Исследуются статистические характеристики электромагнитного поля, рассеянного контролируемыми шероховатыми (на стадиях шлифования) оптическими поверхностями, имеющими различный уровень среднего квадратичного отклонения (СКО) – от заданного (эталонного) профиля на различных стадиях технологической обработки. Получены и проанализированы аналитические выражения для контраста регистрируемых интерферограмм и спекл-структуры от характерного отношения контролируемой величины в соотношении с длиной волны интерферометрического контроля – . Предлагается метод частичного подавления спекл-структуры в регистрируемых изображениях, основанный на использовании пространственной фильтрации и операции усреднения по ансамблю сечений, проходящих через энергетический центр тяжести отфильтрованных изображений. Приводятся результаты экспериментальных исследований макетного образца лазерного инфракрасного (ИК) интерферометра, построенного по модифицированной функциональной схеме Тваймана–Грина, с рабочей длиной волны излучения = 10,6 мкм и формулируются рекомендации по выбору его элементной базы.
Consideration is given to the statistical characteristics of the electromagnetic field scattered by controlled rough surfaces (at grinding stages) by optical surfaces having different levels of the standard root-mean square (RMS) – from the given (reference) profile at different stages of technological processing. Analytic expressions for the contrast of the recorded interferogramms and specklepattern from the characteristic ratio of the controlled quantity in relation to the wavelength of the interferometric control are obtained and analyzed analytically. A method of partial suppression of the speckle-pattern in the recorded images is proposed. The method is based on the use of spatial filtration and the operation of averaging over the ensemble of sections passing through the energy center of gravity of the filtered images. The results of experimental studies of a model sample of a laser infrared (IR) interferometer constructed using the modified Twyman–Green functional scheme with a working radiation wavelength of = 10.6 μm are presente. The recommendations on the choice of its element base are formulated.
Идентификаторы и классификаторы
В результате проведённых научных исследований, посвящённых определению и анализу влияния статистических характеристик спекл-структуры на контраст интерференционной картины при интерферометрическом контроле микронеровностей шлифованных оптических поверхностей можно сделать следующие выводы:
полученные аналитические выражения для определения статистических характеристик спеклструктуры в видеоизображениях интерференционных картин регистрируемых на стадиях шлифования оптических поверхностей позволили исследовать перейти к разработке метода частичного подавления спеклов с целью контроля величин СКО исследуемых микрошероховатостей профилей оптических деталей;
результаты экспериментальных исследований, проведённых с помощью разработанного и изготовленного макетного образца лазерного ИКинтерферометра (см. табл. 1) подтвердили возможность и перспективность методов интерференционного контроля оптических поверхностей крупногабаритных зеркал на стадиях шлифования;
на основе проведённых исследовании (см. рис. 3, 4), можно сделать вывод о том, что предложенный метод частичного подавления спекл-структуры обеспечивает формирование интерференционной картины с контрастом спеклструктуры не выше 0,3 при видности выше 0,5;
приведён рекомендуемый интервал при выборе элемента матричного фотоприёмного устройства при контроле оптических поверхностей на трёх характерных стадиях шлифования (см. табл. 3);
предложенный алгоритм усреднения регистрируемых интерференционных изображений является основой методики определения СКО высот микронеровностей шлифованных и полированных оптических поверхностей, который подробно описан в [4].
Список литературы
1. Malacara D., Servin M., Malacara Z. Interferogram analysis for optical testing. – New York: Marcel Dekker Inc., 1998.
2. Абдулкадыров М. А., Белоусов С. П., Игнатов А. Н., Патрикеев В. Е., Придня В. В., Полянщиков А. В., Румянцев В. В., Самуйлов А. В., Семенов А. П. Производство заготовок, формообразование, полировка и контроль астрономических зеркал [Электронный ресурс]: ОАО «ЛЗОС». Режим доступа: http://lzos.ru/stati/formation-polishing-and-the-control-ofastronomical-mirrors.
3. Абдулкадыров М. А., Белоусов С. П., Игнатов А. Н., Патрикеев В. Е., Придня В. В., Полянщиков А. В., Румянцев В. В., Самуйлов А. В., Семенов А. П., Шаров Ю. А. Интерференционные методы производственного контроля оптических поверхностей зеркал телескопов [Электронный ресурс]: ОАО «ЛЗОС». Режим доступа: http://lzos.ru/stati/methods-ofindustrial-inspection-of-optical-surfaces-of-mirrors-of-telescopes.
4. Денисов Д. Г. Разработка методов и аппаратуры лазерного интерференционного контроля формы и качества оптических поверхностей крупногабаритных зеркал на стадиях шлифования. – Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана. Москва, 2010.
5. Денисов Д. Г., Карасик В. Е., Сахаров А. А. Система контроля формы оптических деталей с использованием датчиков волнового фронта. / В сборнике: Лазеры в науке, технике, медицине. ХХV Международная конференция, сборник научных трудов. МГТУ им. Н. Э. Баумана,
Московское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова, Международная академия связи, Российский онкологический научный центр им. Н. Н. Блохина, НИЯУ «МИФИ», Преображенский научный центр. 2014. С. 64–69.
6. Барышников Н. В., Денисов Д. Г., Карасик В. Е., Кудряшов А. В., Никитин А. Н., Сахаров А. А. Оптико-электронная система на основе датчика волнового фронта для диагностики параметров формы оптических изделий / В сборнике: Лазеры в науке, технике, медицине. 2015. С. 86–90.
7. Барышников Н. В., Денисов Д. Г., Карасик В. Е., Сахаров А. А. Метод и аппаратура аттестационного контроля радиусов кривизны сферических поверхностей оптических изделий при помощи датчика волнового фронта / V Международная конференция по фотонике и информационной оптике. Сборник научных трудов. 2016. С. 416–417.
8. Denisov D. G., Baryshnikov N. V., Gladysheva Ya. V., Karasik V. E., Morozov A. B., Patrikeev V. E. // Measurement Techniques. 2017. Vol. 60. Issue 2. P. 121.
9. Басс Ф. Г., Фукс И. И. Рассеяние волн на статистической неровной поверхности. – М.: Наука, 1972.
10. Рытов С. М. Введение в статистическую радиофизику. – М.: Наука. Часть II. Случайные поля. 1966.
11. Денисов Д. Г., Карасик В. Е., Орлов В. М. // Метрология. 2009. № 9. С. 15.
12. Денисов Д. Г., Карасик В. Е. // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2011. № 2. С. 36.
13. Goodman J. W. Speckle phenomena in optics: theory and applications. – Colorado: Roberts and Company, 2006.
14. Франсон М. Оптика спеклов. – М.: МИР, 1980.
15. Гудмен Дж. Статистическая оптика. – М.: Мир, 1988.
16. Beckmann P., Spizzichino A. The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surface. – Norwood: Pergamon Press, ARTECH HOUSE, 1987.
1. D. Malacara, M. Servin, and Z. Malacara. Interferogram analysis for optical testing, (New York: Marcel Dekker Inc., 1998).
2. M. A. Abdulkadyrov, S. P. Belousov, A. N. Ignatov, V. E. Patrikeev, V. V. Pridnya, A. V. Polyanschikov, V. V. Rumyantsev, A. V. Samuylov, and A. P. Semenov, Production of blanks, shaping, polishing and control of astronomical mirrors [Electronic resource]: JSC “LZOS”. Access mode: http://lzos.ru/ stati/formation-polishing-and-the-control-of-astronomical-mirrors. [in Russian].
3. M. A. Abdulkadyrov, S. P. Belousov, A. N. Ignatov, V. E. Patrikeev, V. V. Pridnya, A. V. Polyanschikov, V. V. Rumyantsev, A. V. Samuylov, A. P. Semenov, and Yu. A. Sharov, Interference methods of production control of optical surfaces of mirrors of telescopes [Electronic resource]: JSC “LZOS”. Access mode: http://lzos.ru/stati/methods-of-industrial-inspection-of-opticalsurfaces-of-mirrors-of-telescopes. [in Russian].
4. D. G. Denisov, Development of methods and equipment for laser interference control of the shape and quality of optical surfaces of large-sized mirrors at grinding stages (Thesis for the degree of Candidate of Technical Sciences. Moscow State Technical University. N. E. Bauman. Moscow, 2010) [in Russian].
5. D. G. Denisov, V. E. Karasik, and A. A. Sakharov, in Proc. XXV International conference: Lasers in science, technology, medicine. (Bauman MSTU, Moscow State Scientific-Technical Society of Radio Engineering, Electronics and Telecommunications, International Communication Academy, Russian
Cancer Research Center. NIAS “MEPhI”, et al., 2014). P. 64–69.
6. N. V. Baryshnikov, D. G. Denisov, V. E. Karasik, A. V. Kudryashov, A. N. Nikitin, and A. A. Sakharov, in Proc. Conf.: Lasers in science, engineering, medicine, 2015. P. 86–90.
7. N. V. Baryshnikov, D. G. Denisov, V. E. Karasik, and A. A. Sakharov, in Proc. V International Conference on Photonics and Information Optics., 2016. P. 416–417.
8. D. G. Denisov, N. V. Baryshnikov, Ya. V. Gladysheva, V. E. Karasik, A. B. Morozov, and V. E. Patrikeev, Measurement Techniques 60 (2), 121 (2017).
9. F. G. Bass and I. I. Fuks, Scattering of waves on a statistical uneven surface (Nauka, Moscow, 1972) [in Russian].
10. S. M. Rytov, Introduction to statistical radiophysics. (Nauka, Moscow, 1966) [in Russian].
11. D. G. Denisov, V. E. Karasik, and V. M. Orlov, Metrology, No. 9. 15 (2009).
12. D. G. Denisov and V. E. Karasik, Bulletin of the Moscow State Technical University. Series: Instrument making, No. 2, 36 (2011).
13. J. W. Goodman, Speckle phenomena in optics: theory and applications (Colorado: Roberts and Company, 2006).
14. M. Franson, Optics of speckles (MIR, Moscow, 1980) [in Russian].
15. J. Gudman, Statistical optics (Mir, Moscow, 1988) [in Russian].
16. P. Beckmann and A. Spizzichino, The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surface. (Norwood: Pergamon Press, ARTECH HOUSE, 1987).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Артемьев К. В., Батанов Г. М., Бережецкая Н. К., Давыдов А. М., Коссый И. А., Нефедов В. И., Сарксьян К. А., Харчев Н. К. Подпороговый разряд высокого давления, возбуждаемый пучком микроволн: физические основы и приложения 429
Золотухин Д. Б., Бурдовицин В. А., Тюньков А. В., Юшков Ю. Г., Окс Е. М., Голосов Д. А., Завадский С. М. Реактивные методы осаждения пленок оксидов титана (обзор) 442
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Холоднов В. А., Бурлаков И. Д. К вопросу оптимизации параметров двойной гетероструктуры на основе прямозонных полупроводников для лавинных фотодиодов 453
Артамонов А. В., Астахов В. П., Гиндин П. Д., Евстафьева Н. И., Карпов В. В., Соловьёва Г. С., Степанюк В. Е. Фотонный отжиг при изготовлении планарных фотодиодов из антимонида индия 459
Козлов К. В., Стрельцов В. А., Патрашин А. И., Косых В. П., Громилин Г. И. Аналитический метод оценки параметров инфракрасного многорядного фотоприемного устройства 466
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Денисов Д. Г. Метод частичного подавления спекл-структуры при интерферометрическом контроле микронеровностей шлифованных оптических поверхностей 481
Гибин И. С., Котляр П. Е. Гибридные автоэмиссионные фотокатоды (обзор) 497
Наумов Н. Д. Оптимизированный метод расчета рупорной антенны 508
ИНФОРМАЦИЯ
XLV Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу 514
Правила для авторов 517
Подписка на электронную версию журнала 520
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
K. V. Artem’ev, G. M. Batanov, N. K. Berezhetskaya, A. M. Davydov, I. A. Kossyi, V. I. Nefedov, K. A. Sarksyan, and N. K. Kharchev Subthreshold high-pressure discharge excited by a microwave beam: the physical basics and applications 429
D. B. Zolotukhin, V. A. Burdovitsin, A. V. Tyunkov, Yu. G. Yushkov, E. M. Oks, D. A. Golosov, and S. M. Zavadskiy Reactive methods for titanium oxides thin films deposition (a review) 442
PHOTOELECTRONICS
V. A. Kholodnov and I. D. Burlakov To the question of optimization of parameters of double het-ero-structure on the basis of direct gap semiconductors for avalanche photodiodes 453
A. V. Artamonov, V. P. Astakhov, P. D. Gindin, N. I. Evstaf’eva, V. V. Karpov, G. S. Solovyova, and V. E. Stepanyuk Photon annealing at planar photodiodes from indium antimony manufacture 459
K. V. Kozlov, V. A. Streltsov, A. I. Patrashin, V. P. Kosykh, and G. I. Gromilin Analytical meth-od for evaluation of the IR multirow photodetector parameters 466
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
D. G. Denisov Method of partial suppression of a speckle-pattern at the interferometric control of polished optical surfaces microroughness 481
I. S. Gibin and P. E. Kotlyar Hybrid autoemission photocathodes (a review) 497
N. D. Naumov Optimized method of calculation of the horn antenna 508
INFORMATION
XLV International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Thernomuclear Fusion 514
Rules for authors 517
Subscription to an electronic version of the journal 520
Другие статьи выпуска
Для коэффициента направленного действия и диаграммы направленности пирамидального и секториальных рупоров получены удобные для практических расчетов выражения в виде совокупности тригонометрических и рациональных функций. Коэффициент использования поверхности раскрыва рупорной антенны в определенной области изменения параметра, который является комбинацией размеров рупора и длины волны, представлен в виде квадратичной зависимости от этого параметра. Для оптимальной рупорной антенны найдена простая формула оценки ширины диаграммы направленности по половинной мощности. Для плотности потока энергии рупорной антенны в параксиальной области ближней зоны получено аналитическое выражение, применимое на расстоянии от апертуры z 1,6 a2 b2, где a, b – размеры рупора.
Приведен обзор развития фотоэлектронных эффектов и их применения в электроннооптических преобразователях изображений. Выполнен анализ технических характеристик известных фотокатодов, таких как щелочно-земельные, мультищелочные, фотокатоды с отрицательным электронным сродством и гибридные автоэмиссионные катоды. Показано, что современные автоэмиссионные катоды обладают уникальными эмиссионными характеристиками. Делается вывод о том, что гибридные автоэмиссионные фотокатоды, выполненные в виде матрицы пироэлектрических элементов, электрически связанных с системой автоэлектронных эмиттеров на основе наноструктурированных углеродных трубок, могут стать основой приборов ночного видения, обладающих высокой чувствительностью во всем ИК-диапазоне и создать серьезную конкуренцию традиционным тепловизионным системам.
Представлен аналитический метод расчета параметров инфракрасного (ИК) фотоприемного устройства с заданной топологией матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ), осуществляющего регистрацию малоразмерных объектов в режиме линейного сканирования. Метод позволяет оценить отношение сигнал/шум и пространственное разрешение ИК фотоприемного устройства (ФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН) с учетом функции рассеяния точки оптической системы, пространственного распределения чувствительности фоточувствительных элементов (ФЧЭ), параметров дискретизации, ВЗН-суммирования и накопления, значений дробового шума и шума считывания, согласованного суммирования выходных сигналов ИК ФПУ. Проведена оценка пространственного разрешения ИК ФПУ в направлении сканирования, а также в направлении, ортогональном сканированию по двум малоразмерным объектам и по гармоническим мирам в зависимости от параметров топологии МФЧЭ. Найдены оптимальные размеры ФЧЭ (обеспечивающие максимальное отношение сигнал/шум, пространственное разрешение системы при этом не учитывалось) при регистрации пятна излучения в плоскости МФЧЭ, расположенного в максимуме/минимуме пеленгационной характеристики, с учетом/без учета шума считывания, с учетом/без учета дополнительной пространственной обработки выходных сигналов.
Проведено сравнение электрофизических и фотоэлектрических параметров малоразмерных многоплощадочных планарных фотодиодов из антимонида индия с кристаллами, изготовленными в рамках единой партии по четырём вариантам технологии: базовой с применением имплантации ионов бериллия и трём другим на основе базовой технологии, отличающимся уменьшенными значениями энергии, дозы имплантации и методом постимплантационного отжига. Показана перспективность применения фотонного отжига в сочетании с измененными режимами имплантации в базовой технологии. Это позволяет уменьшить число технологических операций и исключить применение токсичного моносилана и взрывоопасного водорода при выигрыше характеристик фотодиодов по интегральной токовой чувствительности на ~ 8 % и удельной обнаружительной способности на ~ 4 %.
Рассмотрена двойная гетероструктура на основе прямозонных полупроводников со средним слоем фотопоглощения при напряжении лавинного пробоя. Такие структуры используются при создании лавинных фотодиодов с разделенными областями поглощения и умножения (ЛФД с РОПУ). Показано, что при расчете предельно возможных характеристик ЛФД с РОПУ даже в слое поглощения необходимо учитывать ударную генерацию электронно-дырочных в пар, причем это можно выполнить аналитически.
Обзор посвящен анализу преимуществ и недостатков существующих реактивных методов осаждения пленок оксида титана. Особое внимание уделено традиционным методам – магнетронному распылению в атмосфере активных газов и вакуумно-дуговому осаждению, а также обсуждаются возможности реактивного электронно-лучевого испарения, в том числе альтернативного электронно-лучевого испарения титана в форвакууме (1–15 Па) в атмосфере кислорода с последующим осаждением паров на подложку. Показано, что к преимуществам электронно-лучевого испарения в форвакууме следует отнести простоту реализации и возможность получения стехиометрических пленок TiO2, причем при более высокой скорости осаждения и меньшем энергопотреблении.
Представлено обсуждение новой формы разряда, возбуждаемого пучком микроволн в газах высокого (вплоть до атмосферного и выше) давления как в свободном пространстве, так и в замкнутой камере. Впервые для осуществления такого разряда использовался мощный гиротрон с параметрами импульсного излучения: мощность импульса 200 P 600 кВт, длительность импульса 0,5 мс 20 мс и длина волны = 0,4 см. В глубоко подпороговых условиях в свободном пространстве в воздухе атмосферного давления плазменный столб длиной L = 50 см возбуждался микроволновым пучком, формируемым квазиоптической системой зеркал. При применении гиротрона с указанными параметрами принципиально возможна генерация плазменного столба, достигающего нескольких метров в длину. Исследованы параметры и структура плазменного образования, позволяющие отнести его к категории открытого и ранее описанного в ИОФ РАН СНС самоподдерживающегося– несамостоятельного разряда. В качестве одного из возможных актуальных приложений разряда рассматривается плазмохимическая очистка городской воздушной среды от экологически опасных примесей.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400