Статья: Термооптический анализ формирующих систем мощных волоконных лазеров (2017)

Пористые структуры получили широкое применение, как в регенераторах, так и в качестве теплообменников с развитой поверхностью теплообмена в криогенных газовых машинах. Определение перепада давления играет важную роль в прогнозировании производительности криогенной газовой машины. В настоящей работе рассматривается сопротивление пористых структур, состоящих из свинцовых шариков при высоких скоростях потока. В качестве рабочих тел, протекающих через пористую структуру, были использованы азот и аргон. Скорость в пористой структуре изменялась в диапазоне от 3,5 до 7,5 м/с для азота и от 2,5 до 6,5 м/с для аргона. В качестве пористой структуры использовались свинцовые шарики со средним диметром 0,223 мм. Диаметр канала, заполненного свинцовыми шариками, составлял 15 мм, длина 35 мм. Полученные данные для высоких скоростей могут быть актуальны для применения в теплообменных аппаратах, представляющее собой пористое тело из спеченных между собой шариков.

В статье рассматриваются преимущества метода лазерного управляемого термораскалывания. Описывается экспериментальная установка, созданная для повышения эффективности резки за счет развития и углубления микротрещины. Рассматриваются способы коррекции функции перемещения устройства докола и возможность реализации двух операций в одном цикле.

Целью данной работы была оптимизация схемы созданного ранее волоконного Er-Tm-лазера в интересах получения наилучших параметров излучения на выходе волокна. Для получения импульсной генерации использовался метод модуляции добротности с помощью затвора на насыщающемся поглотителе. В результате была подобрана оптимальная длина поглотителя, при которой были достигнуты наилучшие характеристики выходного излучения: максимальная средняя выходная мощность составила 1 Вт при максимальной частоте повторения – 4,5 кГц. Энергия импульса длительностью 35 нс может быть оценена как 0,3 мДж, а пиковая мощность – 6 кВт.

Представлены результаты измерений поглощения на длине волны 1,071 мкм в кварце Suprasil 311 (2,8×10-6 см-1) и лабораторном воздухе (5×10-8 см-1) при отношении сигнал/шум 100/1 с помощью соосной схемы Photothermal common-path interferometry при быстром нагреве в отсутствие термодиффузии. Измерения поглощения проводились при тепловых набегах фазы в греющем пучке не более 0,1 радиан, что гарантировало корректность калибровок. Калибровка схемы проделана с помощью стандартного стекла К-8 с привлечением теории дифракции на деформациях, учитывающих напряжения. Низкий уровень шумов позволил при временном разрешении импульсных сигналов выделить вклад в измерения поглощения в кварце Suprasil 311 соответственно керровской и стрикционной нелинейностей, а также наблюдать развитие во времени стрикционных деформаций. Кроме того, выявлено аномальное временное развитие поглощения широкополосного излучения в атмосферном воздухе.

В настоящее время в Институте ядерной физики СО РАН ведутся работы по созданию инжекторов атомов водорода с энергией 0,5–1 МэВ, которые необходимы для будущих установок управляемого термоядерного синтеза. Часть вакуумных насосов инжектора нейтралов предполагается установить на высоком потенциале, что усложняет их эксплуатацию и требует новых подходов к вакуумной откачке. В качестве альтернативы для откачки баков инжекторов, находящихся под высоким потенциалом, было предложено использовать нераспыляемые геттеры (НЕГ), уже широко используемые в ускорительной технике. В настоящей статье приводятся первые результаты исследований насосов на базе нераспыляемых геттеров, а также приведены их оптимальные характеристики в интересах их использования в плазменных установках с большими потоками откачиваемого водорода.

В данной работе предложена методика формирования бинарных пленок AlN и ZnO неполярных и полуполярных ориентаций на сапфире термохимическим и термическим методами, а также выполнена их характеризация дифракционными и микроскопическими методами. Показано, что отжиг подложек сапфира с террасно-ступенчатой наноструктурой поверхности в восстановительной газовой среде при высокой температуре 1650 °С позволяет получать сплошные неполярные монокристаллическая пленка AlN с гексагональной структурой типа вюрцита. Приведены результаты постростового отжига (1200 °С) поликристаллической пленки ZnO толщиной около 1 мкм, нанесенной на поверхность темплейта (11 2 0) AlN/-Al2O3. Анализ полюсных фигур рентгеновской дифракции демонстрирует формирование в результате постростового отжига текстурированной полуполярной пленки 1011 ZnO. Такая методика формирования неполярных и полуполярных пленок AlN и ZnO может найти широкое применение в пьезоэлетронике и оптоэлектронике.

Исследовано влияние размера зерен исходного порошка и термообработки на термоэлектрические свойства экструдированных образцов твердого раствора Bi2Te2.7Se0.3. Показано, что особенности зависимостей степени текстуры и термоэлектрических свойства твердого раствора Bi2Te2.7Se0.3 от размера зерен исходного порошка и термообработки можно объяснить одновременным образованием текстуры и его термической деструкции, образованием структурных дефектов в процессе горячего прессования образцов, а также залечиванием структурных дефектов и частичным разрушением текстуры в процессе термической обработки образцов.

Исследована теплопроводность поликристаллических тонких пленок Pb0.96Mn0.04Se в области температур 77–320 К. Установлено, что рассеяние фононов на границах кристаллитов и поверхности пленки являются незначительным, что следует из факта отсутствия зависимости решеточной теплопроводности от толщины и размеров кристаллитов c d = 3,0÷5,0 мкм. В исследуемых образцах рассеяние фононов в основном происходит на дефектах, связанных с несовершенством структуры пленок и атомов примеси.

В работе проводилось облучение плёнок кремния ионами кремния с энергией 200–230 кэВ в температурном диапазоне от температуры жидкого азота до комнатной. Показано, что с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света можно проводить интегральный анализ качества кристалличности структуры после облучения, что значительно сокращает время исследования. Изучено влияние ионного облучения на проводимость пленки кремния.

Методами атомно-силовой и интерференционной микроскопии изучена поверхность пленок кобальтсодержащего полиакрилонитрила, полученных под воздействием некогерентного ИКизлучения при неглубоком вакууме. Определены толщины пленок кобальтсодержащего полиакрилонитрила и параметры самоорганизации полученных пленок. Показано, что, изменяя технологические параметры формирования пленок, можно получить материалы с различными электрофизическими свойствами. Рассмотрев пленки с позиций теории самоорганизации, установлено, что полученные структуры упорядочены. Выяснено, что с увеличением концентрации легирующей добавки наблюдается рост шероховатости и снижение средней взаимной информации, что существенно изменяет электрофизические свойства пленок.

Проведен выбор состава травителя для прецизионного удаления тонкого высоколегированного геттерирующего слоя кремния. Наиболее контролируемый процесс удаления обеспечивает травитель состава HNO3: HF: CH3COOH = 40:1:1. Он позволяет при полном стравливании геттерирующего слоя сохранить требуемую толщину контактного слоя, предотвращающего выход области объемного заряда рп-перехода на тыльную поверхность базы фоточувствительного элемента, обеспечивая тем самым снижение величины темновых токов и увеличение процента выхода годных изделий.

Впервые проведен анализ и расчет теплопритоков в узлах матричного фотоэлектронного модуля (ФЭМ) с помощью программного комплекса Autodesk CFD. При помощи программного обеспечения Autodesk Inventor была создана трехмерная модель прибора, на основе которой в дальнейшем построена модель распределения тепла внутри матричного фотоэлектронного модуля. Исходя из полученных данных, проанализирована конструкция ФЭМ с точки зрения распределения и отвода тепла. Из результатов расчета сделано заключение об эффективности работы ТЭО и его вкладе в паразитное излучение.

Спектр фотопроводимости сублимированных пленок квазимонополярных полупроводников CdS-PbS, в частности CdS(0,9)-PbS(0,1), не обнаруживает отрицательных участков (гашения) фотопроводимости, характерных для монокристаллов и пленок сульфида кадмия. Такое отсутствие связано с наличием дополнительного канала рекомбинации, обусловленного стоком фотоносителей в узкозонную фазу, содержащую PbS, поскольку длина монополярной диффузии превышает расстояние между «стоками» (вкраплениями) узкозонной фазы, а также толщину пленки, поскольку стоки расположены в основном на её поверхности.

В работе рассмотрены пути снижения уровней шумовых тока и напряжения планарных кремниевых фотодиодов, работающих в фотовольтаическом режиме. Экспериментально получены и обсуждаются зависимости шумовых параметров таких фотодиодов от толщины слоя Al контактной системы. Показана возможность улучшения шумовых свойств фотодиодов за счёт увеличения толщины слоя выше критического значения, определяемого глубиной контактного окна.

Исследованы алгоритмы неразрушающей обработки спектральных характеристик чувствительности линейных и матричных фотоприемных устройств (методы взвешенного и экспоненциального скользящего среднего, интерполяция сплайнами, фильтрация методом СавицкогоГолея). Показаны результаты анализа применения алгоритмов фильтрации для спектральных характеристик чувствительности на примере образцов пятиэлементного фотоприемного устройства, предназначенного для бортового ИК Фурье-спектрометра космического аппарата «Метеор-М», и матричного фотоприемного устройства формата 4576 элементов, имеющего диапазон чувствительности 3,7–4,1 мкм. Анализ результатов показал преимущество фильтрации Савицкого-Голея над стандартными методиками в силу своей вариативности.

Проведены экспериментальные исследования импульсного вакуумного дугового разряда с катодом из чистого бора. Поскольку в нормальных условиях бор имеет высокое удельное сопротивление (1,8×106 Ом см), инициирование дугового разряда требует нагрева катода до температур выше 600÷650 С, при которых бор приобретает заметную проводимость. Представлены результаты, касающиеся зажигания дугового разряда с катодом из бора и обеспечения стабильности его горения, а также результаты измерения параметров разряда, оптического эмиссионного спектра и масс-зарядового состава дуговой плазмы. Практически на 100 % плазма, сформированная разрядом, состоит из одно- и двухзарядных ионов бора, в соотношении 1:1.

Разработано устройство для создания холодной неравновесной электронно-пучковой плазмы в сверхзвуковом потоке газа. Представлено описание и демонстрация возможностей способа конверсии природного и модельного попутного нефтяного газов с использованием этой плазмы для получения продуктов различного химического состава. На лабораторном оборудовании получены продукты различного химического состава в вариантах окислительной и бескислородной конверсии природного газа. Предложенный метод является перспективным для промышленной реализации.

Впервые создан широкополосный плазменный релятивистский СВЧ-генератор на основе гладкого волновода, в котором электронный поток осаждается на стенки волновода, а плазменный волновод располагался внутри этого потока. Такая конфигурация позволяет легко охлаждать систему, что важно для частотно-периодического режима работы. В используемых ранее плазменных мазерах электронный поток распространялся внутри плазменного волновода и осаждался на внутренние детали конструкции. В результате они перегревались, появлялись дополнительные молекулы газа и плазма. При коротких импульсах и в режиме генерации однократных импульсов последствия перегрева существенно не влияли на работу системы. В случае же частотно-периодического режима это делает невозможной нормальную работу генератора. В традиционных плазменных мазерах отвод тепла является трудоемкой задачей, существенно усложняющей конструкцию и приводящей к снижению эффективности генерации. Целью настоящей работы было проверить работоспособность плазменного мазера, в котором электронный поток распространяется снаружи от плазмы и осаждается на стенки волновода. В работе продемонстрирована возможность электронной перестройки частоты излучения от импульса к импульсу в диапазоне 3–9 ГГц при мощности 20 МВт. Тем самым доказана возможность построения плазменного мазера с широкой перестройкой частоты излучения в периодическом режиме следования импульсов с большой частотой повторения. Данная работа является началом исследования возможности построения высокоэффективного широкополосного генератора, который сможет работать в частотном режиме длительное время.

В последние годы активно развиваются исследование наноразмерных объектов, представляющий собой группу атомов или супрамолекулярную структуру, для которых понятие диэлектрической проницаемости имеет весьма условный смысл и, как правило, требует уточнения, а иногда и отдельного анализа. В настоящей работе проанализировано изменение интенсивности комбинационного рассеяния объектов, помещенных на плоскую подложку, и показаны некоторые ситуации, в которых рассеяние может изменяться более чем на порядок. В частности, на идеальной металлической подложке область пучности стоячей световой волны, образованной при отражении, не распространяется на приповерхностный слой, в котором находится слой графена, за счет чего рамановское (комбинационное) рассеяние может уменьшиться более чем на порядок. В случае прозрачных подложек рассматриваемый наноразмерный эффект может значительно проявиться при помещении рассеивателя в экспоненциально затухающую неоднородную волну в области полного внутреннего отражения, либо при использовании продольной по отношению к плоскости падения поляризации при зондировании волной, падающей на подложку под углом Брюстера.