Прикладная физика

Обоснован выбор радиационного высокоскоростного метода измерения температуры поверхности объекта, находящегося под воздействием струи водородной плазмы. Проведена теоретическая оценка вклада интенсивности рекомбинационного и тормозного излучения плазмы на показания пирометра, из которой следует, что при определенных условиях водородную плазму можно считать прозрачной для теплового излучения в области длин волн среднего ИК-диапазона спектра (MWIR).

Рассмотрен инфракрасный пирометр спектрального отношения, выполненный на неохлаждаемой двухспектральной фотодиодной MWIR сэндвич-структуре, разработанный для контроля температуры исследуемого объекта в экспериментальной установке водородной плазменной пушки. Приведены экспериментальные результаты мониторинга температуры поверхности образцов композитных материалов в процессе импульсного воздействия плазмы.

Для амплитудной модуляции двухцветного оптического излучения на удвоенной частоте звука предложено использовать устройство, состоящее из двух идентичных акустооптических (АО) ячеек, работающих на одной частоте звука и обеспечивающих выполнение брэгговского синхронизма двух оптических лучей с одной акустической волной. В качестве АО-среды предложено использовать гиротропный кристалл, собственные волны которого циркулярно поляризованы. Модуляция вызвана интерференцией волн с циркулярными поляризациями. Экспериментально получена амплитудная модуляция двухцветного излучения Ar-лазера (1 = 0,488 мкм и 2 = 0,514 мкм) на частоте 236 МГц с использованием двух АО-ячеек из парателлурита.

Экспериментально исследовано резонансное рассеяние на основной магнитной моде линейной структурой из двух диэлектрических колец, ориентированных вдоль волнового вектора падающей волны и возбуждаемых продольно падающей линейно поляризованной электромагнитной волной ГГц диапазона частот. В спектре рассеяния отраженной волны происходит расщепление резонансной частоты и существенно увеличиваются амплитуды обоих пиков по сравнению с амплитудой для одиночного кольца в ближней зоне. В прошедшем сигнале расщепление резонансной частоты нет, амплитуда прошедшего сигнала в дальней зоне существенно увеличивается по сравнению с одиночным кольцом.

Определены параметры потенциала «некулоновского» (борновского) отталкивания ионов с использованием ионной модели химической связи из равновесных межъядерных расстояний в бинарных кристаллах и в соответствующих им двухатомных молекулах. Используя эти параметры и сжимаемость кристаллов, найдены эффективные заряды ионов и соответствующие им ионности химической связи. Получена зависимость ионности связи от структурных параметров кристалла, а также от разности электроотрицательностей и от валентности исходных атомов.

Для оптоакустического отклика проведены расчеты коэффициента поглощения биологической среды в зависимости от концентрации гемоглобина и сатурации крови. Приведенный метод позволит проведение диагностики состава крови на предмет количественной оценки содержания гемоглобина. Проводимые исследования позволили установить процесс увеличения коэффициента поглощения среды при увеличении концентрации глюкозы в крови и, как следствие, уменьшение амплитуды ОА сигнала. Рассчитана зависимость амплитуды ОА сигнала от коэффициента поглощения ткани при уровнях сатурации крови 60 %, 80 % и 90 %.

Исследуются процессы электродугового синтеза в открытой атмосфере азотсодержащих порошков Ti/TiO2 с использованием методов структурно-фазового, элементного анализа и электронной микроскопии. Показано, что кратковременная плазменная обработка металлических порошков титана позволяет формировать азотсодержащие структуры Ti/TiO2. Предложенная методика может найти широкое применение в технологии промышленного синтеза простых и композитных фотокатализаторов порошкового типа со спектральной фоточувствительностью в ультрафиолетовой и видимой областях спектра излучения.

Приводятся результаты исследований оптических свойств наноструктурированных образцов алюмооксидной керамики. Установлено, что лазерная обработка поверхности образцов приводит к существенному изменению состава и структуры приповерхностного слоя. Методами оптической спектроскопии, катодолюминесценции и термолюминесценции выявлена генерация в алюмооксидной керамике, в процессе лазерной обработки, повышенной концентрации F-центров и их производных. Показана возможность использования наноструктурированной алюмооксидной керамики при создании высокочувствительных дозиметров ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Описывается поведение многослойного фотодетектора с квантовыми точками германия в кремнии и его параметры при различных рабочих режимах. Рассматриваются вопросы оптимизации условий роста в методе молекулярно-лучевой эпитаксии для повышения эффективности инфракрасных фотоприемников с квантовыми точками. В качестве модельной материальной системы для теоретических исследований выбраны многослойные гетероструктуры с квантовыми точками германия на поверхности кремния. В представленной работе разработана теоретическая модель для учета наличия в фотодетекторах нескольких слоев квантовых точек, а также рассогласования квантовых точек по размерам. Проведены расчеты шумовых и сигнальных характеристик инфракрасных фотоприемников на основе гетероструктур с квантовыми точками германия на кремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным туннелированием носителей. Для проверки модели мы сравнили теоретические значения темнового тока с экспериментальными результатами, полученными в работах других исследователей.

Приведен расчет фоточувствительности кремниевых фотодиодов с учетом поглощения на свободных носителях в диффузионных слоях, позволяющий определить требования к их параметрам для снижения этого эффекта.

Показано, что величина пропускания длинноволнового излучения в кремниевых структурах может также уменьшаться за счет поглощения на свободных носителях в диффузионных слоях.

В квантоворазмерных частицах полупроводников CdSe, PbS, HgSe, InSb наблюдается высокая, с кратностью до двух порядков, фотопроводимость для межзонных переходов неравновесных носителей, обусловленная снятием или ослаблением блокировки кулоновским ограничением и одноэлектронным током. В условиях размерного квантования наблюдаемые резонансные токовые пики обнуляются или сдвигаются в сторону меньших энергий. Энергетический минимум регистрируемых при этом квантов равен примерно 100 мэВ. Полученные результаты могут иметь применение в неохлаждаемых ИК-детекторах, в том числе однофотонных.

Установлена связь между мощностью электромагнитного излучения плазмы дуги и величиной потока излучения, падающего на поверхность фотоприёмника. С этой целью решено уравнение переноса излучения в плазме дуги для случаев, когда поверхности электродов полностью отражают либо полностью поглощают падающее на них излучение. Рассматривается случай, когда газоразрядная плазма является аксиально-симметричной, однородной и находится в состоянии локального термодинамического равновесия. Получены формулы для мощности Ppl излучения дуги и мощности Pd излучения, падающего на фотоприёмник. Установлено соотношение, связывающее мощности Ppl и Pd. Выполнен численный анализ этого соотношения в широком диапазоне значений геометрических параметров задачи. Результаты расчётов представлены в удобной графической форме. Получены простые асимптотические формулы, связывающие Ppl и Pd в широкой области параметров эксперимента.

Выполнено численное моделирование влияния отражательного электрода на ионный состав плазмы планарного магнетрона, в разрядную область которого инжектируется электронный пучок с независимыми током и энергией электронов. Результаты численного моделирования свидетельствуют о том, что в такой конфигурации, более высокие значения концентрации ионов рабочего газа (аргона) и катода-мишени (меди) магнетрона достигаются за счет более высокой степени удержания в области гене-рации плазмы инжектированных электронов вследствие их частичного отражения и отклонения в тормозящем поле отражательного электрода. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальным масс-зарядовым составом ионов плазмы такого магнетрона.

Представлен анализ формирования войда в установке ПК3 в пылевой плазме с частицами меламин формальдегида диаметром 3,4 мкм в ВЧ-разряде в аргоне при давлении 12–50 Па в условиях микрогравитации на МКС. Однородное состояние плазмы удаётся получить только при напряжении, близком к напряжению погасания разряда. Наложение низкочастотного напряжения с частотой 20–50 Гц стабилизирует состояние пылевой плазмы и сдвигает порог образования войда в сторону более высоких ВЧ-напряжений. Показано, что образование войда связано с нелокальной ионизацией плазмы в центре разряда быстрыми электронами, которые нагреваются в приэлектродных слоях.

Приведены результаты экспериментального исследования воздействия на поверхность плоского заземленного электрода плазмы импульсного высоковольтного разряда наносекундной длительности в воздухе атмосферного давления, возбуждаемого в резко неоднородном электрическом поле. Показано, что при относительно больших межэлектродных расстояниях между острийным катодом и плоским анодом реализуется диффузный разряд, обеспечивающий однородное воздействие плазмы разряда на поверхность анода.