Статья: Расчет параметров многослойной структуры при резонансном возбуждении поверхностных плазмонов (2016)

Проведено исследование режимов функционирования импульсной ксеноновой лампы в электрической схеме с коммутирующим IGBT-транзистором, позволяющей реализовать работу газоразрядной лампы в следующих режимах:

1. ограничение скорости изменения и амплитуды тока накачки электрическими процессами в дросселе и физическими процессами в самой лампе,

2. ограничение скорости изменения и амплитуды тока накачки только физическими процессами в самой лампе.

В работе описана трёхмерная и трёхфазная математическая модель математическая процесса промышленного электролиза алюминия, которая основана на системе уравнений Навье-Стокса, системе уравнений Максвелла с использованием уравнения для поиска температуры в рабочем пространстве ванны. Характерной особенностью данной модели является непосредственное влияние температуры на форму рабочего пространства ванны, которое проявляется в размытии и кристаллизации настыли и гарнисажа алюминиевого электролизёра. С помощью представленной математической модели проводится численное исследование динамики изменения настыли при вариации начальной конфигурации рабочего пространства ванны. На основе графиков раздела сред для различной формы гарнисажа сделан вывод о наиболее МГД-стабильной форме электролизной ванны.

Проведено исследование профилей концентрации и оптических констант ионноимплантированных пленок соединений халькогенидов элементов первой группы. Основными параметрами, определяющими относительные пробеги частиц в пленке материалов, являются атомный номер и масса бомбардирующих частиц и атомов мишени. Оптические константы облученных поверхностей пленок соединений халькогенидов элементов первой группы изменяются по сравнению с исходными значениями, причем их изменения тем больше, чем выше доза облучения и чем тяжелее внедряемые ионы. Минимальная доза, необходимая для изменения оптических констант, с уменьшением массы иона увеличивается, показатель преломления увеличивается, коэффициент экстинкции уменьшается. Показано, что максимум концентрационного профиля ионно-имплантированной примеси смещается к поверхности с увеличением порядкового номера и атомного веса внедренного иона. Профили концентрации по глубине хорошо согласуются с теоретическими выводами о положении и распределении имплантированных ионов.

Проведены экспериментальные исследования коэффициента поглощения в структурах HgCdTe с одним фоточувствительным слоем р-типа проводимости, выращенных методами жидкофазной эпитаксии на подложках CdZnTe, эпитаксией из металлоорганических соединений и молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaAs, а также сравнение экспериментальных данных с теоретической классической моделью коэффициента поглощения, основанной на явлении собственного поглощения и общей теории прямых межзонных оптических переходов, и другими эмпирическими зависимостями. В области энергий ħω > Eg (области собственного поглощения) для всех образцов на основе материала HgCdTe получено удовлетворительное соответствие экспериментальных и теоретических зависимостей коэффициента поглощения. В области энергий ħω < Eg (область Урбаха) у структур HgCdTe, выращенных методами ЖФЭ, МЛЭ и МОС, наблюдаются отклонения характеристик поглощения по сравнению с теоретическими экспоненциальными зависимостями Урбаха. Экспериментальные исследования коэффициента поглощения структур InGaAs, выращенных эпитаксией из металлоорганических соединений на кристаллически соответствующих подложках InP, показали соответствие экспериментальных и теоретических зависимостей в рабочей области длин волн. Отклонение угла наклона теоретической и экспериментальной характеристик поглощения структур на основе InGaAs в 6— 10 раз меньше, чем у структур HgCdTe, что показывает на лучшее кристаллическое совершенство материалов группы А3В5 и их пригодность для изготовления фотоприемных устройств с предельными параметрами.

Разработана аналитическая модель облученности фотослоя сканирующих и смотрящих матричных фотоприемных устройств (МФПУ). Плоскость фотослоя МФПУ в общем случае представляет собой любой заданный набор матриц фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с различными спектральными характеристиками и расположением. Конструкция оптического тракта также представляет собой набор заданных плоскостей с любыми заданными окнами (диафрагмами), светопоглощающими экранами и светофильтрами, согласованными с заданным объективом и МФЧЭ. Учтены такие паразитные компоненты, как облученность от объектива, от всех светопоглощающих экранов и внешнего корпуса, от окон, с учетом их спектральных коэффициентов пропускания. Рассмотрены случаи с однородным и неоднородным внешним фоном, с изображением объектов с низкими и высокими пространственными частотами вплоть до точечных изображений.

Проведено исследование излучательных характеристик индукционного разряда низкого давления на частотах 0,5—12,0 МГц и мощности 25—130 Вт в смеси паров ртути ( ≈ 10-2 Торр) и аргона (0,1—0,6 Торр) в трубках длиной 300 мм и диаметром 40, 50, 60 и 70 мм с помощью индуктивной катушки, охватывающей трубку по ее продольному периметру. Установлено, что потоки и КПД генерации резонансного ультрафиолетового (УФ) излучения лампы на длинах волн 185 и 254 нм возрастают с увеличением диаметра разрядной трубки, числа витков катушки и частоты разрядного тока и уменьшаются с увеличением давления аргона. Установлено, что влияние частоты разрядного тока на излучательные характеристики ламп проявляется «через» КПД индуктивной катушки ηcoil = 1–(Pcoil/P). Обнаружено, что поток и КПД генерации УФ-излучения плазмы на длине волны 185 нм возрастают с увеличением мощности плазмы. Зависимость КПД генерации УФ-излучения лампы на длине волны 254 нм от мощности лампы имеет максимум на той же мощности, на которой зависимость мощности потерь в проводе катушки Pcoil от мощности лампы имеет минимум. Увеличение диаметра трубки, частоты разрядного тока, числа витков катушки и давления аргона сдвигает положение максимума в сторону меньших мощностей лампы. Результаты расчета суммарного КПД генерации УФ-излучения ηUV = η185 + η254 качественно согласуются с результатами эксперимента.

Экспериментально и численно исследовано влияние заряженных пылевых частиц микронного размера на электрические параметры положительного столба тлеющего разряда постоянного тока низкого давления в неоне. Численный анализ выполнен в рамках модели плазмы разряда в диффузионно-дрейфовом приближении с учётом взаимодействия пылевых частиц с метастабильными атомами неона. В разряде с облаком пылевых частиц напряженность продольного электрического поля возрастает. При увеличении концентрации пылевых частиц, в осесимметричном пылевом облаке цилиндрической формы приращение напряженности электрического поля выходит на насыщение. Показано, что вклад метастабильных атомов в ионизацию выше в разряде с частицами, несмотря на тушение метастабильных атомов на пылевых частицах. Рассмотрены процессы зарядки пылевых частиц и пылевого облака. С ростом концентрации пылевых частиц их заряд уменьшается, однако объемный заряд пылевого облака увеличивается. Результаты работы могут быть использованы в области плазменных технологий с микрочастицами.

В лабораторных условиях исследовано возникновение искровых каналов во влажном грунте у электрода при растекании импульсного тока c длительностью в диапазоне от нескольких микросекунд до сотен микросекунд при амплитуде напряжения 20—50 кВ. Разработана диагностика регистрации искровых каналов в объеме грунта. Впервые получены оптические изображения искровых каналов в грунте вблизи электродов различной формы. Подтверждено, что причиной образования искровых каналов при нелинейном растекании импульсного тока в грунте, когда происходит резкое уменьшение сопротивления заземления, является ионизационно-перегревная неустойчивость, возникающая при плотности тока на электроде больше критической. Развитие неустойчивости приводит к неоднородному распределению тока по сечению и возникновению искровых каналов.

В работе исследовано формирование массивов конических наноструктур на поверхности нанокристаллических пленок сульфида олова при обработке пленок в аргоновой плазме индукционного разряда в течение 30 и 60 с. Исходные слои SnS выращивались методом «горячей стенки» при температуре стеклянных подложек 290 °C и характеризовались лепестковой структурой с толщиной пластинок 50—300 нм. Показано, что плазмостимулированный рост наноструктур имеет место одновременно со сглаживанием развитой исходной поверхности пленок. Описаны геометрические параметры наноструктур сульфида олова, особенности их локализации, проанализированы основные закономерности динамики их роста по времени. Показано, что рост наноструктур SnS в ходе плазменной обработки имеет сложный характер и происходит с участием самоформирующихся сферических затравок Sn по механизму «пар-жидкость-кристалл» при локализации на торцах крупных нанокристаллитов.

Исследуется фокусировка электромагнитной энергии оптического диапазона частот в наноразмерную пространственную область в окрестности нановершины металлического микроострия, расположенного вблизи слоистой структуры, состоящей из плоских диэлектрических и/или металлических слоев. Предполагается, что фокусировка возникает при симметричном схождении к нановершине поверхностной плазмонной TM-волны. Граница металла вблизи нановершины приближается поверхностью параболоида вращения. Разработан численный метод нахождения электрического поля в окрестности вершины острия, включая слоистую структуру. Результаты расчетов показали, что по сравнению с одиночным острием наличие структуры приводит к дополнительной концентрации электрического поля вблизи нановершины. Оказалось, что главное влияние на фокусировку оказывает верхняя плёнка слоистой структуры.

Предложен вариант брэгговской дифракции, обеспечивающий эффективное акустооптическое взаимодействие четырехцветного излучения с одной акустической волной на высокой частоте звука. Вариант опробован на примере дифракции четырехцветного излучения с длинами волн 0,488, 0,496, 0,514 и 0,633 мкм, взаимодействующих с одной акустической волной в монокристалле парателлурита. Эффективная дифракция получена на частоте поперечного звука, равной 165 МГц.