Успехи прикладной физики

Работа посвящена изучению особенностей использования светодиодов для гиперспектральной подсветки в SWIR-диапазоне, определению оптимального количества, спектрального состава светодиодов и их расположения для оптимальной подсветки конвейерной ленты, а также их расположения для правильного освещения конвейерной ленты.

Предложена модель формирования пространственно-энергетического профиля (ПЭП) зоны видимости для случая, когда длительность импульсов лазерной подсветки объектов значительно меньше длительности строб-импульсов (времени экспозиции) фотоприемника. Получены аналитические выражения, связывающие характерные расстояния (точки) ПЭП зоны видимости с длительностями импульсов лазерной подсветки и не регулируемой технической задержки, а также параметрами строб-импульсов при разной временной форме. Численные расчеты и эксперимент подтвердили справедливость полученных аналитических выражений. Дана интерпретация экспериментальных результатов для систем с подсветкой в области длин волн 1,57 мкм, которые не могли быть объяснены на основе использовавшихся ранее представлений. Влияние формы импульсов подсветки на значения
сигнала в области фронта и спада ПЭП на основе предложенной модели объяс-
няется тем, что регистрируемая часть длительности импульсов либо увеличи-
вается (от 0 до 100 %), либо уменьшается (от 100 % до 0).

Предложены тестовые матричные структуры с изменяемой площадью p–n-переходов и топологией, идентичной топологии рабочих фотодиодных матриц формата 640512 с шагом 15 мкм, сформированные методами фотолитографии групп объединенных элементов на периферии рабочих пластин. Проанализированы возможности тестовых матричных структур для определения качества пассивации в МФПУ на основе InSb посредством измерения зависимостей темнового тока от отношения периметра к площади фотодиодов. Показано, что предложенные тестовые структуры позволяют определить источники темнового тока и существенно ускорить разработку новых пассивирующих покрытий в широкоформатных матричных фотоприемниках с малым шагом.

Экспериментально исследовано влияние линзовой и зеркальной оптических схем канала подсвета оптико-электронной системы измерения параметров шероховатости ангстремного уровня оптических поверхностей на эволюцию поляризационных характеристик лазерного излучения, формируемого до оптической поверхности исследования. Представлены общие теоретические положения метода дифференциального рассеяния, лежащего в основе принципа измерения параметров шероховатости на основе регистрации рассеянного (дифрагированного) лазерного излучения, имеющего линейное состояние поляризации. Дана теоретическая оценка влиянию эволюции состояния поляризации лазерного излучения, прошедшего линзовую и зеркальную оптические системы, рассеянного оптической поверхностью на погрешность измерения эффективного среднеквадратического отклонения параметров шероховатости ангстремного уровня. В результате сравнительного анализа влияния двух оптических схем на эволюцию исходных параметров состояния поляризации лазерного излучения: коэффициента эллиптичности, угла азимута (угла поворота большой оси эллипса поляризации), деполяризации лазерного излучения, модуля фазовой анизотропии, сделаны рекомендации о целесообразности применения линзовой оптической системы в канале подсвета.

Представлена экспериментальная оценка характеристик СВЧ-фильтра на основе высокоомного кремния, выполненного по SIW (Substrate Integrated Waveguide)-технологии. Проведена итеративная обработки электронным излучением по разработанному алгоритму. Показана работоспособность фильтра при накопленной дозе 150 Мрад, критическое изменение S-параметров при накопленной дозе 300 Мрад.

Рассчитан коэффициент запаса при эксплуатации СВЧ-фильтра на различных орбитах. Показана возможность применения СВЧ-фильтра на внешних поверхностях космического аппарата без применения дополнительных мер защиты.

Методом дифференциального термического анализа исследована структурная релаксация в стеклах As30Se70, As40Se60, Ge10As40Se50, Ge20Se80, охлажденных из расплава с разной скоростью; определены температуры стеклования стекол, определена зависимость температуры стеклования от скорости охлаждения. По экспериментально полученным зависимостям температуры стеклования от скорости охлаждения рассчитана энергия активации релаксации. Результаты сопоставлены со средним координационным числом и изменением удельного объема. Для стекла As40Se60 показана корреляция между температурой стеклования, удельным объемом и коэффициентом преломления, что позволяет давать количественные оценки температурно-временным изменениям физических структурно-чувствительных свойств стекол в процессе обработки и эксплуатации по анализу релаксационных кривых теплоемкости.

Рассмотрена группа актуальных способов компенсации негативного влияния дефектных элементов на пороговые характеристики фотомодулей (ФМ) инфракрасного диапазона (ИК) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН). Особенностью изучаемой группы является компенсация, основанная на деселекции (отключении) дефектных элементов. Проведены эксперименты по изучению влияния рассмотренных подходов на шум, отношение сигнал/шум (SNR) и удельную обнаружительную способность (D*) каналов ИК ФМ с режимом ВЗН. Анализ эмпирических данных показал, что современные инструменты компенсации негативного влияния обеспечивают улучшение шума и SNR каналов. Однако при этом способы ухудшают D* некоторой части каналов. Показано, что данный негативный эффект обусловлен критериями детектирования дефектных элементов, применяемыми в современных решениях. Известными правилами детектирования не оценивается, способно ли изменение SNR каналов после деселекции компенсировать потери их эффективной фоточувствительной площади (ЭФП). Предложен критерий, выполняющий данную оценку. Совокупное использование такого критерия с деселекцией позволяет улучшить шум и SNR каналов фотомодуля без ухудшения их D*.

Получено нестационарное уравнение диффузии проникновения переменного магнитного поля в сверхпроводники, находящихся в мейснеровском состоянии, в соответствии с двухжидкостной моделью, согласно которой все электроны в сверхпроводнике делятся на два типа – сверхпроводящие и нормальные. Представлена физическая интерпретация выведенного уравнения и отмечены некоторые его особенности. При гармоническом изменении магнитного поля данное уравнение сводится к модифицированному уравнению Лондонов, в котором получено комплексное выражение для глубины проникновения переменного магнитного поля в зависимости от частоты и долей концентраций нормальных и сверхпроводящих электронов (или фактически от температуры). Получены аналитические решения нестационарного уравнения диффузии в сверхпроводниках в некоторых частных случаях – для сверхпроводящего полупространства и плоскопараллельной сверхпроводящей пластины конечной толщины с заданными граничными и начальными условиями.

Методом высокотемпературного (800 оС) твердофазного (одноступенчатого и двухступенчатого) отжига на кремниевых подложках с ориентацией (111) сфор-мированы поликристаллические и ориентированные пленки дисилицида бария (BaSi2) толщиной до 100 нм. Однофазность пленок и их оптическая прозрачность ниже 1,25 эВ доказана по данным рентгеновской дифракции и оптических спектро-скопических методов. Установлено, что ориентированные пленки BaSi2 проявляют преимущественную ориентацию кристаллитов [(301), (601)] и [(211), (411)] параллельных плоскости (111) в кремнии. В ориентированных пленках обнаружены проколы, плотность которых и размеры уменьшаются при увеличении времени осты-вания после отжига при 800 оС. Расчет межплоскостных расстояний в решетке BaSi2 для выращенных пленок показал сжатие объема элементарной ячейки на 2,7 % для поликристаллической пленки, а для ориентированных пленок BaSi2 на: 4,67 % (10 минут остывания) и 5,13 % (30 минут остывания). При исследовании спектров комбинационного рассеяния света с изменяемой мощностью лазерного излучения установлено, что наибольшей устойчивостью обладают ориентированные пленки BaSi2, которые перспективны для создания солнечных элементов на кремнии. Определена максимальная плотность мощности лазерного луча (3109 Вт/м2), которая не приводит к началу разрушения данных пленок.

Выполнено исследование амплитудного распределения микроплазменных импульсов при одновременной реализации на лавинном фотодиоде режима счета фотонов и токового режима работы. Режимы работы реализованы при постоянном напряжении питания лавинного фотодиода, превышающем напряжение пробоя его p–n-перехода. Оценено влияние на амплитуду микроплазменных импульсов величины напряжения питания лавинного фотодиода и интенсивности оптического излучения.

В работе рассмотрена модель глобальной электрической цепи Земли (ГЭЦЗ), которая неразрывно связана с процессами в космической плазме. Наша планета Земля окружена космической плазмой, состоящей из электронов, ионов и отрицательно заряженной пыли. Пыль беспрепятственно проникает через магнитное поле и атмосферу и заряжает поверхность Земли отрицательно. Стационарное электрическое состояние достигается при равенстве тока отрицательной пыли и тока положительно заряженных ионов, ускоренных из окружающей плазмы. Положительные ионы проникают в атмосферу через северные и южные широты до высот порядка 100 км, где они уже незамагничены и могут двигаться вдоль Зем-ной поверхности, осуществляя дополнительную ионизацию аномальной структуры Е-слоя, создавая ток «ясной» погоды (порядка 1500 ампер). Ток «ясной» погоды равномерно оседает на отрицательно заряженную поверхность Земли. Используя средний поток пыли на Землю и величину тока «ясной» погоды получено, что средний размер пылинки rn  410-7 м, масса mn  510-17 кг и заряд Qn  10-16 Кл. В работе также рассматриваются вопросы образования, зарядки и разрядки облаков, а также причины влияния космической пыли на погоду Земли.

Продемонстрирована возможность удаления свечной копоти с поверхности произведений масляной живописи с помощью фтороводородного лазера без повреждения красочного слоя, также показана возможность удаления покровного лака. Обе задачи могут быть решены без применения растворителей. Получены ориентировочные значения энергетической экспозиции, обеспечивающие режим воздействия безопасный для красочного слоя. Рассматривается механизм удаления покровного лака, включающий многофотонное (многоступенчатое) поглощение излучения HF-лазера. Обсуждаются перспективы создания автоматизированной установки для очистки произведений живописи на базе электроразрядных нецепных химических фтороводородных лазеров.