Статьи

Рассмотрены возможности технологического обеспечения равномерности распределения толщины тонкоплёночного металлического покрытия, наносимого методом магнетронного напыления на внутреннюю поверхность тонкостенного кварцевого резонатора, выполненного в форме полусферы. Показана возможность минимизации разнотолщинности покрытия оптимизацией диаметра кольцевой зоны эмиссии магнетрона в сочетании с расстоянием от резонатора до мишени и из напыляемого материала. Дальнейшее повышение равнотолщинности покрытия возможно на основе применения неподвижного экрана с отверстием, форма и расположение которого рассчитываются аналитически, а окончательная конфигурация контура уточняется эмпирически.

Изложены аспекты выращивания эпитаксиальных слоев антимонида индия (InSb) на подложках InSb (InSb-on-InSb) методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и изготовления фотоприемных устройств (ФПУ) на основе полученных эпитаксиальных структур (ЭС). Применение эпитаксиального выращивания позволяет создавать сложные структуры на основе InSb и управлять интенсивностью генерации-рекомбинации носителей заряда в фоточувствительных элементах (ФЧЭ) при обычных и повышенных температурах. Исследования характеристик ФПУ формата 320256 элементов с шагом 30 мкм и ФПУ формата 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе структур InSb-on-InSb средневолнового ИК диапазона спектра показали достижение высоких фотоэлектрических параметров, так среднее по ФЧЭ значение обнаружительной способности при Т = 77 К превысило 21011 смВт-1Гц1/2, а среднее значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) по элементам ФПУ с холодной диафрагмой 60о при Т = 77 К составило 10,5 мК. В ре-жиме реального масштаба времени получены тепловизионные изображения повышенного пространственного разрешения по сравнению с ФПУ на объемном InSb.

Продолжено обсуждение проблем, связанных с развитием технологии детекторов излучения терагерцового диапазона. Продолжено рассмотрение основных физических явлений и недавний прогресс в различных методах детектирования терагерцевого излучения – прямого детектирования (в ч. 1) и гетеродинного детектирования (в ч. 2). Обсуждаются преимущества и недостатки сенсоров прямого детектирования и сенсоров с гетеродинным детектированием.

Представлены достижения в области создания высокочувствительных фотоприемных устройств (ФПУ) на основе гетероструктур InGaAs с широкозонным барьерным слоем InAlAs коротковолнового инфракрасного диапазона спектра. Предложены конструктивных решения построения ФПУ спектрального диапазона 0,9–1,7 мкм с малой неоднородностью параметров и дефектностью пикселей менее 0,5 %. Рассмотрены возможности расширения спектрального диапазона в коротковолновую до 0,5 мкм и в длинноволновую до 2,2 мкм области спектра ФПУ на основе гетероструктур InGaAs.

Изложены принципы конструирования активно-импульсных систем, использующих ФПУ на основе InGaAs формата 320256 элементов с шагом 30 мкм, измеряющих расстояние до цели в спектральном диапазоне 0,9–1,7 мкм. Исследованы параметры матричного инфракрасного дальномера на основе ФПУ формата 320256 элемен-тов с шагом 30 мкм, обеспечивающего разрешение по дальности до 0,6 м.

Представлен обзор экспериментальных результатов по изучению особенностей структуры и эволюции плазменных токовых слоев, которые формируются в трехмерных (3D) магнитных конфигурациях с Xлинией, в присутствии продольной компоненты магнитного поля, направленной вдоль Xлинии. Показано, что в процессе развития плазменного токового слоя происходит усиление продольной компоненты в пределах слоя. Избыточное продольное поле поддерживается токами плазмы, которые протекают в поперечной плоскости по отношению к основному току в слое, в результате структура токов становится трехмерной. При увеличении начального значения продольной компоненты уменьшается степень сжатия в слой, как электрического тока, так и плазмы, что обусловлено изменением баланса давлений в слое при появлении в нем избыточного продольного поля. Деформация плазменных токовых слоев, а именно, появление в 3D магнитных конфигурациях асимметричных и изогнутых слоев, возникает при возбуждении токов Холла и их взаимодействии с продольной компонентой магнитного поля. Показано, что формирование токовых слоев в 3D магнитных конфигурациях с X–линией возможно в достаточно широком, но ограниченном диапазоне начальных условий.

Экспериментально исследованы распространение и структура микроплазменного разряда, инициируемого в вакууме импульсным потоком плазмы с плотностью 1013 см–3 на поверхности титанового образца, покрытого тонкой сплошной диэлектрической оксидной пленкой титана толщиной 2–6 нм, при изменении электрического тока разряда от 50 А до 400 А. Интегральное свечение микроплазменного разряда в макромасштабе представляет собой разветвленную структуру типа дендрита, которая в микромасштабе состоит из большого количества ярко светящихся «точечных» образований – локализованных на поверхности металла катодных пятен. Возникающая при этом эрозионная структура на поверхности титана «идентична» структуре свечения разряда и состоит из большого количества отдельных неперекрывающихся микрократеров с характерными размерами 0,1–3 мкм, которые образуются в местах локализации катодных пятен на расстояниях до 20 мкм друг от друга. Распространение одиночного микроплазменного разряда по поверхности титана происходит со средней скоростью 15–70 м/с при токах разряда 50–400 А. Распространение микроплазменного разряда в микромасштабе имеет «прыжковый» характер: плазма «неподвижных» горящих катодных пятен, в течение времени их жизни 1 мкс, инициирует возбуждение новых микро-разрядов, которые создают новые катодные пятна на расстояниях локализации от 1 мкм до 20 мкм от первичных катодных пятен. Такой процесс повторяется многократно в течение импульса микроплазменного разряда длительностью от 0,1 мс до 20 мс.

Обсуждены особенности фотоупругого эффекта и показано, что они могут быть использованы для измерения параметров лазера и фотоприемника, которые являются основными узлами любого оптоэлектронного изделия. Проведен краткий обзор известных методов измерения параметров лазера и фотоприемника, отмечены некоторые ограничения в их применениях. Теоретически обоснована возможность использования особенностей фотоупругого эффекта для измерения параметров инерционности фотоприемника. Формула для расчета отклика на выходе акустооптического процессора на прямоугольное входное воздействие выведена и использована для раздельной оценки времени пересечения оптического пучка упругим волновым пакетом и инерционности фотоприемника. Также доказано, что путем выбора короткого входного воздействия особенностей фотоупругого эффекта можно использовать для определения конфигурации поперечного сечении лазерного пучка и закона распределения плотности потока мощности в нем. Результаты теоретических исследований апробированы численными расчетами и подтверждены экспериментальными измерениями.

Приведены результаты исследований по разработке первых электроразрядных лазеров на активных средах N2, CO2, Cu, CuBr и эксимерных молекулах в Институте оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН. В нем был создан один из первых в мире Сu-лазер с импульсным получением паров меди за счет взрыва проводников и поперечным разрядом возбуждения. Для медного лазера были получены рекордные удельные параметры генерации, почти равные предельным: энергия излучения 2,4 Дж/л, пиковая мощность 120 МВт/л с КПД равным 0,16 %. Для СuBr-лазера, работающего в частотном режиме, впервые была получена средняя мощность излучения более 100 Вт. В режиме сдвоенных импульсных возбуждения были найдены условия, ограничивающие рост КПД СuBr-лазера. Для него был получен рекордный КПД, равный 2,7 %. Впервые был разработан азотный лазер с максимальным КПД, равным 0,27 %, с энергией 0,8 мДж, пиковой мощностью 160 кВт. Впервые был разработан миниатюрный XeCl-лазер с продольным разрядом возбуждения, который работал как с буферными газами He, Ne и Ar, так и без них.

Приведены результаты разработки оптико-электронного модуля на основе отечественного охлаждаемого матричного фотоприемного устройства формата 640512 элементов, работающего в спектральном диапазоне 3,6–4,9 мкм, на основе InSb. В работе описаны основные применяемые алгоритмы обработки видеоизображения, описаны основные блоки разработанного устройства, описаны методики проведения измерений ЭШРТ и пространственного разрешения, приведены характеристики прибора.

В работе проведены результаты теоретического анализа влияния состава растворителя, нестабильности температурного поля в образце и неоднородности распределения ZnTe в исходном (питающем) слитке на однородность состава растущего кристалла. Показано, что оптимизация состава растворителя позволяет минимизировать скачок концентрации ZnTe на границе затравка–кристалл. Вариации состава при изменении тепловых условий в процессе роста носят плавный характер, и они относительно небольшие. Различные гармоники неоднородности распределения состава в питающем слитке по-разному влияют на однородность растущего кристалла. Длинноволновые неоднородности в питающем слитке практически полностью переходят в растущий кристалл.

При длине волны, равной половине длины зоны растворителя и меньше, возмущения состава кристалла относительно небольшие. Очевидно, причиной локальных изменений состава, наблюдаемые в реальных кристаллах, являются, в основном, вариации состава питающего слитка.

Установлено сходство механизмов коммутации компактных вакуумных искровых разрядников и разрядников с лазерным поджигом при сравнимом уровне плотности потока энергии в узле поджига–ионизация остаточного газа потоком коротковолнового излучения и быстрых электронов из плазмы катодного пятна или лазерной плазмы. Указанный механизм позволяет эффективно уменьшать задержку срабатывания разрядника путем повышения энергии поджига. Проведено экспериментальное исследование преимуществ использования схемы поджига с увеличенной энергией для управления малогабаритными вакуумными искровыми разрядниками. Наблюдается устойчивое снижение времени задержки срабатывания разрядника и повышение уровня стабильности задержки. Наиболее эффективно, с точки зрения минимизации и стабильности времени задержки срабатывания разрядника, вложение энергии в формирование инициирующей плазмы происходит на искровой стадии вспомогательного разряда по поверхности диэлектрика в узле поджига.

На основе детального анализа и обобщения результатов расчетов энергетического спектра электронов c использованием разных моделей в газовых разрядах в чистом углекислом газе CO2 и в смесях, содержащих СО2, найдена константа скорости диссоциации СО2 электронным ударом в газовом разряде постоянного тока атмосферного давления. Показано, что при значениях приведенного электрического поля от 55 Тд до 100 Тд преобладающим механизмом разложения молекулы СО2 являются столкновения молекул СО2 с электронами. Получено выражение для вычисления константы скорости диссоциации СО2 электронным ударом в зависимости от приведенного электрического поля.