Диоксид ванадия VO2, в котором фазовый переход осуществляется при наиболее «технологичной» температуре +67 оС, изменение удельного сопротивления составляет около пяти порядков, показатель преломления изменяется (на = 6328 Å) от 2,5 до 2,0, а время переключения рекордно малое, считается наиболее перспективным материалом современной оптоэлектроники. Рассмотрены ключевые эксперименты по исследованию динамики сверхбыстрого обратимого фазового перехода «металл–диэлектрик» в диоксиде ванадия, имеющего рекордно малое время переключения (10 фс). Это свойство диоксида ванадия может быть использовано для создания уникальных оптических затворов, которые найдут применение при исследовании быстропротекающих процессов, в разработке систем оптических телекоммуникаций, а также в различных областях оптоэлектроники и фотоники.
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.