Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)
Permanent URI for this collectionhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/197
Browse
8 results
Search Results
Item Application of Supercontinuum in Optical Gyroscopy(Sumy State University, 2023) Kurskoy, Yu.S.; Hnatenko, O.S.; Afanasieva, O.V.Робота присвячена вивченню проблеми використання лазерного випромінювання в режимі суперконтинууму у волоконно-оптичних гіроскопах. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувалися наступні завдання: описано фізику процесу вимірювання кутової швидкості об'єкта на основі ефекту Саньяка; проаналізовано фактори, що впливають на роздільну здатність гіроскопа. Ці фактори включають частковий шум, неминучий шум і шум через зворотне розсіювання у волокні, який можна мінімізувати за допомогою фотонно-кристалічних волокон і широкосмугового джерела випромінювання. В якості такого джерела пропонується використовувати оптичний суперконтинуум (оптичну гребінку). Завдяки надширокому спектру випромінювання, точності відтворення частоти, високій стабільності випромінювання та фемтосекундній тривалості імпульсу суперконтинуум вважається перспективним джерелом випромінювання в гіперспектральній спектроскопії та зображенні, томографії та інтерферометрії білого світла з низькою когерентністю. Проведено аналіз можливості використання оптичної гребінки в оптичній гіроскопії. Проведено математичне моделювання впливу характеристик оптичного волокна та параметрів суперконтинууму на чутливість волоконного гіроскопа. Результати роботи свідчать про перспективність подальших досліджень зі створення фотонно-кристалічного волоконно-оптичного гіроскопа з використанням лазерного випромінювання суперконтинууму.Item Fibre-Optic Temperature Sensor Using Bragg Structure(Sumy State University, 2023) Kukhtin, S.М.; Hnatenko, O.S.Волоконно-оптичні сенсори зарекомендували себе як інноваційна та універсальна технологія вимірювання різних фізичних величин, таких як температура. Окрім цього, особливі властивості оптичних волокон, у деяких випадках, роблять волоконно-оптичне зондування єдино прийнятним вибором зважаючи на умови експлуатації, точність, можливість дистанційної роботи. У цій статті нами представлено простий волоконно-оптичний сенсор температури, що використовує відбиваючий елемент Брегга як чутливий елемент. Основна перевага запропонованого підходу полягає у використанні широко доступних недорогих телекомунікаційних компонентів, таких як РЗЗ лазер як джерело світла та широко доступні компоненти волоконної оптики. Ще однією перевагою датчика є методика вимірювання, яка не потребує оптичного спектрометра, чи інших точних оптичних вимірювань, таких як інтерферометрія. Показано, що реалізуючи різні бреггівські структури для чутливого елемента, можна змінювати оптичний відгук, таким чином досягаючи необхідних характеристик сенсора. Розрахунки для сенсорної головки Брегга представлені як для датчика вузького діапазону, придатного для медичного використання, так і для датчика температури з широким діапазоном вимірювань ΔT ~ 200 °C. Також ця стаття містить короткий огляд широко використовуваних волоконно-оптичних методів вимірювання температури, їх переваги та застосування.Item Design and Optimal Parameters of a Small-sized Diode-Pumped Nd:YAG Laser Setup(Sumy State University, 2023) Machekhin, Yu.P.; Herasymov, S.S.; Hnatenko, O.S.Дана стаття присвячена моделюванню, проектуванню та подальшій розробці практичної установки малогабаритного твердотільного лазера з середовищем посилення Nd:YAG та діодною накачкою. Твердотільні лазери існують близько 50 років і зазнали як позитивних, так і негативних аспектів під час своєї еволюції. Тим не менш, вони завжди займали важливе місце в багатьох галузях промисловості, наукових дослідженнях і повсякденній діяльності. На сьогоднішній день, такі пристрої широко використовуються та розвиваються в локації, виробництві, медицині та військовій техніці. Тому розробка та оптимізація їх структури залишається актуальною та важливою проблемою. Виявлено основні параметри компонентів компактного Nd:YAG лазера з діодною накачкою, які можуть бути реалізовані в конструкції далекоміра. Основні результати роботи. Розроблено та промодельовано Nd:YAG лазер з габаритними розмірами 350 x 25 x 25 мм; розміри лазерної активної головки 110 x 25 x 25 мм. Діодна накачка являє собою матрицю з шести діодів потужністю 90 Вт кожен, які працюють в імпульсному режимі тривалістю 250 нс. Резонатор складається з двох дзеркал, з коефіцієнтом відбиття на виході від 0,66 до 0,74. Активний елемент має довжину 72 мм. З такими параметрами лазера перший гігантський імпульс після початку накачування був досягнутий за 59 мкс, вихідна енергія 25 мДж і ефективність лазерної системи 22 %. Додатково генерувалися наступні імпульси випромінювання з інтервалом часу 4 мкс. Отримані в роботі результати дозволяють створити твердотільний лазер з діодною накачкою з енергією випромінювання на виході до 25 мДж і компактними розмірами резонатора близько 80 x 25 x 25 мм.Item Physical and Technological Principles of Processing Steel with UV Laser Radiation(Sumy State University, 2023) Hnatenko, O.S.; Afanasieva, O.V.; Lalazarova, N.O.; Odarenko, E.N.; Sashkova, Y.V.; Ivanchenko, O.V.; Kurskoy, Yu.S.Основною метою статті є дослідження зміцнення сталі з використанням нестандартних довжин хвиль лазерного випромінювання. Описано також фізичні принципи взаємодії лазерного випромінювання з речовиною. Були проведені експерименти із загартування стали УФ-лазером (довжина хвилі 355 нм). Проведено експерименти та порівняльний аналіз об'ємного загартування сталі з охолодженням у воді, загартування лазерним променем YVO4 лазера з λ = 1,06 мкм та загартування лазерним променем YVO4 лазера з λ = 0,355 мкм. Дослідження проводилися на конструкційній сталі 45 та інструментальних сталях У12 та Р6М5. У ході досліджень були отримані нові цікаві наукові результати: вивчення мікроструктури зразків сталі У12 за допомогою електронного мікроскопа показало, що мартенсит, що утворюється при загартуванні УФ-випромінюванням, більш дисперсний, в результаті чого, можна зробити висновок, що така обробка може призвести до отримання поверхневих наноструктур розміром до 100 нм. Однак у зв'язку з малою продуктивністю і малою потужністю УФ-випромінювання пропоноване загартування сталі можна рекомендувати для вимірювального та ріжучого інструменту.Item Precision Chaotic Laser Generation(Sumy State University, 2023) Kurskoy, Yu.S.; Hnatenko, O.S.Завданням роботи є розробка принципів прецизійної лазерної хаотичної генерації. Її реалізація сприяє розвитку інформаційних систем, що базуються на принципі синхронізації хаотичних генераторів. Ключова проблема практичного використання хаотичних режимів обумовлена фундаментальною властивістю динамічного хаосу – сильною залежністю від флуктуацій початкових умов. У роботі виконано аналіз напівкласичних лазерних рівнянь щодо виникнення нестійких і хаотичних режимів генерації. Отримано рівняння хаотичного випромінювання, доповнене компонентами флуктуацій параметра, що управляє, характеристик лазера і зовнішніх факторів. Рівняння є основою для дослідження лазерної динаміки за різних початкових умов та забезпечення прецизійної хаотичної генерації. Запропоновано визначення прецизійної хаотичної лазерної генерації як генерації лазерного випромінювання, динаміка якого із заданою точністю класифікується як хаотична і є відтвореною в межах фазового портрета. Вибір фазового портрета як об’єкт дослідження на прецизійність обумовлений стійкістю хаотичних рішень щодо Лагранжу. Прецизійність підтверджується порівнянням фазового портрета з еталонним портретом системи, отриманим при контрольованих параметрах хаотичного випромінювання. Кількісними оцінками хаотичної прецизійності обрано: обсяг атрактора, показники Ляпунова, коефіцієнт Херста з допустимими відхиленнями. Прецизійність випромінювання забезпечується прецизійністю накачування і стабілізацією характеристик лазера, таких як частота випромінювання, температура та інші. Динаміка та параметри хаотичного режиму коригуються шляхом зміни керуючого параметра (система накачування), механізмами зміни добротності та динаміки резонатора.Item New Technologies of Laser Hardening of Parts of Fuel Equipment(Sumy State University, 2023) Hnatenko, O.S.; Afanasieva, O.V.; Lalazarova, N.O.; Kurskoy, Yu.S.; Odarenko, E.N.; Sashkova, Y.V.; Ivanchenko, O.V.Лазерне термічне зміцнення сталі (лазерне гартування) полягає у нагріванні вище температури фазових переходів ділянки поверхні сталі лазерним випромінюванням з подальшим швидким охолодженням за рахунок Для лазерного гартування найбільш доцільно використовують газові CO2-лазери, твердотільні (в основному Nd:YAG) та волоконні лазери потужністю від 0,5 кВт. Оптичні системи розгортання та сканування променю дозволяють з максимальною ефективністю зміцнювати великі ділянки поверхні. Вимірювальний та різальний інструмент, деталі паливної апаратури, форсунки насосів зазнають значного абразивного зношування окремих невеликих ділянок. Для їхньої обробки можна використовувати менш потужні лазери. Немає результатів використання імпульсних лазерів малої потужності (до 20 Вт) для поверхневого зміцнення сталевих виробів. Метою даної роботи є визначення режимів поверхневого зміцнення деталей та інструментів із вуглецевих та легованих сталей з використанням малопотужних твердотільних імпульсних YAG-лазерів.Для лазерного загартування використовувався твердотільний YAG-лазер потужністю 5 Вт (діодне накачування, довжина хвилі випромінювання = 1,064 мкм, імпульсний режим). Використання нелінійного кристала дозволило отримати УФ-випромінювання з λ = 0,355 мкм (третя гармоніка). Були досліджені обробка за допомогою одиночних імпульсів та багатоімпульсна обробка короткими імпульсами. Термічне зміцнення проводилося на вуглецевих та легованих сталях різного складу: 20, 45, У12, Р6М5, Р9, ШХ15, конструкційних та інструментальних за призначенням. Можливість зміцнення УФ-випромінюванням була оцінена на сталях 20, 45, У12 та ШХ15. Ефективність лазерного зміцнення оцінювали за вимірюванням мікротвердості. Для поверхневого зміцнення виробів, де можливе часткове плавлення поверхні можуть використовуватися лазери малої потужності в імпульсному режимі. Лазерне загартування ультрафіолетовим випромінюванням є перспективним напрямом для термічного зміцнення сталей без плавлення поверхні. Гартування лазером малої потужності доцільне для зміцнення деталей паливної апаратури.Item Fiber Laser Based on Electronically Controlled Phase Plates(Sumy State University, 2021) Hnatenko, O.S.Досліджено фізичні принципи синхронізації мод в волоконних лазерах для вихідного випромінювання з тривалістю імпульсу фемтосекундного порядку. З проведеного аналізу можна зробити висновок, що найбільш ефективним методом створення кільцевого волоконного лазера з ультракороткими імпульсами є метод еволюції нелінійної поляризації, який характеризується простими налаштуваннями виходу на режим і його стійкістю. Проведено теоретичні та експериментальні дослідження рідкокристалічних комірок для управління поляризацією випромінювання лазера. Для нематичних плоских рідкокристалічних комірок існує напруга відсічення, яка становить 2,2-2,5 В для комірки, описаної в даній роботі. При вивченні взаємодії лазерного випромінювання з коміркою було виявлено, що кут орієнтації поляризації в просторі змінюється від 0 до 90° при прикладенні напруги від 2,2 до 10 В. При прикладенні напруги більше 10 В, комірка "насичується", і кут повороту поляризації змінюється дуже мало, при прикладенні напруги більше 10 В може відбутися електричний пробій рідкокристалічного шару. Проведено теоретичне моделювання синхронізації мод в кільцевому волоконному лазері. А саме, було вивчено формування вихідних лазерних імпульсів при різних положеннях хвильових пластин або подачі напруги на рідкокристалічну комірку. Теоретично лазер може генерувати як безперервному, так і квазіімпульсному режимі. Створено експериментальний зразок волоконного лазера з синхронізацією мод за допомого рідкокристалічних комірок, який має наступні параметри: тривалість імпульсу фемтосекундного порядку, довжина хвилі випромінювання 1550 нм. Ці параметри дають перевагу при використанні лазера для високошвидкісної передачі даних по оптоволоконних лініях зв'язку і квантової криптографії.Item Precision Synchronization of Chaotic Optical Systems(Sumy State University, 2021) Kurskoy, Yu.S.; Hnatenko, O.S.; Afanasieva, O.V.Стаття присвячена питанню розвитку технології синхронізації компонент і параметрів хаотичних, оптичних інформаційних систем, особливість яких полягає у вбудові даних в хаотичний сигнал. Прецизійна синхронізація вимагає коректного вимірювання і аналізу хаотичних динамічних змінних. На основі принципів і методів вимірювань нелінійних хаотичних величин розроблена модель оцінки ступеня синхронізації хаотичних режимів лазерів. Модель забезпечує вимірювання та аналіз динамічних змінних, формування портрета вимірювання станів і динаміки системи, дозволяє оцінювати ступінь хаотичності, значення стабільності параметрів випромінювання, а також ступінь синхронізації динамічних змінних. Запропонована схема вивчення та управління хаотичною динамікою імпульсних лазерів, до складу якої входять лазер, лічильник імпульсної енергії, аналізатор спектра, блок вимірювання частоти імпульсів та система управління, синхронізації і запису результатів вимірювань. Для оцінки синхронізації запропоновано критерії розбіжності значень динамічних змінних, значень фрактальної розмірності, фазових портретів вимірювань. Для контролю динаміки системи в роботі отримано співвідношення зв'язку фрактальної розмірності, як характеристики динаміки змінної, та її стабільності.