Научная группа «Новые функциональные материалы и датчики»

Филимонов Алексей Владимирович
  • Ученая степень
    доктор физико-математических наук
  • Ученое звание
    профессор

Подробное описание

Актуальность

Основной задачей проекта является создание миниатюрного импульсного оптического излучателя на инфракрасном лазерном диоде с длительностью импульса районе одной наносекунды и импульсной мощностью более 30Вт на основе эффекта высокоэффективного лавинного переключения в биполярных кремниевых транзисторах и конструктивных, компонентных и схемотехнических решений, позволяющих контролировать переходные процессы. На сегодняшний день в дальнодействующих оптических радарах применяются импульсные излучатели на основе полупроводниковых лазеров с характерной мощностью порядка 30Вт и длительностью импульса 5-10 нс. Такие системы обеспечивают разрешение порядка одного метра. Однако частотные характеристики приемных трактов радаров уже на порядок превосходят возможности таких излучателей. Задача создания излучателей дециметрового разрешения является весьма актуальной, но чрезвычайно сложной в реализации на основе традиционных принципов. Это связано с тем что современные драйверы не способны обеспечить достаточно высокие токи переключения в районе одной наносекунды когда требования миниатюрности и дешевизны являются решающими.

Научная и практическая значимость

В нашем проекте на основе глубокого понимания физических процессов быстрого лавинного переключения при сверхвысоких плотностях тока будет продемонстрирован надежный наносекундный излучатель, который даже при длительности импульса 1 нс обеспечит оптическую пиковую мощность 30 Вт, а при управляемом получении более длительного импульса до двух наносекунд может превосходить 100 Вт. Уже при мощности 30 Вт и длительности импульса 1 нс предлагаемых в этом проекте излучатель позволяет реализовать оптический радар на расстояния до нескольких сотен метров/одного километра с разрешением в один дециметр при использовании однофотонных лавинных фотодиодов в приемном тракте. В предлагаемом нами подходе дальнейшее увеличение мощности лазерного импульса до 100 Вт и более при сохранении наносекундной длительности лишь вопрос времени, что увеличит дальность радаров с дециметровым разрешением до нескольких километров при использовании нашего уникального в Мире, миниатюрного, надежного и дешевого источника.

Краткое описание результатов

Предлагаемый лавинный драйвер может обеспечить генерацию не только нано-, но и суб-наносекундных сильноточных импульсов тока для питания лазерных диодов, что однако представляется не вполне целесообразным, т.к. длительность токового импульса становится сравнимой со временем задержки включения лазерного диода вызывая релаксационные колебания интенсивности излучения. Применение этого режима в мощных лазерах с широким полоском приводит к трудно контролируемым нестабильностям и вряд ли подходит для практических приложений. Намного перспективнее дальнейшее повышение мощности лазерного импульса наносекундной длительности, что вполне реалистично путем последовательного соединения лазерных диодов внутри одного чипа и последовательного соединения двух-трех чипов и результатом проекта может стать проведение ОКР с целью создания ряда импульсных генераторов для оптических радаров дециметрового разрешения.

Используемые ресурсы и оборудование

Используется оборудование НОЦ «ФНК» СПбПУ:

  • Ультраширокополосный диэлектрический спектрометр с криосистемой типа turnkey broadband system NOVOCONTRO
  • Диэлектрическая спектроскопия в широкой частотной области. Ультраширокополос-ный диэлектрический спектрометр (10-5 ÷ 2 107 Гц) с криосистемой типа turnkey broadband system NOVOCONTROL CONCEPT 80, температурный диапазон 100К ÷ 700К.
  • Атомная силовая микроскопия с возможностью работы по методикам магнитно-силовой микроскопии, силовой микроскопии пьезоотклика, а также в режиме латеральных сил. Комплексная система attoAFM I - Cryogenic Microscope System – криогенный сканирующий силовой микроскоп, автономный криостат до 4К, сверхпроводящий магнит до 9,5 Тл.
  • Нейтронная дифракция. Многодетекторный нейтронный порошковый дифрактометр для исследований в диапазоне температур от 3К до 650К.
  • Неупругое рассеяние нейтронов. Трехосный нейтронный спектрометр на реакторе ВВР-М.
  • Рассеяние синхротронного излучения. Использование центров коллективного пользования в России, Европе и США на конкурсной основе. Опыт использования приборной базы РНЦ КИ, APS (США), ESRF (Франция), SPring-8 (Япония).
  • Дифракция рентгеновского излучения. Монокристальный рентгеновский дифрактометр SuperNova (Agilent) для работы на двух длинах волн, с использованием высокоинтенсивных источников излучения, с быстрым позиционно-чувствительным детектором ATLAS и приставкой Cobra plus и HeliJet, обеспечивающей измерения в интервале температур 15 – 500К.

Трудоустройство и партнеры

Партнеры и организации, заинтересованные в результатах работы

  • Московский институт электронной техники (МИЭТ)
  • ФТИ им. А.Ф, Иоффе РАН
  • ПИЯФ им. Б.П. Константинова
  • Университет Оулу, Финляндия
  • Институт Лауэ-Ланжевена (ILL), Гренобль, Франция