КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 19-79-10096

НазваниеФункциональные преобразователи оптических сигналов в видимом и ближнем ИК диапазонах

РуководительТригуб Максим Викторович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук, Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2024

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (41).

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-608 - Инженерно-технические и информационные автоматизированные системы мониторинга биоресурсов, биосферы и технических систем

Ключевые словаЛазер, высокоскоростная визуализация, активная среда, газовый лазер, оптическая накачка, газоразрядная трубка, усиление, фильтрация, обработка.

Код ГРНТИ29.33.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы скоростного частотно-избирательного преобразования оптических сигналов с сохранением заданного распределения интенсивности. В рамках проекта предполагается решить указанную проблему для оптических сигналов в видимой и ближней ИК области спектра (0,4 – 1,7 мкм). В Проекте 2019 (№19-79-10096) показана актуальность и эффективность использования активных сред на парах галогенидов меди и марганца для построения моностатических и бистатических лазерных активных оптических систем, предназначенных для формирования мощных пучков и получения изображений объектов. На примере визуализации процессов лазерной абляции показаны их конкурентные преимущества над системами визуализации, основанными на лазерной подсветке и регистрации изображений с помощью iCCD камер, снабженных оптико-электронными усилителями (ЭОП, МКП). Экспериментально и теоретически в Проекте 2019 года выявлены эффекты, которые позволят получить принципиально новые характеристики лазерных активных оптических систем в части быстродействия, качества формирования сигналов (численных показателей качества изображений и передачи исходного контраста), а также реализации оперативного управления передаточной функцией в рамках каждого отдельного импульса. Системы предназначены для формирования изображений, а также активного формирования пучков высокой плотности мощности. Для создания таких систем будут использованы функциональные преобразователи на самоограниченных и резонансных переходах атомов металлов, возбуждаемых различными методами. Методы возбуждения позволят получить усиления в рамках последовательности импульсов с временным сдвигом на уровне 20 – 200 нс. Объектами исследования являются активные среды на самоограниченных переходах атомов меди, марганца и бария; на резонансных переходах атомов натрия и калия. Среды будут возбуждаться в широком диапазоне частот 10 - 200 кГц. Выбор газовых сред на переходах атомов металлов обусловлен их физическими особенностями, а именно, высоким коэффициентом усиления за один проход (до 0,2 см^-1), минимальными искажениями входного сигнала, высокой спектральной яркостью (частотно-избирательностью) - ширина полосы усиления единицы - десятки пм, относительно высокими частотно-энергетическими характеристиками и работой в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра. Возбуждение сред будет осуществляться с помощью традиционного и барьерного емкостного разряда, а также с помощью оптической накачки. Комплексное исследование функциональных преобразователей как на самоограниченных, так и на резонансных переходах атомов металлов, позволит получить новые фундаментальные знания о механизмах преобразования сигналов в них. Результаты лягут в основу физической модели, описывающей процесс преобразования входного сигнала и дополнят уже имеющиеся данные о процессах формирования усиленного спонтанного излучения и усиленного полезного сигнала. Это является важным как для решения задач проекта, так и для понимания механизма в целом. Практическая значимость проекта заключается в том, что разработанные элементы будут использованы для построения моностатических и бистатических лазерных активных оптических систем визуально-оптической диагностики объектов и технологических процессов, микрообработки материалов, оптической связи и задач оптики атмосферы. В рамках проекта будут разработаны функциональные преобразователи, работающие при высоких частотах повторения импульсов возбуждения (10 – 200 кГц), а также способные формировать последовательности импульсов со сдвигом 20-200 нс. Теоретическая возможность была выявлена исходя из модельных исследований, проведенных в рамках проекта РНФ №19-79-10096. Предполагается внедрение результатов проекта для решения задачи комплексного исследования процессов лазерного испарения мишеней тугоплавких оксидов с необходимым временным разрешением.

Ожидаемые результаты
В ходе проекта ожидается получить следующие научные результаты: 1. Опираясь на результаты исследований режимов работы функциональных преобразователей на переходах атомов меди, марганца, калия и натрия, полученных в рамках выполнения проекта РНФ в 2019-22 годах, будут разработаны подходы для высокочастотного преобразования сигналов (10 – 200 кГц) и возможностью формирования пачки импульсов усиления с временным сдвигом внутри пачки 20-200 нс в активных элементах с диаметром активной зоны не менее 1 см. Результаты будут получены впервые и позволят создать оптико-электронные системы визуализации объектов, обработки материалов, а также оптической связи, характеристики и параметры которых будут уникальными (недоступными ранее) благодаря частотно-избирательным свойствам обозначенных сред и их оптической однородности. Для оценки соответсвия предполагаемых результатов известным аналогам, проведем краткий анализ конкурентных систем. Наиболее близким аналогом являются системы на основе электронно-оптических усилителей (ЭОП, МКП). Для усиления низкого уровня света в ряде случаев применяют электронно-оптические преобразователи (ЭОП), функционирующие за счет ионизации фотокатода и ускорении электронов, энергию которых поглощает люминофор, преобразуя ее в световое излучение [1, 2]. Крупнейшие производители ЭОП находятся как в России [3-6], так и за рубежом [7-9]. В качестве усилителей электронных потоков в современных ЭОП используется микроканальная пластина [2, 10, 11]. ЭОП широко используются в приборах ночного видения, которые находят активное применение в обороне [1, 2, 12, 13]. В частности, о важности приборов ночного видения и их развитии в современной армии пишут сотрудники Сибирского государственного университета геосистем и технологий, г. Новосибирск (Бардачевский Н.Н., Журавлев В.А., Дюков И.В.), а также Новосибирского высшего военного командного училища (Литовченко В.А., Гришаев Д.В.). Также вопрос о современном состоянии приборов ночного видения освещается на тематических конференциях, например, Всероссийской научно-практической конференции «Калашниковские чтения» [14]. Помимо этого, ЭОП используются в медицине [15-19], навигации [20], системах лазерного видения [21], обнаружении коронного разряда и изучении его характеристик [22] и др. В зависимости от области применения различают ЭОП, которые осуществляют преобразования оптических сигналов различного спектрального диапазона (ближний инфракрасный, ультрафиолетовый, рентгеновский) в видимую область спектра. Данный вид устройств прочно занимает свою нишу, в связи с чем их разработка и модификация не утрачивает своей актуальности [23-25]. Помимо перечисленного ЭОПы позволяют изучать энергии плазменных потоков [26, 27], а также процессы горения [28, 29, 30] с точки зрения их эволюции, распространения, ламинарной скорости и т.д. Однако, визуализировать процессы, скрытые от наблюдателя непосредственно самим плазменным потоком или пламенем, с помощью ЭОП практически не представляется возможным. Чтобы осуществить подобное наблюдение требуется комбинирования ЭОП с другими средствами и техническими решениями. Например, в работе [31], ЭОП является составляющим сложной портативной камеры со стробированием. Данная камера содержит импульсный лазерный диод, излучение которого (860 нм) подсвечивает объект наблюдения. Часть отраженного излучения направляется обратно на камеру и поступает на вход объектива, формирующего оптическое изображение. Селективное выделение спектрального диапазона осуществляется полосовым фильтром (λ=860±25 нс). Выделенный сигнал поступает на вход ЭОП, представляющего собой GaAs-трубку III поколения (производство Photonis). За счет стробирования временная фильтрация составила 3 нс, а скорость съемки камеры – 50 Гц. Разработанная камера позволила сформировать изображение человека, находящегося за интенсивным пламенем, в связи с чем авторы подчеркивают перспективность подобных технологий для пожарно-спасательных операций. Важно отметить, что активные оптические системы на парах галогенидов металлов обеспечивают подобный результат с гораздо более высокой степенью селекции, так как они позволяют сформовать и усилить полезный сигнал в спектральном диапазоне менее 10 пм [32], что положительно сказывается на соотношении «полезный сигнал/шум» (SNR). В сочетании со скоростными регистраторами такие системы делают возможным визуализацию процессов в условиях яркого фонового излучения с рекордными ЧСИ (до 700 кГц) [33]. Литература по разделу: 1.Livada B., Peric D. Night vision technology breakthroughts // Paper of 9-th International Scientific Conference on Defensive Technologies – 2020. – P. 1-6. 2.Грузевич Ю.К. Оптико-электронные приборы ночного видения. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2014. – 276 с. 3.Официальный сайт АО «Катод» [Электронный ресурс]. http://katodnv.com/ru/, свободный доступ. – Дата обращения: 04.05.2022. 4.Официальный сайт ЗАО «Экран ФЭП» [Электронный ресурс]. https://www.ekranfep.ru, свободный доступ. –Дата обращения: 04.05.2022. 5.Официальный сайт АО «Экран – оптические системы» [Электронный ресурс]. ekran-os.ru, свободный доступ. – Дата обращения: 04.05.2022. 6.Официальный сайт ООО «МЭЛЗ – ЭВП» [Электронный ресурс]. melz-evp.inni.info, свободный доступ. – Дата обращения: 04.05.2022. 7.Официальный сайт компании «Hamamatsu Photonics» [Электронный ресурс]. https://www.hamamatsu.com/eu/en.html, свободный доступ. – Дата обращения: 04.05.2022. 8.Официальный сайт компании «Photonis» [Электронный ресурс]. photonis.com, свободный доступ. – Дата обращения: 04.05.2022. 9.Официальный сайт компании «Aurora Tactical» [Электронный ресурс]. auroratactical.com, свободный доступ. – Дата обращения: 04.05.2022. 10.Wiza J.L. Microchannel plate detectors // Nuclear Instruments and Methods. – 1979. – V.162. – Iss.1-3. – P. 587-601. DOI: 10.1016/0029-554X(79)90734-1. 11.Li X., Chang L., Zhao H., Qiu Y., Chen J., Zhang Y. Comparison of Resolution Between Super Gen.Ⅱ and Gen.Ⅲ Image Intensifier // Guangzi Xuebao/Acta Photonica Sinica. – 2021. – V. 50 – № 9. – Pp. 260-267. DOI: 10.3788/gzxb20215009.0904003 12.Purohit M., Chakraborty A., Kumar A., Kaushik B.K. Image Processing Framework for Performance Enhancement of Low-Light Image Sensors. – 2021. – V. 21. – №6. – Pp. 8530 – 8542. DOI: 10.1109/JSEN.2020.3044392 13.Nwazor N.O., Orakwue I.S. A review of night vision technology // Australian Journal of Science and Technology. – 2020. – V.4. - №1. – Pp. 265-269. 14.Егорова А.А., Вихарева Н.А. Современное состояние приборов ночного видения // Материалы VII Всероссийской научно-практической online-конференции «Калашниковские чтения». – 2020. – С. 131-133. 15.Maier A., Steidl S., Christlen V., Hornegger J. Medical Imaging Systems: An Introductory Guide. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 11111. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96520-8 16.Howansky A., Lubinsky A.R., Ghose S.K., Suzuki K., Zhao W. Direct measurement of Lubberts effect in CsI:Tl scintillators using single x-ray photon imaging // Proceedings of SPIE. V. 10132. Medical Imaging 2017: Physics of Medical Imaging. Paper № 1013209. DOI: 10.1117/12.2255561 17.Sanctorum J., Van Wassenbergh S., Aerts P., Dirckx J. Technical Note: Correction of geometric x-ray image intensifier distortion based on digital image correlation // Med. Phys., 47: 597-603. 18.Chow J. C. K., Boyd S. K., Lichti D. D., Ronsky J. L. Robust Self-Supervised Learning of Deterministic Errors in Single-Plane (Monoplanar) and Dual-Plane (Biplanar) X-Ray Fluoroscopy // IEEE Transactions on Medical Imaging. – 2020. – V.39. – №6. – P. 2051-2060. DOI: 10.1109/TMI.2019.2963446. 19.Антонов А.В., Воловик В.Е. Асептический некроз головки бедренной кости: этиопатогенез, ранняя диагностика и лечение // Травмотология. – 2019. – Т. 4. – № 6. – С. 60-67. 20.Капустин В.В., Мовчан А.К., Зайцева Е.В., Курячий М.И. Активно-импульсные телевизионные измерительные системы для обеспечения навигации транспортных средств в сложных метеоусловиях // Транспортные системы и технологии. – 2018. – Т. 4. – № 1. – С. 68-83. 21.Кузин Р.С., Анциферов С.А., Авдошин А.В., Гостев И.В., Герасимов А.Ю., Мазанов В.А, Михалкин В.Н. Повышение дальности видимости объектов при помощи электронно-оптического преобразователя // Сборник докладов Одиннадцатой Всероссийской школы для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям. / Под общ. ред. Гаранина С.Г. – Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2018. – 349 с. 22.Yan Wang, Yunsheng Qian. Characteristics of the corona discharge of polymer insulators based on solar-blind ultraviolet images // Opt. Eng. 58(11). – 2019. V. 58. – №11. – Paper number. DOI: 10.1117/1.OE.58.11.113102. 23.Гибин И.С., Котляр П.Е. Электронно-оптический преобразователь изображения с автоэмиссионным фотокатодом // Прикладная физика – 2019 – №3 – С. 31. 24.Гончаров И.Н., Козырев Е.Н., Урумов В.В. Оптимизация усилительной способности двухкамерных электронно-оптических преобразователей // Известия вузов. Электроника – 2019 – Т. 24 – №4. – С. 428-432. DOI: 10.24151/1561-5405-2019-24-4-428-432 25.Bin R., Gangcheng J., Ye L., Zhou Z. Jr., Kai Q., Ye Y., Lei Y., Yuan Y. Research progress of true color digital night vision technology // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. – 2021. – V. 11763. – Paper number 117636C. 26.Krauz, V. I., Vinogradov, V. P., Myalton, V. V., Vinogradova, Y. V., Kharrasov, A. M. Study of momentum and energy of plasma flow generated in plasma focus discharge // Physics of Atomic Nuclei – 2019 – V. 82 – № 7 – P. 1048-1054. DOI:10.1134/S106377881907007X 27.Ravichandran R., Leiser D., Zander F., Löhle S., Matlovič P., Tóth J., Ferrière L. High frame rate emission spectroscopy for ablation tests in plasma wind tunnel // Review of Scientific Instruments – 2021. – V. 92. – Iss. 3. – Paper number 033101. DOI: 10.1063/5.0040801 28.Kouba J., Novotny J., Mulenko M. Comparison of different image intensifiers used for combustion measurement // EPJ Web of Conferences – 2019 – V. 213 – P. 1-6. 29.Jiankun Shao, Rishav Choudhary, Adam J.Susa, David F.Davidson, Ronald K.Hanson. High-speed imaging of n-heptane ignition in a high-pressure shock tube // Proceedings of the Combustion Institute. Volume 38, Issue 1, 2021, Pages 911-918. 30.Daisuke Doi, Hiroshi Seino, Shinya Miyahara & Masayoshi Uno. Visualizing an ignition process of hydrogen jets containing sodium mist by high-speed imaging // Journal of Nuclear Science and Technology. VOL. 56, NO. 6, 521–532. DOI: 10.1080/00223131.2019.1599743 31.Wenzhen Ren, Haibing Qin, Pengcheng Jin, Zhengjun Fang, Zhanjun Yin. Design and implementation of portable rang-gated camera for seeing through the fire // Proceedings of SPIE – Eighth Symposium on Novel Photoelectronic Detection Technology and Applications. – 2022. – V. 12169. – P. 121696J-1 - 121696J-5. DOI: 10.1117/12.2624765 32.Evtushenko G.S., Torgaev S.N., Trigub M.V., Shiyanov D.V., Evtushenko T.G., Kulagin A.E. High-speed CuBr brightness amplifier beam profile // Optics Communications. – 2017. – V. 383. – P. 148–152. – DOI: 10.1016/j.optcom.2016.09.001. 33.Nekhoroshev, V. O., Fedorov, V. F., Evtushenko, G. S., & Torgaev, S. N. Copper bromide vapour laser with a pulse repetition rate up to 700 kHz // Quantum Electronics. – 2012 – V. 42 – Iss. 10. – P. 877-879. DOI:10.1070/QE2012v042n10ABEH014897. 2. Обобщение экспериментальных и теоретических результатов исследований активных сред на самоограниченных переходах атомов металлов (Mn, Cu, Ba) позволит доработать модель, описывающую процесс преобразования входного сигнала с заданным контрастом. Ключевым преимуществом модели является возможность оценки соотношения усиленного спонтанного излучения и усиленного сигнала на выходе функционального преобразователя. Подобная модель будет иметь конкурентные преимущества перед известными моделями, основанными на кинетики активных сред, а подходы могут быть использованы для исследования других сред. 3. Комплексное исследование активной среды на переходах атома марганца, с учетом ранее выявленных закономерностей, позволит достичь экспериментальных результатов, которые послужат основной для разработки пространственно-временной кинетической модели активной среды на переходах атома марганца. Модель будет описывать процесс преобразования сигнала в видимой и ближней ИК области спектра. 4. Будет разработан функциональный преобразователь оптических сигналов на переходах атома бария, а также проведено комплексное исследование его частотно-энергетических и усилительных характеристик. Данная среда является перспективной для реализации лазерных систем ближнего ИК диапазона спектра (1,5 мкм). Результаты будут получены впервые, а предварительные оценки позволяют сделать заключение об их высококй практической значимости для построения оптических систем ближнего ИК диапазона спектра. 5. Будут получены данные об усилительных свойствах сред на парах галогенидов щелочных металлов (Na, К), возбуждаемых оптически, с целью использования в задачах визуально-оптической диагностики. Предлагаемые подходы создания и возбуждения активной среды имеют принципиальные отличия от мировых аналогов в части временных харакетристик импульсов усиления. 6. На основе проведенных исследований будет разработан макет лазерной активной оптической системы для решения научно-практических задач высокоскоростной диагностики, обработки материалов в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра. Получены результаты применения макета для исследования динамики лазерного испарения тугоплавких оксидов. По результатам работ предполагается опубликовать не менее 12 публикаций в рецензируемых изданиях, подготовить доклады и выступить на международных и всероссийских конференциях, в том числе специализированных – по оптике, фотонике и физике лазеров. Кроме этого, предполагается подготовка не менее 2 РИД. Практическая значимость результатов будет подтверждена актами внедрения и использования полученных в рамках Проекта 2022 результатов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Для успешной реализации проекта разработаны и изготовлены источники питания и модифицированные системы возбуждения. Ключевой задачей являлось создание действующих макетов источников возбуждения с обеспечением следующих ключевых функции: реализация высокочастотного режима накачки (ЧСИ до 200 кГц) на основе твердотельных (полупроводниковых) коммутаторов; реализация цугового и моноимпульсного режима возбуждения с независимо управляемыми энергетическими и частотно-временными параметрами; реализация двухимпульсной схемы возбуждения с плавной регулировкой временной задержки между импульсами накачки в диапазоне десятки - сотни нс. Для реализации нетипичных режимов накачки, в том числе моноимпульсных, разработана схема с тремя источниками питания. Максимальное напряжение заряда накопительного конденсатора каждого источника 15 кВ. Частота следования импульсов варьируется, максимальное значение определяется коммутатором и составляет 15 кГц. Для реализации нетипичных режимов возбуждения схема позволяет формировать цуг импульсов. Работоспособность проверена при реализации моноимпульсного режима накачки активной среды на переходах атома меди. Исследования проводились для CuBr+Ne и CuBr+Ne+HBr сред. Увеличение задержки между последним импульсом цуга и импульсом возбуждения приводит к следующим результатам: (1) Увеличивается длительность импульса генерации. При задержке порядка 500 мкс, длительность увеличивается в 2 раза относительно импульсно-периодического режима. При этом энергия импульса генерация без добавки HBr при указанной задержке совпадает с энергией генерации при нулевой задержке. Максимальные длительности импульсов составляют 250 нс и 300 нс для CuBr+Ne и CuBr+Ne+HBr сред соответственно. (2) Зависимости энергии импульсов генерации от времени релаксации для сред CuBr+Ne и CuBr+Ne+HBr отличаются. Отличие заключается в наличии максимума энергии генерации при релаксации порядка 200 мкс. Энергия излучения CuBr+Ne+HBr среды линейно спадает с увеличением времени релаксации. (3) Впервые получена генерация при задержках между импульсами возбуждения 2200 мкс для CuBr+Ne и 5000 мкс для CuBr+Ne+HBr. При этом предимпульсные концентрации электронов для этих двух случаев одинаковы и составляют 2*(10^11)см-3. (4) Увеличение задержки между импульсом возбуждения и последним импульсом цуга приводит к увеличению задержки между началом импульсов возбуждения (импульсов тока и напряжения) и генерации. Максимальное значение составляет 300 нс. Для высокочастотного возбуждения разработан и изготовлен источник на основе транзисторов. Рабочим режимом для источника является: выходное напряжение преобразователя постоянного напряжения - 200 В, напряжение на накопительных конденсаторах - 400 В, Напряжение на холостом ходу на вторичной обмотке трансформатора - 8000 В. Управление источником возбуждения осуществляется от системы управления, включающей в себя микроконтроллер STM32F100RB с подготовленным программным обеспечением. Важным аспектом является согласование момента открытия ключевых элементов. Это обеспечивается за счет разработанного трансформаторного драйвера. Максимальное рассогласование импульсов управления на затворах транзисторов не превышает 2 нс. Предложенное техническое решение было запатентовано. Апробация источника проведена при возбуждении активного элемента на парах бромида меди. Активный элемент – газоразрядная трубка (ГРТ) с внутренним диаметром 1,6 см, длинной активной зоны 25 см и давлением буферного газа 30 Торр. За счет оптимизации разрядного контура и минимизации паразитных составляющих импульсного одновиткового трансформатора, были достигнуты скорости нарастания тока и напряжения накачки, достаточные для получения устойчивой генерации на ЧСИ накачки 150 кГц. Данные результаты, насколько нам известно, получены впервые для полностью твердотельного коммутатора. При этом импульсный удельный энерговклад без учета коммутационных потерь составлял 160 мкДж/см3, в этом случае энергия генерации составляла 4,3 мкДж, средняя мощность излучения 650 мВт. Оптимизация режима работы (концентрации CuBr и HBr) позволила получить мощность генерации 1 Вт в режиме регулярных импульсов. Дальнейшие работы будут сфокусированы на повышении эффективности возбуждения за счет оптимизации работы активной среды. Для разработки лазерных активных оптических систем видимого и ближнего ИК диапазонов спектра были изготовлены и исследованы функциональные преобразователи на переходах атома марганца и бария. Изготовлено три активных элемента на переходах атома марганца: на парах хлорида марганца (MnCl2) с традиционной и емкостной накачкой, а также активный элемент на парах бромида марганца (MnBr2). Параметры ГРТ: внутренний диаметр 2 см, длина активной зоны 50 см, давление буферного газа 30 Торр. Впервые экспериментально получено усиление сигнала при возбуждении среды с ЧСИ 52,5 кГц, при этом зафиксированы импульсы в видимом и ближнем ИК диапазонах спектра, ненасыщенный коэффициент усиления составил 0,22 см-1. Далее проведены исследования для активного элемента на парах бромида марганца. Получены экспериментальные результаты для элементов MnBr2+Ne и MnBr2+Ne+HBr. Установлено, что активная среда на парах бромида марганца является более перспективной с точки зрения получения рекордных частотно-энергетических характеристик, а также с точки зрения усиления слабого сигнала. Показано, что водородсодержащие добавки (0,3 торр) позволяют повысить мощность излучения в 2 раза, при этом усиление снижается. Для преобразования сигналов на спектральной линии 1,5 мкм изготовлен активный элемент на парах бария. Длина активной зоны 50 см, диаметр 1,5 см. В рамках этапа проведена подготовка активного элемента. При типичных режимах накачки на ЧСИ 17 кГц зафиксирована мощность 1 Вт. Разработан действующий макет лазерной активной оптической системы для формирования мощных пучков с заданным распределением интенсивности. Установлены зависимости контраста формируемых сигналов и их мощности от условий возбуждения и временных параметров работы активных элементов. Экспериментальные зависимости приведены в полнотекстовом отчете. Сопоставление результатов формирования сигналов в моностатическом и бистатическом лазерных мониторах приведено в полном отчете. Отметим, что контраст увеличился с 4,2 до 120 отн.ед. Лазерная активная оптическая система при синхронизации импульсно-периодических режимов работы активных элементов на парах бромида меди обеспечивает выходную мощность излучения 4,5 Вт при мощности входного сигнала 150 мВт. Проведена доработка и верификация модели, описывающей зависимость параметров выходного сигнала функционального преобразователя при различных параметрах входного сигнала и условиях возбуждения. Модель основана на новых экспериментальных данных. Модель обеспечивает согласие с экспериментальными данными (отклонение не превышает 10-30% в зависимости от условий эксперимента). Наиболее точное согласие наблюдалось в случае работы активной среды без водородсодержащих добавок. Проведено комплексное исследование кинетики плазмы в межимпульсный период при больших (более 1 мс) временах релаксации. Модельно показано, что изменение электрических характеристик обусловлено разными факторами в зависимости от длительности времени релаксации. В частности, в первый момент времени изменение обусловлено падением предимпульсной концентрации ионов, а затем – уменьшением концентрации активного вещества из-за ассоциации молекул бромида меди. После большого времени релаксации в одиночном импульсе возможно получить излучение высокой длительности. Нами показано, что первый механизм преобладает до задержек ~1 мс, а дальнейшая релаксация приводит преимущественно к ассоцииации молекул бромида меди и, как следствие, уменьшению концентрации активного вещества. Результаты представлены на профильных конференциях, опубликованы в журналах. Оптика атмосферы и океана, Applied Physics B: Lasers and Optics, Optics and laser technology. Получен документ РИД (Патент на изобретение).

Публикации

1. Кулагин А.Е., Тригуб М.В. Kinetics of the CuBr vapor active medium under non-typical excitation conditions Applied Physics B: Lasers and Optics, (2023) 129:67, P 1-9 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s00340-023-08010-1

2. Тригуб М.В., Васнев Н.А. Особенности формирования изображения в бистатическом лазерном мониторе Оптика атмосферы и океана, 35, №12 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.15372/AOO202212

3. Тригуб М.В., Васнев Н.А. Laser active optical systems based on copper bromide active medium for high contrast and power images active formation Optics and Laser Technology, 2023, 161, 109147. 1-6 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109147

4. Тригуб М.В., Гембух П.И., Васнев Н.А., Шиянов Д.В. Лазерный монитор для одновременной визуализации в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра Оптика атмосферы и океана, 2023. Т. 36. № 03. С. 239–243. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15372/AOO20230310

5. Васнев Н.А., Тригуб М.В. Теоретическая и экспериментальная оценка чувствительности квантового усилителя на парах бромида меди Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции, Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции/ C.1 (год публикации - 2022)

6. Гембух П.И., Васнев Н.А., Шиянов Д.В., Тригуб М.В. Исследование усилительных характеристик активной среды на парах хлорида марганца Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции, Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции. C.2. (год публикации - 2022)

7. Гембух П.И., Шиянов Д.В., Тригуб М.В Высокочастотный усилитель яркости на парах хлорида марганца с емкостным типом возбуждения XXX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2023». Секция «Физика»., XXX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2023». Секция «Физика». Сборник тезисов. С.451-453 — М. Физический факультет МГУ (год публикации - 2023)

8. Карасев Н.В., Суханов В.Б., Тригуб М.В. Активный элемент на переходах атома натрия с индукционным нагревателем Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции, Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции. C.3. (год публикации - 2022)

9. Семенов К.Ю., Васнев Н.А., Тригуб М.В. Влияние стабильности питающего напряжения на параметры активных оптических систем XXX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2023». Секция «Физика», XXX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов—2023». Секция «Физика». С.514-516 (год публикации - 2023)

10. Семенов К.Ю., Гембух П.И., Тригуб М.В. СuBr-лазер с источником многоступенчатого заряда накопительного конденсатора Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции, Лазерно-информационные технологии: труды XXX Международной научной конференции. C.5. (год публикации - 2022)

11. Гембух П.И., Семенов К.Ю., Васнев Н.А., Тригуб М.В. Генератор импульсов для возбуждения активных сред на самоограниченных переходах атомов металлов -, 2795675 (год публикации - )