Главная – Журналы – Автометрия 2018 номер 2

Представлен обзор исследований, выполненных в области разработки процессов формирования 3D -микрорельефа оптических элементов с применением как прямого лазерного воздействия на различных длинах волн, так и фотолитографических технологий на основе фотошаблонов, изготовленных путём лазерной записи. Рассмотрены типовые характеристики рельефа, ограничения и преимущества, свойственные представленным методам.

Описан способ формирования толстых (100 мкм и более) резистивных масок, которые могут быть использованы для решения широкого диапазона технологических задач, например для изготовления рентгенопоглощающего топологического рисунка LIGA-шаблонов, микрорельефов штампов, литьевых форм и т. п. Представлены особенности метода контактной фотолитографии, на основе которого разработана и изготовлена установка. Источником её экспонирующего излучения является светодиод. Экспериментально продемонстрирована возможность получения отдельно стоящих элементов резистивной маски (в частности, с латеральными размерами 5 мкм и высотой 70 мкм, аспектное отношение 14), а также микрорельефа (высотой 40 мкм) титанового штампа, выполненного путём реактивного ионно-лучевого травления через резистивную маску.

Экспериментально зарегистрированы рефлексы высоких порядков в объёмных отражательных голографических решётках в фотополимерном материале.

Представлены результаты разработки и исследования устройства для регистрации и анализа дифракционной картины синтезированных голограмм. Показано, что устройство позволяет регистрировать дифракционную картину излучения, отражённого от поверхностного микрорельефа исследуемого элемента или прошедшего через него, в угловом диапазоне дифракции порядка ±90º и 360º по азимутальному углу. Описана возможность определения периодов, скважности и угловой ориентации дифракционных структур, а также дифракционной эффективности всех дифракционных порядков исследуемого элемента. Разработанное устройство предназначено для оперативного контроля глубины и формы микрорельефа синтезированных голограмм в процессе производства.

Рассмотрен синтез алгоритмов оценки информационных параметров сигнала с безынерционным нелинейным преобразованием входной смеси сигнала и широкополосных негауссовских помех. Проанализированы оптимальные в области малых расстроек и квазиоптимальные алгоритмы, способные работать при произвольных расстройках между измеряемыми параметрами и их оценками при случайном отношении сигнал/помеха на входе измерителя. Получены основные расчётные соотношения, позволяющие определить вид оптимальных амплитудных характеристик блока нелинейного преобразования, качество подавления аддитивной помехи в названном блоке с оптимальной и произвольной амплитудной характеристикой, крутизну дискриминационной характеристики и значение фазовой характеристики в области малых расстроек. Показано, что, задав тип воздействия и передаточную функцию сглаживающей цепи, можно определить установившиеся динамические и флуктуационные ошибки в замкнутой следящей системе.

Предложена модель цифровой фильтрации зашумлённых контрастных изображений с минимальным размытием яркости на границе перепада, которая основана на сглаживании цифрового изображения с помощью обобщённого метода наименьших модулей. Модель предполагает варьирование двумя параметрами функции потерь в зависимости от степени контрастности и уровня шума. Результаты основаны на обширных вычислительных экспериментах, выполненных методом статистических испытаний Монте-Карло.

Представлены результаты экспериментальной апробации вычислительно-эффективной процедуры построения многомерных (в координатах «угловое направление - задержка - доплеровский сдвиг частоты») радиоизображений эхо-сигналов целей вариационным методом в комплексах радиолокации с посторонним подсветом.

На основе твёрдых растворов Al_xIn_1–xAs/Al_yGa_1–yAs исследована система квантовых точек. Применение широкозонных твёрдых растворов Al_xIn_1–xAs в качестве основы квантовых точек позволяет существенно расширить спектральный диапазон излучения в коротковолновую область, включая участок длин волн вблизи 770 нм, представляющий интерес для разработки аэрокосмических систем квантовой криптографии. Методом криогенной микрофотолюминесценции изучены оптические характеристики одиночных квантовых точек Al_xIn_1–xAs, выращенных по механизму Странского—Крастанова. С использованием интерферометра Хэнбери Брауна—Твисса изучена статистика излучения экситонных состояний одиночных квантовых точек. Функция парных фотонных корреляций отчётливо демонстрирует субпуассоновский характер статистики излучения, что является прямым подтверждением возможности создания излучателей одиночных фотонов на основе квантовых точек Al_xIn_1–xAs. На участке длин волн вблизи 770 нм исследована тонкая структура экситонных состояний квантовых точек. Показана величина расщепления экситонных состояний, сравнимых с естественной шириной экситонных линий, что представляет большой интерес для разработки излучателей пар запутанных фотонов на основе квантовых точек Al_xIn_1–xAs.

Исследованы характеристики пьезооптического преобразователя новой конструкции, обладающего при малых габаритах высокой чувствительностью к деформации. Благодаря оригинальной форме фотоупругого элемента удалось при заданной внешней силе существенно увеличить напряжение в его рабочей области, тем самым повысив чувствительность преобразователя. С помощью специально созданного устройства измерены основные характеристики преобразователя. Созданная его математическая модель позволила рассчитать величину деформации при заданной приложенной силе. В итоге чувствительность к относительной деформации составила Δx/x = 3 x 10^-10, динамический диапазон более четырёх порядков, а коэффициент тензочувствительности на три порядка выше, чем для тензорезисторных датчиков деформации.

Обсуждается влияние дислокационных фильтров, созданных на основе низкотемпературных слоёв (LT) GaAs, и послеростового отжига на совершенство гетероструктуры GaAs/Si. Показано, что слои LT-GaAs снижают плотность прорастающих дислокаций и уменьшают шероховатость поверхности. Послеростовой отжиг при температуре 650 ºС снижает концентрацию центров безызлучательной рекомбинации в слоях GaAs/Si до уровня, близкого к уровню в слоях GaAs, выращенных на согласованной подложке.

Многопереходные солнечные элементы (СЭ) на соединениях III-V являются самыми эффективными преобразователями солнечной энергии в электричество и широко используются в космических солнечных батареях и наземных фотоэлектрических модулях с концентраторами излучения. Все современные высокоэффективные солнечные элементы III-V основаны на отрабатываемой длительное время трёхпереходной III-V-гетероструктуре GaInP/GaInAs/Ge и имеют практически предельную для данной архитектуры эффективность 30 и 41,6 % для космического и наземного сконцентрированного излучений соответственно. Увеличение КПД в настоящее время происходит за счёт перехода от 3-переходной к более эффективным 4-, 5- и даже 6-переходным архитектурам III-V: развиваются технологии роста и методы постростовой обработки структур, создаются новые (с оптимальными значениями запрещённых зон) материалы и улучшаются кристаллографические параметры. В предлагаемом обзоре рассмотрены последние достижения и перспективы основных направлений исследований и совершенствования архитектур, технологий и материалов, на базе которых в лабораториях получены солнечные элементы с лучшими показателями эффективности преобразования: 35,8 % для космического, 38,8 % для наземного и 46,1 % для концентрированного солнечного излучений. Физические свойства соединений III-V хорошо изучены и разработаны технологии их получения. Максимальная эффективность фотоэлектрического преобразования СЭ на гетероструктурах III-V для внеатмосферного солнечного излучения достигает 35,8 % [1], что определяет их практически безальтернативное использование в космосе. В наземных условиях рекордные значения КПД СЭ составляют 38,8 % для неконцентрированного (AM1.5G) и 46,0 % для концентрированного (AM1.5D) излучений [1]. Предполагается, что к 2020 году эффективность приблизится к 40 % для прямого космического и к 50 % для концентрированного наземного солнечного излучений. В данном обзоре рассматриваются архитектуры и технологии изготовления СЭ с рекордной эффективностью для наземных и космических применений. Следует отметить, что в наземных энергоустановках использование СЭ III-V экономически выгодно в системах с концентраторами солнечного излучения.

Предложен метод усиления и формирования аналогового сигнала, оптимизированный для достижения наибольшего отношения сигнал/шум при работе с источником сигнала большой ёмкости и позволяющий при этом распознавать сигналы, которые поступили с небольшим интервалом времени. Разработан усилительный канал, реализующий предложенный метод. Данный канал предназначен для усиления сигналов лавинных фотодиодов в детекторах, построенных на основе быстрых сцинтилляторов. Описаны структура усилительного канала, принцип восстановления формы входного сигнала и основные схемотехнические решения, использованные в разработанном усилителе.

При проведении современного эксперимента в области физики высоких энергий особое внимание уделяется вопросу глобальной интеграции информационных и вычислительных ресурсов в единую систему для осуществления эффективного хранения и обработки экспериментальных данных. Эксперимент ATLAS, проводимый на ускорительном комплексе Большого адронного коллайдера в Европейском центре ядерных исследований, ежегодно производит десятки петабайт данных с регистрирующей электроники, а также порядка петабайт данных с системы моделирования. Для обработки и хранения подобных сверхбольших объёмов данных компьютерная модель эксперимента ATLAS базируется на технологии географически распределённых параллельных вычислений, включающей глобальную грид-инфраструктуру проекта WLCG (Worldwide LHС Computing Grid) и способной удовлетворить требования эксперимента по обработке огромных массивов данных и обеспечить высокую степень их доступности (масштаба сотен петабайт). Рассматривается центральная информационная система AGIS (ATLAS Grid Information System), используемая коллаборацией ATLAS для описания топологии и ресурсов компьютерной инфраструктуры эксперимента, настройки и связи высокоуровневых программных систем вычислительных центров, описания и хранения всевозможных параметров, управляющей, конфигурационной и другой вспомогательной информации, необходимой для эффективного функционирования служб и сервисов глобальной распределённой системы обработки. Обозначена роль системы AGIS в создании концепции общего описания ресурсов вычислительных центров грид-узлов, суперкомпьютерных центров и ресурсов облачных вычислений в единую информационную модель для эксперимента ATLAS. Данный подход позволил коллаборации расширить вычислительные возможности проекта WLCG и интегрировать суперкомпьютеры и платформы облачных вычислений в программные компоненты системы распределённого анализа и запуска заданий (PanDA, ATLAS Production and Distributed Analysis workload management system).