Архив выпусков

Вопрос загрязнения воды органическими соединениями становится все более актуальным. Для очистки сточных вод от органических красителей используются оксиды полупроводниковых металлов. Однако TiO2 активен только при воздействии УФ-света. Поэтому модификация каталитической системы является важной задачей. В нашем исследовании мы получили наноразмерные композиты Au/TiO2 с использованием фемтосекундной импульсной лазерной абляции в жидкостях. Мы изучили оптические и структурные свойства композитов, а также продемонстрировали их потенциальное применение в качестве фотокатализатора для разложения красителя метиленового синего. Каталитическая активность нанокомпозитов Au/TiO2 оказалась в 1,5 раза выше, чем активность TiO2 в тех же условиях.

Ключевые слова: лазерная абляция, фотокаталитическая активность, диоксид титана, нанокомпозит, фотокатализ, метиленовый синий.

Мартынов И.В.
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник, лаборатория двумерных материалов и наноустройств Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, г. Долгопрудный, e-mail: martynov.iv@mipt.ru.

Новиков С.М.
Кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, лаборатория контролируемых оптических наноструктур, Центр фотоники и двумерных материалов МФТИ, г. Долгопрудный, e-mail: Novikov.s@mipt.ru.

Целиков Г.И.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, лаборатория нанооптики и плазмоники, Центр фотоники и двумерных материалов МФТИ, г. Долгопрудный, e-mail: tselikov.gi@mipt.ru.

Сюй М.В.
Кандидат культурологии, доцент кафедры иностранных языков и коммуникативных технологий, НИТУ МИСИС, г. Москва, e-mail: marinasyuy@mail.ru.

Сюй А.В.
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, лаборатория нанооптики и плазмоники, Центр фотоники и двумерных материалов МФТИ, г. Долгопрудный, e-mail: alsyuy271@gmail.com.

1. Advancing towards universal screening for organic pollutants in waters / F. Hernández [et al.] // J. Hazard Mater. – 2015. – Vol. 282. – P. 86–95.

2. Photocatalysis: an effective tool for photodegradation of dyes – a review / M. Saeed [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. – 2022. – Vol. 29, no. 1. – P. 293–311.

3. Singh C., Goyal A., Singhal S. Nickel-doped cobalt ferrite nanoparticles: Efficient catalysts for the reduction of nitroaromatic compounds and photo-oxidative degradation of toxic dyes // Nanoscale. – 2014. – Vol. 6, no. 14. – P. 7959–7970.

4. Kovacic P., Somanathan R. Nitroaromatic compounds: Environmental toxicity, carcinogenicity, mutagenicity, therapy and mechanism // Journal of Applied Toxicology. – 2014. – Vol. 34, no. 8. – P. 810–824.

5. Synthesis of flower-like TiO2 microsphere/graphene composite for removal of organic dye from water / Y. Wang [et al.] // Mater Des. – 2016. – Vol. 99. – P. 378–388.

6. Khanam S., Rout S.K. Enhanced photocatalytic oxidation of RhB and MB using plasmonic performance of Ag deposited on Bi2WO6 // Chemistry (Switzerland). – 2022. – Vol. 4, no. 2. – P. 272–296.

7. Gopal N.O., Basha M.H. TiO2 nano-flakes with high activity obtained from phosphorus doped TiO2 nanoparticles by hydrothermal method // Ceram Int. – 2018. – Vol. 44, no. 18. – P. 22129–22134.

8. Photocatalytic Activity of TiNbC-Modified TiO2 during Hydrogen Evolution and CO2 Reduction / A.V. Syuy [et al.] // Applied Sciences (Switzerland). – 2023. – Vol. 13, no. 16. – P. 9410.

9. Photocatalytic degradation of organic pollutants using TiO2-based photocatalysts: A review / D. Chen [et al.] // Journal of Cleaner Production. – 2020. – Vol. 268. – P. 121725.

10. Amoli-Diva M., Anvari A., Sadighi-Bonabi R. Synthesis of magneto-plasmonic Au-Ag NPs-decorated TiO2 -modified Fe3O4 nanocomposite with enhanced laser/solar-driven photocatalytic activity for degradation of dye pollutant in textile wastewater // Ceram Int. – 2019. – Vol. 45, no. 14. – P. 17837–17846.

11. In vivo evaluation of safety, biodistribution and pharmacokinetics of laser-synthesized gold nanoparticles / A.L. Bailly [et al.] // Sci Rep. – 2019. – Vol. 9, no. 1. – P. 12890.

12. Laser- synthesized TiN nanoparticles as promising plasmonic alternative for biomedical applications / A.A. Popov [et al.] // Sci Rep. – 2019. – Vol. 9, no. 1. – P. 1194.

Рассматриваются результаты моделирования многомодового интерференционного делителя 2×2 методом распространяющегося пучка и методом разложения по собственным модам в полуаналитической постановке. Оценка точности модели проводилась с помощью сравнения вычисленной мощности в выходных волноводах. Наибольшая относительная погрешность составила 4 % (относительно результата, полученного методом распространяющегося пучка). Таким образом, полуаналитическая модель может использоваться для быстрого прототипирования многомодовых интерференционных делителей и может быть встроена в системы схемного моделирования.

Ключевые слова: многомодовый интерференционный делитель, полуаналитическая модель, метод распространяющегося пучка.

Москалев Д.Н.
Ассистент кафедры «Нанотехнологии и микросистемная техника» Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь, e-mail: MoskalevDm@yandex.ru.

1. Bogaerts W., Chrostowski L. Silicon photonics circuit design: methods, tools and challenges // Laser & Photonics Reviews. – 2018. – Vol. 12, no. 4. – P. 1700237.

2. Bogaerts W., Fiers M., Dumon P. Design challenges in silicon photonics // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2013. – Vol. 20, no. 4. – P. 1–8.

3. Photonic packaging: transforming silicon photonic integrated circuits into photonic devices / L. Carroll [et al.] // Applied Sciences. – 2016. – Vol. 6, no. 12. – P. 426.

4. Optical waveguide theory / A.W. Snyder [et al.]. – London: Chapman and hall, 1983. – Vol. 175.

5. Accelerating passive and active silicon photonics design using multiple numerical techniques / M. Bahl [et al.] // 2018 IEEE 15th International Conference on Group IV Photonics (GFP). – IEEE, 2018. – P. 1–2.

6. Gallagher D., Design P. Photonic CAD matures // IEEE LEOS NewsLetter. – 2008. – P. 8–14.

7. Yu W. Electromagnetic simulation techniques based on the FDTD method. – John Wiley & Sons, 2009. – Vol. 221.

8. Yu W. Advanced FDTD methods: parallelization, acceleration, and engineering applications. – Artech House, 2011.

9. Suitability of BPM simulation for silicon photonics / C. Xu [et al.] // 2021 IEEE 17th International Conference on Group IV Photonics (GFP). – IEEE, 2021. – P. 1–2.

10. Москалев Д.Н., Салгаева У.О., Пономарев Р.С. Разработка интегрально-оптической брэгговской решетки с высокими спектрально-селективными свойствами на основе волноводов их Si₃N₄ // Прикладная фотоника. – 2018. – Т. 5, № 1–2. – С. 121–130.

11. Pregla R. Analysis of electromagnetic fields and waves: the method of lines. – John Wiley & Sons, 2008.

12. Cooney K., Peters F.H. Analysis of multimode interferometers // Optics express. – 2016. – Vol. 24, no. 20. – P. 22481–22515.

13. Ring resonators: Theory and modeling / D.G. Rabus [et al.] // Integrated Ring Resonators: A Compendium. – 2020. – P. 3–46.

14. A semi-analytical method for the S-parameter calculations of an N× M multimode interference coupler / D. Moskalev [et al.] // Photonics. – MDPI, 2023. – Vol. 10, no. 11. – P. 1260.

15. Soldano L.B., Pennings E.C.M. Optical multi-mode interference devices based on self-imaging: principles and applications // Journal of light-wave technology. – 1995. – Vol. 13, no. 4. – P. 615–627.

16. Kawano K., Kitoh T. Introduction to optical waveguide analysis: Solving maxwell's equation and the schrödinger equation. – John wiley & sons, 2004.

17. Combination of beam propagation method and mode expansion propagation method for bidirectional optical beam propagation analysis / K. Hayashi [et al.] // Journal of lightwave technology. – 1998. – Vol. 16, no. 11. – P. 2040.

18. A rigorous 2D approximation technique for 3D waveguide structures for BPM calculations / Y.T. Han [et al.] // ETRI journal. – 2003. – Vol. 25, no. 6. – P. 535–537.

В диапазоне температур 80–300 K исследована фотолюминесценция нанокристаллов Cd_xZn_1-xS (x=0,2 и 0,5), сформированных в пленке Ленгмюра–Блоджетт бегеновой кислоты. В спектрах ФЛ можно выделить два пика: (i) низкоэнергетичный, который является доминирующим и значительно сдвигается при повышении содержания цинка в нанокристаллах и температуры, и (ii) высокоэнергетичный, положение которого слабо зависит от температуры и состава нанокристаллов. Обнаружено, что высокоэнергетичный пик наиболее ярко выражен при повышенных температурах (>290 К). Экспериментальные данные объяснены рекомбинацией через уровни глубоких центров, связанных с собственными дефектами и молекулами бегеновой кислоты на поверхности нанокристаллов.

Ключевые слова: нанокристаллы, метод Ленгмюра-Блоджетт, CdZnS, люминесценция, собственные дефекты.

Свит К.А.
Кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник Лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии полупроводниковых соединений А3В5 Института физики полупроводников им.
А.В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск, e-mail: svit@isp.nsc.ru.

Журавлев К.С.
Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск, e-mail: zhur@isp.nsc.ru.

1. Cotta M.A. Quantum dots and their applications: what lies ahead? // ACS Appl. Nano Mater. – 2020. – Vol. 3, no. 6. – Р. 4920.

2. Фотоника полупроводниковых квантовых точек: прикладные аспекты / А.И. Аржанов, А.О. Савостьянов, К.А. Магарян, К.Р. Каримуллин, А.В. Наумов // Фотоника. – 2022. – Т. 16, № 2. – С. 96–112.

3. Chow W.W., Reitzenstein S. Quantum-optical influences in optoelectronics–An introduction // Appl. Phys. Rev. – 2018. – Vol. 5. – P. 041302.

4. Hines M.A., Guyot-Sionnest P.J. Synthesis and characterization of strongly luminescing ZnS-capped CdSe nanocrystals // J. Phys. Chem. – 1996. – Vol. 100, no. 2. – P. 468–471.

5. Al-Douri Y., Khan M.M., Jennings J.R. Synthesis and optical properties of II–VI semiconductor quantum dots: a review // J. Mater. Sci. Mater. Electron. – 2023. – Vol. 34. – P. 993.

6. Shang Y., Ning Z. Colloidal quantum-dots surface and device structure engineering for high-performance light-emitting diodes // Natl. Sci. Rev. – 2017. – Vol. 4, no. 2. – P. 170–183.

7. Li Y., Bose S., Fan W. Effect of size and shape on electronic and optical properties of CdSe quantum dots // Optik. – 2018. – Vol. 155. – P. 242–250.

8. Charge generation in PbS quantum dot solar cells characterized by temperature-dependent steady-state photoluminescence / J. Gao, J. Zhang, J. van de Lagemaat, J.C. Jonson, M.C. Beard // ACS Nano. – 2014. – Vol. 8, no. 12. – P. 12814–12825.

9. Wang Y.H., Chen Z., Zhou X.Q. Synthesis and photoluminescence of ZnS quantum dots // J. Nanosci. Nanotechnol. – 2008. – Vol. 8, no. 3. – P. 1312–1315.

10. Bright, efficient, and color-stable violet ZnSe-based quantum dot light-emitting diodes / A. Wang, H. Shen, S. Zang, Q. Lin, H. Wang, L. Qian, J. Niu, L.S. Li // Nanoscale. – 2015. – Vol. 7. – P. 2951–2959.

11. Highly responsive ultraviolet sensor based on ZnS quantum dot solid with enhanced photocurrent / S. Premkumar, D. Nataraj, G. Bharathi, S. Ramya, T.D. Thangadurai // Sci. Rep. – 2019. – Vol. 9, no. 1. – P. 18704.

12. Cizeron J., Pileni M.P. Solid solution of Cd_yZn_1-yS nanosized particles: photophysical properties // J. Phys. Chem. B – 1997. – Vol. 101, no. 44. – P. 8887–8891.

13. Synthesis, characterization, band gap tuning and applications of Cd-doped ZnS nanoparticles in hybrid solar cells / U. Jabeen, S.M. Shah, N. Hussian, A. Fakhr-e-Alam, A. Khan, S.U. Khan // J. Photochem. Photobiol. A. – 2016. – Vol. 325. – P. 29–38.

14. Phonon confinement and substitutional disorder in Cd_1−xZn_xS nanocrystals / S. Sahoo, S. Dhara, V. Sivasubramanian, S. Kalavathi, A.K. Arora // J. Raman Spectrosc. – 2009. – Vol. 40, no. 8. – P. 1050–1054.

15. Yukselici H., Persans P.D., Hayes T.M. Optical studies of the growth of Cd_1−xZn_xS nanocrystals in borosilicate glass // Phys. Rev. B. – 1995. – Vol. 52, no. 16. – P. 11763–11772.

16. Sain S., Patra S., Pradhan S.K. Quickest ever single-step mechano-synthesis of Cd_0.5Zn_0.5S quantum dots: Nanostructure and optical characterizations // Mater. Res. Bull. – 2012. – Vol. 47, no. 4. – P. 1062–1072.

17. Alloyed Zn_xCd_1-xS nanocrystals with highly narrow luminescence spectral width / X. Zhong, Y. Feng, W. Knoll, M. Han // J. Am. Chem. Soc. – 2003. – Vol. 125, no. 44. – P. 13559–13563.

18. Фотолюминесценция нанокластеров сульфида кадмия, сформированных в матрице пленки Ленгмюра–Блоджетт / Е.А. Багаев, К.С. Журавлев, Л.Л. Свешникова, И.А. Бадмаева, С.М. Репинский, M. Воелсков // ФТП. – 2003. – Т. 37, № 11. – С. 1358–1362.

19. Langmuir–Blodgett manipulation of size-selected CdSe nanocrystallites / B.O. Dabbousi, C.B. Murray, M.F. Rubner, M.G. Bawendi // Chem. Mater. – 1994. – Vol. 6, no. 4. – P. 216–219.

20. Formation of arrays of free-standing CdS quantum dots using the Langmuir–Blodgett technique / D.Yu. Protasov, W.B. Jian, K.A. Svit, T.A. Duda, S.A. Teys, A.S. Kozhuhov, L.L. Sveshnikova, K.S. Zhuravlev // J. Phys. Chem. C. – 2011. – Vol. 115, no. 41. – P. 20148–20152.

21. Collective fluorescence enhancement in nanoparticle clusters / S. Wang, C. Querner, T. Dadosh, C.H. Crouch, D.S. Novikov, M. Drndic // Nature Commun. – 2011. – Vol. 2, no. 1. – P. 364.

22. CdZnS quantum dots formed by the Langmuir–Blodgett technique / A.G. Milekhin, N.A. Yerukov, L.L. Sveshnikova, T.A. Duda, D.Yu. Protasov, A.K. Gutakovskii, S.A. Batsanov, N.V. Surovtsev, S.V. Adichtchev, C. Himcinschi, V. Dzhagan, F. Haidu, D.R.T. Zahn // J. Vac. Sci. Tech. B. – 2013. – Vol. 31. – P. 04D109.

23. Adachi S. Properties of semiconductor alloys: group-IV, III-V and II-VI semiconductors. – John Wiley & Sons, New York, 2009.

24. Manabe A., Mitsuishi A., Yoshinaga H. Infrared Lattice reflection spectra of II-VI compounds // Jpn. J. Appl. Phys. – 1967. – Vol. 6, no. 5. – P. 593–600.

25. Wang Y., Herron N. Quantum size effects on the exciton energy of CdS clusters // Phys. Rev. B. – 1990. – Vol. 42, no. 11. – P. 7253–7255.

26. Volokhin D.V., Kluev V.G. The size dependence of optical properties in colloidal Zn_xCd_1-xS: Mn quantum dots in gelatin // Phys. E: Low-Dimens. Syst. Nanostructures. – 2020. – Vol. 115. – P. 113709.

27. Wang W., Germanenko I., El-Shall M.S. Room-temperature synthesis and characterization of nanocrystalline CdS, ZnS, and Cd_xZn_1-xS // Chem. Mater. – 2002. – Vol. 14, no. 7. – P. 3028–3033.

28. Azizi S., Dizaji H.R., Ehsani M.H. Structural and optical properties of Cd_1-xZn_xS (x = 0, 0.4, 0.8 and 1) thin films prepared using the precursor obtained from microwave irradiation processes // Optik. – 2016. – Vol. 127, no. 18. – P. 7104–7114.

29. Houtepen A.J., Hens Z., Owen J.S. On the origin of surface traps in colloidal II–VI semiconductor nanocrystals // I. Infante, Chem. Mater. – 2017. – Vol. 29, no. 2. – P. 752–761.

30. Изменение оптических свойств нанокластеров CdS, полученных методом Ленгмюра-Блоджетт, при пассивации в аммиаке / Е.А. Багаев, К.С. Журавлев, Л.Л. Свешникова, Д.В. Щеглов // ФТП. – 2008. – Т. 42б, № 6. – С. 718–725.

Экспериментально изучено влияние конструкции скоростных фотодиодов для систем радиофотоники и передачи сигналов на величину обратного тока диодов. Показано, что мезафотодиоды c барьером Шоттки демонстрируют наименьшие величины обратного тока, превосходя фотодиоды pin-конструкции. Изготовлены фотодиоды со средним по выборке значением обратного тока 0,4 нА при диаметре фоточувствительной мезы 25 мкм. Показано, что величина обратного тока определяется током утечки по боковой поверхности мезаструктур.

Ключевые слова: радиофотоника, телекоммуникации, гетероструктуры, InGaAs, InAlAs, фотодиоды, молекулярно-лучевая эпитаксия.

Гилинский А.М.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск, e-mail: gilinsky@isp.nsc.ru.

Аксенов М.С.
Кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г.Новосибирск, e-mail: aksenov@isp.nsc.ru.

Чистохин И.Б.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г.Новосибирск, e-mail: igor@isp.nsc.ru.

Дмитриев Д.В.
Младший научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г.Новосибирск, e-mail: ddmitriev@isp.nsc.ru.

Торопов А.И.
Кандидат физико-математических наук, главный научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г.Новосибирск, e-mail: toropov@isp.nsc.ru.

Журавлев К.С.
Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г.Новосибирск, e-mail: zhur@isp.nsc.ru.

1. Seeds A.J., Williams K.J. Microwave photonics // Journal of Light-wave Technology. – 2006. – Vol. 24, no. 12. – P. 4628–4641.

2. Microwave Photonics / ed. C.H. Lee. – Boca Raton, FL: CRC Press, 2006. – 440 p.

3. Pan S., Zhang Y. Microwave photonic radars // Journal of Lightwave Technology. – 2020. – Vol. 38, no. 19. – P. 5450–5484.

4. Long-haul analog photonics / V.J. Urick, F. Bucholtz, J.D. McKinney, P.S. Devgan, A.L. Campillo, J.L. Dexter, K.J. Williams // Journal of Lightwave Technology. – 2011. – Vol. 29, no. 8. – P. 1182–1205.

5. Microwave photonics for optical fiber sensors / J. Hervás, A.L. Ricchiuti, W. Li, N.H. Zhu, C.R. Fernández-Pousa, S. Sales, M. Li, J. Capmany // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2017. – Vol. 23, no. 2. – P. 327.

6. Deep learning assisted microwave photonic dual-parameter sensing / X. Tian, L. Zhou, L. Li, G. Gunawan, L. Nguyen, X. Yi. // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2023. – Vol. 29, no. 6. – P. 1–11.

7. Correlation between the failure mechanism and dark currents of high power photodetectors / M.S. Islam, A. Nespola, M. Yeahia, M.C. Wu, D.L. Sivco, A.Y. Cho // IEEE Annual Meeting Conference Proceedings. 13th Annual Meeting. IEEE Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting (LEOS). – 2000. – Vol. 1. – P. 82–83.

8. Мощные высокоскоростные фотодиоды Шоттки для аналоговых волоконно-оптических линий передачи СВЧ-сигналов / А.Л. Чиж, К.Б. Микитчук, К.С. Журавлев, Д.В. Дмитриев, А.И. Торопов, Н.А. Валишева, М.С. Аксенов, A.M. Гилинский, И.Б. Чистохин // Письма в журнал технической физики. – 2019. – Т. 45, № 14. – C. 52.

9. Мощные СВЧ-фотодиоды на основе гетероструктур InAlAs/InGaAs, синтезируемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии / К.С. Журавлев, A.M. Гилинский, И.Б. Чистохин, Н.А. Валишева, Д.В. Дмитриев, А.И. Торопов, М.С. Аксенов, А.Л. Чиж, К.Б. Микитчук // Журнал технической физики. – 2021. – Т. 91, № 7. – C. 1158.

10. High-saturation-current InP-InGaAs photodiode with partially depleted absorber / X. Li, N. Li, X. Zheng, S. Demiguel, J.C. Campbell, D.A. Tulchinsky, K.J. Williams // IEEE Photonics Technology Letters. – 2003. – Vol. 15, no. 9. – P. 1276–1278.

11. Pt-based gate enhancement-mode InAlAs/InGaAs HEMTs for large-scale integration / N. Harada, S. Kuroda, T. Katakami, K. Hikosaka, T. Mimura, M. Abe // Proceedings of Third International Conference Indium Phosphide and Related Materials. – 1991. – P. 377–380.

12. 1.09‐eV Schottky barrier height of nearly ideal Pt/Au contacts directly deposited on n‐ and p+n‐Al0.48In0.52As layers / A. Fricke, G. Stareev, T. Kummetz, D. Sowada, J. Mähnss, W. Kowalsky, K.J. Ebeling // Appl. Phys. Lett. – 1994. – Vol. 65, no. 6. – P. 755–757.

13. Design of high-speed and high-sensitivity photodiode with an input optical waveguide on semi-insulating InP substrate / K. Kato, S. Hata, J. Yoshida, A. Kozen // Proceedings of LEOS Summer Topical Meeting Digest on Broadband Analog and Digital Optoelectronics, Optical Multiple Access Networks, Integrated Optoelectronics, and Smart Pixels. – 1992. – P. 254–257.

14. Чистохин И.Б., Журавлев К.С. СВЧ-фотодетекторы для аналоговой оптоволоконной связи // Успехи прикладной физики. – 2015. – Т. 3, № 1. – C. 92.

15. Passivation of III–V surfaces with crystalline oxidation / P. Laukkanen, M.P.J. Punkkinen, M. Kuzmin, K. Kokko, J. Lång, R.M. Wallace // Appl. Phys. Rev. – 2021. – Vol. 8, no. 1. – P. 011309.

В настоящей работе разбираются модели температурного дрейфа волоконно-оптического гироскопа. Приведены результаты исследования дефектов волоконно-оптического гироскопа, проявляющихся при изменении температуры окружающей среды. Показано, что появление этих дефектов ухудшает эффективность термокомпенсации. По результатам исследования предложена классификация этих дефектов ВОГ, позволяющая разделять, создаваемые на их базе инерциальные навигационные системы по классам точности.

Ключевые слова: волоконно-оптический гироскоп, компенсация дрейфа, вызванного изменением температуры, классификация дефектов.

Колеватов А.П.
Начальник отдела, кандидат технических наук, ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», Пермь, e-mail: passplant@mail.ru.

Ульяновская Т.А.
Начальник сектора, ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», Пермь, e-mail: 4183@oasup.pnppk.ru.

Злыгостева М.П.
Инженер-исследователь, ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», Пермь, e-mail: 321707@oasup.pnppk.ru.

Ившина Ю.В.
Старший преподаватель, Пермский национально-исследовательский политехнический университет, Пермь, e-mail: ivshina@pnppk.ru.

Легостаев С.С.
Начальник сектора, ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания», Пермь, e-mail: legostaev@pnppk.ru.

1. Lefevre H.C. The fiber optic gyroscope // Boston, MA, Artech House, 2014. – P. 343.

2. Burns W.K., Liao P.F., Kelley P. Optical fiber rotation sensing // ed. W.K. Burns. – Boston, MS: Academic Press, 1994. – P. 390.

3. Shupe D.M. Thermally induced non-reciprocity in the fiber-optic interferometer // Applied Optics. – 1980. – Vol. 19, no. 5. – P. 654–655.

4. Mohr F., Schadt F. Bias error in fiber optic gyroscopes due to elastooptic interactions in the sensor fiber // Second European Workshop on Optical Fibre Sensors. Proc. SPIE. – 2004. – Vol. 5502. – P. 410–413.

5. Schadt F., Mohr F. Error signal formation in FOGs through thermal and elastooptical environment influence on the sensing coil // Proceedings of Inertial Sensors and Systems. – 2011. – P. 2.1–2.13.

6. Hocker G.B. Fiber-optic sensing of pressure and temperature // Appl. Opt. – 1979. – Vol. 18, no. 9. – P. 1445–1448.

7. Thermal effects of fiber sensing coils in different winding pattern considering both thermal gradient and thermal stress / W. Ling, X. Li, Z. Xu, Z. Zhang, Y. Wei // Optics Communications. – 2015. – Vol. 356. – P. 290–295.

8. IEEE standard specifying and testing single-axis interferometric fiber optic gyros // IEEE Std 952-2020 (Revision of IEEE Std 952-1997). – 2021. – P. 1–93.

9. Джашитов В.Э., Панкратов В.М. Математические модели теплового дрейфа гироскопических датчиков инерциальных систем. – СПб.: Изд-во ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2001. – 150 с.

10. Hierarchical thermal models of FOG-based strapdown inertial navigation system / V.E. Dzhashitov, V.M. Pankratov, A.V. Golikov, S.G. Nikolaev, A.P. Kolevatov, A.D. Plodnikov, K.V. Koffer // Gyroscopy and Navigation. – 2014. – Vol. 5, no. 3. – P. 162–173.

11. Температурная калибровка бесплатформенной инерциальной навигационной системы по сигналам распределённых термодатчиков / В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов, А.В. Голиков, С.Г. Николаев, А.П. Колеватов, А.Д. Плотников, К.В. Коффер // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2013. – Т. 14, № 7. – С. 42–47.

12. Джашитов В.Э., Панкратов В.М. Математические модели теплового дрейфа гироскопических датчиков инерциальных систем. – СПб.: Изд-во ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2001. – 150 с.

13. Волоконно-оптический гироскоп бесплатформенных инерциальных систем навигационного класса. Разработка, термокомпенсация, испытания / А.П. Колеватов, С.Г. Николаев, А.Г. Андреев, В.С. Ермаков, О.Л. Кель, Д.И. Шевцов // Гироскопия и навигация. – 2010. – № 3. – C. 49–60.

14. Драницына Е.В., Егоров Д.А. Исследование зависимости выходного сигнала волоконно-оптического гироскопа от температуры в составе бескарданного инерциального измерительного модуля // Материалы докладов XIV конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». – 2012. – С. 447–452.

15. Емельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные навигационные системы. – СПб.: Изд-во Концерна «ЦНИИ „Электроприбор“», 2016. – 394 c.

16. Dranitsyna E.V., Gontar D.A. Compensation for the temperature dependence of the fog output signal // International Workshop Navigation and Motion Control (NMC 2021). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2022 – Vol. 1215, no. 1. – P. 012003.

17. Есипенко И.А., Лыков Д.А. Математическая модель теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа и ее экспериментальная верификация // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. – 2017. – № 5. – C. 31–46.

18. Тепловой дрейф волоконнооптического гироскопа / Е.И. Вахрамеев, К.С. Галягин, А.С. Ивонин, М.А. Ошивалов, Т.А. Ульрих // Известия вузов. Приборостроение. – 2011. – Т. 54, № 1. – С. 32–37.

19. Прогноз и коррекция теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа / Е.И. Вахрамеев, К.С. Галягин, А.С. Ивонин, М.А. Ошивалов // Известия вузов. Приборостроение. – 2013. – Т. 56, № 5. – С. 79–84.

20. Методика численного прогнозирования и коррекции теплового дрейфа волоконно-оптического гироскопа / Е.И. Вахрамеев, К.С. Галягин, М.А. Ошивалов, М.А. Савин // Изв. вузов. Приборостроение. – 2017. – Т. 60, № 1. – С. 32–38.

21. Фролов А.В., Михайлов Ю.В., Смирнов С.В. Разработка и валидация методики моделирования теплового и деформированного состояния деталей бесплатформенной инерциальной навигационной системы // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. – 2022. – № 1. – C. 32–48.

22. Алейник А.С. Исследование и повышение точностных параметров волоконно-оптических гироскопов: дис. … канд. техн. наук / Санкт-Петербург. нац. исслед. ун-т информационных технологий, механики и оптики, кафедра физики и техники оптической связи. – СПб., 2012.

23. Пылаев Ю.К. Температурные возмущения бесплатформенной нерциальной навигационной системы с волоконно-оптическими гироскопами: дис. … канд. техн. наук / Институт проблем точной механики и управления РАН (ИПТМУ РАН). – Саратов, 2004. – 263 с.

24. Тарыгин Е.И. Методика калибровки тепловой модели блока чувствительных элементов, состоящего из трёх датчиков угловой скорости // Гироскопия и навигация. – 2019. – Т. 27, № 4. – С. 88–102.

25. Калибровка инерциальных измерительных блоков с оценкой температурных зависимостей по эксперименту с переменной температурой: результаты калибровки БИНС-РТ / А.В. Козлов, И.Е. Тарыгин, А.А. Голован, И.Х. Шаймарданов, А.А. Дзуев // Сб. материалов XXIV Санкт-Петербург. междунар. конф. по интегрированным навигационным системам. – СПб.: Изд-во Концерна «ЦНИИ „Электроприбор“», 2017. – С. 225–228.

26. Метод компенсации температурного дрейфа волоконно-оптического гироскопа с использованием корреляционных связей между показаниями гироскопа и нескольких датчиков температуры / Д.А. Никифоровский, И.Г. Дейнека, И.А. Шарков, И.К. Мешковский // Гироскопия и навигация. – 2022. – Т 30, № 2. – С. 71–80.

27. Исследование влияния тепловых воздействий на работу волоконно-оптического гироскопа / И.К. Мешковский, А.В. Рупасов, В.Е. Стригалев, И.А. Шарков // XXI Международная конференция по интегрированным навигационным системам. Сборник материалов. – СПб.: Изд-во Концерна «ЦНИИ „Электроприбор“». – 2014.

28. Климкович Б.В. Влияние случайной погрешности температурных датчиков на качество температурной компенсации смещения нуля ВОГ нейронной сетью // Гироскопия и навигация. – 2020. – Т. 28, № 4. – C. 53–70.

29. Антонова М.В., Матвеев В.А. Модель погрешности волоконно-оптического гироскопа при воздействии тепловых и магнитных полей // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. – 2014. – № 3. – С. 73–80.

30. К вопросу оценки шумовых составляющих измерительного тракта по методу вариации Аллана / Д.А. Кутовой, О.И. Маслова, С.Ю. Перепелкина, А.А. Федотов // Гироскопия и навигация. – 2015. – № 2. – С. 30–39.

31. Пугачев В.С. Теория вероятностей и математическая статистика. – М.: Физматлит, 2002. – 496 с.

Методика изготовления активных волоконных световодов из кварцевого стекла путем спекания нанопористых стёкол обладает рядом преимуществ перед методами осаждения из газовой фазы (MCVD, OVD). Описаны особенности процесса получения нанопористых стёкол методом двухфазного разделения щелочноборосиликатных стёкол. Приведены примеры легирования редкоземельными элементами спеченных нанопористых стёкол и рассмотрены основные результаты по изготовлению активных волоконных световодов с сердцевиной их основе. Показано, что такие световоды по своим свойствам не отличаются от MCVD-аналогов. В то же время возможно введение больших (более 1 ат.%) концентрации допантов без увеличения кластеризационных эффектов и без заметных флуктуаций показателя преломления стекла сердцевины волоконных световодов.

Ключевые слова: волоконная оптика, изготовление световодов, нанопористые стёкла, MCVD, редкоземельные элементы, волоконный лазер.

Пластинин Е.А.
Научный сотрудник Лаборатории технологии волоконных световодов, обособленное подразделение «Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова» Федерального исследовательского центра «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», г. Москва, e-mail: plastinin.evgeny@gmail.com.

Вельмискин В.В.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории технологии волоконных световодов, обособленное подразделение «Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова» Федерального исследовательского центра «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», г. Москва, e-mail: vvv@fo.gpi.ru.

1. Kao K.C., Hockham G.A. Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies // Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. – IET, 1966. – Vol. 113, no. 7. – P. 1151–1158.

2. A review of the fabrication of optic fiber / X. Wang [et al.] // ICO20: Optical Design and Fabrication. – 2006. – Vol. 6034. – P. 346–354.

3. Nagel S.R., MacChesney J.B., Walker K.L. An overview of the modified chemical vapor deposition (MCVD) process and performance // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1982. – Vol. 30, no. 4. – P. 305–322.

4. Двухфазные стёкла: структура, свойства, применение / О.В. Мазурин, Г.П. Роскова, В.И. Аверьянов, Т.В. Антропова. – Л.: Наука, 1991. – 276 с.

5. Hood H.P., Nordberg M.E. Treated borosilicate glass : пат. 2106744 США. – 1938.

6. Буркат Т.М., Добычин Д.П., Жданов С.П. Адсорбционное обезвоживание низкомолекулярных жирных кислот пористыми стеклами–молекулярными ситами // Доклады Академии наук. Российская академия наук. – 1963. – Т. 150, № 6. – С. 1293–1295.

7. Нефедов П.П., Жмакина Т.П. Влияние температуры, состава растворителя и давления на адсорбцию и хроматографию полистиролов на макропористых стеклах // Высокомолекулярные соединения. – 1981. – Т. 23, № 2. – С. 276.

8. Hammel J.J., Allersma T. Thermally stable and crush resistant microporous glass catalyst supports and methods of making : пат. 3923688 США. – 1975.

9. Hammel J.J., Allersma T. Phase separatable borosilicate glass compositions : пат. 3972720 США. – 1976.

10. NMR study of adsorbate self-diffusion in porous glasses / J. Karger [et al.] // Journal of the American Ceramic Society. – 1983. – Vol. 66, no. 1. – P. 69–72.

11. Aegerter M.A., dos Santos D.I., Ventura P.C.S. Porous glass with high silica content for nuclear waste storage: preparation, characterization and leaching. – 1984.

12. Optical sensitivity of waveguides inscribed in nanoporous silicate framework / Z. Lijing [et al.] //Nanomaterials. – 2021. – Vol. 11, no. 1. – P. 123.

13. Гирсова М.А. Синтез, структура и спектрально-оптические свойства композиционных материалов на основе силикатных пористых стекол, содержащих галогениды серебра или оксиды висмута: дис. канд. наук / Ин-т химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН, 2015.

14. G.H. Beall, G.R. Mansfield, J.W.H. Schreurs, US Patent No. 4395271 (July 23, 1983).

15. Macedo P.B., Litovitz T.A. Method of leaching glass preforms : пат. 4319905 США. – 1982.

16. Mack H., Reisfeld R., Avnir D. Fluorescence of rare earth ions adsorbed on porous vycor glass // Chemical physics letters. – 1983. – Vol. 99, no. 3. – P. 238–239.

17. Hazenkamp M.F., Blasse G. Rare-earth ions adsorbed onto porous glass: luminescence as a characterizing tool // Chemistry of Materials. – 1990. – Vol. 2, no. 2. – P. 105–110.

18. Bufetov I.A., Dianov E.M. Bi-doped fiber lasers // Laser physics letters. – 2009. – Vol. 6, no. 7. – P. 487.

19. Urquhart P. Review of rare earth doped fibre lasers and amplifiers // IEE Proceedings J. (Optoelectronics). – 1988. – Vol. 135, no. 6. – P. 385–407.

20. Colorless transparent fluorescence material: Sintered porous glass containing rare-earth and transition-metal ions / D. Chen [et al.] // Applied Physics Letters. – 2005. – Vol. 86, no. 23.

21. Пак В.Н., Гавронская Ю.Ю., Буркат Т.М. Пористые стекла и наноструктурированные материалы на их основе. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2013. – 129 с.

22. Space-selective control of luminescence inside the Bi-doped mesoporous silica glass by a femtosecond laser / S. Zhou [et al.] // Journal of Materials Chemistry. – 2009. – Vol. 19, no. 26. – P. 4603–4608.

23. Антропова Т.В., Мазурин О.В. Особенности физико-химических процессов проработки двухфазных натриевоборосиликатных стекол в растворах кислот // Физика и химия стекла. – 1990. – Т. 16, № 3. – С. 424–430.

24. Шелби Д. Структура, свойства и технология стекла: пер. с англ. – М.: Мир, 2006. 288 с.

25. Структурные преобразования в термически модифицированных пористых стеклах / Т.В. Антропова [и др.] // Физика и химия стекла. – 2007. – Т. 33, № 2. – С. 154–170.

26. Antropova T.V., Drozdova I.A. Sintering of optical porous glasses // Optica applicata. – 2002. – Vol. 33, no. 1. – P. 13–22.

27. Жданов С.П. О низкотемпературной дегидратации гидратов кремнезема // ЖПХ. – 1962. – Т. 35, № 7. – С. 1620–1621.

28. Буркат Т.М., Добычин Д.П. Распределение оксида бора в поверхностном слое пористого стекла // Физика и химия стекла. – 1991. – Т. 17, № 1. – С. 160–163.

29. Elmer T.H., Chapman I.D., Nordberg M.E. Changes in length and infrared transmittance during thermal dehydration of porous glass at temperatures up to 1200 °C // The Journal of Physical Chemistry. – 1962. – Vol. 66, no. 8. – P. 1517–1519.

30. Elmer T.H. Sintering of porous glass // Journal of the American Ceramic Society Bull. – 1983. – Vol. 62, no. 4. – P. 513–516.

31. Anpo M., Tanahashi I., Kubokawa Y. Photoluminescence and photoreduction of vanadium pentoxide supported on porous Vycor glass // The Journal of Physical Chemistry. – 1980. – Vol. 84, no. 25. – P. 3440–3443.

32. Mack H., Reisfeld R., Avnir D. Fluorescence of rare earth ions adsorbed on porous vycor glass // Chemical physics letters. – 1983. – Vol. 99, no. 3. – P. 238–239.

33. Reisfeld R. Fluorescence and nonradiative relaxations of rare earths in amorphous media and on high surface area supports: a review // Journal of the Electrochemical Society. – 1984. – Vol. 131, no. 6. – P. 1360.

34. Reisfeld R. Spectroscopy and nonradiative phenomena of rare earths in glasses: Future applications // Inorganica chimica acta. – 1984. – Vol. 95, no. 2. – P. 69–74.

35. Reisfeld R., Jørgensen C.K. Excited state phenomena in vitreous materials // Handbook on the physics and chemistry of rare earths. – 1987. – Vol. 9. – P. 1–90.

36. Preparation and spectroscopic properties of Yb-doped and Yb–Al-codoped high silica glasses / Y. Qiao [et al.] // Materials Chemistry and Physics. – 2008. – Vol. 107, no. 2–3. – P. 488–491.

37. Yb³⁺-doped large core silica fiber for fiber laser prepared by glass phase-separation technology / Y. Chu [et al.] // Optics letters. – 2016. – Vol. 41, no. 6. – P. 1225–1228.

38. Photodarkening effect suppression in Yb-doped fiber through the nanoporous glass phase-separation fabrication method / N. Zhao [et al.] // Optical Materials Express. – 2019. – Vol. 9, no. 3. – P. 1085–1094.

39. 3D nanoporous silica rods for extra-large-core high-power fiber lasers / Y. Chu [et al.] // Acs Photonics. – 2018. – Vol. 5, no. 10. – P. 4014–4021.

40. Use of nanoporous glass for the fabrication of heavily bismuth-doped active optical fibres / E.M. Dianov [et al.] // Quantum Electronics. – 2018. – Vol. 48, no. 7. – P. 658.

41. Microstructure, composition, and luminescent properties of bismuth-doped porous glass and optical fiber preforms / L.D. Iskhakova [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2019. – Vol. 503. – P. 28–35.

42. Bismuth-doped optical fiber from nanoporous glass with air cladding / E.A. Plastinin [et al.] // Optical Engineering. – 2022. – Vol. 61, no. 3. – P. 036108–036108.

43. Schultz P.C. Optical absorption of the transition elements in vitreous silica // Journal of the American Ceramic Society. – 1974. – Vol. 57, no. 7. – P. 309–313.

44. Ce-doped porous glass and optical fibers / E.A. Plastinin [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2022. – Vol. 579. – P. 121369.

45. Nanoporous dysprosium-doped glass for active optical fibers of visible range / E.A. Plastinin [et al.] // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2023. – Vol. 50, no. Suppl 2. – P. S213–S219.