ЛАБОРАТОРИЯ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

В лаборатории проведен широким круг исследований по физике газовых разрядов Создана модель формирования объемного разряда. позволяющая объяснить факты, ранее не поддававшиеся трактовке: контракцию разряда на ранней стадии, наличие нижней границы зажигания объемного разряда, эффект полярности разряда с плазменными электродами и т.д. Предложена и экспериментально обоснована модель химико-ионизационной неустойчивости, ведущей к контракции разряда. Разработаны новые методы повышения энергетики объемных разрядов. Выполнены исследования плазмохимических процессов, динамит формирования электромагнитного излучения, состава компонент активной среды позволили создать ряд газовых лазеров, обладающих улучшенными характеристиками. Разработаны численные модели расчета их энергетических и временных характеристик.

Импульсно-периодический СО₂-лазер "НИЭЛ-20"

Созданы:

Импульсно-периодический СО2, лазер «ЛАЭРТ», накачиваемый комбинированным разрядом со средней мощностью излучения 1 кВт, частотой следования импульсов до 1200 Гц, регулируемый длительностью импульса излучения 150-600 мкс, способный длительное время работать в отпаянном режиме.
Импульсно-периодический СО2 лазер «НЭИЛ-20» со средней мощностью излучения 10 кВт, частотой следования импульсов до 500 Гц, энергией в импульсе до 200 Дж и регулируемой длительностью импульсов излучения 300-1200 мкс.
Серия импульсно-периодических TEA СО2 лазеров высокого давления «ИГЛА» с энергией излучения а импульсе до 1,5 Дж, частотой следования импульсов до 100 Гц и длительностью импульса излучения 0,1-20 мкс, оснащенных системой восстановления газовой смеси.
Эксимерные лазеры ЭРЛ со средней мощностью излучения до 25 Вт, частотой следования импульсов до 250 Гц и длительностью импульса 50 нс с системой восстановления газовой смеси, не требующей использования криогенных температур.

Импульсная катодолюминесценция

Импульсная катодолюминесценция (ИКЛ) твердых тел - новый, открытый и исследованный в ИЭФ УрО РАН вид люминесценции, с яркостью, в тысячи раз превышающей яркость других видов люминесценции. ИКЛ возбуждается при облучении диэлектриков наносекундными пучками электронов с энергией 100-200 кэВ при потоке импульсной мощности пучка более 10 МВт/см2.

ИКЛ характеризуется следующими особенностями:

возбуждение люминесценции осуществляется в воздухе при комнатной температуре без специальной подготовки образцов,
в образцах не возникают необратимые дефекты;
люминесценция имеет стабильный информативный спектр;
высокая чувствительность к содержанию примесных ионов;
возможность проведения анализа чистоты и дефектного состава образцов
Направления исследований и применения эффекта ИКЛ:
неразрушающий люминесцентный анализ,
исследование механизмов миграции энергии возбуждения и трансформации примесных ионов;
разработка и изготовление настольных автоматизированных импульсных катодолюминесцентных спектрографов.

Примером технической реализации прибора на основе эффекта ИКЛ является спектроанализатор «КЛАВИ». В кристаллах, стекле, керамике, порошке и жидкости люминесценция возбуждается электронным пучком длительностью 1,5 нс с энергией электронов 140-150 кэВ и током 0,3 кА. Область регистрируемого спектра люминесценции – 360 - 850 нм, обратная линейная дисперсия фотоприемника 0,3 нм/канал ПЗС-линейки, аппаратная функция - менее 1,2 нм.

Импульсный катодолюминесцентный спектрограф "КЛАВИ"

Этот прибор на основе малогабаритного электронного ускорителя РАДАН-ЭКСПЕРТ отличается компактностью и малым уровнем электромагнитных помех, что делает возможным его интеграцию с комплексом компьютерной обработки спектров, оперативное развертывание и использование в нестационарных условиях.

Нанотехнологии

Для получения слабо агрегированных нанопорошков сложных составов предложено и реализовано использование импульсно-периодического СО2-лазера с регулируемой формой и длительностью импульса излучения, обеспечивающего испарение материала мишени с последующим синтезом наночастиц в потоке буферного газа. Создан лазерный комплекс по получению нанопорошка, который снабжен автоматическим механизмом контролируемого износа мишени, системой сепарации и сбора порошка Отработана технология получения лазерных мишеней, обладающих низкой теплопроводностью и высокой механической прочностью. Показано, что производительность синтеза нанопорошка зависит от материала и линейно растет по мере увеличения средней мощности лазерного излучения, а размеры получаемых наночастиц практически не зависят от сорта материала и определяются только параметрами импульса лазерного излучения, динамикой и составом буферного газа. Определены технологические режимы, при которых производительность комплекса составляет 15-80 г/час при энергозатратах излучения на уровне 8-30 кВтч/кг.

Испарительная камера установки для синтеза нанопорошка (слева).
Лазерный комплек для получения нанопорошка (слева)

Разработаны основы технологии синтеза ряда нанопорошков, содержащих твердые растворы сложных оксидов: YSZ, SmDCe, GdDCe, а также Nd:YAG. Nd:Y₂O₃, и других. Метод позволяет получать также и метастабильные твердые растворы оксидов, не синтезируемые в равновесных условиях, в частности Al2O3:YSZ. Отличительной особенностью таких порошков является малый средний размер частиц 10-15 нм при узком распределении по размерам: более 98% частиц имеют размеры менее 40 нм. Порошки характеризуются слабой степенью агрегирования и формами частиц, близкими к сферической. Нанопорошки с такими характеристиками перспективны для синтеза керамик с наноразмерной структурой для электролитических и других функциональных применений. Такие керамики находят применение в качестве электролитов топливных ячеек на твердых растворах, для создания керамических активных сред твердотельных лазеров и т.д.