Статьи

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.

Работа посвящена плазменному безводородному азотированию аустенитной стали марки AISI 316L (отечественный аналог 03Х17Н14М3). Продемонстрировано, что плазменное азотирование с активным экраном позволяет сформировать твердые диффузионные слои при температуре 570 оС. Без активного экрана формирование упрочненных слоев в безводородной среде происходило при температуре 600 оС и они обладали меньшей толщиной. Увеличение длительности процесса азотирования с активным экраном с 30 до 360 мин привело к увеличению толщины упрочненных слоев с 20 до 100 мкм и повышению содержания фазы расширенного аустенита (S-фаза). Увеличение длительности азотирования сопровождается снижением коррозионной стойкости обработанных образцов AISI 316L. При относительно небольшом времени азотирования удалось сформировать твердые слои толщиной до 20 мкм при сохранении высокой коррозионной стойкости образцов.

Приведены результаты исследования поверхности образца кадмий-цинк-теллур после обработки различными суспензиями детонационных алмазных порошков. Показано, что применение полировальных суспензий на основе поликристаллического алмаза детонационного синтеза отечественного производства в части получения качества полированной поверхности не уступает импортным аналогам.

Развита методика прогнозирования основного показателя эффективности – дальности распознавания объектов – современных высокочувствительных тепловизионных приборов (ТВП), работающих в обычном для них контрастно-ограниченном режиме, в котором их эффективность лимитируются не шумом прибора, а предельной контрастной чувствительностью зрительного аппарата оператора-дешифровщика. Выполнен сравнительный анализ существующих зарубежных и отечественных условий и методик натурных испытаний ТВП на дальность распознавания ими типового тест-объекта – танка. Показано, что, несмотря на существенное различие методик, полученные экспериментальные оценки этого показателя эффективности могут быть корректно сопоставлены с соответствующими данными для зарубежных аналогов независимо от теплового контраста тест-объекта и погодных условий. Описана процедура оценки достоверности результатов полевых испытаний ТВП на дальность действия. Приведены примеры реализации полученных результатов.

Экспериментально исследована структура свечения микроплазменного разряда, инициируемого в вакууме импульсным потоком внешней плазмы на поверхности титанового образца, покрытого естественной сплошной оксидной пленкой толщиной 2–6 нм. При воздействии плазмы с плотностью около 1013 см–3 и электронной температурой 10 эВ на поверхность образца, с отрицательным потенциалом 400 В относительно потенциала плазмы, внешняя поверхность оксидной пленки приобретает положительный электрический заряд в результате потока ионов из плазмы. При этом внутри диэлектрической пленки возникает сильное электрическое поле около 4 МВ/см. Электрический пробой между заряженной поверхностью пленки и металлом инициирует возбуждение микроплазменного разряда на поверхности титана. 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 и свечения ореола вокруг них. С помощью высокоскоростного фоторегистратора IMACON-468 исследован фрагмент поверхности титана площадью 0,50,4 мм2 в области свечения катодных пятен. На основе анализа оптического свечения катодных пятен на 7 последовательных кадрах фоторегистратора с экспозицией каждого кадра 100 нс и интервалом между кадрами 400 нс рассчитано ожидаемое «время жизни» катодных пятен в интервале значений 0,50,2 мкс. По пространственному распределению свечения микроразрядов определено, что средний диаметр катодных пятен составляет величину около 164 мкм, при этом средний размер светящегося ореола вокруг отдельного катодного пятна достигает значения 100 мкм.