Статья: Мультиспектральные фотоэлектрические преобразователи для измерения излучательных характеристик импульсных источников широкополосного оптического излучения (2017)

Рассмотрены основные методы измерения распределения энергии в пятне рассеяния для объективов среднего и дальнего ИК-диапазонов. Предложена структурная схема установки на основе матричного фотоприемного устройства для измерения пятен рассеяния ИКобъективов. В соответствии с результатами математического моделирования работы установки даны рекомендации по выбору параметров её основных узлов. Показано, что для восстановления исходного пятна рассеяния с высокой точностью необходимо использовать 14-битный АЦП или методы расширения динамического диапазона оптоэлектронного тракта. При этом оптимальным алгоритмом восстановления сигнала является кубическая интерполяция. Проведено исследование влияния относительного размера тест-объекта на точность восстановления исходного пятна рассеяния. Рекомендуемое соотношение диаметров тест-объекта и пятна рассеяния исследуемого объектива 1:6. Проведено исследование влияния увеличения проекционной системы на точность измерения пятна рассения ИКобъектива, даны рекомендации по выбору увеличений проекционных систем. Предложены оптические схемы проекционных объективов для контроля качества ИК оптических трактов в диапазонах 3,5…5 мкм и 8…12 мкм. Представлены результаты экспериментов, подтверждающих теоретические расчеты в части определения зависимости полной энергии пятна рассеяния от глубины оцифровки сигнала.

Разработана модель расчета угла разориентации отражающих кристаллографических плоскостей и поверхности полупроводникового образца средствами рентгеновской дифрактометрии высокого разрешения. Модель позволяет минимизировать механические аппаратные погрешности, в том числе неточности позиционирования и перемещения, и определить оптимальные параметры расположения образца относительно падающего излучения для корректного проведения исследований совершенства кристаллической структуры. Описан принцип проведения эксперимента и математическая модель для обработки полученных результатов. Для определения наличия макродефектов в кристаллической структуре, в частности, блоков, проводилось построение карты распределения параметров кривых качания по всему образцу (картирование) с использованием разработанной модели. Это позволило определить границы блоков и их взаимную ориентацию в продольных относительно пластины направлениях. Модель опробовалась на пластине объемного монокристалла антимонида индия, выращенного методом Чохральского, при этом подготовленной методами химикодинамического и химико-механического полирования.

В рамках теории перколяции предложено описание аномально высокой (до ~150) степени усиления нанокомпозитов полиуретан/графен. Для этой цели использованы модели случайной смеси резисторов (ССР или предел «муравья») и случайной сверхпроводящей сетки резисторов (ССС или предел «термита»). Показано, что первая модель применима к описанию нанокомпозитов ниже порога перколяции графена по схеме перекрытия его пластин, а вторая – выше порога перколяции. Достижение порога перколяции изменяет тип армирующего элемента структуры нанокомпозита от межфазных областей до собственно 2D-нанонаполнителя (графена). Указанный переход обусловлен изменением структуры 2D-нанонаполнителя в полимерной матрице от стохастической до выстроенной (планарной), что количественно можно описать с помощью размерности каркаса частиц (агрегатов частиц) 2D-нанонаполнителя. Реализация указанных выше аномально высоких значений степени усиления возможна только в модели ССС или пределе «термита» при достижении отрицательных величин критических перколяционных индексов. Кроме того, предел «термита» реализуется при условии, что проводимость плохого проводника в случайной смеси равна единице, а хорошего – бесконечности. На практике применительно к полимерным нанокомпозитам это условие означает небольшое, но конечное значение модуля упругости полимерной матрицы (для полиуретана он равен 10 МПа) и очень высокий модуль упругости 2D-нанонаполнителя (для графена это показатель составляет 106 МПа). Предложенная модель хорошо согласуется с экспериментальными результатами как качественно, так и количественно.

В работе проведено исследование режимов производственных операций одностороннего шлифования и полирования подложек приборных пластин сапфира и карбида кремния с целью получения высокого качества обработанной поверхности. При достижении в течение операций шлифования и полирования толщины подложки 150 мкм получено высокое качество поверхности с показателем шероховатости около 2 нм и разбросом по толщине пластины не более 2 мкм.

В работе исследована зависимость краевого угла смачивания расплавом свинца окисленного чистого железа и реакторной стали ЭИ-852. Установлено скачкообразное изменение краевого угла смачивания при температурах фазового перехода в оксиде железа. Результаты исследования могут быть использованы в разработке режимов работы реакторов со свинцовым теплоносителем для предотвращения эрозии поверхности циркуляционного контура, покрытой слоем оксидов железа.

Проведены исследования серии образцов PHEMT-гетероструктур различного дизайна на основе твердых растворов GaAs методами электрохимического вольт-фарадного профилирования и фотолюминесценции при разных температурах. На основе построенной математической модели для PHEMT-гетероструктур с квантовой ямой AlGaAs/InGaAs/GaAs смоделированы пространственный профиль потенциала зоны проводимости, положение уровней размерного квантования и огибающие волновые функции носителей заряда. Результаты расчётов сопоставлены с экспериментальными данными. Из сравнительного анализа расчётных и экспериментальных спектров фотолюминесценции сделаны выводы о качестве выращиваемых слоев и гетерограниц.

Получены тонкие пленки ZnO на подложках (0001) Al2O3 с террасно-ступенчатой наноструктурой поверхности после термохимической нитридизации и с буферными слоями золота. Исследованы их электрические и фотолюминесцентные свойства. Наибольшую подвижность и удельное сопротивление имеют пленки ZnO, полученные на AlN/(0001) Al2O3, которые обладали высоким структурным совершенством. Применение Au в качестве буферных слоев также приводит к повышению структурного совершенства эпитаксиальных пленок ZnO. Однако при этом наблюдается значительное снижение подвижности, связанное с рассеянием на атомах золота, внедренных в решетку ZnO, и уменьшение концентрации носителей.

В работе представлен лазерный метод создания фотодиодных структур на CdTe и CdMnTe, характеризуемых фоточувствительностью в области спектра 0,5–0,91 мкм со спектральной чувствительностью в максимуме S = 0,38–0,43 А/Вт. Предложена методика создания стабильных омических контактов на этих структурах с применением лазерной пассивации поверхности. Проведены измерения электрических и фотоэлектрических параметров этих фотодиодов. Установлено, что высота потенциально барьера  0 для структур на CdTe равна 0,9 эВ, а протекание тока характеризуется двумя механизмами переноса заряда – генерационно-рекомбинационным и инжекционным, причем их коэффициент выпрямления k равен 104. Кривые фотоотклика структур на CdTe и CdMnTe имеют дополнительные максимумы, объясняющиеся наличием микровключений гексагонольной структуры при быстрой лазерной рекристаллизации поверхностного слоя.

Рассмотрены основные фундаментальные и нефундаментальные механизмы ограничения температурного разрешения тепловизионных систем (ТПС) на основе фотоприемных устройств (ФПУ) из CdHgTe (в русскоязычном варианте – КРТ). Проведены расчеты температурного разрешения ТПС при диффузионном ограничении параметров ФПУ из КРТ. Показано, что для структуры КРТ P+/n-типа проводимости при температуре Т = 77 К значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) составляет ~ 18 мК, в то время как для вакансионно-легированного материала N+/р-типа оно составляет ~ 30 мК. Проанализированы способы увеличения температурного разрешения в ТПС на основе ФПУ из КРТ.

Описана методика и приведены результаты исследования спектрального состава и выхода рентгеновского излучения плазмы микропинчевого разряда, получаемой на установке типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» в зависимости от полярности электродов разрядной системы. Измерения проводились с помощью созданных диагностических систем, функционирующих на основе термолюминесцентных и сцинтилляционных детекторов. Это позволило производить измерения в диапазоне энергий рентгеновских квантов 1–300 кэВ.

Экспериментально исследовано влияние полярности напряжения на высоковольтном электроде диэлектрического барьерного разряда (ДБР) на синтез озона в воздухе при атмосферном давлении в двух различных конфигурациях ДБР: с вращающимся со скоростью 3000 об/мин диэлектрическим диском и с классической схемой с плоскими электродами. В ДБР с движущимся диэлектриком на электроды подавалось постоянное напряжение, а в случае классической ячейки ДБР – переменное напряжение с частотой 50 Гц. В случае ДБР с вращающимся диэлектрическим диском при отрицательной полярности высоковольтного электрода концентрация озона в выходном воздушном потоке в 3,5–4 раза выше, чем при положительной полярности. В случае классической ячейки ДБР влияние полярности переменного напряжения существенно ниже, концентрации синтезированного озона при разных полярностях высоковольтного электрода отличаются в 1,4–1,5 раза.

В работе представлены результаты измерений радиального распределения ионного зондового тока насыщения в высокочастотном индуктивном источнике плазмы диаметром 46 см при изменении величины индукции внешнего магнитного поля В от 0 до 50 Гс, выполненные на рабочих частотах 2, 4 и 13,56 МГц и фиксированной мощности ВЧ-генератора в диапазоне 100– 500 Вт. В качестве рабочего газа использовался аргон, давление которого изменялось от 0,1 до 30 мТорр. Показано, что наложение внешнего магнитного поля позволяет управлять радиальным распределением зондового ионного тока насыщения. Выявлены оптимальные условия создания протяженных участков однородной плазмы диаметром более 30 см.

Представлены результаты экспериментального исследования условий возникновения НЧколебаний в плазменном кольце, формируемом ЭЦР-разрядом (Ar) в узком коаксиальном резонаторе. Установлена область параметров разряда, при которых эти колебания являются устойчивыми. Предполагается, что регистрируемые колебания являются следствием возникновения электростатической волны, распространяющейся в азимутальном направлении.

Выполнено численное моделирование течения плазмы для одного из конкретных конструктивных вариантов технологического ВЧИ-плазмотрона с трехвитковым индуктором и частотой тока 3 МГц. В качестве плазмообразующего газа рассмотрена смесь аргона с водородом при объемной концентрации водорода  от 0 до 10 %. Рассчитаны распределения электромагнитных полей и всех теплогазодинамических параметров потока плазмы. Показано, что при величине амплитуды тока разряда выше определенного критического значения JКР, зависящего от , происходит изменение режима течения плазмы из потенциального в вихревое, при котором в зоне энерговыделения образуется тороидальный вихрь. Установлена зависимость величины критического тока JКР от объемной концентрации водорода . Определено влияние  и тока разряда JК на интенсивность и координаты положения центра возникающей вихревой трубки.

Представлены результаты исследований особенностей процессов отклонения и развертки сфокусированного электронного пучка, генерируемого плазменным источником электронов в области повышенных давлений форвакуумного диапазона. Показано, что во всех исследуемых диапазонах давлений и расстояний от отклоняющей системы в пределах угла отклонения электронного пучка в 20 градусов плотность мощности пучка снижается лишь на 20 %. На примере фрезеровки кварцевого стекла продемонстрирована возможность эффективной прецизионной электронно-лучевой обработки диэлектриков.

Выполнены экспериментальные исследования пламени предварительно перемешанной смеси горючего и окислителя в условиях, когда скорость горения направлена по и против вектора гравитации, а также в невесомости. Проведено сравнение характеристик пламени. Впервые определена скорость ламинарного горения при вариации интенсивности и направления гравитационного поля на основе экспериментальных данных о коническом метано-воздушном пламени. Показана возможность оценки полей скоростей пламени в условиях ограниченного пространства и без внешних источников световых импульсов (в капсуле в «падающей башне»).

Рассмотрен бесстолкновительный механизм стохастического нагрева нерелятивистских заряженных частиц, возникающий при случайном переключении двух регулярных динамик, обусловленных движением частиц в постоянных электрических полях с разными амплитудами и осциллирующих с разными амплитудами и частотами. Моделируя переключения динамик случайным телеграфным сигналом, вычислена дисперсия скорости частицы. Показано, что дисперсия, а значит, и средняя энергия монотонно растут со временем. На временах много больше времени спада корреляций закон роста – линейный. Получены явные выражения для коэффициентов диффузии в зависимости от переменных, характеризующих регулярные динамики и частоты их смены.

В работе сообщается о методике измерения времен релаксации фотопроводимости в полупроводниковом материале в микроволновом поле после лазерного возбуждения при разных температурах измерения. Анализ кривых релаксации фотопроводимости проводили с помощью метода Прони. Метод Прони позволял определить величину времени релаксации фотопроводимости и парциальные амплитуды сигнала релаксации фотопроводимости. В качестве исследуемого материала использовали образцы кремния электронного типа проводимости, подвергшиеся термической обработке, и прошедшие диффузию золота при высоких температурах. Образцы кремния имели слой вольфрама на поверхности. Получены температурные зависимости величины времени релаксации фотопроводимости. Из этих зависимостей получили температурные зависимости сечения захвата носителей заряда на центры рекомбинации и энергии ионизации различных примесей.

Исследовано свечение алмазов IIа типа (природного и искусственного) под воздействием пучка убегающих электронов субнаносекундной длительности и излучения импульсной KrClэксилампы. Показан существенный вклад катодолюминесценции (КЛ), а также фотолюминесценции (ФЛ) на спектры излучения в области 310–650 нм. Излучения Вавилова-Черенкова (ИВЧ) зарегистрировано только в области 225–310(350) нм и только с помощью монохроматора и ФЭУ. Измерены задержки между импульсами ИВЧ и КЛ. Показано, что коротковолновое ультрафиолетовое излучение усиливает интенсивность ФЛ.