Научный архив: статьи

Представлены результаты аналитического исследования ключевых экспериментов по исследованию динамики обратимого температурно-инициированного фазового перехода «металл-диэлектрик» в диоксиде ванадия, приводящего к появлению аномальных физических явлений в оптических, электрических, тепловых и других свойствах образцов. Особое внимание уделено анализу кривых температурного гистерезиса, являющихся основным источником информации о фазовом переходе и изменению температурного положения фазового перехода. Фазовый переход «металл-диэлектрик» сопровождается аномально большими и быстрыми изменениями электрических, оптических, тепловых и магнитных свойств, открывающими принципиально новые возможности использования уникальных свойств фазового перехода в специальном приборостроении.

Рассмотрены проблемы, с которыми сталкиваются разработчики неохлаждаемых матричных преобразователей изображений на основе оптико-акустических преобразователей. Показано, что уменьшение апертуры отдельной ячейки (размера пикселя) приводит к катастрофическому падению чувствительности. Анализируются возможные пути сохранения в матричных системах чувствительности, присущей одиночным оптико-акустическим преобразователям с апертурой порядка 5 мм. Анализируются структура и геометрия ячейки, оптимизация геометрии поглотителя ИКизлучения. Рассматривается как альтернатива существующим системам матричный приемник излучения с жидкостными поршнями, запатентованный авторами.

Проведен анализ электронно-оптических преобразователей (ЭОП). Отмечена тенденция, направленная на расширение их рабочего спектрального диапазона в область инфракрасного излучения и повышение чувствительности. Расширение длинноволновой границы спектральной чувствительности ЭОП с одновременным повышением чувствительности возможно с применением автоэмиссионных катодов, обладающих уникальными эмиссионными характеристиками. В статье предлагается ЭОП с автоэмиссионным фотокатодом. Разработана конструкция такого преобразователя, рассмотрены режимы работы и проведены оценки чувствительности и спектрального диапазона. Отмечается, что разработка и создание ЭОП с автоэмиссионными фотокатодами, работающими в инфракрасном диапазоне, является важным этапом в развитии инфракрасной техники.

Рассмотрены основные принципы построения проекторов инфракрасных сцен (ИСП). Проводится анализ ИСП, построенных на основе матриц теплоизлучающих элементов, а также источников теплового излучения, которые могут быть использованы при создании проекторов инфракрасных сцен на основе матриц микрозеркал.

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.

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.

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.