Способ спектрального лазерного сканирования композитных материалов в соответствии с оптической плотностью его матрикса и составных компонентов относится к области физико-химической диагностики материалов. Способ осуществляется, в полной темноте, последовательным облучением композитного материала батареей лазеров с разной частотой излучения и отдельной фиксацией (на отдельных носителях) характера дифракции (X; Y) и спектрального резонанса (Z) для каждого лазера в соответствии с пространственной структурой рассматриваемого образца/ Накладывая фиксированные результаты, дифракции в объеме материала (характеризующие оптическую плотность исследуемого материала X; Y) и локальный частотный резонанс (характеризующие резонансное излучение молекул Z) для каждого компонента получаем первичную картину структуры композитного материала для каждой частоты лазерного излучения. Полученные таким образом картины для каждого лазерного облучения обобщаются методом матричного анализа с опорой на всю линейку частотного излучения от 100 нм до 3000 нм (компьютерное моделирование объемных форм), с выделением сдвигов частотности резонансного излучения для каждого материала. Далее проводится корреляция характера сдвигов частотности каждого материала с необходимыми физико-химическими свойствами данного класса композитных материалов.The method of spectral laser scanning of composite materials in accordance with the optical density of its matrix and composite components relates to the field of physico-chemical diagnostics of materials. The method is carried out, in complete darkness, by sequential irradiation of the composite material with a battery of lasers with different radiation frequencies and separate fixation (on separate carriers) of the diffraction pattern (X; Y) and spectral resonance (Z) for each laser in accordance with the spatial structure of the sample under consideration. fixed results, diffraction in the bulk of the material (characterizing the optical density of the material under study X; Y) and local frequency resonance (characterizing the resonant radiation of the molecule l Z) for each component we obtain the primary picture of the structure of the composite material for each frequency of laser radiation. The pictures obtained in this way for each laser irradiation are generalized by the matrix analysis method based on the whole range of frequency radiation from 100 nm to 3000 nm (computer simulation of volumetric forms), highlighting the frequency shifts of the resonant radiation for each material. Further, the nature of the frequency shifts of each material is correlated with the necessary physicochemical properties of this class of composite materials.
В отличие от лазерной диагностики, основанной на одной определенной лазерной частоте, лазерное сканирование проводится с опорой на целый ряд нормированных лазерных источников. Опора, при сканировании объекта, сразу на несколько фиксированных источников излучения позволяет рассматривать данные (дифракции и частотного резонанса) полученные по каждому лазеру как отдельные независимые от других параметры исследуемого материала. Данные по облучению каждым лазером следует фиксировать отдельно в виде фотоснимков для отраженного (X) и проходящего (Y) света и спектрограмм (профилей) для резонансного (Z) излучения материала.Unlike laser diagnostics based on one specific laser frequency, laser scanning is performed based on a number of normalized laser sources. The support, when scanning an object, to several fixed sources of radiation at once allows one to consider the data (diffraction and frequency resonance) obtained for each laser as separate parameters independent of other parameters of the material under study. Data on irradiation by each laser should be recorded separately in the form of photographs for reflected (X) and transmitted (Y) light and spectrograms (profiles) for resonant (Z) radiation of the material.
Наиболее близким аналогом, позволяющим раскрыть принцип работы нашего способа, является обычная фотография объекта (X), полученная на основании отраженного света и рентгеновский снимок характеризующий внутреннюю структуру этого объекта (Y), где в результате совмещения этих снимков возникает картина дифракции, происходящая во внутренней среде объекта. Известно, что "непрозрачные" вещества поглощают основную часть излучения, а "прозрачные" преимущественно пропускают, преломляя его на границах с различной оптической плотности, в соответствии длинной волны направленного излучения. При этом, известно, что поглощение и излучение света связано с длинной волны на уровне скачкообразных переходов квантовой системы (атома, молекулы, твердого тела) из одного состояния в другое, но то как различные квантовые системы взаимодействуют в объеме одного композитного материала и то, как излучение одной квантовой системы поглощается и преобразуется в другой квантовой системе остается не изученным. Принято рассматривать черный цвет предметов, в видимом диапазоне как цвет, наиболее соответствующий поглощению, при этом обычно отмечается, что световой поток разной частотности энергетически деградирует до инфракрасного, теплового излучения (Z1). При этом, нельзя исключить наличие в анализируемом нами материале, молекул, преобразующих свет (эталонной частоты лазера) не только в тепло, но и в излучение в других частотах (Z1, Z2, Z3, …Zn).The closest analogue to reveal the principle of operation of our method is the usual photograph of an object (X), obtained on the basis of reflected light and an x-ray image characterizing the internal structure of this object (Y), where as a result of combining these images a diffraction pattern occurs that occurs in the internal environment object. It is known that "opaque" substances absorb the main part of the radiation, while the "transparent" substances mainly transmit it, refracting it at the boundaries with different optical density, in accordance with the long wave of directional radiation. At the same time, it is known that the absorption and emission of light is associated with a long wave at the level of jump-like transitions of a quantum system (atom, molecule, solid body) from one state to another, but how different quantum systems interact in the volume of one composite material and how The radiation of one quantum system is absorbed and converted into another quantum system remains unexplored. It is customary to consider the black color of objects in the visible range as the color most suited to absorption, it is usually noted that the luminous flux of different frequency degrades energetically to infrared, thermal radiation (Z1). At the same time, one cannot exclude the presence in the material analyzed by us molecules that convert light (laser reference frequency) not only into heat, but also into radiation at other frequencies (Z1, Z2, Z3, ... Zn).
Данный способ можно рассматривать как глубинную спектрографию, где используется строго направленное относительно мощное, поляризованное и синхронизированное по частоте излучение лазера, вызывающее относительно слабое собственное излучение вещества в других частотах (Z1, Z2, Z3, …Zn). Учитывая, что монохромный лазерный луч проходя сквозь материал рассеивается только в областях соответствующей ему электронно-оптической плотности, то, отсекая на выходе соответствующим светофильтром частоту облучающего лазера (чтоб не забивал резонансное) лазерного облучения, в плоскости расположения объекта перпендикулярной прохождению лазерного луча, мы учитываем резонансное, слабое излучение материала (Z1, Z2, Z3, …Zn, при длительной экспозиционной выдержке).This method can be considered as deep spectrography, where strictly directed, relatively powerful, polarized and frequency-locked laser radiation is used, causing relatively weak intrinsic radiation of a substance at other frequencies (Z1, Z2, Z3, ... Zn). Taking into account that a monochrome laser beam passing through the material is scattered only in the areas of the corresponding electron-optical density, then cutting off the frequency of the irradiating laser (so as not to resonate) at the output of the laser irradiation, in the plane of the object perpendicular to the passage of the laser beam, we take into account resonant, weak radiation of the material (Z1, Z2, Z3, ... Zn, with long exposure time).
В отличие от лазерной спектрографии, где мощное излучение лазера используется для разрушения ковалентных связей с переводом вещества в газообразное и плазменное состояния с последующей спектрографией, наш способ носит щадящий, направленный характер, где учитывается только ответное излучение материала.Unlike laser spectrography, where high-power laser radiation is used to break down covalent bonds with substance transfer to gaseous and plasma states followed by spectrography, our method is gentle, directional, where only the response radiation of the material is taken into account.
В отличие от других способов диагностики внутренней структуры материала, мы используем набор лазеров, где излучение каждого лазера монохроматично, поляризовано, интенсивно, и по-разному распространяется как в "прозрачных", для человеческого восприятия, так и "непрозрачных" средах в зависимости от частоты излучения лазера, что позволяет исключить субъективные представления о "прозрачности" в рассмотрении внутренней структуры материала. Использование в анализе внутренней молекулярно-химической структуры материала сразу нескольких лазеров с разной частотой излучения позволяет получать объемную картину этой структуры. Батарея лазеров с разной частотой излучения позволяет направленно оценивать те или иные молекулярно-химические особенности материала в определенном лазерном пространстве, лазерной матрице. То есть, облучая тело несколькими лазерами для каждого материала можно получить определенную картину этого вещества в объеме используемых лазеров.Unlike other methods of diagnosing the internal structure of a material, we use a set of lasers, where the radiation of each laser is monochromatic, polarized, intense, and differently propagated both in “transparent”, for human perception, and “opaque” environments depending on the frequency laser radiation, which allows to exclude subjective ideas about the "transparency" in the consideration of the internal structure of the material. The use of several lasers with different radiation frequencies in the analysis of the internal molecular-chemical structure of a material allows us to obtain a three-dimensional picture of this structure. A battery of lasers with different radiation frequencies allows one to purposefully evaluate one or another molecular chemical properties of a material in a certain laser space, laser matrix. That is, by irradiating the body with several lasers for each material a certain picture of this substance can be obtained in the volume of the lasers used.
Отличительной особенностью данного способа от лазерного дифракционного анализа заключается в том, что на ряду с особенностями дифракции лазерного луча на границах с разной оптической плотностью компонентов в объеме композитного материала, нами учитывается и спектральный характер облучаемого вещества внутри сложноорганизованного композитного материала. Направленным излучением лазера соответствующей частоты, определяется, то, в каком месте внутренней структуры композитного материала, какой именно компонент этого материала вызывает данное изменение частоты входящего луча и как это связано с изменением оптической плотности в этой области. В отличии от отдельно применяемых способов лазерной диагностики мы накладываем результаты лазерного спектрального анализа материалов (сред) на результаты лазерного дифракционного анализа и на уровне первичных структурных картин для каждой частоты излучения лазера, где характер оптической плотности (дифракционный анализ) становятся контуром в объеме матрикса композитного материала, а локальные частотные сдвиги резонансного излучения (спектральный анализ) раскрывают особенности собственного, резонансного излучения отдельных компонентов рассматриваемого материала.A distinctive feature of this method from laser diffraction analysis is that, along with the diffraction features of the laser beam at the boundaries with different optical densities of the components in the bulk of the composite material, we also take into account the spectral nature of the irradiated substance inside the complex composite material. The directional radiation of a laser of the appropriate frequency is determined, at which point in the internal structure of the composite material, which component of this material causes this change in the frequency of the incoming beam and how this is related to the change in optical density in this area. In contrast to the separately applied methods of laser diagnostics, we impose the results of laser spectral analysis of materials (media) on the results of laser diffraction analysis and at the level of the primary structural patterns for each frequency of the laser radiation, where the optical density (diffraction analysis) becomes a contour in the matrix volume of the composite material , and local frequency shifts of resonant radiation (spectral analysis) reveal the features of the intrinsic, resonant radiation of individual components of the material in question.
В отличие от сканирования, как лазерного, так других форм пространственного сканирования объекта проводимого путем соотнесения положения анализатора и сканируемого объекта наш способ сканирования проходит еще и по вектору изменения частотности излучения в батарее лазеров в соответствии с уменьшением частотности излучения от 100 нм до 3000 нм. Где частота излучения каждого лазера привязана к электронной плотности ковалентных связей каждого компонента композитного материала и является маркерной, что является необходимым условием в получении общего профиля композитного материала. Частотная лазерная маркировка позволяет оценить характер изменения резонансного излучения каждого компонента материала уже в структуре композитного материала.Unlike scanning, both laser and other forms of spatial scanning of an object carried out by correlating the position of the analyzer and the object being scanned, our scanning method also proceeds along the vector of variation of the radiation frequency in the laser battery in accordance with a decrease in the radiation frequency from 100 nm to 3000 nm. Where the radiation frequency of each laser is tied to the electron density of the covalent bonds of each component of the composite material and is marker, which is a necessary condition for obtaining a general profile of the composite material. Frequency laser marking makes it possible to assess the nature of the change in the resonant radiation of each component of the material already in the structure of the composite material.
Другой отличительной особенностью нашего способа является принцип матричного обобщения получаемых картин по каждому лазеру на уровне всей линейки частотного излучения, что позволяет характеризовать рассматриваемый материал в целом по характеристикам собственного резонансного излучения в структурном объеме рассматриваемого композитного материала. При этом результаты лазерного сканирования по каждому лазеру могут находиться как в диапазоне видимого спектра, так и в ультрафиолетовых и инфракрасных областях, в связи с этим, обобщение результатов проводится с опорой на всю линейку частотного излучения от 100 нм до 3000 нм. Опора в математическом матричном анализе (компьютерное моделирование объемных форм) результатов на всю линейку частотного излучения позволяет сравнивать различные композитные материалы между собой и проводить параллель с их физико-химическими свойствами.Another distinctive feature of our method is the principle of matrix generalization of the resulting patterns for each laser at the level of the entire frequency radiation range, which makes it possible to characterize the material under consideration as a whole by the characteristics of its own resonant radiation in the structural volume of the composite material under consideration. The results of laser scanning for each laser can be both in the range of the visible spectrum, and in the ultraviolet and infrared regions, therefore, the generalization of the results is carried out based on the entire range of frequency radiation from 100 nm to 3000 nm. The support in the mathematical matrix analysis (computer simulation of volumetric forms) of the results for the whole range of frequency radiation allows comparing various composite materials with each other and drawing a parallel with their physico-chemical properties.