Успехи прикладной физики

Гальванометрический сканер (гальвосканер) – устройство для осуществления поворота лазерного пучка на определенный угол. В статье рассмотрены как подходы к проектированию элементов гальвосканера (электродвигателя постоянного тока, сканирующего зеркала, датчика угла поворота, платы драйвера управления гальвосканером), так и результаты испытаний его работоспособности после изготовления. Привод зеркала и датчика осуществлялся бесколлекторным моментным электродвигателем постоянного тока с ротором из постоянного сильного магнита, изготовленного из неодима, бора и железа – NdFeB. Зеркала изготавливались из моно-кристаллического кремния и рассчитаны на апертуру входного лазерного пучка 15 мм. Зеркала имеют отражающее покрытие, обеспечивающее коэффициент зеркального отражения R  99,6 % для длины волны лазера  = 10801 нм. Разработана конструкция оптического абсолютного датчика угла поворота (энкодер) с применением светодиодов и фотодиодов. При разработке платы управления (драйвера) гальвосканером использована гибридная аналогово-цифровая архитектура, цифровая часть драйвера – цифровой сигнальный процессор.

Гальвосканеры были испытаны на работоспособность по разработанной программе и методике на специальном стенде и оборудовании, изготовленном для испытаний. В результате испытаний основные проектные характеристики (углы сканирования, шаг сканирования, скорость сканирования и позиционная повторяемость, температурное смещение нуля и долговременный дрейф) были превышены.

Исследованы статистические характеристики поля, рассеянного контролируемой шероховатой оптической поверхностью, и определены выражения для контраста спекл-структуры в зависимости от степени монохроматичности излучения лазера ИК-интерферометра. Приведены результаты экспериментальных исследований макетного образца лазерного ИК-интерферометра, построенного по модифицированной функциональной схеме Тваймана–Грина, с рабочей длиной волны излучения  = 10,6 мкм и сформулированы рекомендации по выбору его элементной базы.

Работа посвящена плазменному безводородному азотированию аустенитной стали марки AISI 316L (отечественный аналог 03Х17Н14М3). Продемонстрировано, что плазменное азотирование с активным экраном позволяет сформировать твердые диффузионные слои при температуре 570 оС. Без активного экрана формирование упрочненных слоев в безводородной среде происходило при температуре 600 оС и они обладали меньшей толщиной. Увеличение длительности процесса азотирования с активным экраном с 30 до 360 мин привело к увеличению толщины упрочненных слоев с 20 до 100 мкм и повышению содержания фазы расширенного аустенита (S-фаза). Увеличение длительности азотирования сопровождается снижением коррозионной стойкости обработанных образцов AISI 316L. При относительно небольшом времени азотирования удалось сформировать твердые слои толщиной до 20 мкм при сохранении высокой коррозионной стойкости образцов.

Развита методика прогнозирования основного показателя эффективности – дальности распознавания объектов – современных высокочувствительных тепловизионных приборов (ТВП), работающих в обычном для них контрастно-ограниченном режиме, в котором их эффективность лимитируются не шумом прибора, а предельной контрастной чувствительностью зрительного аппарата оператора-дешифровщика. Выполнен сравнительный анализ существующих зарубежных и отечественных условий и методик натурных испытаний ТВП на дальность распознавания ими типового тест-объекта – танка. Показано, что, несмотря на существенное различие методик, полученные экспериментальные оценки этого показателя эффективности могут быть корректно сопоставлены с соответствующими данными для зарубежных аналогов независимо от теплового контраста тест-объекта и погодных условий. Описана процедура оценки достоверности результатов полевых испытаний ТВП на дальность действия. Приведены примеры реализации полученных результатов.

Работа посвящена модернизации топологии планарных фотодиодных кристаллов (ФДК) из антимонида индия с целью обеспечения их стойкости к коротковолновому (  1 мкм) облучению, а также экспериментальной оценке результатов модернизации. Показано, что стойкими к коротковолновому облучению при рабочих температурах (вблизи 77 К), являются такие ФДК, в контактные системы которых включены экраны, непрозрачные для коротковолнового излучения. Определены и экспериментально подтверждены требования к геометрическим параметрам, местоположению и электрическим связям экранов в контактной системе ФДК.

Экспериментально исследована структура свечения микроплазменного разряда, инициируемого в вакууме импульсным потоком внешней плазмы на поверхности титанового образца, покрытого естественной сплошной оксидной пленкой толщиной 2–6 нм. При воздействии плазмы с плотностью около 1013 см–3 и электронной температурой 10 эВ на поверхность образца, с отрицательным потенциалом 400 В относительно потенциала плазмы, внешняя поверхность оксидной пленки приобретает положительный электрический заряд в результате потока ионов из плазмы. При этом внутри диэлектрической пленки возникает сильное электрическое поле около 4 МВ/см. Электрический пробой между заряженной поверхностью пленки и металлом инициирует возбуждение микроплазменного разряда на поверхности титана. Интегральное свечение микроплазменного разряда в макромасштабе представляет собой разветвленную структуру типа дендрита, которая в микромасштабе состоит из большого количества ярко светящихся «точечных» образований – локализованных на поверхности металла катодных пятен и свечения ореола вокруг них. С помощью высокоскоростного фоторегистратора IMACON-468 исследован фрагмент поверхности титана площадью 0,50,4 мм2 в области свечения катодных пятен. На основе анализа оптического свечения катодных пятен на 7 последовательных кадрах фоторегистратора с экспозицией каждого кадра 100 нс и интервалом между кадрами 400 нс рассчитано ожидаемое «время жизни» катодных пятен в интервале значений 0,50,2 мкс. По пространственному распределению свечения микроразрядов определено, что средний диаметр катодных пятен составляет величину около 164 мкм, при этом средний размер светящегося ореола вокруг отдельного катодного пятна достигает значения 100 мкм.