Статья: Сравнительный анализ электроакустических характеристик компактных низкочастотных гидроакустических излучателей высокой удельной мощности (2021)

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.

В работе рассмотрены конструкции двух установок плазмохимического синтеза на базе плазмотронов переменного тока мощностью до 30 кВт для получения ультра-дисперсных (наноразмерных) оксидных и карбидных материалов. Приведены результаты, полученные при выполнении экспериментальных исследований по получению ультрадисперсных порошков оксидов металлов (железа и алюминия).

Рассматриваются существующие методы геодезического мониторинга деформаций и вызываемых ими отклонений. Показано, что за счет нестабильности положения груза, подвешенного на нити в достаточно сильном электрическом поле, возможно измерение направления отклонения контролируемого объекта даже при отклонении, стремящемся к нулю. Рассмотрена количественная модель для расчета значений используемых электрических напряжений, обеспечивающих безотказную работу устройства. Предложены основные элементы конструкции устройства и способ регистрации информационного сигнала. Делается вывод о наличии предпосылок для широкого внедрения подобных устройств для определения направления малых отклонений, основанных на использовании электрического поля.

Представлены спектры пропускания и поглощения электромагнитного излучения для тонких пленок, полученных методом полива из растворов фуллерена в воде и 4-метилфенилгидразона N-изоамилизатина в хлороформе. Описана методика получения, синтез, микроскопия углеродных и органических пленок. Показаны спектры взаимодействия электромагнитного излучения с тонкими пленками в видимом (длины волн 400–920 нм) и ИК (волновые числа 650–4000 см-1) диапазонах. Определены оптимальные толщины активных слоев гетероструктуры на основе водных растворов фуллерена и 4-метилфенилгидразона N-изоамилизатина, что позволило получить максимальное увеличение проводимости.

Трехмерное моделирование диффузии фотогенерированных носителей заряда методом Монте-Карло было использовано для вычисления пространственных профилей фото-ответа фотодиода фотоприёмной матрицы при сканировании этим диодом узкого линейного пятна засветки в пределе максимально большого и предельно малого фототока, отбираемого диодами матрицы из абсорбера. Моделирование проводилось для традиционной матрицы на основе материала кадмий-ртуть-теллур с архитектурой n-на-p и квадратными диодами. Установлены тонкие детали профилей, обусловленные наличием у матрицы структуры; показана зависимость выявленных особенностей от граничных условий диффузионной задачи на n-областях диодов. Дано объяснение формы профилей, естественным образом вытекающее из вычислительной процедуры задачи.

Целью работы является исследование частотных и временных характеристик фотоприемника с помощью прямого и обратного преобразования Фурье. В качестве объекта исследования выбраны спектральные характеристики матричного фотоприемника. Для каналов преобразователя установлено, что частотный спектр состоит из двух элементарных полос в форме кривых Гаусса. Выявлено, что спектры обладают сверхширокополосными свойствами. Импульсная (временная) характеристика спек-тров описывается уравнением в аналитическом виде, которая хорошо согласуется с расчетом. Время нарастания переходной характеристики составляет 1,8–2,9 фс.

На процесс поглощения света заметное влияние оказывает влияние диэлектрическая релаксация заряда. Полученные результаты позволяют получить важную информацию о свойствах фотоприемника в частотной и временной области.

Рассмотрена задача о емкостном ВЧ-разряде низкого давления ( << ) с электродами большой площади при возбуждении его электромагнитным полем частотой от 13 до 900 МГц. Получены общие аналитические формулы для амплитуд собственных волн и импеданса разряда. Учтено, что возбуждение поверхностных волн и высших нераспространяющихся мод происходит как благодаря осевой неоднородности структуры «плазма-слой-металл», так и за счет краевых эффектов у среза электрода. Более высокая амплитуда резонансных мод в сравнении с возбуждением разряда ТЕМ-волной в данном случае приводит к бо́льшей изрезанности зависимости импеданса разряда от плотности электронов. Данный вывод подтвержден прямым расчетом импеданса с помощью программы Comsol Multiphysics®.

Представлены устройства для прямого измерения потенциала плазмы и плавающего потенциала в газовом разряде в системе реактивного ионно-плазменного травления.

В основе действия разработанных для этого устройств лежит создание локального магнитного поля, позволяющего целенаправленно менять условия амбиполярной диффузии заряженных частиц. Это дает возможность осуществлять выравнивание потенциалов зонда и тела положительного столба плазмы. Проведено сравнение результатов измерения потенциала плазмы предлагаемым и альтернативным методами.

В работе предложена новая методика расчетов интегральных и спектральных коэффициентов излучения протяженных субволновых частиц (ПСЧ), к которым относятся микро- и наноцилиндры, а также параллелепипеды. Проведено сопоставление результатов расчетов по предложенной методике с расчетными и экспериментальными данными, найденными в литературе. Показано, что при уменьшении только поперечных размеров ПСЧ (от величин много больших λmax, до величин много меньших λmax) из спектра излучения, который первоначально описывался законом Планка и содержал моды, как с поляризацией, направленной вдоль оси, так и с поляризацией, направленной перпендикулярно оси, будут постепенно исключаться моды с длинами волн, превышающими λcutoff (λcutoff – длина волны отсечки), имеющие поляризацию перпендикулярную продольной оси ПСЧ, в то время как моды с длинами волн, поляризованные вдоль оси ПСЧ, будут всегда присутствовать в спектре излучения ПСЧ. Когда поперечные размеры ПСЧ станут много меньше λmax, то из спектра излучения этого ПСЧ исчезнут все моды с поляризацией, перпендикулярной оси, и останутся только моды с продольной поляризацией. Это является принципиальным отличием от СЧ, рассмотренных ранее в работах [16, 17], в которых предложены методы расчета таких СЧ, как диски, сферы, кубики. Все предложенные методики расчетов используют формализм разложения потоков излучения на спектрально-пространственные моды.

В работе представлен анализ данных по сечениям упругих и неупругих столкновений электронов с атомами благородных газов. Рассмотрены транспортное (диффузионное) сечение, сечения возбуждения и ионизации. Для выбранных наборов экспериментальных и теоретических данных найдены оптимальные аналитические формулы и для них подобраны аппроксимационные коэффициенты. Полученные полуэмпирические формулы позволяют воспроизводить значения сечений в широком диапазоне энергий столкновения от 0,001 до 10000 эВ с точностью нескольких процентов.

Проведено нульмерное стационарное моделирование СВЧ-разряда в парах воды при атмосферном и пониженном давлениях и постоянной температуре газа. Использовалась модель реактора непрерывного перемешивания. Проведено совместное решение уравнений баланса для нейтральных и заряженных компонент плазмы, уравнения Больцмана для электронов плазмы и уравнения для стационарного распределения СВЧ-поля в объеме, заполненном плазмой. Получены зависимости различных пара-метров разряда (величины СВЧ-поля, концентраций всех компонент) от вложенной удельной мощности WV. Показано, что при пониженном давлении при одной и той же вложенной удельной мощности величина СВЧ-поля в плазме существенно меньше, а концентрация электронов выше, чем при атмосферном давлении. При атмосферном давлении в интервале рассмотренных значений WV плазма воды электроотрицательна, причем квазинейтральность поддерживается отрицательным ионом OH-.

При давлении 30 Торр и вложенной удельной мощности 60–70 кВт/см3 происходит пе-реход от электроотрицательной к электроположительной плазме.