытия кюветы.In a round glass cuvette with a plane-parallel bottom and a lid with a diameter of 3-6 cm and a height of 4-6 cm, C 8 F 18 and water are poured, which are arranged in height in layers in accordance with their specific gravities. A C 8 F 18 layer 5–15 mm high lies at the bottom and forms a flat surface, above which the water layer has a thickness of 3–5 mm. By tilting or rotating the cuvette, the water layer extends to layer C 8 F 18 . Such a spreading can also be done by dropwise pouring of water along the walls of the cell wetted by it, or by swaying, or by applying a short-term thin stream of air to the surface of the water. Moreover, due to the peculiarities of the interaction of water and C 8 F 18 , a stable non-collapsing funnel 10-15 mm wide is formed in the water layer, the bottom of which is the open surface of C 8 F 18 . An equilibrium vapor pressure is created in the cell, for example, by hermetically closing the cell.
Из-за разных удельных весов вода выступает над поверхностью C8F18 на несколько миллиметров и образует осесимметричный оптический кольцевой элемент типа прозрачной диафрагмы толщиной 3 - 5 мм со сложной для математического описания формой. Из-за отличий в показателях преломления воды и C8F18 кювета с этими жидкостями представляет готовый механически неповреждаемый оптический элемент с фокусирующими в центре и отклоняющими у стенок свойствами для проходящих оптических лучей. При наклоне кюветы кольцо превращается в эллипс и другие более сложные оптические элементы, изготовление которых другими способами при современных технологиях затруднено.Due to different specific gravities, water protrudes above the surface of C 8 F 18 by several millimeters and forms an axisymmetric optical ring element of the type of a transparent diaphragm with a thickness of 3-5 mm with a complex shape for the mathematical description. Due to the differences in the refractive indices of water and C 8 F 18, the cuvette with these liquids represents a ready-made mechanically intact optical element with focusing in the center and deflecting properties of passing optical rays near the walls. When the cell is tilted, the ring turns into an ellipse and other more complex optical elements, which are difficult to manufacture by other methods with modern technologies.
Форма получаемых поверхностей определяется капиллярными постоянными жидкостей, силами сцепления жидкостей со стенками, их удельными весами, силами поверхностного натяжения на разделяющих границах, температурой и начальными условиями заливки. При фиксированных указанных параметрах получаются оптические элементы фиксированной воспроизводимой формы. Меняя материал, из которого изготовлена кювета, ее размеры и форму, составы, количества жидкостей, условия заливки и температуру можно получать оптические элементы разных диаметров, толщин и окраски. The shape of the surfaces obtained is determined by the capillary constants of the liquids, the forces of adhesion of the liquids to the walls, their specific gravities, the forces of surface tension at the dividing boundaries, the temperature and the initial filling conditions. With fixed parameters indicated, optical elements of a fixed reproducible form are obtained. By changing the material from which the cuvette is made, its dimensions and shape, compositions, quantities of liquids, filling conditions and temperature, optical elements of different diameters, thicknesses and colors can be obtained.
Для математического описания получаемой формы поверхности в конкретных условиях требуется решение вариационной задачи о минимуме полной свободной энергии выбранных жидкостей. To mathematically describe the resulting surface shape under specific conditions, it is necessary to solve the variational problem of the minimum total free energy of the selected fluids.
Получаемые сложные формы воды (но не их оптические поверхности) сохраняются при замерзании при 0oC (C8F18 замерзает при более низкой температуре - 25oC), поэтому застывшие ледяные образцы можно извлекать из кюветы и использовать для изготовления пластмассовых или металлических отливных форм сложных конфигураций, например, для декоративных целей.The resulting complex forms of water (but not their optical surfaces) are preserved during freezing at 0 o C (C 8 F 18 freezes at a lower temperature - 25 o C), so frozen ice samples can be removed from the cuvette and used to make plastic or metal castings forms of complex configurations, for example, for decorative purposes.
Получение сложных форм из спирта и других растворителей, с красителями, применяемыми в квантовой электронике, позволяет создавать активные лазерные среды на красителях, т.е. создавать механически неповреждаемые (или восстанавливающиеся после разрушениями мощными лазерными импульсами) лазерные элементы с изменяемыми граничными размерами и конфигурациями и использовать их в качестве чувствительных датчиков. The preparation of complex forms from alcohol and other solvents with dyes used in quantum electronics allows the creation of active laser media based on dyes, i.e. to create mechanically non-destructible (or restored after destruction by powerful laser pulses) laser elements with variable boundary sizes and configurations and use them as sensitive sensors.
Из-за того, что показатель преломления C8F18 меньше, чем у несмешивающихся или неполностью смешивающихся с ним жидкостей, получаемые оптические элементы обладают свойством полного внутреннего отражения на всех своих границах и образуют тонкопленочные жидкие волноводы с малыми толщинами (вплоть до мономолекулярных), в которых лазерная генерация возбуждается на шепчущих модах без внешних дорогостоящих зеркал.Due to the fact that the refractive index C 8 F 18 is lower than that of liquids that are immiscible or incompletely miscible with it, the resulting optical elements have the property of total internal reflection at all their boundaries and form thin-film liquid waveguides with small thicknesses (up to monomolecular), in which laser generation is excited in whispering modes without expensive external mirrors.
Пример 2. Оптический элемент с полным внутренним отражением на границах
Берутся три химически инертных жидкости с разными показателями преломления:
1) вода дистиллированная (n = 1,3);
2) перфтороктан C8F18 (n = 1,2);
3) дибутилфталат (ДБФ) C16H22O4 с лазерным красителем (n = 1,5).Example 2. Optical element with total internal reflection at the boundaries
Three chemically inert liquids with different refractive indices are taken:
1) distilled water (n = 1.3);
2) perfluorooctane C 8 F 18 (n = 1,2);
3) dibutyl phthalate (DBP) C 16 H 22 O 4 with a laser dye (n = 1.5).
В стеклянную кювету диаметром 3 - 6 мм и высотой 4 - 6 см заливается C8F18 и вода, которые располагаются по высоте слоями в соответствии с их удельными весами. Слой C8F18 высотой 5 - 15 мм лежит на дне и образует ровную поверхность, над которой слой воды имеет толщину 3 - 5 мм. Заливкой воды по смачиваемым ею стенкам кюветы или наклоном кюветы слой воды раздвигается до слоя C8F18. Такое раздвигание можно также сделать покачиванием или вращением кюветы или воздействием кратковременной тонкой струей воздуха на поверхность воды. При этом из-за особенности взаимодействия воды и C8F18 в слое воды образуется устойчивая несхлопывающаяся воронка шириной 10 - 15 мм, дно которой представляет открытую поверхность C8F18. На край воронки каплями наносится жидкость ДБФ 10 - 20 мм3 с красителем, которая ложится сплошным кольцом толщиной 0,1 - 1 мм по стенке водяной воронки, оставляя центральную часть поверхности C8F18 диаметром 8 - 10 мм свободной. Кювета герметически закрывается для устранения испарения жидкостей.In a glass cuvette with a diameter of 3–6 mm and a height of 4–6 cm, C 8 F 18 and water are poured, which are arranged in height by layers in accordance with their specific gravities. A C 8 F 18 layer 5–15 mm high lies at the bottom and forms a flat surface, above which the water layer has a thickness of 3–5 mm. By pouring water along the walls of the cuvette wetted by it or by tilting the cuvette, the water layer extends to the layer C 8 F 18 . Such a spreading can also be done by swaying or rotating the cuvette or by applying a short-term thin stream of air to the surface of the water. In this case, due to the peculiarities of the interaction of water and C 8 F 18 , a stable non-collapsible funnel with a width of 10 - 15 mm is formed in the water layer, the bottom of which is the open surface of C 8 F 18 . DBF liquid of 10 - 20 mm 3 with a dye is applied dropwise to the edge of the funnel, which lays with a continuous ring 0.1 - 1 mm thick along the wall of the water funnel, leaving the central part of the surface of C 8 F 18 with a diameter of 8 - 10 mm free. The cuvette is hermetically sealed to eliminate the evaporation of liquids.
Образовавшееся кольцо ДБФ представляет лазерный тонкопленочный волноводный замкнутый элемент с полным внутренним отражением для шепчущих мод на всех его границах. Волноводные свойства элемента ДБФ с красителем меняются в нестационарных условиях, когда кольцо находится в регулярном или хаотическом движении или облучается ультразвуковым генератором. Зависимость углов предельного отражения от состава отражающих стенок позволяют использовать такие покоящиеся или находящиеся в движении жидкостные волноводные лазерные элементы толщиной вплоть до мономолекулярных пленок в качестве датчиков для контроля окружающих механических возмущений или состава воздуха над ними. The resulting DBP ring is a laser thin-film waveguide closed element with total internal reflection for whispering modes at all its boundaries. The waveguide properties of a DBP element with a dye change under non-stationary conditions when the ring is in regular or chaotic motion or is irradiated with an ultrasonic generator. The dependence of the angles of limiting reflection on the composition of the reflecting walls allows the use of such stationary or moving liquid waveguide laser elements with a thickness up to monomolecular films as sensors for monitoring the surrounding mechanical disturbances or the composition of the air above them.
При увеличении объема ДБФ во втором примере до 2 - 3 см3 образуется окрашенный оптический элемент с более сложной для математического описания геометрической формой, изготовление которой другими способами затруднено, а его окраска, размеры и формы определяется размерами и формой используемой для залива жидкостей кюветы, видом и количествами жидкостей и их цветом, температурой, начальными условиями механического воздействия, силами капиллярного сцепления со стенками кюветы, силой тяжести и поверхностного натяжения на границах раздела жидкостей.With an increase in the volume of DBP in the second example to 2–3 cm 3 , a colored optical element is formed with a geometric shape that is more difficult for mathematical description, the manufacture of which is difficult in other ways, and its color, size and shape are determined by the size and shape of the cell used for filling the liquids and the quantities of liquids and their color, temperature, initial conditions of mechanical action, capillary adhesion forces to the walls of the cell, gravity and surface tension at the interfaces g dkostey.
При создании в кювете неравновесного давления паров жидкостей (при открытой кювете, обдуве поверхностей или откачке паров) из-за присутствия в кювете неравновесного давления паров молекул CnFm на сложных оптических поверхностях жидкостей в результате разной абсорбции появляется разница в коэффициентах их поверхностного натяжения и возникает постоянное движение (вращение слоев или поверхностные волны), которые продолжаются до испарения из кюветы CnFm или контактирующих с ней жидкостей.When a nonequilibrium vapor pressure of liquids is created in a cuvette (with an open cuvette, blowing surfaces or pumping out vapors) due to the presence of a nonequilibrium vapor pressure of C n F m molecules on the complex optical surfaces of the liquids, a difference in the surface tension coefficients and there is a constant movement (rotation of the layers or surface waves), which continues until the evaporation from the cell C n F m or liquids in contact with it.
Пример 3. Станционарные движения и колебания на сложной оптической поверхности трех несмешивающихся химически инертных жидкостей, использованных в примере 2. Example 3. Stationary movements and vibrations on a complex optical surface of the three immiscible chemically inert liquids used in example 2.
Берутся три химически инертных жидкости:
1) вода дистиллированная;
2) перфтороктан C8F18;
3) дибутилфталат (ДБФ) C16H22O4 с лазерным красителем.Three chemically inert liquids are taken:
1) distilled water;
2) perfluorooctane C 8 F 18 ;
3) dibutyl phthalate (DBP) C 16 H 22 O 4 with a laser dye.
В открытую стеклянную кювету диаметром 3 - 6 см и высотой 4 - 6 см заливается C8F18 и вода, которые располагаются по высоте слоями в соответствии с их удельными весами. Слой высотой 5 - 15 мм лежит на дне и образует ровную поверхность, над которой слой воды имеет толщину 3 - 5 мм. Заливкой воды по смачиваемым ею стенкам кюветы или наклоном кюветы слой воды раздвигается до слоя C8F18. Такое раздвигание можно также сделать покачиванием кюветы или воздействием кратковременной тонкой струей воздуха на поверхность воды. При этом из-за особенности взаимодействия воды и C8F18 в слое воды толщиной 3 - 5 мм образуется устойчивая несхлопывающаяся воронка шириной 10 - 15 мм, дно которой представляет открытую поверхность C8F18. На край воронки каплями наносится жидкость ДБФ 10 - 20 мм3 (окрашенная для наблюдений каким-нибудь стойким красителем), которая ложится сплошным кольцом толщиной 0,5 - 1 мм по стенке водяной воронки, оставляя центральную часть поверхность C8F18 диаметром 8 - 10 мм свободной.In an open glass cuvette with a diameter of 3 - 6 cm and a height of 4 - 6 cm, C 8 F 18 and water are poured, which are arranged in height by layers in accordance with their specific gravities. A layer with a height of 5 - 15 mm lies at the bottom and forms a flat surface, above which the water layer has a thickness of 3 - 5 mm. By pouring water along the walls of the cuvette wetted by it or by tilting the cuvette, the water layer extends to the layer C 8 F 18 . Such spreading can also be done by swaying the cuvette or by applying a short-term thin stream of air to the surface of the water. In this case, due to the peculiarities of the interaction of water and C 8 F 18 , a stable non-collapsible funnel 10 to 15 mm wide is formed in the water layer 3–5 mm thick, the bottom of which is the open surface of C 8 F 18 . On the edge of the funnel, DBF 10 - 20 mm 3 liquid is applied in drops (colored for observation by some persistent dye), which lies in a solid ring 0.5 - 1 mm thick along the wall of the water funnel, leaving the central part of the surface of C 8 F 18 with a diameter of 8 - 10 mm loose.
Режим колебательного движения на поверхности этих несмешивающихся жидкостей возникает пороговым образом спонтанно, когда в открытой кювете из-за выхода из нее молекул понижается давление паров C8F18 и начинается испарение новых молекул C8F18 или его появление можно ускорить быстрым однократным удалением паров из кюветы (откачка, дуновение). При успокоении, когда маленькие капли ДБФ, оставшиеся на поверхности воды, сольются с центральным кольцом из-за разных скоростей теплоподвода и испарения между слоем воды и C8F18 устанавливается небольшой перепад температур в 0,3 - 1,0oC. Кольцо из окрашенного ДБФ приходит в движение и начинает периодически 1 - 5 раз в секунду (в зависимости от вязкости жидкости) выбрасывать волны ДБФ в отдельных секторах кольца с амплитудой 0,1 - 15 мм на поверхность воды, которые затем скатываются назад в кольцо. Начавшись, колебательный процесс пленочного движения непрерывно продолжается сутками до испарения одной из жидкостей. Образующийся на поверхности лазерный волновод может использоваться как активный лазерный элемент или датчик с постоянно изменяющимися без внешних механических воздействий случайными границами. При плотном закрытии кюветы процесс прекращается через 5 - 10 мин после установления равновесного давления паров по всей в кювете.The regime of vibrational motion on the surface of these immiscible liquids occurs spontaneously in a threshold manner when, in the open cell, due to the exit of molecules, the vapor pressure of C 8 F 18 decreases and the evaporation of new C 8 F 18 molecules begins, or its appearance can be accelerated by the rapid single removal of vapor from cuvettes (pumping, blowing). When calming down, when small drops of DBP remaining on the water surface merge with the central ring due to different rates of heat supply and evaporation between the water layer and C 8 F 18 , a small temperature difference of 0.3 - 1.0 o C. is established. the stained DBP starts moving and starts periodically 1-5 times per second (depending on the viscosity of the liquid) to emit DBP waves in individual sectors of the ring with an amplitude of 0.1-15 mm onto the surface of the water, which then roll back into the ring. Having begun, the oscillatory process of film motion continues continuously for days until one of the liquids evaporates. A laser waveguide formed on the surface can be used as an active laser element or a sensor with random boundaries constantly changing without external mechanical influences. When the cuvette is tightly closed, the process stops 5 to 10 minutes after the equilibrium vapor pressure is established throughout the cuvette.
Пороговое условие появления колебаний определяется тем, что из кюветы уходит больше молекул C8F18, чем при имеющемся теплоподводе может испариться со свободной поверхности и появляется возможность испарения этих молекул с поверхности других жидкостей. Соединение C8F18 по своей структуре является жидким аналогом тефлона, обладает малым собственным коэффициентом поверхностного натяжения (около 13 дин/см при 20oC) [3] и при контакте уменьшает коэффициенты поверхностного натяжения других жидкостей.The threshold condition for the appearance of vibrations is determined by the fact that more C 8 F 18 molecules leave the cuvette than with the existing heat supply it can evaporate from the free surface and it becomes possible to evaporate these molecules from the surface of other liquids. The C 8 F 18 compound in its structure is a liquid analog of Teflon, has a small intrinsic surface tension coefficient (about 13 dyne / cm at 20 o C) [3] and, upon contact, reduces the surface tension coefficients of other liquids.
Известно, что неравномерность поверхностного натяжения в вязких жидкостях приводит к их горизонтальным перемещениям. Цикл перемещения локально замыкается и повторяется многократно с разной периодичностью в разных секторах. Движение и генерации двухмерных волн на неоднородностях поверхностного натяжения устойчиво наблюдается в широком диапазоне температур 4 - 50oC, масштабов кювет и их форм. При открытой кювете общий расход массы на испарение при комнатной температуре составляет менее 0,1 грамма в час. В герметизированной кювете с охладителем при замкнутом цикле конденсации и возвращения жидкостей процесс колебательного движения идет постоянно при разности температур жидкостей и охладителя более 2oC.It is known that the unevenness of the surface tension in viscous fluids leads to their horizontal movements. The movement cycle locally closes and repeats repeatedly with different periodicity in different sectors. The motion and generation of two-dimensional waves on surface tension inhomogeneities are stably observed in a wide temperature range of 4-50 ° C, the scales of the cells and their shapes. With the cuvette open, the total mass flow rate for evaporation at room temperature is less than 0.1 grams per hour. In a sealed cell with a cooler with a closed cycle of condensation and return of liquids, the process of oscillatory movement is constant when the temperature difference between the liquids and the cooler is more than 2 o C.
Соединение C8F18 в приведенных примерах может быть замещено на равный объем, например, перфтордекалина C10F18. Вода в первом примере может быть заменена любой другой жидкостью, не смешивающейся или не полностью смешивающейся с C8F18 (или C10F18): спирт, скипидар, дибутилфталат, мало, эфир, циклогексан и т.д. или их смесью с разными показателями преломления. ДБФ во втором и третьем примере может быть заменен жидкостями, не смешивающейся с водой и C8F18 скипидар, диметилфталат, масло, эфир, циклогексан и т.д. или их смесью.The compound C 8 F 18 in the above examples can be replaced by an equal volume, for example, perfluorodecalin C 10 F 18 . The water in the first example can be replaced by any other liquid that is not miscible or not completely miscible with C 8 F 18 (or C 10 F 18 ): alcohol, turpentine, dibutyl phthalate, a little, ether, cyclohexane, etc. or a mixture thereof with different refractive indices. DBP in the second and third example can be replaced by liquids that are not miscible with water and C 8 F 18 turpentine, dimethyl phthalate, oil, ether, cyclohexane, etc. or a mixture thereof.
Источники информации
1. Photonics Spectra, November, 1995, p. 37.Sources of information
1. Photonics Spectra, November, 1995, p. 37.
2. Заявка GB 1315920, кл. G 02 B 1/06, 1973. 2. Application GB 1315920, cl. G 02 B 1/06, 1973.
3. Справочник. Промышленные фторорганические продукты. - Л.: Химия, 1990. 3. Reference. Industrial organofluorine products. - L .: Chemistry, 1990.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96119425A RU2115144C1 (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Method of formation of liquid optical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96119425A RU2115144C1 (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Method of formation of liquid optical surfaces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2115144C1 true RU2115144C1 (en) | 1998-07-10 |
| RU96119425A RU96119425A (en) | 1998-11-20 |
Family
ID=20186019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96119425A RU2115144C1 (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Method of formation of liquid optical surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2115144C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2439715C2 (en) * | 2006-08-23 | 2012-01-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System for controlled refraction of ultrasound and/or light |
| RU2539905C1 (en) * | 2013-08-15 | 2015-01-27 | Евгений Николаевич Хрусталёв | Method of determining physical parameters of water |
| RU2794721C1 (en) * | 2022-11-09 | 2023-04-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Система Ай Пи" | Liquid optical medium |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1315920A (en) * | 1972-04-17 | 1973-05-09 | Zeiss Jena Veb Carl | Compensating cell |
-
1996
- 1996-09-27 RU RU96119425A patent/RU2115144C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1315920A (en) * | 1972-04-17 | 1973-05-09 | Zeiss Jena Veb Carl | Compensating cell |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2439715C2 (en) * | 2006-08-23 | 2012-01-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System for controlled refraction of ultrasound and/or light |
| RU2539905C1 (en) * | 2013-08-15 | 2015-01-27 | Евгений Николаевич Хрусталёв | Method of determining physical parameters of water |
| RU2794721C1 (en) * | 2022-11-09 | 2023-04-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Система Ай Пи" | Liquid optical medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4165155A (en) | Amplitude modulation of light beam | |
| Zaltron et al. | Optofluidic platform for the manipulation of water droplets on engineered LiNbO3 surfaces | |
| Berge et al. | Variable focal lens controlled by an external voltage: An application of electrowetting | |
| US5479430A (en) | Protective coating for solid state slab lasers | |
| US20010024684A1 (en) | Process for producing antireflection coatings | |
| Noblin et al. | Triplon modes of puddles | |
| RU2115144C1 (en) | Method of formation of liquid optical surfaces | |
| Bruning et al. | Delayed coalescence of surfactant containing sessile droplets | |
| Korenjak et al. | Smectic and soap bubble optofluidic lasers | |
| Pan et al. | Actuating fluid–fluid interfaces for the reconfiguration of light | |
| Fedorets et al. | Self-Assembled Stable Clusters of Droplets over the Locally Heated Water Surface: Milestones of the Laboratory Study | |
| Jasny et al. | Wavelength-and temperature-dependent measurement of refractive indices | |
| CN1079158C (en) | Optical suspension measuring system | |
| Stoilov | Fluorocarbons as volatile surfactants | |
| Malyuk et al. | Biomimetic liquid lenses actuated by a laser beam: effects of evaporation and orientation to gravity | |
| Vasdekis et al. | Liquid crystal optofluidics | |
| RU2652522C1 (en) | Varifocal liquid lens | |
| Lindblad | Effects of relative humidity and electric charge on the coalescence of curved water surfaces | |
| Erickson et al. | Optofluidics emerges from the laboratory | |
| EP0688851A1 (en) | Process for obtaining composite materials based on crosslinked polymers and fluid molecules including a drying step in supercritical phase | |
| Belonogov et al. | Liquid laser cavities and waveguides. I. Drops and rings | |
| Wu | Control over colloidal crystallization by shear and electric fields | |
| Saoncella | Optical control of droplet motion on Fe-doped lithium niobate crystals via photovoltaic effect | |
| RU2239856C2 (en) | Method for receiving surface polaritons | |
| Zhang et al. | From Isolated Sphere to Locked Dome: A Robust Photonic Structure for Iridescent Anticounterfeit Glass Labels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140928 |