CC BY
65
Примечание 2. Максимальная мощность банка проверочных матриц Н достигается при Р = А1, I = 0,п -1, если (т хт) -матрица А имеет неприводимый характеристический ММ и принадлежит показателю ц = 2т -1.
Для подтверждения основного результата приведем иллюстративный пример. Рассмотрим ПЗК, задаваемый неприводимым ММ g (х) = х + х +1. Тогда ППК характеризуется следующими компонентами:
Н
1 0 1 1 1 1 1 1 0 011 1 0 0 010 0 0 1
О =
1 0 0 0 1 0 1 1 0
0 0 0 1 0 1 1
0 10 0 11 0 0 10 11
А =
010 101 1 0 0
причем условие (1) выполняется, и матрица А принадлежит показателю ц = 2™ -1 = 23 -1 = 7 .
1 0 1
Сформируем проверочную матрицу Н согласно утверждению У.2, приняв Р = А4 =
Н = НР
1 0 1" "0 0 1"
1 1 1 0 1 0
1 1 0 "1 1 1" 1 0 0
0 1 1 0 1 1 = 1 0 1
1 0 0 1 1 0 1 1 1
0 1 0 0 1 1
0 0 1 1 1 0
при этом выполняется условие утверждения У.1 ОН = О , т.е. пара матриц (р,Н) порождает ПЗК. Полученный банк проверочных матриц позволяет обеспечить скрытность процесса ППК.
1. Ушаков А.В., Яицкая Е.С. Рекуррентное систематическое помехозащитное преобразование кодов: возможности аппарата линейных двоичных динамических систем // Изв. вузов. Приборостроение. -2011. - Т. 54. - № 3. - С. 17-25.
2. Ушаков А.В., Яицкая Е.С. Динамическое наблюдение нелинейных двоичных динамических систем // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2010. - Т. 68. - № 4. - С. 38-44.
Ушаков Анатолий Владимирович - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, доктор технических наук, профессор, [email protected]
Яицкая Елена Сергеевна - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, [email protected]
УДК 535.374
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГЕНЕРАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЭРБИЕВЫХ МИКРОЛАЗЕРОВ С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ И.Н. Дубинкин, М.В. Иночкин, Н.И. Лонщакова, В.В. Назаров, Д.Ю. Сачков,
Л.В. Хлопонин, В.Ю. Храмов
Впервые реализована генерация малогабаритного Ег:УЪЕ-лазера с диодной накачкой в режиме пассивной модуляции добротности резонатора, осуществляемой при помощи кристалла Ее2+:7пБе, получены моноимпульсы с энергией 2,9 мДж и длительностью 30 нс на длине волны 2,81 мкм.
Ключевые слова: эрбий, лазер, селективная накачка, Ее2+:7пБе, пассивная модуляция добротности.
Исследование процессов генерации эрбиевых кристаллов в области 3 мкм представляет интерес в связи с перспективностью использования излучения данного спектрального диапазона в области медицины. В рамках настоящей работы продолжены исследования параметров генерации малогабаритного лазера на кристалле Ег:УЬБ с диодной накачкой, работающего в режиме пассивной модуляции добротности [1]. В качестве пассивного затвора использован перспективный кристалл Бе2+:2п8е. В экспериментах достигнуто значение импульсной мощности 100 кВт, что, по сведениям авторов, на данный момент является наилучшим результатом времени для малогабаритных Ег:УЬБ с диодной накачкой.
Для экспериментов с диодной накачкой был выбран кристалл Er:YLF, так как время жизни муль-типлета 4/11/2, являющегося верхним лазерным уровнем трехмикронного перехода иона Er3+, в данном кристалле (4 мс) существенно превышает соответствующие времена жизни в кристаллах YAG (0,1 мс) и YSGG (2 мс). Схема экспериментального лазера приведена на рис. 1. В качестве источника накачки использовалась матрица лазерных диодов 1, рассчитанная на работу в импульсно-периодическом режиме при длительности импульса до 1 мс. Импульсная мощность излучения матрицы при максимальном токе накачки составляла 700 Вт, средняя длина волны излучения - 975 нм при температуре корпуса матрицы 25°С, ширина спектра в рабочем режиме была порядка 6 нм.
1 2 3 4 5 6
Рис. 1. Схема экспериментального Er:YLF-лазера с системой продольно-поперечной накачки активной среды: 1 - матрица лазерных диодов; 2 - микролинзы, 3 - призма полного внутреннего отражения;
4 - активный элемент (Er:YLF); 5 - Fe "^пБе-затвор; 6 - выходное зеркало
Активный элемент лазера 4 (Бг:УЬР) имел форму цилиндра с размерами 02*35 мм. Концентрация активатора составляла 15% ат. На один из торцов активного элемента было нанесено диэлектрическое покрытие, выполняющее роль глухого зеркала для излучения генерации и просветляющего покрытия для излучения накачки. На второй торец было нанесено просветляющее покрытие.
Ввод излучения накачки в активный элемент осуществлялся по продольно-поперечной схеме, реализованной при помощи системы призм полного внутреннего отражения 3. Для наилучшего согласования диаграммы направленности излучения матрицы диодов накачки с геометрией осветительной призмы на выходном окне матрицы 1 были установлены микролинзы 2, коллимирующие излучение вдоль быстрой оси излучения лазерных диодов. Согласно результатам численного моделирования эффективность данной схемы осветителя составляла не менее 70%. Охлаждение активного элемента и диодной матрицы осуществлялось проточной водой.
Резонатор лазера был образован плоским глухим зеркалом, напыленным на торце активного элемента, и внешним сферическим выходным зеркалом 6. Длина резонатора составляла 10 см. В экспериментах использовался пассивный затвор, выполненный в виде плоскопараллельной пластины толщиной 1,85 мм. Начальное пропускание излучения я-полязации, падающего на затвор под углом Брюстера (68°), составляло 0,88 (на длине волны 2,81 мкм). Материалом затворов служили монокристаллы Бе2+:2п8е, выращенные из паровой фазы методом свободного роста на монокристаллическую затравку с использованием химического транспорта в водороде [2]. Легирование ионами Бе2+ осуществлялось непосредственно в процессе роста.
delay
ь
гч-.i----г.,-_-. -f-a-r.........-■............-■ — -----
Г ........ Тl^il^lpj —-\ в* №MJ и*ф*н
п J i—
/ f \ Г
/ —i— х ! L .
0 у \ \ rwfw? ■ ■■*
гл \
_/ х_
Развертка -294 us] Синхрон1ИШН|
РпмдасСф л.шм н -тгтггг 20 0 risidn »£ I0GSJ |,00 kS 100 gs/div 5.0 MS/s Стоп 6.80 mV Edge Положит
Рис. 2. Осцилограмма импульса генерации Er:YLF-лазера в режиме пассивной модуляции добротности
резонатора затвором на кристалле Fe2+:ZnSe
Предварительные эксперименты показали, что применение неселективного выходного зеркала 6 с близкими коэффициентами отражения в области 2,6-2,9 мкм приводит к последовательной генерации импульсов излучения на трех длинах волн: 2,66 мкм, 2,71 мкм и 2,81 мкм. Для получения импульсов ге-
нерации лазера только на длине волны 2,81 мкм, наиболее близкой к центру пика поглощения воды в составе биотканей [3], в резонатор лазера должен быть установлен спектрально-селективный элемент, увеличивающий потери для длин волн, лежащих в коротковолновой области контура усиления. В качестве такого элемента может быть использовано выходное зеркало 6 с селективным коэффициентом отражения в требуемой области спектра. Коэффициент отражения селективного зеркала 6, примененного в данной работе, на рабочей длине волны 2,81 мкм составлял 0,92, монотонно убывая в коротковолновой области спектра до значения 0,5 на длине волны 2,66 мкм.
В эксперименте были получены моноимпульсы с энергией 2,9 мДж, длительностью 30 нс (рис. 2) и пиковой мощностью 96 кВт. Длина волны генерации составляла 2,81 мкм. Время задержки начала генерации относительно начала импульса накачки составляло 450 мкс. При увеличении длительности импульса накачки до 800 мкс наблюдалась генерация серии из трех моноимпульсов общей энергией 6,7 мДж.
Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы», грант № РНП 2.1.2/4302.
1. Akimov V.A., Frolov M.P., Korostelin Yu.V., Kozlovsky V.I., Landman A.I., Podmar'kov Yu.P., Voronov A.A. Vapour growth of II-VI single crystals doped by transition metals for mid-infrared lasers // Phys.Stat.Sol. (c). - 2006. - V. 3. - № 4. - Р. 1213-1216.
2. Shori R.K., Walston A.A., Stafsudd O.M., Fried D., Walsh J.T. Quantification and Modeling of the Dynamic Changes in the Absorption Coefficient of Water at X = 2,94 |im // IEEE J. on selected topics in quant. electron. - 2001. - V. 7(6). - Р. 959-970.
3. Жилина В.С., Сачков Д.Ю., Храмов В.Ю. О многочастотной генерации EnYLF-лазера с диодной накачкой и пассивным FeiZnSe-затвором // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2010. - Т. 66. - № 2. - С. 124.
Дубинкин Илья Николаевич - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected]
Иночкин Михаил Владимирович - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, кандидат физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, [email protected] Лонщакова Наталья Игоревна - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected]
Назаров Вячеслав Валерьевич - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, [email protected] Сачков Дмитрий Юрьевич - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, [email protected]
Хлопонин Леонид Викторович - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, [email protected] Храмов Валерий Юрьевич - Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, [email protected]
УДК 531.383.001.4
РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНОГО УДАРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ Д.П. Елисеев, В.П. Серебряков, А.П. Чапурский
Обоснована возможность создания малогабаритного ударного стенда для испытаний микромеханических датчиков на ударные импульсы высоких уровней (тысячи g), разработаны методики выбора принципиальных и схемных решений. Рассчитаны основные параметры разрабатываемого стенда, показана возможность достижения ускорения более 10000 g при сравнительно небольших скоростях соударения и допустимой длительности удара. Предварительные расчеты показали, что при расширении пределов изменения параметров стенда и оптимизации конструкции, можно повысить уровень воспроизводимых ускорений в 3-4 раза. Ключевые слова: микромеханический гироскоп, удар, стенд, ускорение.
В настоящее время микромеханические инерциальные датчики (гироскопы и акселерометры) выпускаются серийно и нашли широкое применение. Малые массы и габариты, низкое энергопотребление и невысокая стоимость микромеханических датчиков создают возможности их использования в широком классе систем навигации и управлении движением [1]. Расширение областей их применения требует повышения их ударопрочности и ударостойкости. Реальные уровни этих показателей должны подтверждаться испытаниями. Испытания обычно требуются на многих этапах отработки опытных образцов.
Существующее испытательное оборудование, стенды для испытаний не приспособлены для оперативных испытаний микромеханических приборов, их громоздкие конструкции создавались для испытаний крупногабаритных приборов и комплексов. Эти установки занимают большие площади и потребляют много электроэнергии, проведение испытаний на них требует значительных временных и финансовых затрат. Такое оборудование не позволяет оперативно, на последовательных этапах разработки, осуществлять испытания вновь создаваемых или усовершенствованных вариантов микромеханических при-
