Статьи

В работе обсуждаются проблемы, связанные с развитием технологии детекторов излучения терагерцового диапазона. Рассмотрены основные физические явления и недавний прогресс в различных методах детектирования терагерцового излучения (прямого детектирования и гетеродинного детектирования). Обсуждаются преимущества и недостатки сенсоров прямого детектирования и сенсоров с гетеродинным детектированием. В части 1 рассмотрен ряд особенностей прямого детектирования и дано описание некоторых типов терагерцовых детекторов прямого обнаружения. В части 2 будет дано описание гетеродинного детектирования и продолжено описание некоторых типов современных фотонных терагерцовых приемников.

Описаны устройство и основные параметры фотосенсорных структур и приборов на основе квантовых точек, изготовленных методами коллоидной химии из элементов II, IV и VI групп Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Рассмотрены гибридные структурные схемы фоторезистивных, фотодиодных и фототранзисторных элементов с поглощающими слоями на основе коллоидных квантовых точек из HgTe, HgSe, PbS, PbSe для работы в различных спектральных диапазонах, в том числе с использованием 2D-материалов.

Разработан алгоритм анализа возможности протекания физико-химических реакций при пайке сапфира с металлами, построенный на известных уравнениях термодинамики. Приведены результаты термодинамического анализа основных способов получения соединений сапфира с использованием молибденовой и вольфрамовой металлизации, активной пайки титаном.

Предложена система очистки околоземного пространства от объектов космического мусора в верхних слоях атмосферы на основе плазменного ускорителя, использующего среду верхних слоев атмосферы и излучение Солнца для создания плазменных потоков требуемой интенсивности. Получены оценки основных материальных и энергетических характеристик системы, которые демонстрируют техническую реализуемость предлагаемого устройства.

Проведены обзор и анализ существующих корректоров волнового фронта оптического излучения. Приведены основные преимущества и недостатки различных корректоров волнового фронта. Проведено сравнение различных видов корректоров по типовым характеристикам для решения различных задач современной оптотехники и фотоники.

Исследована возможность применения наносекундных лазерных импульсов для перфорации элементов диффузионно-сварного соединения типа керамика-металл-керамика. Экспериментально продемонстрировано улучшение механических свойств соединений с предварительно обработанными импульсно-периодическим Nd:YAG-лазером элементами по сравнению с необработанными. В частности, показано увеличение предела прочности соединения с обработанными элементами до 40 % и относительного удлинения до 50 % по сравнению с металлокерамическими соединениями без лазерной обработки. Также проведены сравнительные исследования распределения деформаций в диффузионно-сварных соединениях с предварительной лазерной обработкой и без нее. Полученные результаты позволяют снизить энергозатраты на проведение процесса диффузионной сварки и повысить качество соединений разнородных материалов в целом.

Рассматриваются варианты схемотехники накопительных ячеек с аналогово-цифровым преобразованием в матричных ФПУ длинноволнового ИК-диапазона. Обосновывается необходимость многократного увеличения зарядовой емкости накопительной ячейки для улучшения пороговых характеристик ФПУ. Предлагается новый вариант накопительной ячейки с аналогово-цифровым преобразованием, имеющий ряд преимуществ перед аналогами: высокая линейность, малое потребление, низкий уровень шума. Приводятся результаты исследования тестового кристалла КМОП интегральной схемы считывания, изготовленной по технологии HCMOS8D АО «Микрон» с проектной нормой 0,18 мкм.

Интерес к одностадийной конверсии метана, составляющего большую часть в составе природного газа, сохраняется уже многие годы и десятилетия. Одним из активно развивающихся направлений является плазмохимическая конверсия метана в метанол. За это время были предложены разнообразные лабораторные конструкции реакторов, преимущественно барьерного типа разряда, исследовано влияние температуры, давления, расходов, энерговклада и других параметров в реакторе на эффективность процесса, выраженную в степени конверсии метана, селективности по метанолу, выходе метанола и удельном энерговкладе на единицу полезного продукта. В данном обзоре приводятся основные результаты, полученные авторами по всему миру за последние 30 лет как в экспериментальных, так и в численных исследованиях процесса получения метанола из метана в одностадийных процессах.

Представлен обзор исследований резонансного нагрева плазмы мощным лазерным излучением в сильном магнитном поле. Показано, что при распространении импульса малой амплитуды вдоль магнитного поля в плазме с докритической плотностью в области ЭЦР имеет место модуляционная неустойчивость с периодом модуляции, равным длине возбуждаемой плазменной волны. С ростом амплитуды импульса происходит сильное возрастание возбуждаемого продольного электрического поля. Энергия, передаваемая лазерным излучением электронам плазмы, увеличивается при этом в несколько раз по сравнению со случаем изотропной плазмы. Физическая причина такого сильного нагрева электронов заключается в переходе модуляционной неустойчивости при больших амплитудах в стохастический режим. В случае поперечного распространения по отношению к магнитному полю рассмотрен процесс распространения необыкновенной лазерной волны в плазме в области параметрического резонанса на удвоенной верхнегибридной частоте.

В таком взаимодействии также происходит значительный дополнительный нагрев электронов. Он обусловлен распадом лазерной волны на верхнегибридные плазмоны и возбуждением волн Бернштейна. Из распределений электрического поля в момент достижения лазерным импульсом правой границы плазменного слоя следует, что в области параметрического верхнегибридного резонанса имеет место сильное поглощение поперечного электрического поля лазерного импульса и нарастание продольного поля. Показано, что при этом возникает отраженная электро-магнитная волна на верхнегибридной частоте.

Представлены измерения сверхмалого ( 10-6 см-1) поглощения в синтетическом кристаллическом кварце с помощью модифицированной схемы фототермической однолучевой интерферометрии с временным разрешением в условиях влияния поглощения окружающего воздуха, а также эффекта теплодиффуззии в нагреваемом лазерным излучением образце. Измерены характерные времена теплодиффузии в окружающем воздухе и кристаллическом кварце. Коэффициент поглощения вычислен при обработке осциллограмм сигналов, полученных в различных объемах кристалла, с помощью теоретически определенного термооптического параметра. Проведена модификация оптической части схемы, направленная на создание гауссо-подобной формы лазерных пучков в объеме измеряемых образцов с целью минимизации ошибок при калибровке. С учётом влияния на измерения поглощения окружающего воздуха сделана оценка минимального поглощения кристалла 710-8 см-1, что совпадает с теоретической оценкой поглощения линий кварца, расположенных в УФ области спектра.

Гальванометрический сканер (гальвосканер) – устройство для осуществления поворота лазерного пучка на определенный угол. В статье рассмотрены как подходы к проектированию элементов гальвосканера (электродвигателя постоянного тока, сканирующего зеркала, датчика угла поворота, платы драйвера управления гальвосканером), так и результаты испытаний его работоспособности после изготовления. Привод зеркала и датчика осуществлялся бесколлекторным моментным электродвигателем постоянного тока с ротором из постоянного сильного магнита, изготовленного из неодима, бора и железа – NdFeB. Зеркала изготавливались из моно-кристаллического кремния и рассчитаны на апертуру входного лазерного пучка 15 мм. Зеркала имеют отражающее покрытие, обеспечивающее коэффициент зеркального отражения R  99,6 % для длины волны лазера  = 10801 нм. Разработана конструкция оптического абсолютного датчика угла поворота (энкодер) с применением светодиодов и фотодиодов. При разработке платы управления (драйвера) гальвосканером использована гибридная аналогово-цифровая архитектура, цифровая часть драйвера – цифровой сигнальный процессор.

Гальвосканеры были испытаны на работоспособность по разработанной программе и методике на специальном стенде и оборудовании, изготовленном для испытаний. В результате испытаний основные проектные характеристики (углы сканирования, шаг сканирования, скорость сканирования и позиционная повторяемость, температурное смещение нуля и долговременный дрейф) были превышены.

Исследованы статистические характеристики поля, рассеянного контролируемой шероховатой оптической поверхностью, и определены выражения для контраста спекл-структуры в зависимости от степени монохроматичности излучения лазера ИК-интерферометра. Приведены результаты экспериментальных исследований макетного образца лазерного ИК-интерферометра, построенного по модифицированной функциональной схеме Тваймана–Грина, с рабочей длиной волны излучения  = 10,6 мкм и сформулированы рекомендации по выбору его элементной базы.