Модуляция терагерцового излучения с помощью жидкокристаллических -ячеек (2024)
Исследована новая конструкция жидкокристаллического модулятора для терагерцо-
вого диапазона. Предложенная конструкция состоит из набора тонких стандартных
-ячеек, каждая из которых имеет собственное электроуправление, а весь набор по-
мещен между поляризатором и анализатором. Если исходное терагерцовое излучение
поляризовано линейно, то входной поляризатор в устройстве отсутствует, что су-
щественно повышает суммарный коэффициент пропускания модулятора. Число
стандартных жидкокристаллических
-ячеек определяется толщиной одной такой
ячейки и условием максимума коэффициента пропускания интерференции поляризо-
ванных волн. Полное время срабатывания такого модулятора определяется быстро-
действием одной стандартной
-ячейки составляет несколько миллисекунд.
При этом коэффициент пропускания, для длины волны не превышающей 30 мкм, та-
кого устройства может быть не менее 15 %. Увеличить суммарный коэффициент
пропускания жидкокристаллического модулятора можно путем оптимизации опти-
ческих параметров стандартной жидкокристаллической ячейки, что позволит одно-
временно увеличить диапазон модуляции ТГц-излучения.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/1996-0948-2024-3-13-19
В последние годы терагерцовая (ТГц)
технология привлекла значительное внимание
из-за ее потенциального применения в вычис-
лительных и коммуникационных системах
следующего поколения [1], биологических и
медицинских науках [2], тестировании без-
опасности пищевых продуктов [3], космиче-
ских науках [4] и в системах визуализации
[5, 6]. В свою очередь развитие устройств, ос-
нованных на ТГц-излучении, требует разра-
ботки оптических элементов, таких как ча-
стотные фильтры, аттенюаторы, поляризаторы
[5, 7, 8] для передачи и модуляции ТГц-волн.
В настоящее время существует большое число
таких устройств: механически управляемых
[9, 10], термически управляемых [11, 12],
электрически управляемых [13, 14] и магнит-
но управляемых [15, 16]. Все эти устройства
используют различные физические эффекты в
различных средах и имеют свои достоинства и
недостатки. К основным недостаткам выше-
сказанных методов можно отнести низкую
глубину модуляции и модуляция излучения в
узкой полосе пропускания. В этой связи осо-
бый интерес представляют модуляторы тера-
герцового излучения, основанные на электро-
оптических эффектах в жидких кристаллах
Applied Physics, 2024, No 314
(ЖК) [17, 18, 19, 20]. К преимуществам ЖК-
устройств по сравнению с перечисленными
выше можно отнести малые рабочие напряже-
ния, относительно малые времена электрооп-
тического отклика и широкий диапазон рабо-
чих температур. Конечно, у таких ЖК-мо-
дуляторов есть ряд недостатков, таких как
необходимость использования толстых слоев
ЖК ввиду большой длины волны в ТГц-
режиме, что приводит к высоким рабочим
напряжениям и большому времени отклика
[19]. Однако эти недостатки не носят принци-
пиального характера и могут иметь опреде-
ленные пути их преодоления. Данная статья
посвящена поиску путей решения подобных
задач.
Список литературы
. Chanana A., Zhai Y., Baniya S., Zhang C., Var-
deny Z. V., Nahata A. / Nat. Commun. 2017. Vol. 8. No 1.
Р. 1328.
2. Tonouchi M. / Nat. Photonics. 2007. Vol. 1. No 2.
Р. 97–105.
3. Wang C., Qin J. Y., Xu W. D., Chen M., Xie L. J.,
Ying Y. B. / Trans. ASABE. 2018. Vol. 61. No 2. Р. 411–
424.
4. Hangyo M. / Jpn. J. Appl. Phys. 2015. Vol. 54.
No 12. Р. 120101.
5. Chen H. M., Su J., Wang J. L., Zhao X. Y. / Opt.
Express. 2011. Vol. 19. P. 3559–3603.
6. Louise H., Michael P., Philip T. / Nat. Photon.
2008. Vol. 2. P. 541–544.
7. Li J. S. / Opt. Commun. 2007. Vol. 269. P. 98–
101.
8. Li J. S. / Optik. 2014. Vol. 125. P. 4543–4549.
9. Gavdush A. A., Chernomyrdin N. V., Lavru-
khin D. V., Cao Yang, Komandin G. A., Spektor I. E.,
Perov A. N., Dolganova I. N., Katyba G. M., Kurlov V. N.,
Ponomarev D. S., Skorobogatiy M., Reshetov I. V.,
Zaytsev K. I. / Optics Express. 2020. Vol. 28. No 18.
P. 26228–26238.
10. Ruan J.-F., Lan F., Tao Z., Meng Z.-F., Ji S.-W. /
Physics letters A. 2022. Vol. 421. P. 127705.
11. Ling F., Huang R., Meng Q., Li W., Zhang B. /
Proceeding of SPIE. 2017. Vol. 10250. P. 102500X_1–
102500X_5.
12. Huang Y., He Q., Zhang D., Kanamori Y. / Op-
tical review. 2021. Vol. 28. P. 92–98.
13. Одит М. А. Управляемый фильтр ТГц-
диапазона: сборник трудов Всероссийской конферен-
ции «Микроэлектроника СВЧ», 2012. С. 335–339.
14. Jiang M., Hu F., Qiuan Y., Zhang L. / Journal
of Physics D: Applied Physics. 2019. Vol. 53. No 6. P. 1–8.
15. Li S., Liu H., Sun Q., Huang N. / IEEE Photo-
nics Technology Letters. 2015. Vol. 27. No 7. P. 752–754.
Applied Physics, 2024, No 318
16. Chen S., Fan F., Chang S., Miao Y. / Optics
Express. 2014. Vol. 22. No 6. P. 6313–6321.
17. Wu H. Y., Hsieh C. F., Tang T. T., Pan R. P.,
Pan C. L. / IEEE Photonics Technol. Lett. 2006. Vol. 18.
No 6. P. 1488–1490.
18. Pan C. L., Hsieh C. F., Pan R. P., Tanaka M.,
Miyamaru F., Tani M., Hangyo M. / Opt. Express. 2005.
Vol. 13. P. 3921–3930.
19. Беляев В. / СВЧ-электроника. 2020. No 5.
C. 96–98.
20. Wilk R., Vieweg N., Kopschinski O., Koch M. /
Opt. Express. 2009. Vol. 17. No 9. P. 7377–7382.
21. Chigrinov V. G. Liquid crystal devices: Physics
and applications. – Boston-London: Artech House, 1999.
22. Bos P. J., Beran K. R. / Mol. Cryst. Liq. Cryst.
1984. Vol. 113. P. 329–339.
23. Симоненко Г. В. Компьютерное моделиро-
вание характеристик быстродействующих классических
модуляторов на основе жидких кристаллов. – Саратов:
Изд-во Саратовского ун-та, 2018.
24. Сухариер А. С. Жидкокристаллические ин-
дикаторы. – М.: Радио и связь, 1991.
25. Hongkyu P., Fan F., Parront E. P. J., Han H. /
Opt. Express. 2012. Vol. 20. No 11. Р. 11899.
26. Li X., Tan N., Pivnenko M., Sibik J.,
Zeitlet J. A., Chtn D. / Liquid crystal. 2016. Vol. 43. No 7.
P. 955–962.
27. Chigrinov V. G., Simonenko G. V., Yakov-
lev D. A., Podjachev Yu. B. / Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2000.
Vol. 351. P. 17–25.
28. Курчаткин С. П. Поверхностные явления и
структура термотропных жидких кристаллов в капил-
лярных объемах: дисс. …д-ра хим. наук. – Саратов: гос.
ун-т, 2001.
29. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поля-
ризованный свет. – М.: Мир, 1981
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Осипов К. А., Варюхин А. Н., Овдиенко М. А., Гелиев А. В.
Об эквивалентной электрической схеме сверхпроводников при переменных токах 5
Симоненко Г. В., Муламахавш А. Ф. А.
Модуляция терагерцового излучения с помощью жидкокристаллических -ячеек 13
Сокуренко В. А., Сахаров Ю. В., Артищев C. А.
Исследование низкочастотного шума углеродных резисторов после электроимпульсной обработки 20
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Куликов Ю. М., Панов В. А., Савельев А. С., Кардаев Д. А., Гаджиев М. Х.
Метод оптического контроля эрозии цилиндра при обтекании высокоэнтальпийной струей плазмотрона 26
Андреев В. В., Васильева Л. А., Матюнин А. Н., Андреев А. В.
Исследование влияния частоты вращения диэлектрического диска в ячейке диэлектрического барьерного разряда на активную мощность, потребляемую разрядом в воздухе при атмосферном давлении 31
Пименов И. С., Борщеговский А. А., Ахмедов Э. Р., Неудачин С. В., Новиков В. Н., Павлов В. Н., Рой И. Н., Севастьянов С. А., Шапотковский Н. В.
Первые результаты испытания гиротрона и волноводного тракта установки токамак
Т-15МД при большой длительности импульса 38
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Никонов А. В., Болтарь К. О.
Эффективная ширина запрещенной зоны гетероэпитаксиальных структур CdHgTe, выращенных методами молекулярно-лучевой и жидкофазной эпитаксии 44
Зеневич А. О., Кочергина О. В., Буслюк В. В., Федосюк Д. Н., Лущий Д. А.
Амплитудные характеристики шумовых диодов 51
Олешко В. И., Li Zixuan
Влияние плотности дислокаций на суперлюминесценцию эпитаксиальных слоев GaN, выращенных методом металлоорганической газофазной эпитаксии на сапфировых подложках 58
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Михайлов М. М., Каранский В. В., Лапин А. Н., Юрьев С. А., Горончко В. А.
Об аддитивности изменений оптических свойств модифицированного наночастицами SiO2 порошка ZnO при одновременном и раздельном облучении электронами и протонами 63
Тойкка А. С., Каманина Н. В.
Способы управления свободной поверхностной энергии тонких пленок на основе оксидов индия и олова, полученных лазерно-ориентированным осаждением 71
Середин Б. М., Попов В. П., Малибашев А. В., Степченко А. Д., Гаврус И. В.
Трансформация криволинейных зон при их термомиграции через пластину кремния {100} 78
Бутусова О. А., Булычев Н. А.
Влияние наночастиц оксида олова, синтезированных в жидкофазном плазменном разряде на механические свойства пленок из дисперсно-армированного композиционного материала 86
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Доброклонская М. С., Печеркин В. Я., Владимиров В. В., Василяк Л. М.
Удержание микрочастиц квадрупольной ловушкой с импульсно периодическим напряжением прямоугольной формы 93
Науменко Д. Е., Левченко В. А., Васильев А. И.
Оптимизация конструкции ультрафиолетовых облучателей открытого типа 99
Другие статьи выпуска
Исследовано распределение и поток ультрафиолетового излучения в пространстве
вокруг напольных облучателей открытого типа с различным количеством и распо-
ложением ламп. Разработана расчётная модель облучателя, состоящего из газораз-
рядных амальгамных ламп низкого давления и непрозрачных элементов конструкции
круглого сечения, учитывающая точки расположения и размеры всех поглощающих
элементов конструкции. В результате экспериментов и компьютерного моделирова-
ния было показано, каким образом необходимо располагать газоразрядные лампы для
достижения наилучшего коэффициента использования бактерицидного потока.
Результаты расчётной модели совпадают с экспериментальными результатами.
Впервые экспериментально и теоретически рассмотрено влияние прямоугольной
формы напряжения на удержание диэлектрических заряженных частиц микронного
размера в электродинамической квадрупольной ловушке в воздухе. Проведено сравнение
нижней границы удержания для ловушки с прямоугольной и синусоидальной формой
напряжения. Рассчитаны траектории движения микрочастиц для двух форм напря-
жения при разных амплитудах. Экспериментально и расчетами показано, что при
прямоугольной форме напряжении ловушка удерживает частицы при более низкой
амплитуде напряжения, чем при синусоидальной форме, и их траектории более
устойчивы.
Исследованы механические свойства тонких пленок из сополимера этилена и винила-
цетата, наполненного специально синтезированными наночастицами оксида олова.
Наночастицы оксида олова, синтезированные в плазменном разряде под действием
ультразвуковой кавитации, имеют размер 50–60 нм, а при последующем ультразвуко-
вом воздействии размер частиц снижается до 30–40 нм. С использованием этих двух
видов наночастиц (до и после ультразвукового воздействия) получены и исследованы
образцы пленок из композиционных материалов. Проведены физико-механические ис-
пытания пленки из композиционного материала с различным содержанием наноча-
стиц оксида олова: 1 и 3 % масс. Получены данные о значениях модуля упругости, ко-
эффициента Пуассона, предела пропорциональности, модуля сдвига, предела
текучести, предела прочности и предельной деформации. Результаты механических
испытаний показывают, что ультразвуковая обработка наночастиц оксида олова пе-
ред их импрегнированием в полимерную матрицу положительно влияет на физико-
механические свойства пленок из исследованного композиционного материала.
Экспериментально обнаружена трансформация кольцевой зоны на основе алюминия в
квадратную при термомиграции в кремнии в направлении <100>. Квадратная зона при
ТМ в пластине кремния проявляет синхронное сближение сторон квадрата и форми-
рует замкнутый эпитаксиальный канал пирамидальной формы. Такая трансформа-
ция объясняется асимметрией фронта растворения жидкой зоны относительно гра-
диента температуры. Асимметрия обусловлена огранкой внешнего контура и
подавлением огранки на внутреннем контуре растворения криволинейной зоны. Изгиб
линейной зоны приводит к отрицательной кривизне внутреннего контура растворе-
ния, на котором всегда присутствуют атомные ступени, препятствующие развитию
сингулярной плоскости огранки. Оценка отклонения ограненных участков криволи-
нейной зоны от градиента температуры сделана на основе силовой модели, учитыва-
ющей векторный характер сил сопротивления движению на фронте растворения зон
Исследовано влияние обработки поверхностей тонких пленок на основе оксидов индия
и олова (ITO) в плазме кислорода на свободную поверхностную энергию (СПЭ). Сравни-
вались модификации на основе ITO c углеродными нанотрубками, нанесенных методом
лазерно-ориентированного осаждения, с поверхностями ITO, полученных методом
магнетронного распыления. Исследование проводилось при помощи измерения кон-
тактных углов смачивания с последующим расчетом СПЭ методом Оуэнса-Вендта.
Показано, что при совместном использовании буфера на основе углеродных нанотру-
бок (УНТ) и плазменной обработки поверхностей ITO доступна перестройка поляр-
ных и дисперсионных компонентов СПЭ в диапазонах 0,1–67,5 мДж/м2 и 9,7–
22,7 мДж/м2 . Указанные подходы позволяют расширить функционал модификаций на
основе ITO с УНТ в оптической электронике.
Исследовано изменение спектров диффузного отражения модифицированного нано-
частицами nSiO2 микропорошка mZnO (mZnO/nSiO2 ) при раздельном и одновременном
облучении электронами с энергией 30 кэВ и протонами с энергией 5 кэВ. Проведены
расчеты коэффициента аддитивности (К адд), определяемого отношением значений
суммы аs при раздельном облучении к его значениям при одновременном облучении.
Установлено, что Кадд в зависимости от времени облучения изменяется от 0,95 до
0,92. Расчеты для времени пребывания на геостационарной орбите в течение 7 лет
дают значение К адд = 0,87. Поэтому при наземных испытаниях такого пигмента для
терморегулирующих покрытий космических аппаратов, предназначенных для дли-
тельных сроков полетов необходимо осуществлять совместное действие этих видов
излучений или учитывать значения К адд.
Исследованы излучательные свойства эпитаксиальных слоев GaN, выращенных мето-
дом металлоорганической газофазной эпитаксии на сапфировых подложках. Образцы
возбуждались сильноточным электронным пучком с плотностью энергии
0,4 Дж/см2 . Установлена корреляция интенсивности суперлюминесценции с плот-
ностью дислокаций. Показано, что с уменьшением плотности дислокаций на длинно-
волновом крыле спонтанной люминесценции формируется пик суперлюминесценции,
интенсивность которой нарастает с уменьшением плотности дислокаций.
Приведены результаты исследования амплитудных характеристик шумовых диодов,
а именно зависимость амплитуды и частоты импульсов шумовых диодов от напря-
жения обратного смещения. В качестве объектов исследования были выбраны крем-
ниевые шумовые диоды производства ОАО «ЦВЕТОТРОН» (Республика Беларусь)
моделей ND102L, ND103L и ND104L. Получено, что увеличение перенапряжения при-
водит к увеличению среднего значения амплитуды шумовых импульсов. Установлено,
что наибольшая стабилизация напряжения питания для поддержания постоянного
значения амплитуды шумовых импульсов необходима для шумовых диодов ND104L, а
наименьшая для ND102L. Установлено, что амплитудные распределения импульсов
шумовых диодов имеют ярко выраженный максимум, который смещается с ростом
перенапряжения в сторону больших значений амплитуд, а величина этого пика
уменьшается с увеличением перенапряжения. Результаты этой работы могут найти
применение при разработке цифровых систем передачи и защиты информации
Разработана математическая модель ширины запрещенной зоны тройных твердых
растворов кадмий-ртуть-теллур, выращиваемых методами молекулярно-лучевой и
жидкофазной эпитаксии, по результатам анализа статистической выборки резуль-
татов контроля спектральных характеристик чувствительности фотодиодов, из-
готавливаемых в ГНЦ РФ АО «НПО «Орион». Проведено исследование температур-
ной зависимости длинноволновой границы чувствительности фотоприемных
устройств на основе структур КРТ, изготовленных методами МЛЭ и ЖФЭ, с исполь-
зованием полученных формул эффективной ширины запрещенной зоны. Полученные
результаты направлены на совершенствование технологии изготовления фотодиодов
на основе КРТ.
Приводятся результаты первых совместных испытаний гиротрона и волноводного
тракта на большую поглощающую нагрузку в длинном импульсе от высоковольтного
источника питания «Виктория». Достигнута длительность импульса 9,4 с. Оценен-
ная мощность СВЧ-излучения составляет величину 0,85 МВт.
Экспериментально исследовано при атмосферном давлении в воздухе влияние угловой
скорости вращения диэлектрика в ячейке диэлектрического барьерного разряда (ДБР)
на потребляемую активную мощность. Установлена существенная зависимость по-
требляемой активной мощности ячейкой ДБР от частоты вращения диэлектриче-
ского диска. Исследования проводились при напряжении отрицательной полярности
на высоковольтном электроде, поскольку ранее было установлено, что при отрица-
тельной полярности озон синтезируется интенсивнее.
Приведены экспериментальные данные обтекания и разрушения вольфрамового
стержня плазменной струей из щелевого выходного отверстия плазмотрона посто-
янного тока. Предложена методика оптической онлайн-диагностики изменения фор-
мы и объема обтекаемого образца на основе теневого метода с лазерной подсветкой.
За время эксперимента 100 с на боковой (цилиндрической) поверхности стержня диа-
метром 2 мм сформировалась выраженная эрозия, а его масса уменьшилась на 0,2 г при
обтекании плазмой из аргона (расход 2 г/с, среднемассовая скорость около 140 м/с, ток
150 А, напряжение 44 В). Контрольное измерение массы на точных весах показало хо-
рошее совпадение результата обработки изображений с истинным значением.
С помощью предложенного метода показана динамика изменения массы вольфрамо-
вого стержня за время эксперимента.
Приводятся результаты исследования дрейфа низкочастотного шума углеродных ре-
зисторов в диапазоне частот 5 10 -4 –1 кГц после 108 часов электроимпульсной обра-
ботки при напряжении 35 В и длительности импульса 10 мкс. На основе анализа по-
лученных спектров зафиксирован рост низкочастотного шума на 5 и 12 % при полосе
пропускания 500 и 5 Гц, при этом дрейф сопротивления образцов составил менее 1 %.
С технологической и научной точки зрения получен важный результат, который в
будущем может использоваться для оценки надежности при исследовании структур
твердотельных электронных приборов.
Представлена эквивалентная электрическая схема сверхпроводников согласно
двухжидкостной модели для описания переходных процессов при коммутации посто-
янного тока и нестационарных процессов при гармоническом изменении электродви-
жущей силы (ЭДС) источника питания. В схеме введены инерционные индуктивно-
сти для нормальных и сверхпроводящих электронов (L n , Ls ) и эффективное
сопротивление Rn вследствие возбуждения нормальных электронов под действием
индуцированного электрического поля. Также показаны существенные недостатки и
противоречия в эквивалентной электрической схеме сверхпроводников, предложенной
другими авторами. Введенная в работе эквивалентная электрическая схема позволяет
описать переходные процессы, а также получить зависимости нормального и сверх-
проводящего токов, электрического поля от времени и мощность тепловыделения в
сверхпроводнике при возбуждении нормальных электронов в зависимости от часто-
ты и температуры.
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