Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)
Permanent URI for this collectionhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/197
Browse
12 results
Search Results
Item The Effect of Geometry on Thermoplasmonic Phenomena in Metallic Nanoparticles(Sumy State University, 2025) Reva, V.I.; Korolkov, R.Yu.; Shvydkyi, M.A.; Korotun, A.V.; Stegantsev, E.V.; Hnatenko, O.S.У роботі досліджуються термоплазмонні явища у металевих наночастинках різної геометрії. Отримано співвідношення для частотних залежностей перегріву наночастинок та радіаційної ефективності, а також розмірної залежності числа Джоуля, що характеризує здатність наночастинок генерувати тепло. При цьому розмірні залежності ефективної швидкості релаксації електронів для циліндричних та дискових частинок визначені в рамках підходу еквівалентного сфероїду. Частотні залежності поляризовності, перерізів поглинання та розсіювання, перегріву, радіаційної ефективності та розмірні залежності числа Джоуля розраховувалися для сферичних, циліндричних і дискових наночастинок різних розмірів та різних металів. Показано, що кількість та положення максимумів перерізів поглинання та розсіювання та перегріву металевих наночастинок залежить від їхньої геометрії, а у випадку 1D-частинок і від їх розмірів (аспектного відношення). При цьому розщеплення цих максимумів для циліндричних частинок значно більше, ніж для дискових. Розрахунки демонструють, що перегрів наночастинок у біологічних вікнах прозорості складає від часток до декількох градусів, крім випадку наноциліндрів із малим аспектним відношенням, коли максимуми перегріву срібних наночастинок потрапляють у перше біологічне вікно прозорості. Встановлено, що матеріал наночастинок також суттєво впливає на положення максимуму їхнього перегріву та визначається величиною плазмової частоти. Продемонстровано доцільність застосування сферичних, дискових і коротких циліндричних наночастинок у застосуваннях, де необхідний незначний перегрів у біологічних вікнах прозорості. У випадку ж, коли необхідний значний перегрів доцільним є використання довгих наноциліндрів. Виявлено принципові відмінності в поведінці числа Джоуля (здатності генерувати тепло) для частинок різної геометрії при зміні їхнього радіусу / аспектного відношення.Item Photonic Crystal Fibers with Triangular and Kagome Structures for Fiber Optic Gyroscopes(Sumy State University, 2024) Odarenko, E.N.; Hnatenko, O.S.У статті досліджено фотонно-кристалічні волокна (ФКВ) із трикутною та каґоме структурою для використання у волоконно-оптичних гіроскопах (ВОГ). Обґрунтовано переваги ФКВ для покращення ефективності роботи ВОГ завдяки унікальним характеристикам, таким як висока чутливість, низькі оптичні втрати та стійкість до температурних коливань. Розглянуто механізми локалізації енергії через фотонно-кристалічні заборонені зони та однохвильові режими для збільшення точності вимірювань.Проведено числові розрахунки дисперсійних характеристик та власних мод ФКВ із використанням методу розкладання по плоским хвилям у програмному середовищі MIT Photonic Bands. Проаналізовано модельні властивості різних конструкцій ФКВ, зокрема вплив діаметра порожнистої сердцевини на спектральні характеристики. Показано, що оптимальне співвідношення геометричних параметрів ФКВ забезпечує ефективну локалізацію енергії в порожнистій сердцевині та мінімізацію втрат.Особливу увагу приділено ФКВ із каґоме структурами, що демонструють перспективи для зменшення енергетичних втрат завдяки просторовому розподілу електромагнітного поля. Визначено можливості застосування ФКВ у гіроскопах для авіаційних і оборонних навігаційних систем. Результати дослідження відкривають нові можливості для створення високоточного обладнання, здатного працювати в екстремальних умовах.Item Interaction of Laser Radiation (UV) with Materials(Sumy State University, 2024) Afanasieva, O.V.; Lalazarova, N.O.; Hnatenko, O.S.; Kurskoy, Yu.S.; Odarenko, E.N.; Ivanchenko, O.V.Розглянута взаємодія лазерного випромінювання з речовиною. Для маркування неметалевих матеріалів використовують нагрівання нижче температури розм’якшення, термічна обробка потребує нагрівання до температур вище температури фазових перетворень, лазерне різання металів відбувається при нагріванні вище температури плавлення, а гравірування – вище температури плавлення або випаровування. Вибір лазера для проведення певного виду обробки визначається специфікою впливу лазерного випромінювання на даний матеріал і особливостями поставленого технологічного завдання. Все більше використання в промисловості знаходить лазерне випромінювання УФ-діапазону з довжиною хвилі λ = 355 нм, яке можна одержати за рахунок генерації третьої гармоніки. Надані рекомендації з використання малопотужних імпульсних лазерів УФ-діапазону при маркуванні, гравіруванні, різанні металевих та неметалевих матеріалів та поверхневому гартуванні сталей. В роботі наведені результати дослідження впливу довжини хвилі лазерного випромінювання на гравірування металів. Проведені дослідження свідчать, що гравірування променем з довжиною хвилі випромінювання λ = 0,355 мкм дозволяє одержати якісне зображення без оплавлення поверхні. Завдяки тому, що випромінювання з довжиною хвилі λ = 0,35 мкм однаково добре поглинається металами і діелектриками, УФлазери можуть застосовуватися для роздільних операцій в мікроелектроніці, наприклад, для різання гнучких друкованих плат з високою якістю. Зменшення діаметру плями фокусування УФ-лазеру у порівнянні з фокусуванням СО2-лазеру дозволяє знизити потужність випромінювання і проводити більш якісне різання. Порівняння термічного зміцнення сталей об'ємним гартуванням, лазерним гартуванням з оплавленням, лазерним гартуванням УФ-випромінюванням показало високу ефективність гартування УФвипромінюванням. Лазерну обробку в УФ-діапазоні раціонально застосовувати для локального поверхневого зміцнення деталей паливної апаратури, різальних інструментів.Item Threshold Conditions for 1-D Model of Laser with Partial Active Region(Sumy State University, 2024) Herasymov, S.S.; Hnatenko, O.S.; Dukhopelnykov, S.V.; Herasymova, D.O.У роботі розглянуто порогові умови для шаруватої плоскопаралельної моделі лазера, що складається з резонатора, заповненого підсилювальним матеріалом. Моди генерації можна розглядати як природні моди з чисто реальними частотами, іншими словами, як розв’язки рівнянь Максвелла без джерела випромінювання. Щоб дослідити частоти випромінювання, характерні для мод, і значення порогового індексу посилення, ми застосовуємо підхід лазерної задачі на власні значення. Використовуючи цей підхід, ми шукаємо згадані значення як компоненти двокомпонентних власних значень конкретної гармонійної у часі електромагнітної граничної задачі, де активна область представлена та характеризується уявною частиною показника заломлення матеріалу підсилення. Отримані результати пояснюють вплив вибору матеріалу посилення. Крім того, було отримано наближений вираз для підсилення на нормовану довжину хвилі для порогових мод і показано узгодження з траєкторіями мод генерації для відносної товщини активної області, що змінюється. Цей аналіз може бути корисним для оптимізації продуктивності лазера завдяки досягненню нижчого порогу, що веде до більшої вихідної потужності, і що є вирішальним, наприклад, для промислового та військового застосування лазерних пристроїв.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.