SCI Библиотека

Рассмотрено развитие неохлаждаемых многоэлементных приемников излучения на основе оптико-акустических преобразователей от первого в истории техники матричного приемника Голея до современных конструктивных решений, включающих применение графеновых разделительных мембран. Проведены обобщенные расчеты чувствительности мембран, выполненных на основе графенов и традиционных материалов, таких как полиметилметакрилат и нитрид кремния. Анализируется перспективность применения однослойного графена (SLG – single-layer graphene), как наиболее перспективного материала для выполнения мембран. Показано, что гексатриграфен С63(6) является идеальным материалом для изготовления гибкой мембраны из-за его атомной толщины, высокой прочности, газонепроницаемости и высокой электропроводности. Показано, что повышение чувствительности оптоакустических приемников излучения (ОАПИ) при изготовлении мембран из графенов позволяет конструировать матричные системы с малыми диаметрами мембран при сохранении метрологических параметров однокамерных ОАПИ приборов. Рассмотрена конструкция матричного оптико-акустического приемник ТГц излучения предельной чувствительности, в которой используется перфорированный SLG графен.

Рассмотрено влияние параметров гибкой разделительной мембраны на порог чувствительности оптико-акустического приемника излучения ИК и ТГц диапазонов. Проведены обобщенные расчеты чувствительности мембран, выполненных на основе традиционных материалов: серебро, полиметилметакрилат, нитрид кремния. Анализируется перспективность применения однослойного графена, как наиболее перспективного материала для создания мембран. Показано, что графен является идеальным материалом для изготовления гибкой мембраны из-за его атомной толщины, высокой прочности, газонепроницаемости и высокой электропроводности. Представлены обобщенные расчеты чувствительности мембран из классического графена и его аллотропных модификаций. Показано, что повышение чувствительности при изготовлении мембран из классического графена составляет порядка 9 000, а из гексатриграфена порядка 300 000 по сравнению с наиболее чувствительными мембранами из полиметилметакрилата. Показано, что высокая прозрачность и высокая электропроводность графена являются решающими для выбора схемы приемник Хейса с динамическим конденсатором.

Приведены результаты разработки модуля фотоприемника с интегрированным малошумящим усилителем (МШУ) электрического сигнала. Использование фотодетектора на основе коммерческого фосфид-индиевого фотодиода и специально разработанной переходной платы обеспечило возможность использования оптической несущей с длиной волны 1,31 и 1,55 мкм и выполнения оптоэлектронного преобразования электрического сигнала в диапазоне частот от 0 до 50 ГГц. Разработанный и интегрированный в модуль бескорпусной малошумящий усилитель на основе арсенида галлия позволил компенсировать потери преобразования фотодиода в X-диапазоне частот с минимальным добавочным шумом. Модуль фотоприемника предназначен для использования в качестве приемной части радиофотонного тракта, который обеспечивает существенное расширение дальности передачи сверхвысокочастотного сигнала по сравнению с классическими типами линий передачи (к примеру, коаксиальной или волноводной).

Рассмотрены перспективы применения однослойного графена при конструировании оптико-акустических преобразователей (ОАП) нового поколения. Показано, что предельные характеристики преобразователей с мембранами из однослойного графена могут быть получены только в ОАП, построенных по схеме Хейса. Рассмотрены основные характеристики мембран – основных элементов ОАП, проанализированы физические свойства графена, как наиболее предпочтительного материала для мембран. Проведены оценки, показывающие, что применение мембран из SLG-графенов позволяет создавать приемники ИК- и ТГц-излучения с ячейками порядка десятков микрон, имеющими предельно высокую чувствительность. Для достижения предельной чув-ствительности предложено выполнение краевой перфорации графеновых мембран. Предложена новая конструктивная схема неохлаждаемых гелий-графеновых оптико-акустических приемников, обладающих теоретически предельными чувствительностью и быстродействием и расширенным до гелиевых температур рабочим диапазоном. Изложенные технические решения могут быть положены в основу конструирования неохлаждаемых мегапиксельных матричных ОАП для регистрации ИК- и ТГц-изображений.

Описан алгоритм работы модема с повышенной энергетической эффективностью с квадратурной внутриимпульсной фазовой модуляцией (КВИФМ) в радиолиниях, использующих крайне низкие частоты для подводной связи. При этом повышение энергетической эффективности модема с КВИФМ достигается за счет снижения его частотной эффективности и внесения дополнительной кодовой избыточности. Это позволяет увеличить в 2 раза глубину при подводной связи. При этом снижается до минимума вероятность ошибочного приема кодовых комбинаций.

Представлен обзорно-аналитический материал по инфракрасным источникам излучения на примерах моделей абсолютно черного тела (АЧТ). Рассмотрены вопросы появления понятия абсолютно черного тела с первых работ Кирхгофа. Отмечены уникальные свойства моделей АЧТ, связанные с тем, что все спектральные радиационные характеристики определяются только температурой и не зависят от других параметров системы, а также то, что все спектральные распределения для АЧТ соответствуют максимально возможному тепловому излучению при заданной температуре. Рассмотрены полостные модели излучающей поверхности, особенности нагрева излучателей, модели АЧТ на температурах фазовых переходов, модели АЧТ с жидкометаллической тепловой трубой, протяженные модели АЧТ. Представлены требования к параметрам излучения АЧТ для аппаратуры космических систем, метрологической аппаратуры, имитационно-моделирующих инфракрасных стендов.

Рассмотрены история изобретения и развития газового термометра и появления на его основе оптико-акустических приемников (ОАП), начиная с первых работ Белла, Хейса, Голея и до настоящего времени. Отмечены преимущества ОАП, заключающиеся в постоянной и высокой чувствительности в широкой области спектра и наивысшей среди тепловых приемников обнаружительной способности. Рассмотрены основные характеристики мембран – основных элементов ОАП, проанализированы физические свойства графена как наиболее предпочтительного материала для мембран. Проведены оценки, показывающие, что применение мембран из SLG-графенов позволяет создавать приемники ИК- и ТГЦ-излучения с ячейками порядка десятков микрон, имеющими предельно высокую чувствительность. Предложена новая конструктивная схема неохлаждаемых матричных гелий-графеновых оптико-акустических приемников, обладающих теоретически предельными чувствительностью и быстродействием и расширенным до гелиевых температур рабочим диапазоном.

Приведены результаты разработки волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) аналогового сигнала в диапазоне частот 0,1–40 ГГц. Разработанная ВОСП позволяет осуществлять передачу модулированного по амплитуде оптического излучения с длиной волны 1,31 мкм. Система включает передающий и приемный оптоэлектронный модули. Корпуса модулей выполнены герметичными и имеют компактные размеры.

В передающий модуль интегрированы системы контроля температуры и мощности лазера. Для функционирования ВОСП дополнительных внешних элементов управления не требуется. Вход и выход системы согласованы на импеданс 50 Ом. Разработанная система может применяться для передачи сигнала с частотой до 50 ГГц.

Оптико-акустические приемники (ОАП) излучения имеют эквивалентную мощность шума (NEP) 1,410-10 Вт/Гц1/2 в спектральном диапазоне 0,3–10000 мкм и не требуют вакуумирования и термостабилизации. Диапазон исследуемых с помощью ОАП сигналов охватывает как постоянные потоки ИК- и ТГц-излучения мощностью до 10-11 Ватт, изменения температуры на 10-6–10-7 K, так и фемтосекундные тераваттные лазерные импульсы. Основным недостатком ОАП является сверхчувствительность к вибрациям. Показано, что гибкая мембрана, выполняющая роль датчика давления, одновременно является акселерометром в котором сила, действующая на мембрану определяется её инерционной массой. Так как однослойный графен (SLG) является самым легким конструкционным материалом с поверхностной плотностью 0,7710-7 г/см2, использование гибкой мембраны из SLG обеспечивает снижение восприимчивости ОАП к акустическим и вибрационным шумам более чем на три порядка без применения каких либо устройств виброзащиты.

На сегодняшний день одной из важных и актуальных задач науки электродинамики является исследование характеристик рассеяния различных электродинамических объектов со сложной формой. Среди них можно выделить полые структуры, которые входят в состав антенных систем и конструкций различных технических объектов. Их вклад в уровни электромагнитных полей в области передней полусферы может быть достаточно большим. Корректное решение характеристик рассеяния электромагнитных волн связано с использованием соответствующих математических методов. С одной стороны, они должны давать, по возможности, меньшую ошибку, с другой стороны размерность получающейся задачи должна быть такой, чтобы получить решение за относительно небольшое время. Исследованы характеристики рассеяния полых структур на основе метода интегральных уравнений. Проводится сравнение на основе методики тонкого экрана, дающее меньшее значение размерности задачи, и с учетом конечной толщины стенок. Определено значение толщины стенок, для которого возможно использование первого подхода. Представлены результаты проведенного моделирования.