13.04.2024
Подписывайтесь на Telegram-канал по ссылке

Искусственный интеллект может предсказать способность красителей тушить опасное для зрения лазерное излучение

Efficiency optical limiting

Лазерное излучение, использующееся для резки металлов и обработки материалов, — довольно мощный источник световой энергии, который может повредить глаза человека. Чтобы этого не случилось, используют светофильтры — материалы, способные защитить сетчатку глаза людей, работающих, например, с лазерным сварочным аппаратом. Однако обычные светофильтры оказываются неэффективными, если необходимо «затушить» очень короткие, длящиеся всего миллиардные доли секунды, но очень мощные лазерные импульсы, генерируемые большинством оптических квантовых генераторов. Несмотря на значительное количество исследований в этой области, выявлены лишь примитивные закономерности поглотительной способности материалов, которые помогают только незначительно оптимизировать конструкцию защитных оптических устройств.

Российские учёные разработали модель искусственного интеллекта, позволяющую прогнозировать способность вещества поглощать лазерное излучение на основе квантово-химических расчётов. Исследователи проанализировали ряд фталоцианинов — органических соединений, образующих комплексы с металлами (цинком, медью, никелем, кобальтом и магнием), которые традиционно используют в качестве пигментов и красителей. Авторы выбрали эти соединения из-за их способности эффективно поглощать видимый свет и предположили, что такие вещества смогут поглотить в том числе и мощное лазерное излучение. Учёные облучали красители короткими импульсами зелёного лазера и измеряли, какое количество света проходило через оптический слой веществ. Таким образом авторы изучили оптическое ограничение — то есть поглотительную способность — этих соединений. Эксперимент показал, что вещества ослабляли лазерные импульсы в 10-20 раз. При этом максимальный эффект наблюдался у фталоцианинового комплекса, содержащего ион цинка.

Затем исследователи попытались определить взаимосвязь между электронной структурой красителей и их поглотительной способностью. Авторы предположили, что такая закономерность позволит предсказывать оптические характеристики фталоцианинов на основе их молекулярных свойств. Так, исследователи оценили электрически индуцированное поглощение каждого фталоцианина, а также установили, как электрические заряды распределяются в молекулах. Затем авторы использовали собственный алгоритм CORRELATO, который протестировали в предыдущих своих работах, чтобы рассортировать фталоцианины по принципу «плохой-хороший» в зависимости от их способности поглощать лазерный луч. С помощью новой модели учёным будет достаточно выбрать необходимый уровень ослабления излучения, толщину защитного покрытия, а нейронная сеть сама подберёт набор потенциальных красителей. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.