Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск
Том 9, № 3 (2018)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-3

Средства измерений

205-214 377
Аннотация

Регенеративные усилители чирпированных фемтосекундных импульсов на основе материалов с ионами Yb3+ с диодной накачкой нашли широкое применение в различных отраслях науки, производства и медицины. Целью данной работы являлось исследование режима регенеративного усиления широкополосных чирпированных фемтосекундных импульсов в усилителе на основе кристалла Yb3+:CaYAlO . Используя в качестве задающего генератора лазер с пассивной синхронизацией мод, данные системы усиливают импульсы наноджоулевого диапазона энергий до субмилиджоулевого уровня благодаря методике усиления чирпированных импульсов. Большинство описанных в литературе систем усиления используют задающие генераторы, обеспечивающие фемтосекундные импульсы со спектральной полушириной в диапазоне 10–15 нм, что ограничивает минимальную длительность задающих импульсов на уровне 90 фс. В процессе регенеративного усиления длительность усиленных импульсов увеличивается до значений около 200 фс, что связано с сильным негативным влиянием эффекта сужения спектра импульса под воздействием полосы усиления активной среды усилителя. Применение кристаллов, имеющих широкие и гладкие полосы усиления в качестве активных сред систем усиления чирпированных фемтосекундных импульсов широкого спектрального диапазона, позволяет снизить негативный вклад эффекта сужения спектра импульса и приводит к сокращению длительности усиленных импульсов. В работе впервые представлены результаты исследования режима регенеративного усиления широкополосных чирпированных фемтосекундных импульсов в усилителе на основе кристалла Yb3+:CaYAlO . Получены импульсы длительностью 120 фс (спектральная полуширина 19,4 нм) со средней выходной мощностью системы усиления 3 Вт без применения методик компенсации эффекта сужения спектра усиливаемого импульса.

215-226 241
Аннотация

Современные измерительные преобразователи систем оптической диагностики должны автоматически оценивать параметры оптического сигнала и переключаться между различными диапазонами энергетической и спектральной характеристиками чувствительности. Это требует применения нескольких фотоприемников, сложных оптических схем и сложных алгоритмов обработки измерительных сигналов. Целью работы являлся анализ применимости многофункциональных одноэлементных фотоэлектрических преобразователей на базе полупроводников с низкой концентрацией глубокой примеси, формирующей в запрещенной зоне несколько энергетических уровней для разных зарядовых состояний, в измерительных преобразователях систем оптической диагностики.

Относительная сложность физических процессов при перезарядке нескольких энергетических уровней многозарядной глубокой примеси позволяет реализовать многофункциональность фотоэлектрического преобразователя при простой конструкции чувствительного элемента.

Показано, что фотоэлектрические одноэлементные преобразователи характеризуются расширенными функциональными характеристиками и увеличенными диапазонами энергетической (на несколько десятков децибел) и спектральной характеристик чувствительности (со сдвигом на 2–4 мкм в диапазоне спектральной чувствительности 1–10 мкм) с возможностью переключения между поддиапазонами энергетической и спектральной характеристик чувствительности под действием как измерительного сигнала, так и дополнительных управляющих воздействий. В качестве основного материала резистивной или барьерной структуры фотоприемника могут использоваться германий, кремний, полупроводниковые соединения типа А3В5 и другие материалы, в том числе совместимые с «не кремниевыми» технологиями и структурами на сапфировых подложках.

Методы измерений, контроля, диагностики

227-233 340
Аннотация

Смесь аргона и паров ртути используется в качестве рабочего газа в различных типах газоразрядных осветительных ламп. Целью данной работы являлось построение модели, описывающей перенос электронов, ионов и быстрых атомов в слаботочном разряде в смеси аргон-ртуть, а также определение зависимости их вкладов в распыление катода, ограничивающее срок службы прибора, от температуры. Для моделирования движения электронов мы применяли метод статистического моделирования Монте-Карло. Перенос ионов и возбужденных атомов с целью сокращения затрат расчетного времени описывали на основе макроскопических уравнений, что позволило найти плотности их потоков у поверхности катода. Затем с использованием метода Монте-Карло находили энергетические спектры ионов и быстрых атомов, образующихся при столкновениях ионов с атомами смеси, у поверхности катода, а также эффективные коэффициенты распыления катода каждым типом частиц.

Расчеты показали, что плотности потоков ионов аргона и быстрых атомов аргона, возникающих при столкновениях ионов аргона с медленными атомами аргона, не зависят от температуры, в то время как плотности потоков ионов ртути и быстрых атомов аргона, образуемых ими, быстро возрастают при увеличении температуры вследствие увеличения содержания ртути в смеси.

Представлены результаты моделирования энергетических спектров ионов и быстрых атомов у поверхности катода. Они демонстрируют, что при малом содержании атомов ртути в смеси порядка 10−3 распыление катода происходит, главным образом, ионами ртути, так как их энергии существенно превосходят энергии других типов частиц, причем их вклад в распыление уменьшается со снижением температуры смеси.

234-242 264
Аннотация

В последние годы крупнейшие наземные и орбитальные телескопы, работающие в широком спектральном диапазоне длин волн, при формировании главного зеркала используют технологию сегментированных составных элементов. Такой подход позволяет: расширить спектральный рабочий диапазон от 0,2 до 11,0 мкм и увеличить диаметр входного зрачка приемной оптической системы, при сохранении оптимального значения показателя mS – масса на единицу площади. Цель исследований заключалась в разработке алгоритма для решения задачи геометрического позиционирования гексагональных сегментов зеркального телескопа, построения оптимальной схемы «обхода» элементов при юстировке на ближайший радиус к асферической поверхности, а также программной апробации выходных расчетных параметров с целью проверки адекватности полученных результатов.

Рассмотрены два варианта юстировки положения зеркальных сегментов при формировании асферической поверхности второго порядка, относительно базовой поверхности ближайшей сферы, включающие геометрическое и оптотехническое позиционирование.

Рассмотрены различные методики формирования массивов из регулярных шестиугольных сегментов с равными воздушными промежутками между ними. Предложен вариант построения массивов через концентрические кольца равного шага.

Представлена последовательная трехступенчатая методика распределения сегментов мозаики при выполнении расчетов по юстировке асферической поверхности: многолучевая линейная; многолучевая точечная; блочная трапецеидальная.

В ходе проведения математического моделирования разработан алгоритм для решения задачи геометрического позиционирования плоских гексагональных сегментов зеркального телескопа. На языке программирования Python составлены циклы программы для формирования массива данных необходимых для построения зеркальной отражающей поверхности заданной апертуры. В программном пакете Zemax выполнена проверка сходимости оптических лучей от плоских гексагональных элементов в центральную область асферической поверхности.

243-253 229
Аннотация

Применение метода дифракции обратно рассеянных электронов позволяет по-новому взглянуть на структурные изменения материала в целом и на процессы разрушения металлических конструкций в частности. Целью данной работы являлось применение метода дифракции обратно рассеянных электронов для выявления характерных отличительных особенностей строения материала на участках под изломом и вдали от него.

Дифракция обратно рассеянных электронов является методом, который позволяет определить ориентировки индивидуальных зерен, локальную текстуру, а также идентифицировать фазы в исследуемом образце. Этим методом можно определить локальные и общие деформации, количество рекристаллизованных и деформированных зерен, размер и разориентацию зерен и др.

Представлены результаты исследования фрагмента мачты агрегата для бурения и ремонта скважин грузоподъемностью 200 т (АРС-200) с установлением характерных структурных различий между участками под изломом и вдали от него.

Установлено появление и развитие субзеренной структуры на участке под изломом. Показано, что материал мачты изготавливался из проката, для которого не проводили дополнительной термообработки, и разрушение могло произойти практически в любой точке.

254-262 248
Аннотация

Распределение остаточных напряжений в многослойной полупроводниковой структуре носит сложный характер и оказывает существенное влияние на характеристики и выход годных приборов. В связи с этим их исследование является одной из актуальных задач современного приборостроения. Цель настоящей работы заключалась в разработке методов оценки фактического распределения остаточных напряжений как по площади полупроводниковой структуры, так и в ее элементах.

Оценку распределения остаточных напряжений по площади структуры проводили на основе определения локальной деформации отдельных участков этой структуры методом оптической топографии. В основу методики положено последовательное измерение интенсивности элементов светотеневого изображения структуры вдоль выбранного направления с последующим расчетом микрогеометрического профиля и радиуса кривизны. Оценку остаточных напряжений в топологических элементах системы Si–SiO проводили путем расчета интерференционных картин, полученных в зазоре пленка−подложка после отделения края пленки от подложки по периметру вскрытого окна.

С привлечением метода конечных элементов получены аналитические выражения, связывающие характеристики изображений полупроводниковых структур с величиной их деформации, что позволяет с привлечением известных соотношений вычислить локальные механические напряжения выбранного участка структуры. Приведены примеры расчета реальных структур.

Предложенные методики расчета остаточных напряжений в полупроводниковых кремниевых структурах позволяют учитывать характер и форму изгиба подложек, а также оценить их величину в топологических элементах реальных полупроводниковых приборов.

Методы оценки качества объектов и процессов

263-271 248
Аннотация

Активное внедрение в практику контроля методов индентирования, в частности для измерения физико-механических характеристик металлов, полимеров, биологических тканей требует разработки методик оценки погрешности получаемых результатов. При этом сложившаяся традиционная система оценки погрешности с применением мер не всегда пригодна для использования в испытательных и научно-исследовательских лабораториях. Целью данной работы являлась разработка применимой на практике и опирающейся на отечественную нормативную базу методики оценки погрешности косвенных измерений физико-механических характеристик материалов и проверка предлагаемого подхода с использованием экспериментальных значений твердости и модуля упругости, полученных при статическом индентировании для различных металлов.
Показано, что поскольку первичным источником информации о материале является диаграмма вдавливания, представляющая собой зависимость нагрузки от глубины внедрения индентора в исследуемый материал, то подтверждение метрологических характеристик измерительной техники, использующейся для индентирования, лучше осуществлять по параметрам развиваемого усилия и перемещения, а точность определения свойств оценивать через погрешность косвенных измерений. Приведены основные формулы для расчета твердости и модуля упругости, позволяющие установить величины, наибольшим образом влияющие на величину погрешности. Расчет погрешности проведен на основе определяемых границ случайной и неисключенной систематической погрешности.
Достоинством разработанной методики является тот факт, что оценка точности измерений физико-механических характеристик производится на основании экспериментальных данных и не требует создания дополнительного метрологического обеспечения. Предложенный подход представляется целесообразным распространить на определение погрешности других характеристик: предела текучести, показателя деформационного упрочнения, ползучести, релаксации, определяемых методами индентирования.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)