Прикладная физика

Рассмотрены особенности технологических процессов управления формообразованием оптических поверхностей крупногабаритных плоских деталей на этапах шлифования и полирования на современных станках непрерывного формообразования полно-размерным инструментом. Дано обоснование структуры многофакторной математической модели процессов шлифования и полирования плоских оптических поверхностей на основе изучения законов движения исполнительных механизмов и зо-ны обработки оптических станков непрерывного формообразования полноразмерным инструментом. Приведён анализ влияния технологических факторов и физико-химических особенностей процессов обработки поверхностей плоских оптических деталей на функцию съёма оптического материала модели химико-механического метода обработки (CMP – chemical mechanical polishing). Проведён анализ исследования погрешности функции съёма оптического материала представленной многофакторной математической модели с рекомендацией к фиксации определённых значений главных кинематических параметров станочного оборудования.

Рассматриваются вопросы моделирования процессов самоорганизации и само сборки в сложных наноэлектромеханических системах (НЭМС) с бинарно-сопряженными функциональными элементами подсистемам и исследуется возникновение в них эф-фекта самоорганизации. На базе предложенных принципов моделирования устанавливается возможность создания изделий НЭМС с совмещением действующих гармонично технических и природных функциональных элементов (например, сложных многоэлементных систем нелинейно связанных разноструктурных молекулярных моторов).

Оптоакустическая визуализация позволяет обнаруживать сформированные ультра-звуковые волны в исследуемой среде при поглощении импульсного лазерного излучения на основе оптоакустического эффекта. Этот метод объединяет достоинства спек-трального оптического контраста и масштабируемого акустического разрешения на глубине от миллиметра до сантиметра и постепенно становится практическим инструментом для многих биомедицинских приложений. Оптоакустическая визуализация – это гибридный неинвазивный метод. В последние годы восстановлению опто-акустических изображений уделяется большое внимание, в частности, разрабатываются различные методы реконструкции, такие как обратная проекция, реконструкция в частотной области, обращение времени и реконструкции на основе моделей. Хотя эти методы основаны на различных теориях распространения, они имеют относительно простые реализации при восстановлении изображений в однородных средах. Однако в случаях неоднородных слоистых сред, существующие модели распространения необходимо модифицировать для учета различных акустических эффектов на границе раздела слоев, что усложняет процесс реконструкции. Для устранения искажений, вызванных дифракцией акустических волн, при реконструкции изображений используется метод перемещения виртуального детектора. Предложенный метод можно использовать для получения изображений в слоистых неоднородных средах.

Показаны возможности применения волоконного лазера с фемтосекундной длительностью импульсов излучения в изготовлении миниатюрных термоэмиссионных катодов из 50 мкм вольфрам-рениевой фольги. Катодный узел, состоящий из подогревателя и керна, выполнен в виде цельной конструкции с нанесенным методом ионно-плазменного напыления оксидным покрытием. Представлены эмиссионные характеристики катода.

Из-за особенностей легирования полупроводниковых структур группы нитридов и высокой степени компенсации, существует проблема определения концентрации легирующей примеси традиционными методами. В работе предложен и исследован метод расчета концентрации носителей заряда с учетом модели зонных состояний в полупроводниковых структурах группы нитридов n-типа проводимости. Метод основан на уравнении электронейтральности носителей заряда с учетом статистического закона распределения носителей в зонах и на дополнительных уровнях в запрещенной зоне.

Проанализированы темновые токи в усовершенствованной архитектуре матрицы фотодиодов на основе тройного соединения CdHgTe, предназначенной для регистрации слабого инфракрасного излучения. Формирование областей противоположной проводимости в широкозонном слое уменьшает вклад токов генерации-рекомбинации ШРХ, что увеличивает влияние Оже-механизмов, определяющих ток диффузии. Используя области различного состава с переходными подслоями с уменьшенной на границах раздела скоростью поверхностной рекомбинации, можно снизить вклад поверхностных механизмов в суммарный темновой ток фотодиода. За счет правильного выбора состава области поглощения и верхнего широкозонного слоя в усовершенствованной архитектуре ФЧЭ можно добиться уменьшения темнового тока, что позволяет повысить фотоэлектрические параметры.

Предложена модель перовскитного солнечного элемента со структурой FTO/TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/Cu2O/Au в программе численного моделирования SCAPS-1D. Проведено исследование влияния толщины слоя перовскита CH3NH3PbI3-xClx, а также толщины, концентрации акцепторов и подвижности дырок в слое Cu2O на фотоэлектрические характеристики солнечных элементов. Получено, что оптимальная толщина слоя перовскита составляет 600–700 нм. Увеличение толщины слоя Cu2O от 50 до 500 нм не оказывает существенного влияния на эффективность солнечного элемента, при этом оптимальная концентрация акцепторов в слое Cu2O составляет 1018–1019 см-3, а подвижность дырок должна быть более 0,1 см2/(В с). Показано, что перовскитный солнечный элемент с дырочным проводящим слоем Cu2O обладает лучшими характеристиками по сравнению со слоем Spiro-OMeTAD и имеет наибольшую эффективность 21,55 %.

Приведены результаты экспериментальных исследований пространственного распределения излучения импульсных ксеноновых ламп с прямой и U-образной конфигурацией плазменного канала в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном спектральном диапазоне. Показана зависимость формы индикатрисы от конструктивных особенностей импульсной лампы, коэффициентов поглощения плазмы и оболочки, ограничивающей разряд.

Экспериментально изучен процесс коммутации миниатюрного вакуумного двухэлектродного разрядника ИК-излучением импульсного лазера. Установлено, что существует минимальное, необходимое для инициирования разряда в вакуумном промежутке, значение энергии излучения, и пороговое значение, начиная с которого проявляется зависимость регистрируемых временных параметров процесса коммутации от энергии лазерного импульса. При энергиях ниже порогового значения задержка появления тока изменяется слабо, при энергиях выше – быстро убывает с ростом энергии излучения. Показан характер зависимости обеих величин от термодинамических параметров материала катода, на поверхности которого находится пятно фокусировки.

В представленной работе изучена кинетика процессов радиационно-индуцированной перестройки поверхности сапфира с нанокристаллами золота с использованием временной зависимости спектров катодолюминесценции. Показано, что основными центрами окраски в УФ-области спектра катодолюминесценции сапфира являются F+-центры, а F-полоса подавлена. Исследование временной зависимости интенсивно-сти F+-центров подтверждает отсутствие этапа поверхностного плавления сапфи-ра в процессе облучения потоком электронов с ускоряющим напряжением 50 кэВ.

Малая величина уширения линии Cr3+ соответствует незначительным отклонениям температуры на поверхности сапфира в процессе электронного облучения. Предложена качественная модель описывающая травление поверхности сапфира с нанокристаллами золота в процессе воздействия электронов. В основе рассмотренной модели лежит радиационно-индуцированный Оже-распад сапфира и формирование в процессе протекания экзотермической реакции интерметаллических фаз Au-Al.

Предложена методика расчетов зависимостей коэффициентов излучения субволновых частиц (СЧ) из различных материалов, имеющих форму дисков, сфер, кубиков и цилиндров от их размеров (D) и температуры (T), для случаев, когда внешнее электромагнитное излучение практически не влияет на их температуру. Для всех перечисленных видов частиц определены cutoff – длины волн отсечки, зависящие от размеров СЧ и  – коэффициентов формы частиц. При уменьшении размеров частиц из спектра излучения, который первоначально описывался законом Планка, постепенно исключаются длины волн, превышающие cutoff , что приводит, соответственно, к уменьшению интегрального излучения, уменьшению коэффициентов излучения и смещению спектра излучения в синюю область. Предложена также простая схема определения  – коэффициентов излучения СЧ по рассчитанному графику (U), где: U = (DT)/B; B – постоянная формулы смещения Вина.

Показано, что при воздействии интерферирующих поперечных акустических волн на сегнетоэлектрик через слой жидкого электрода возможно формирование регулярных доменных структур с периодом 1,5–10 мкм на частотах 400–30 МГц соответственно. Рассмотрены варианты с жидкими электродами на основе сильно диссипативных жидкостей [C4mim][PF6] и LiPF6–PC. Получены частотные зависимости пространственного периода доменной структуры и углов падения поперечных волн на границу «звукопровод-жидкость» для частот, ограниченных рамками ньютоновской модели жидкости. На основе результатов моделирования даны рекомендации по выбору типа жидких электродов, значений несущей частоты акустических волн для заданного периода формируемой структуры, а также углов падения волн на границу «парателлурит-жидкость» при комнатной температуре.