автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Разработка технологии создания анализатора поляризации лазерного излучения и датчика углового положения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках

На правах рукописи

Стяпшин Василий Михайлович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ АНАЛИЗАТОРА ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ДАТЧИКА УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ НА ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОМ ЭФФЕКТЕ В НАНОГРАФИТОВЫХ ПЛЁНКАХ

05.11.14 — «Технология приборостроения»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

1 7 МАП 2012

Ижевск - 2012

005044568

005044568

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте механики Уральского отделения Российской академии наук

(ИМ УрО РАН)

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Михеев Геннадий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, доцент,

Соболев Валентин Валентинович,

ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова», профессор

кандидат физико-математических наук, Подшивалов Алексей Алексеевич, Международный учебно-научный лазерный центр МГУ имени М. В. Ломоносова, старший научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное Государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Удмуртский государственный университет»

Защита состоится « 7.9 » мая 2012 г. в 14°° часов на заседании

диссертационного совета ДМ 004.013.02 при Институте механики УрО РАН по адресу: 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института механики УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34.

Автореферат разослан апреля 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Тарасов Валерий Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена исследованию поляризационно- и ориентационно-чувствительного фотовольтаического эффекта (ФВЭ) в нанографитовых плёнках (НГП) для разработки технологических основ создания анализатора поляризации лазерного излучения и датчика углового положения, работающих на новых физических принципах.

Актуальность работы

В экспериментах по разработке и созданию мощных лазерных источников, являющихся неотъемлемой частью современного приборостроения, часто приходится контролировать поляризацию излучения. В простейшем случае для этого используется анализатор поляризации в виде поляризатора с индикатором его углового положения и фотоприёмника с электроизмерительным устройством. Для полного анализа состояния поляризации излучения в состав анализатора поляризации включается четвертьволновая пластинка. Качественные поляризаторы изготавливаются из двулучепреломляющих призм и не могут применяться для световых пучков с широкой апертурой в виду ограничений, накладываемых принципом действия таких поляризаторов. Обычно они имеют апертуру от 5x5 до 10x10 мм. Применение плёночных поляризаторов (поляроидов), имеющих большую апертуру, иногда недопустимо в виду их худших поляризационных характеристик (меньшей степени поляризации), пониженной лучевой стойкости и более узкого спектра пропускания по сравнению с призменными поляризаторами.

Обычно спектр оптического пропускания двулучепреломляющих кристаллов, применяемых в призменных поляризаторах, лежит в диапазоне от ультрафиолета до ближней инфракрасной области. Так кальцит, часто используемый при производстве поляризаторов, оптически прозрачен в пределах от 220 до 2300 нм. Такие поляризаторы и анализаторы поляризации на их основе не могут работать в средней инфракрасной области. В действительности диапазон работы поляризатора дополнительно сужается из-за невозможности обеспечения условия пространственного разделения в нём обыкновенного и необыкновенного лучей на всей протяжённости спектра пропускания.

Кроме того, фотоприёмники, работающие на внутреннем и внешнем фотоэффекте, входящие в состав анализаторов поляризации, также имеют ограниченный спектральный диапазон функционирования. Например, обычный германиевый фотоприёмник, работающий на внутреннем фотоэффекте, не может работать в области длин волн более 2000 нм. Таким образом, для анализа поляризации оптического излучения в широком спектральном диапазоне используются несколько различных поляризаторов, четвертьволновых пластинок и фотоприёмников.

Благодаря высокой направленности излучения лазеры широко используются в составе различных измерительных приборов и устройств, в том числе для определения ориентации объекта в пространстве. Среди оптических датчиков, используемых для определения углового положения, можно выделить лазерные гироскопы, интерференционные и проекционные датчики. Лазерные (в частности, оптоволоконные) гироскопы — это сложные устройства, позволяющие точно

определять угловые перемещения объекта, но требующие периодической калибровки вследствие дрейфа показаний. Интерференционные датчики обладают высокой чувствительностью, однако имеют малый динамический диапазон измеряемых углов. Проекционные датчики обеспечивают измерение углов в широком диапазоне, не требуют когерентного источника излучения, но имеют относительно малое быстродействие, подвержены засветке, работают в относительно небольшом диапазоне температур. Для многих приложений представляет интерес разработка дистанционных датчиков углового положения объекта относительно направления распространения лазерного излучения. Такие датчики могут быть созданы на основе новых материалов, в которых наблюдается ориентационно-чувствительный ФВЭ. Подобные свойства имеют НГП [1,2]. Однако нанографитовый датчик углового положения, предложенный в [3], имеет узкий диапазон измерений углов, чувствителен к внешним механическим воздействиям и флуктуациям мощности лазерного излучения. Поэтому задача модификации свойств НГП для расширения диапазона измеряемых углов и устранения чувствительности датчика к механическим воздействиям и флуктуациям мощности лазерного излучения является актуальной.

Всё выше сказанное диктует необходимость изыскания и испытания новых материалов для создания анализатора поляризации и датчика углового положения на новых физических принципах.

Целью работы является исследование фотовольтаического эффекта в нанографитовых плёнках для разработки технологических основ создания анализатора поляризации лазерного излучения и датчика углового положения.

Для достижения намеченной цели решались следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование ориентационных и поляризационных зависимостей фотовольтаического эффекта в нанографитовых плёнках.

2. Исследование влияния модификации НГП покрытием прозрачной диэлектрической смачивающей жидкостью и внешним механическим воздействием на фотовольтаический сигнал (ФВС).

3. Разработка датчика углового положения на ФВЭ в НГП, нечувствительного к флуктуациям мощности лазерного излучения. Разработка автоматизированного комплекса для калибровки датчика.

4. Разработка анализатора поляризации лазерного излучения на ФВЭ в НГП. Создание и апробация действующего макета анализатора.

Научная новизна результатов, полученных в ходе выполнения диссертационной работы, состоит в следующем:

1. Впервые установлены эмпирические зависимости, описывающие преобразование мощности импульса света в амплитуду импульсного электрического напряжения, возникающего' в НГП, в зависимости от параметров эллиптически поляризованного излучения лазера при ориентации измерительных электродов параллельно и перпендикулярно плоскости падения данного излучения. Определено, что ФВС исчезает при ориентации измерительных электродов параллельно плоскости падения циркулярно-поляризованного излучения.

2. Показано, что модификация НГП покрытием прозрачной смачивающей диэлектрической жидкостью приводит к расширению углового диапазона, в

котором наблюдается монотонное изменение ФВС от угла падения луча лазера на плёнку.

3. Показано, что равномерное однонаправленное механическое «сглаживание» поверхности НГП сопровождается возникновением асимметрии зависимости ФВС от угла падения лазерного излучения.

4. Разработан датчик углового положения стабильный по отношению к флуктуациям мощности лазерного излучения, основанный на регистрации поверхностных токов в НГП, существенно зависящих от ориентации поверхности плёнки относительно направления распространения падающего лазерного излучения, имеющий диапазон измеряемых углов ±75°.

5. Впервые разработан и создан анализатор поляризации лазерного излучения, основанный на регистрации поверхностных токов в НГП, имеющих знакопеременную зависимость от поляризации падающего излучения. Анализатор позволяет определять поляризацию лазерного излучения с большой апертурой в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм.

Практическая значимость работы

Разработанный анализатор поляризации лазерного излучения имеет простую конструкцию, не содержит оптических элементов и работает в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм. Он позволяет анализировать поляризацию излучения большой апертуры. Разработанный датчик углового положения позволяет осуществлять измерения в диапазоне углов ±75° независимо от флуктуаций мощности лазерного излучения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Для эллиптически-поляризованного излучения лазера ФВС в НГП существенно зависит от степени эллиптичности, азимута поляризации, а также от ориентации измерительных электродов относительно плоскости падения лазерного излучения. При ориентации измерительных электродов параллельно плоскости падения циркулярно-поляризованного излучения ФВС исчезает.

2. Для линейно-поляризованного излучения лазера зависимости амплитуды сигнала от угла падения лазерного излучения отличаются друг от друга при расположении измерительных электродов параллельно и перпендикулярно плоскости падения.

3. Модификация НГП покрытием прозрачной диэлектрической смачивающей жидкостью приводит к расширению углового диапазона, в котором наблюдается монотонное изменение ФВС от угла падения луча лазера на плёнку. Данный результат обусловлен, главным образом, процессами преломления излучения в жидкости и отражения от её поверхности.

4. Равномерное однонаправленное механическое «сглаживание» поверхности НГП приводит к возникновению асимметрии зависимости ФВС от угла падения лазерного излучения.

5. Разработанный датчик углового положения на ФВЭ в НГП нечувствителен к флуктуациям мощности лазерного излучения и имеет диапазон измеряемых углов ±75°.

6. Разработанный анализатор поляризации лазерного излучения на ФВЭ в НГП не содержит оптических элементов (четвертьволновых пластинок, поляризаторов) и

не имеет принципиальных физических ограничений по апертуре анализируемого излучения. Анализатор может работать в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм.

Апробация результатов работы

Материалы диссертационной работы докладывались на: Second International Workshop «Nanocarbon Photonics and Optoelectronics», Koli, Finland, 2010; Четвёртой международной научно-практической конференции «Нанотехнологии -производству-2007», Фрязино, 2007; Второй всероссийской конференции с международным интернет-участием «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии», г. Ижевск, 2009; Седьмой конференции молодых учёных «КоМУ-2008», г. Ижевск, 2008; Восьмой всероссийской школе-конференции молодых учёных «КоМУ-2010», г. Ижевск, 2010; Третьей международной конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии», г. Ижевск, 2011; Девятой всероссийской школе-конференции молодых учёных «КоМУ-2011» г. Ижевск, 2011; Двенадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2011.

Работа поддерживалась грантами «Лучшие аспиранты РАН» (грант в области естественных и гуманитарных наук, 2010 год), «Анализатор поляризации лазерного излучения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках» («Конкурс для молодых учёных и аспирантов УрО РАН на получение средств для оплаты участия в научных конференциях», проект 11-1-ТГ-16, 2011 год); «Широкополосный анализатор поляризации лазерного излучения на основе нанографитовой плёнки» («Конкурс инновационных проектов молодых учёных и аспирантов УрО РАН», проект 11-1-ИП-482,2011 год).

Достоверность полученных и представленных в диссертации результатов подтверждается использованием апробированных и обоснованных физических методов, работоспособностью созданных установок, а также общим согласованием с результатами других исследователей. Анализ экспериментальных данных проведён с соблюдением критериев достоверности статистических испытаний и физических измерений.

Личный вклад автора

Результаты диссертационной работы являются оригинальными. Исследования поляризационных и ориентационных зависимостей ФВС в НГП, изложенные в диссертационной работе, выполнены лично автором. Датчик углового положения, нечувствительный к флуктуациям мощности падающего лазерного излучения, и анализатор поляризации лазерного излучения разработаны автором. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены совместно с соавторами опубликованных работ при непосредственном участии соискателя.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы отражено в 23 научных работах, в том числе 7 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации, и 2 патентах РФ на изобретение.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из списка принятых в работе сокращений, введения, четырёх глав с краткими выводами по каждой главе, заключения и списка цитируемой литературы. Материал работы изложен на 120 страницах, включающих 42 рисунка. Список цитированной литературы содержит 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность выбора темы диссертационной работы, сформулированы цель работы, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость работы.

В главе 1 представлен обзор литературы по теме диссертационной работы, рассмотрены существующие анализаторы поляризации лазерного излучения и датчики углового положения, указаны имеющиеся у них недостатки, описаны известные физические эффекты, приводящие к генерации ориентационно- и поляризационно-чувствительной фотоэдс. Глава состоит из трёх разделов.

Первый раздел посвящён явлению поляризации света и рассмотрению приборов для её определения. Приводится обзор поляризационных устройств, описывается классический метод определения поляризации света. Указываются существующие приборы для определения поляризации лазерного излучения и их недостатки.

Во втором разделе главы приведён обзор оптических датчиков углового положения. Даётся их классификация по принципу действия, рассматриваются недостатки.

В третьем разделе изложены основные физические эффекты, ответственные за генерацию фотоэдс, зависящей от поляризации и ориентации падающего излучения: эффект увлечения, поверхностный фотогальванический эффект, эффект оптического выпрямления, циркулярный фотогальванический эффект, термоэдс в тонких плёнках.

Глава 2 посвящена описанию экспериментальной установки, предназначенной для исследования ФВЭ в НГП. Представлены экспериментальные результаты, полученные в ходе исследований ориентационной и поляризационной зависимостей ФВЭ в НГП. Приведены результаты экспериментов по влиянию покрытия из диэлектрической смачивающей жидкости на ФВС в плёнках. Показано, что равномерное однонаправленное механическое давление на поверхность НГП приводит к смещению ориентационных зависимостей ФВС.

Образцы исследуемых плёнок были получены на физическом факультете Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова в лаборатории профессора А. Н. Образцова методом плазмохимического осаждения из смеси метана и водорода на подложку из высокоомного кремния [1]. Плёнки представляют собой пористый материал, основными структурными элементами которого являются пластинчатые кристаллиты, состоящие из нескольких (примерно от 5 до 50) параллельных хорошо упорядоченных атомных слоев графита. Средняя толщина кристаллитов (2-^20) нм при размерах в других измерениях (1 3) мкм. Базисные плоскости кристаллитов имеют преимущественную ориентацию по нормали к

поверхности подложки [4]. Расстояние между отдельными кристаллитами составляет от 0,5 до 1 мкм.

Было установлено [2, 5], что при облучении НГП излучением лазера наносекундной длительности в них возникает импульс электрического напряжения, повторяющий временную форму лазерного импульса. Амплитуда ФВС существенно зависела от поляризации света и от пространственной ориентации НГП относительно падающего пучка. При нормальном падении луча на поверхность плёнки сигнал не наблюдался.

Для более подробного исследования ориентационных и поляризационных зависимостей ФВЭ в НГП была разработана экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 1, а.

Рис. 1. Схема эксперимента по наблюдению ориентационной и поляризационной зависимостей

фотоэдс в НГП (а) при поперечной (б) и продольной (в) геометрии: 1 - YAG: Nd3+-лазер; 2,9- нейтральные светофильтры типа НС; 3 - четвертьволновая пластинка; 4 - поляризатор; J-делительная пластина; 6- нанографитовая плёнка; 7- подложка; S- цифровой осциллограф; 10 - фотоприёмник для измерения энергии лазерных импульсов; А, В- измерительные электроды; ст - плоскость падения; к, Е — соответственно волновой и электрический векторы падающего излучения (А _L Е, к 1 § лежит в плоскости а); п - нормаль к поверхности плёнки; а - угол падения; Ф - угол между <т и плоскостью поляризации, определяемой к и Е, хуг - прямоугольная

система координат

Проводились измерения амплитуд UK и Uy фотовольтаического сигнала, полученных при поперечной (рис. 1, б - электроды перпендикулярны плоскости падения) и продольной (рис. 1, в - электроды параллельны плоскости падения)

геометриях эксперимента соответственно. Линейность амплитуды ФВС от энергии £in падающих на НГП лазерных импульсов длительностью т позволяла получать для различных параметров эксперимента зависимости коэффициентов преобразования т)х и т|у лазерной мощности в ФВС, где tix = £/хт/еш, 1]у(Ф) = Uyx/zin. При этом погрешность измерений была не более 3 %.

Экспериментальные зависимости т|х (Ж) и т|у (•) от угла Ф представлены на рис. 2, а. Видно, что коэффициент преобразования т]х (при фиксированном угле а = 45°) во всём диапазоне изменения угла поляризации остаётся положительным. Коэффициент преобразования т]у имеет максимумы при Ф = 45°; 225° и минимумы при Ф = 135°; 315°. А в точках Ф = 0; 180° (р-поляризация) и Ф = 90°; 270°

Рис. 2. Экспериментальные зависимости Г)х и г|у от угла поляризации Ф линейно-поляризованного

излучения (а) и угла у поворота оптической оси четвертьволновой пластинки относительно плоскости поляризациир-поляризованного излучения (б) при поперечной (А) и продольной (•) геометрии эксперимента, полученные при а = 45° на длине волны X = 1064 нм;

кривые 1 и 2 - аппроксимирующие функции r^=r|°(cl+cos2<I)), лу =il°sin2<I> для (а) и

1, (с2 +cos4y), Т|у =n'"sin4y для (6) соответственно, где п° = 24,5 мВ/МВт, с, = 2,35, =43,7 мВ/МВт, г,"' = 14,5 мВ/МВт, с2 = 4,7, т^ =24 мВ/МВт

Эксперименты при эллиптически поляризованном излучении проводились без поляризатора, их результаты приведены на рис. 2, б. В ходе эксперимента вращением четвертьволновой пластинки линейная поляризация излучения лазера, лежащая в плоскости падения, последовательно преобразовывалась в эллиптическую, циркулярную, из циркулярной - снова в эллиптическую, а затем обратно в линейную. Установлено, что при циркулярной поляризации излучения ФВС на электродах, параллельных плоскости падения, отсутствует.

Анализ экспериментальных результатов при эллиптически-поляризованном излучении позволил установить зависимости коэффициентов преобразования г)х и г|у от азимутального угла большой оси эллипса поляризации (азимута поляризации):

(1)

а +Ь

П>=пГ^Г^п2Фта, (2)

где г|°а — коэффициенты преобразования, зависящие от угла падения а; а и й -

большая и малая оси эллипса поляризации; Фта — азимут поляризации — угол между плоскостью падения и большой осью эллипса поляризации.

На рис. 3 представлены экспериментальные результаты по исследованию зависимости ФВС от угла падения лазерного излучения на НГП. Установлено, что угловые зависимости ФВС имеют вид нечётных функций и для р- и ¿-поляризации лазерного пучка аналогичны по форме полученным в [5]. Видно, что для Ф = 45° амплитуда ФВС при поперечной геометрии эксперимента выше, чем при продольной на большей части измеряемого диапазона (при [а| < 70°).

Пх, л у (м В/МВт)

Рис. 3. Экспериментальные зависимости коэффициентов г)х и % угла падения а при различных

углах Ф для поперечной (Ф = 0 (•), 45° (□), 90° (■)) и продольной (Ф = 45° (Д)) геометрии эксперимента; кривые 1-4 - соответствующие аппроксимирующие (полиномннальные) функции

Полученные экспериментальные зависимости ФВС характерны для поверхностного фотогальванического эффекта и эффекта передачи квазиимпульса света электронам [6, 7].

Проведены исследования по влиянию модификации НГП покрытием прозрачной диэлектрической смачивающей жидкостью на генерируемый ФВС. На рис. 4 представлены расчётные (а) и экспериментально полученные (б, в) зависимости ФВС от угла падения лазерного излучения на НГП до (1) и после (2) модификации. Установлено, что после модификации происходит расширение

углового диапазона, в котором наблюдается монотонное изменение ФВС. В целом теоретические расчёты коррелируют с экспериментальными результатами и показывают, что расширение диапазона монотонного изменения ФВС обусловлено, главным образом, процессами преломления излучения в жидкости и отражения от её поверхности.

Рис. 5. Схема механического «сглаживания» НГП (а) и экспериментальные зависимости амплитуды и ФВС от угла а (<5): 1 -для исходной плёнки; 2 - для «сглаженной» плёнки, когда сторона М плёнки расположена под электродом А (рис. 1, а)- 3 - для «сглаженной» пленки, когд; сторона К плёнки расположена под электродом А

Рис. 4. Расчётные (а) и экспериментальные (б, в) зависимости амплитуды ФВС V от угла падения а р-поляризованного лазерного излучения на НГП с покрытием (2) и без покрытия (/) слоем этилового спирта (а, б) и трансформаторного масла Т-1500 (в); (•). (°) - экспериментальные точки

Модификация НГП квадратной формы со сторонами КЬШ осуществлялась также путём равномерного однонаправленного механического «сглаживания» её поверхности от стороны К к стороне М (рис. 5, а). Зависимости амплитуды ФВС от угла падения лазерного излучения до и после «сглаживания» представлены на рис. 5, б. Видно, что равномерное однонаправленное механическое воздействие на поверхность НГП приводит к смещению ориентационных зависимостей ФВС.

Глава 3 посвящена датчику углового положения на ФВЭ в НГП. Представлена конструкция датчика и описаны его возможные применения.

На рис. 6 изображена структурная схема датчика углового положения и показано устройство его чувствительного элемента. Угловое положение определяется относительно падающего лазерного излучения в плоскости падения, перпендикулярной электродам чувствительного элемента.

ш ууу1 ж

ж888§

ш Ж

Рис. 6. Структурная схема датчика углового положения на ФВЭ в НГП (слева) и конструкция его чувствительного элемента (справа): 1 - НГП; 2 - диэлектрический держатель; 3 - электроды; р - угол между рабочими гранями чувствительного элемента; 8 - угол падения излучения на основание чувствительного элемента; и (Хг - углы падения излучения на первую и вторую рабочие грани чувствительного элемента соответственно; УВХ - устройство выборки-хранения

Углы падения излучения а, и а2 на рабочие грани чувствительного элемента можно выразить следующими соотношениями:

а, = 0 - (90° - р / 2), (3)

а2 = 6 + (90° - р / 2). (4)

Лазерное излучение падает на весь чувствительный элемент сплошным однородным параллельным пучком, поэтому мощности />, и Р2 излучения, попадающего на первую и вторую грани чувствительного элемента соответственно, при изменении угла б можно выразить как:

Р, = Р0 мп(р /2 + 0), (5)

Р2= Ро эш(р /2 9). (6)

где Р0 - мощность падающего на грань лазерного излучения при её нормальной ориентации к лазерному пучку.

Исходя из рис. 3, наибольший коэффициент преобразования лазерной мощности в ФВС наблюдается для ^-поляризованного лазерного излучения при расположении измерительных электродов перпендикулярно плоскости падения. В этом случае амплитуда ФВС от угла падения а приближённо описывается выражением:

и=кГ{а)Рзт2а, (7)

где к — коэффициент преобразования; Р(а) - слабо меняющаяся а-функция; Р — мощность лазерного излучения. В первом приближении можно считать, что

Да,)-Да2)-Д9). Тогда подставив (3), (5) и (4), (6) в (7), получим амплитуды ФБС, возникающих на рабочих гранях чувствительного элемента соответственно:

их=к Р(в) Р0 Бт(р /2 + 0) 5т2(0 - (90° - р / 2)), (8)

и2 = к Г(в) Р0 зт(р / 2 - 0) зт2(0 + (90° - р / 2)). (9)

Кривые этих зависимостей, построенные, например, при р= 160° и нормированные на максимальное значение, представлены на рис. 7, а. Видно, что между ними имеется сдвиг по фазе на 20°. При других значениях р фазовый сдвиг будет

Ншрцотьла *

Рис. 7. Расчётные зависимости амплитуд ФВС, возникающих на первой и, (кривая 1) и второй 0'2 (кривая 2) рабочих гранях чувствительного элемента датчика углового положения (а), а также их отношения г (б) от угла падения 0 при р = 160°

Поделив (9) на (8), получим отношение амплитуд ФВС с рабочих граней чувствительного элемента г(0):

мп(р/2 + е)мп2(0-(9О"-р/2))' (Ш)

Данное выражение устанавливает однозначное (при условии, что известны знаки £/, и и2) соответствие между 8 и г, поскольку не содержит множителя, зависящего от флуктуации мощности лазерного излучения. На рис. 7, б для примера построена кривая зависимости (10) при р= 160°, имеющая неопределённость в точке 0 = 10° Данная ситуация возникает при нормальном падении излучения на первую рабочую грань чувствительного элемента. Избежать неопределённости можно, приняв 6 = 90 - р / 2, если и, = 0 и иг > 0.

Так как приведённые расчёты основаны на экспериментальных данных то можно сделать вывод о том, что предложенный вариант конструкции чувствительного элемента устраняет зависимость показаний датчика углового положения на ФВЭ в НГП от флуктуаций мощности лазерного излучения. В зависимости от величины р, диапазон измеряемых датчиком углов можно существенно расширить по сравнению с вариантом датчика, описанным в [3]. Так при р = 160° диапазон измерений находится в пределах -75° < 0 < 75°.

Разработанный датчик углового положения можно использовать как быстродействующее средство контроля при проведении различных технологических испытаний.

Гониоизтри-

чег.кое ушройст&а

Измеритель энергии

Контроллер

ЧуЙст&ите-льныи

Система ормироЬеми< излучения

Компьютер

Система запуска асииллспрафс

I Цифровой осииллэграф

■ лазерное излучение ^ - электрический сигнал - механическая сЬйзь -> - информационный сигнал

Рис. 8. Функциональная схема комплекса для автоматизированной калибровки датчика углового положения (слева) и общий вид гониометрического устройства (справа): I - монтажный уголок; 2 - шаговые электродвигатели; 3 - зубчатые поворотные валы; 4 - фиксатор; 5 - калибруемый чувствительный элемент; 6 — опора

Для практических применений следует учитывать различие функций /-"(а,) и Да2) и разброс характеристик изготавливаемых НГП. Поэтому каждый датчик углового положения на ФВЭ в НГП необходимо предварительно калибровать, то есть экспериментально определять зависимость г(в) для конкретного чувствительного элемента. С этой целью разработан комплекс для автоматизированной калибровки датчика углового положения, содержащий гониометрическое устройство для плавного программного изменения угла 0 (рис. 8).

Глава 4 диссертационной работы содержит описание конструкции анализатора поляризации лазерного излучения на ФВЭ в НГП. Приводятся результаты испытаний его действующего макета. Рассматриваются возможные применения анализатора.

На рис. 9 показан общий вид анализатора поляризации на ФВЭ в НГП. Представленный анализатор является оригинальным и не имеет аналогов. Его особенностью является то, что при направлении лазерного излучения вдоль оси ОО' несущего стержня, плоскость падения излучения на НГП всегда совпадает с осевым сечением о, втулки. Это даёт возможность изменять угол поляризации излучения вращением втулки вокруг стержня. При этом справедливо соотношение:

АФ = Аф. (11)

Напряжение иу, измеряемое на электродах, параллельных осевому сечению втулки, а следовательно, и плоскости падения, подчиняется следующему соотношению:

иу = {/уазш2Ф, (12)

Рис. 9. Общий вид анализатора поляризации: /-НГП; 2 - цилиндрическая втулка-3 - измерительные электроды; 4 - несущий стержень; 5 - измерительная шкала; б - отсчётная метка; 7- устройство обработки электрических сигналов; <т0 - осевое сечение несущего стержня совпадающее с вертикальной плоскостью; ст, - осевое сечение цилиндрической втулки- ' а2- плоскость наклона НГП (а, X а2, измерительные электроды 3 расположены параллельно плоскости а,); к, Е- соответственно волновой и электрический векторы падающего излучения '' ' лежит в плоскости <п); п - нормаль к поверхности пленки; Ф - угол поляризации; <р - угол поворота цилиндрической втулки; а - угол наклона НГП

где Uya - напряжение, зависящее от угла падения а по нечётному закону принимающее нулевое значение при а = 0, а максимальные по модулю значения при углах падения ± (50-f-60)°.

На рис. 10 представлена нормированная поляризационная зависимость ФВС в HI II при продольной геометрии эксперимента. Из рисунка следует что при углах поляризации Ф = 0;180° (р-поляризованное излучение) и Ф = 90°-270° (j-поляризованное излучение) ФВС исчезает. Важно отметить, что в окрестности точек Ф-0; 180° увеличение угла Ф сопровождается изменением полярности сигнала с «-» на «+», а в окрестности точек Ф = 90°; 270° увеличение Ф приводит к смене полярности с «+» на «-». Таким образом, исходя из соотношения (11) для того, чтобы определить поляризацию лазерного излучения, необходимо вращением цилиндрической втулки с НГП определить угол ф = фь при котором ФВС обращается в нуль. Если в окрестности точки ф = ср, увеличение угла <р сопровождается изменением полярности сигнала с «-» на «+», то этот угол

показывает положение плоскости поляризации ор лазерного излучения. Если же в окрестности точки Ф = ф] увеличение угла Ф сопровождается изменением полярности сигнала с «+» на «-», то этот угол соответствует положению плоскости ст5, перпендикулярной плоскости поляризации, тогда плоскость поляризации определяется углами <р2 = Ф1 ± 90°.

Рис. 10. Нормированная поляризационная зависимость ФВС в НГП при продольной геометрии эксперимента: точки - эксперимент; кривая - аппроксимирующая функция

В случае эллиптически поляризованного излучения лазера при продольной геометрии эксперимента (в соответствии с (2)) формула (12) приобретает следующий вид:

аг-Ъ2 . _ (13)

и.. °с-

гзт2Ф„

а2 +Ь2

Из этого следует, что данную методику определения плоскости поляризации линейно-поляризованного излучения также можно использовать для определения направления большой оси эллипса поляризации эллиптически поляризованного лазерного излучения. Но поскольку ФВЭ в НГП не зависит от направления вращения вектора Е, то различить правую и левую поляризации излучения при помощи разработанного анализатора без применения фазовой пластинки не представляется возможным.

За угол поляризации выше принимался угол Ф между плоскостью падения и плоскостью поляризации излучения. Поскольку плоскость падения при вращении анализатора меняет своё положение, то для однозначного толкования состояния поляризации введём определение угла поляризации Ч* в лабораторной системе координат. Он равен углу между вертикальной плоскостью и плоскостью поляризации и отсчитывается по часовой стрелке по ходу луча. Если проградуировать измерительную шкалу 5 (рис. 9) против часовой стрелки, то можно определять угол 4* по углу ф1 поворота цилиндрической втулки 2 в новой шкале.

Для проверки работоспособности анализатора поляризации был создан его действующий макет, результаты испытаний которого представлены на рис. 11. Значения угла <р', при которых ФВС меняет знак с «+» на «-» и с «-» на «+», показывают положение плоскостей ар и ст5 падающего излучения соответственно.

-135

• У=0о

я 4,=225°

А Ч>=45°

X ^=67,5°

♦ 1Н=90°

-1.0-1-

Рис. 11. Зависимости нормированной амплитуды ФВС от угла поворота анализатора поляризации при различных углах поляризации Ч7 падающего излучения: точки - эксперимент; кривые -аппроксимирующие функции

В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые экспериментально показано, что при эллиптически поляризованном излучении лазера фотовольтаический сигнал в нанографитовых плёнках существенно зависит от степени эллиптичности, азимута поляризации, а также от ориентации измерительных электродов относительно плоскости падения. Установлено, что при ориентации измерительных электродов параллельно плоскости падения циркулярно-поляризованного излучения фотовольтаический сигнал исчезает.

2. Установлены зависимости амплитуды фотовольтаического сигнала в нанографитовых плёнках от угла падения линейно-поляризованного лазерного излучения с углом поляризации 45° относительно плоскости падения. Определено, что они имеют вид нечётных функций и существенно отличаются друг от друга при расположении измерительных электродов параллельно и перпендикулярно плоскости падения.

3. Установлено, что модификация нанографитовой плёнки покрытием прозрачной смачивающей диэлектрической жидкостью приводит к расширению углового диапазона, в котором наблюдается монотонное изменение фотовольтаического сигнала от угла падения лазерного излучения на плёнку.

4. Показано, что равномерное однонаправленное механическое «сглаживание» поверхности нанографитовой плёнки приводит к асимметрии зависимости фотовольтаического сигнала от угла падения лазерного излучения на плёнку.

5. Разработан датчик углового положения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках нечувствительный к флуктуациям мощности лазерного излучения и имеющий диапазон измеряемых углов ±75°. Разработан автоматизированный комплекс для калибровки датчика.

6. Впервые разработан анализатор поляризации лазерного излучения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках, не содержащий оптических элементов, не имеющий принципиальных физических ограничений по апертуре анализируемого излучения и способный работать в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм. Создан и апробирован действующий макет анализатора, имеющий апертуру 16x20 мм и позволяющий определять поляризацию лазерного излучения с погрешностью ±0,25°.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Павловский И. Ю., Образцов А. Н. Автоматизированная установка для газофазного осаждения алмазных плёнок в разряде постоянного тока // ПТЭ. 1998. №1. С. 152-156.

2. Mikheev G. М., Zonov R. G., Obraztsov A. N., Svirko Yu. P. Giant optical rectification effect in nanocarbon films // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. P. 4854-4856.

3. Зонов P. Г., Михеев Г. M., Образцов А. Н. Нанографитовый плёночный фотоприёмник // Нанотехника. 2007. № 3(11). С. 19-24.

4. Образцов А. Н., Волков А. П., Павловский И. Ю. Механизм холодной эмиссии электронов из углеродных материалов //Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 68. Вып. 1. С. 56-60.

5. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов А.Н., Свирко Ю.П. Оптическое выпрямление в углеродных наноплёнках //ЖЭТФ. 2004. Т. 126, №5. С. 1083-1088.

6. Gurevich V.L., Laiho R. Photomagnetism of metals. First observation of dependence on polarization oflight//Phys. Solid State. 2000. V. 42. Iss. 10. P. 1807-1812.

7. Obraztsov P. A., Mikheev G. M., GarnovS. V., Obraztsov A. N. and Svirko Yu. P. Polarization-sensitive photoresponse of nanographite // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. Iss. 9. P. 091903.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Анизотропия оптоэлектрических свойств пористых нанографитных плёнок // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, № 11. С. 29-38.

2. Стяпшин В. М., Михеев Г. М. Нанографитный лазерный датчик угла // Химическая физика и мезоскопия. 2009. Т. 11, № 4. С. 539-544.

3. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Влияние прозрачного покрытия на оптоэлектрический сигнал в нанографитных плёнках // Известия Вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, №3. С. 51-56.

4. Михеев Г. М., Стяпшин В. М., Образцов П. А., Хестанова Е. А., Гарнов С. В. Зависимость оптоэлектрического выпрямления в нанографитных плёнках от поляризации лазерного излучения // Квантовая электроника. 2010. Т. 40, № 5. С. 425-430.

5. Стяпшин В. М., Зонов Р. Г., Михеев Г. М. Автоматизированный комплекс для исследования ориентационных зависимостей оптоэлектрического отклика в проводящих плёнках // Химическая физика и мезоскопия. 2010. Т. 12, № 4. С. 587-591.

6. Михеев Г. М., Стяпшин В. М. Нанографитовый анализатор поляризации лазерного излучения // Приборы и техника эксперимента. 2012. № 1. С. 93-97.

7. Зонов Р. Г., Стяпшин В. М., Михеев Г. М. Гониометрическое устройство для исследования угловых зависимостей оптоэлектрического отклика в проводящих плёнках // Известия Вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55, № 1. С. 79-82.

Патенты РФ на изобретение

1. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Фотоприёмник // Патент РФ №2351904. 2009. Бюл. №10.

2. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Могилева Т. Н., Стяпшин В. М. Оптоэлектронный датчик углового положения // Патент РФ №2357207. 2009. Бюл. №15.

В других изданиях

1. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Высокотемпературный нанографитный фотоприёмник // Тезисы докл. конф. «Нанотехнологии — производству - 2007», Фрязино. М.: Янус-К, 2007. С. 95-96.

2. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Влияние ориентации кристаллитов нанографитной плёнки на оптоэлектрический сигнал // Тезисы докл. конф. «Нанотехнологии — производству - 2007», Фрязино. М.: Янус-К, 2007. С. 101-102.

3. Стяпшин В. М., Зонов Р. Г., Михеев Г. М. Устройство для исследования ориентационных зависимостей оптоэлектрического сигнала в нанографитовых плёнках // Тезисы докл. Всероссийской конф. с междунар. интернет-участием «От наноструктур, наноматериапов и нанотехнологии к наноиндустрии». Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007. С. 94.

4. Зонов Р. Г., Михеев Г. М., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Испытание быстродействующего наноуглеродного фотоприёмника на воздухе при высоких температурах // Тезисы докл. конф. «Нанотехнологии — производству 2008», Фрязино. М.: Янус-К, 2008. С. 62-63.

5. Стяпшин В. М., Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н. Ориентационная зависимость оптоэлектрического сигнала в нанографитовых плёнках с прозрачным покрытием // Сборник тезисов докл. VII Конференции молодых учёных «КоМУ-2008». Ижевск: Изд-во ФТИ УрО РАН, 2008. С. 72-73.

6. Зонов Р. Г., Михеев Г. М., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Термическая стойкость нанографитных плёнок при нагреве на воздухе // Тезисы докл. Второй всероссийской конф. с междунар. интернет-участием «От наноструктур, наноматериапов и нанотехнологии к наноиндустрии». Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2009. С. 41.

7. Стяпшин В. М., Зонов Р. Г., Михеев Г. М. Прнзменный датчик углового положения на основе нанографитной плёнки II Тезисы докл. Второй всероссийской конф. с междунар. интернет-участием «От наноструктур, наноматериапов и нанотехнологий к наноиндустрии». Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2009. С. 43.

8. Стяпшин В. М., Михеев Г. М., Образцов П. А., Хестанова Е. А., Гарнов С. В. Поляризационная зависимость оптоэлектрического сигнала в нанографитных плёнках II Сборник тезисов докл. VIII Всероссийской школы-конференции молодых ученых «КоМУ-2010». Ижевск: Изд-во ФТИ УрО РАН, 2010. С. 97-98.

9. Зонов Р. Г., Михеев Г. М., Стяпшин В. М., Образцов А. Н. Влияние температуры на оптоэлектрический отклик нанографитного фотоприёмника // Тезисы докл. конф. «Байкальские чтения: наноструктурированные системы и актуальные проблемы механики сплошной среды (теория и эксперимент)», Улан-Удэ. Ижевск: Изд-во ИПМ УрО РАН, 2010. С. 92-95.

10. Mikheev G. М., Styapshin V. М., Obraztsov P. A., Khestanova Е. A. Photovoltaic conversion factor dependence on laser polarization for nanocarbon films // Proceedings of Second International Workshop «Nanocarbon Photonics and Optoelectronics», Koli, Finland. Joensuu: Pub. University of Eastern Finland, 2010. P. 23.

11. Стяпшин В. М., Михеев Г. М. Влияние длины волны на поляризационные зависимости опгоэлектрического эффекта в нанографитных плёнках // Тезисы докл. Третьей международной конф. «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии». Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. С. 132-133.

12. Зонов Р. Г., Стяпшин В. М., ПоповА. Ю., Михеев Г. М. Автоматизированное гониометрическое устройство для исследования поверхностной фотоэлектрической эдс в наноструктурированных плёнках // Сборник тезисов докл. IX Всероссийской школы-конференции молодых учёных «КоМУ-2011». Ижевск: Изд-во ФТИ УрО РАН, 2011. С. 32-33.

13. Стяпшин В. М., Михеев Г. М. Применение нанографиговой плёнки для создания неоптического анализатора поляризации лазерного излучения // Сборник тезисов докл. IX Всероссийской школы-конференции молодых учёных «КоМУ-2011». Ижевск: Изд-во ФТИ УрО РАН, 2011. С. 103-104.

14. Стяпшин В. М., Михеев Г. М. Анализатор поляризации лазерного излучения на фотовольтаическом эффекте в нанографиговых плёнках // Сборник статей Двенадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика. Т. 2. Санкт-Петербург: Изд-во Политех, ун-та, 2011. С. 223-225.

Подписано в печать 26.04.2012 г. Формат 60x84/16 Бумага «МогкН». Печать офсетная. Усл. печ. л. 1Д. Тираж 100 экз. Заказ № 842.

Типография ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ АНАЛИЗА ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ.

1.1 Анализаторы поляризации лазерного излучения.

1.1.1 Поляризация света.

1.1.2 Поляризационные устройства.

1.1.2.1 Поляризационные призмы.

1.1.2.2 Дихроичные пластинки.

1.1.2.3 Поляроиды.

1.1.2.4 Другие типы поляризаторов.

1.1.2.5 Фазовые пластинки.

1.1.3 Методика определения поляризации света.

1.1.4 Анализ поляризации лазерного излучения.

1.2 Оптические датчики углового положения.

1.2.1 Лазерные гироскопы.

1.2.2 Интерференционные датчики.

1.2.3 Проекционные датчики.

1.3 Фотовольтаические эффекты, чувствительные к ориентации и поляризации падающего излучения.

1.3.1 Поверхностный фотогальванический эффект.

1.3.2 Эффект увлечения.

1.3.3 Эффект оптического выпрямления.

1.3.4 Циркулярный фотогальванический эффект.

1.3.5 Термоэдс в тонких плёнках.

Выводы к Главе 1.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В НАНОГРАФИТОВЫХ ПЛЁНКАХ.

2.1 Нанографитовые плёнки.

2.1.1 Способы получения углеродных плёнок.

2.1.2 Получение и основные характеристики нанографитовых плёнок.

2.1.3 Фотовольтаический эффект в нанографитовых плёнках.

2.2 Экспериментальная установка.

2.3 Исследование поляризационной и ориентационной зависимости фотовольтаического эффекта в нанографитовых плёнках.

2.3.1 Поляризационная зависимость фотовольтаического эффекта.

2.3.2 Ориентационная зависимость фотовольтаического эффекта.

2.3.3 Физика явления.

2.4 Модификация нанографитовой плёнки покрытием прозрачной диэлектрической смачивающей жидкостью.

2.4.1 Предварительный анализ.

2.4.2 Экспериментальная проверка.

2.5 Модификация нанографитовой плёнки равномерным однонаправленным механическим «сглаживанием».

2.5.1 «Сглаживание» нанографитовых плёнок.

2.5.2 Результаты механической модификации.

Выводы к Главе 2.

Глава 3. ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ НА ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОМ ЭФФЕКТЕ В НАНОГРАФИТОВЫХ ПЛЁНКАХ.

3.1 Принцип работы датчика углового положения.

3.2 Конструкция датчика.

3.3 Автоматизированный комплекс для калибровки датчика углового положения.

3.4 Возможные применения датчика углового положения.

Выводы к Главе 3.

Глава 4. АНАЛИЗАТОР ПОЛЯРИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОМ ЭФФЕКТЕ В НАНОГРАФИТОВЫХ ПЛЁНКАХ.

4.1 Конструкция и принцип работы анализатора поляризации.

4.2 Испытание действующего макета анализатора.

Выводы к Главе 4.

Диссертационная работа посвящена исследованию поляризационно- и ориентационно-чувствительного фотовольтаического эффекта в нанографитовых плёнках для разработки технологических основ создания анализатора поляризации лазерного излучения и датчика углового положения, работающих на новых физических принципах.

Актуальность работы

В экспериментах по разработке и созданию мощных лазерных источников, являющихся неотъемлемой частью современного приборостроения, часто приходится контролировать поляризацию излучения. В простейшем случае для этого используется анализатор поляризации в виде поляризатора с индикатором его углового положения и фотоприёмника с электроизмерительным устройством. Для полного анализа состояния поляризации излучения в состав анализатора поляризации включается четвертьволновая пластинка. Качественные поляризаторы изготавливаются из двулучепреломляющих призм и не могут применяться для световых пучков с широкой апертурой в виду ограничений, накладываемых принципом действия таких поляризаторов. Обычно они имеют апертуру от 5x5 до 10x10 мм. Применение плёночных поляризаторов (поляроидов), имеющих большую апертуру, иногда недопустимо в виду их худших поляризационных характеристик (меньшей степени поляризации), пониженной лучевой стойкости и более узкого спектра пропускания по сравнению с призменными поляризаторами.

Обычно спектр оптического пропускания двулучепреломляющих кристаллов, применяемых в призменных поляризаторах, лежит в диапазоне от ультрафиолета до ближней инфракрасной области. Так кальцит, часто используемый при производстве поляризаторов, оптически прозрачен в пределах от 220 до 2300 нм. Такие поляризаторы и анализаторы поляризации на их основе не могут работать в средней инфракрасной области. В действительности диапазон работы поляризатора дополнительно сужается из-за невозможности обеспечения условия пространственного разделения в нём обыкновенного и необыкновенного лучей на всей протяжённости спектра пропускания.

Кроме того, фотоприёмники, работающие на внутреннем и внешнем фотоэффекте, входящие в состав анализаторов поляризации, также имеют ограниченный спектральный диапазон функционирования. Например, обычный германиевый фотоприёмник, работающий на внутреннем фотоэффекте, не может работать в области длин волн более 2000 нм. Таким образом, для анализа поляризации оптического излучения в широком спектральном диапазоне используются несколько различных поляризаторов, четвертьволновых пластинок и фотоприёмников.

Благодаря высокой направленности излучения лазеры широко используются в составе различных измерительных приборов и устройств, в том числе для определения ориентации объекта в пространстве. Среди оптических датчиков, используемых для определения углового положения, можно выделить лазерные гироскопы, интерференционные и проекционные датчики. Лазерные (в частности, оптоволоконные) гироскопы - это сложные устройства, позволяющие точно определять угловые перемещения объекта, но требующие периодической калибровки вследствие дрейфа показаний. Интерференционные датчики обладают высокой чувствительностью, однако имеют малый динамический диапазон измеряемых углов. Проекционные датчики обеспечивают измерение углов в широком диапазоне, не требуют когерентного источника излучения, но имеют относительно малое быстродействие, подвержены засветке, работают в относительно небольшом диапазоне температур. Для многих приложений представляет интерес разработка дистанционных датчиков углового положения объекта относительно направления распространения лазерного излучения. Такие датчики могут быть созданы на основе новых материалов, в которых наблюдается ориентационно-чувствительный фотовольтаический эффект. Подобные свойства имеют нанографитовые плёнки [1,2]. Однако нанографитовый датчик углового положения, предложенный в [3], имеет узкий диапазон измерений углов, чувствителен к внешним механическим воздействиям и флуктуациям мощности лазерного излучения. Поэтому задача модификации свойств нанографитовых плёнок для расширения диапазона измеряемых углов и устранения чувствительности датчика к механическим воздействиям и флуктуациям мощности лазерного излучения является актуальной.

Всё выше сказанное диктует необходимость изыскания и испытания новых материалов для создания анализатора поляризации и датчика углового положения на новых физических принципах.

Целью работы является исследование фотовольтаического эффекта в нанографитовых плёнках для разработки технологических основ создания анализатора поляризации лазерного излучения и датчика углового положения. Для достижения намеченной цели решались следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование ориентационных и поляризационных зависимостей фотовольтаического эффекта в нанографитовых плёнках.

2. Исследование влияния модификации нанографитовой плёнки покрытием прозрачной диэлектрической смачивающей жидкостью и внешним механическим воздействием на фотовольтаический сигнал.

3. Разработка датчика углового положения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках, нечувствительного к флуктуациям мощности лазерного излучения. Разработка автоматизированного комплекса для калибровки датчика.

4. Разработка анализатора поляризации лазерного излучения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках. Создание и апробация действующего макета анализатора.

Научная новизна результатов, полученных в ходе выполнения диссертационной работы, состоит в следующем:

1. Впервые установлены эмпирические зависимости, описывающие преобразование мощности импульса света в амплитуду импульсного электрического напряжения, возникающего в нанографитовых плёнках, в зависимости от параметров эллиптически поляризованного излучения лазера при ориентации измерительных электродов параллельно и перпендикулярно плоскости падения данного излучения. Определено, что фотовольтаический сигнал исчезает при ориентации измерительных электродов параллельно плоскости падения циркулярно-поляризованного излучения.

2. Показано, что модификация нанографитовой плёнки покрытием прозрачной смачивающей диэлектрической жидкостью приводит к расширению углового диапазона, в котором наблюдается монотонное изменение фотовольтаического сигнала от угла падения луча лазера на плёнку.

3. Показано, что равномерное однонаправленное механическое «сглаживание» поверхности нанографитовой плёнки сопровождается возникновением асимметрии зависимости фотовольтаического сигнала от угла падения лазерного излучения.

4. Разработан датчик углового положения стабильный по отношению к флуктуациям мощности лазерного излучения, основанный на регистрации поверхностных токов в нанографитовой плёнке, существенно зависящих от ориентации поверхности плёнки относительно направления распространения падающего лазерного излучения, имеющий диапазон измеряемых углов ±75°.

5. Впервые разработан и создан анализатор поляризации лазерного излучения, основанный на регистрации поверхностных токов в нанографитовой плёнке, имеющих знакопеременную зависимость от поляризации падающего излучения. Анализатор позволяет определять поляризацию лазерного излучения с большой апертурой в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм.

Практическая значимость работы

Разработанный анализатор поляризации лазерного излучения имеет простую конструкцию, не содержит оптических элементов и работает в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм. Он позволяет анализировать поляризацию излучения большой апертуры. Разработанный датчик углового положения позволяет осуществлять измерения в диапазоне углов ±75° независимо от флуктуаций мощности лазерного излучения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Для эллиптически-поляризованного излучения лазера фотовольтаический сигнал в нанографитовых плёнках существенно зависит от степени эллиптичности, азимута поляризации, а также от ориентации измерительных электродов относительно плоскости падения лазерного излучения. При ориентации измерительных электродов параллельно плоскости падения циркулярно-поляризованного излучения фотовольтаический сигнал исчезает.

2. Для линейно-поляризованного излучения лазера зависимости амплитуды сигнала от угла падения лазерного излучения отличаются друг от друга при расположении измерительных электродов параллельно и перпендикулярно плоскости падения.

3. Модификация нанографитовой плёнки покрытием прозрачной диэлектрической смачивающей жидкостью приводит к расширению углового диапазона, в котором наблюдается монотонное изменение фотовольтаического сигнала от угла падения луча лазера на плёнку. Данный результат обусловлен, главным образом, процессами преломления излучения в жидкости и отражения от её поверхности.

4. Равномерное однонаправленное механическое «сглаживание» поверхности нанографитовой плёнки приводит к возникновению асимметрии зависимости фотовольтаического сигнала от угла падения лазерного излучения.

5. Разработанный датчик углового положения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках нечувствителен к флуктуациям мощности лазерного излучения и имеет диапазон измеряемых углов ±75°.

6. Разработанный анализатор поляризации лазерного излучения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках не содержит оптических элементов (четвертьволновых пластинок, поляризаторов) и не имеет принципиальных физических ограничений по апертуре анализируемого излучения. Анализатор может работать в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм.

Апробация результатов работы

Материалы диссертационной работы докладывались на: Second International Workshop «Nanocarbon Photonics and Optoelectronics», Koli, Finland, 2010; Четвёртой международной научно-практической конференции «Нанотехнологии - производству-2007», Фрязино, 2007; Второй всероссийской конференции с международным интернет-участием «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии», г. Ижевск, 2009; Седьмой конференции молодых учёных «КоМУ-2008», г. Ижевск, 2008; Восьмой всероссийской школе-конференции молодых учёных «КоМУ-2010», г. Ижевск, 2010; Третьей международной конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий к наноиндустрии», г. Ижевск, 2011; Девятой всероссийской школе-конференции молодых учёных «КоМУ-2011» г. Ижевск, 2011; Двенадцатой международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2011.

Работа поддерживалась грантами «Лучшие аспиранты РАН» (грант в области естественных и гуманитарных наук, 2010 год), «Анализатор поляризации лазерного излучения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках» («Конкурс для молодых учёных и аспирантов УрО РАН на получение средств для оплаты участия в научных конференциях», проект 11-1-ТГ-16, 2011 год); «Широкополосный анализатор поляризации лазерного излучения на основе нанографитовой плёнки» («Конкурс инновационных проектов молодых учёных и аспирантов УрО РАН», проект 11-1-ИП-482, 2011 год).

Достоверность полученных и представленных в диссертации результатов подтверждается использованием апробированных и обоснованных физических методов, работоспособностью созданных установок, а также общим согласованием с результатами других исследователей. Анализ экспериментальных данных проведён с соблюдением критериев достоверности статистических испытаний и физических измерений.

Личный вклад автора

Результаты диссертационной работы являются оригинальными. Исследования поляризационных и ориентационных зависимостей фотовольтаического сигнала в нанографитовых плёнках, изложенные в диссертационной работе, выполнены лично автором. Датчик углового положения, нечувствительный к флуктуациям мощности падающего лазерного излучения, и анализатор поляризации лазерного излучения разработаны автором. Постановка задач исследований, определение методов их решения и интерпретация результатов выполнены совместно с соавторами опубликованных работ при непосредственном участии соискателя.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы отражено в 23 научных работах, в том числе 7 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертации, и 2 патентах РФ на изобретение.

Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из списка принятых в работе сокращений, введения, четырёх глав с краткими выводами по каждой главе, заключения и списка цитируемой литературы. Материал работы изложен на 120 страницах, включающих 42 рисунка. Список цитированной литературы содержит 101 наименование.

Основные выводы диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Впервые экспериментально показано, что при эллиптически поляризованном излучении лазера фотовольтаический сигнал в нанографитовых плёнках существенно зависит от степени эллиптичности, азимута поляризации, а также от ориентации измерительных электродов относительно плоскости падения. Установлено, что при ориентации измерительных электродов параллельно плоскости падения циркулярно-поляризованного излучения фотовольтаический сигнал исчезает.

2. Установлены зависимости амплитуды фотовольтаического сигнала в нанографитовых плёнках от угла падения линейно-поляризованного лазерного излучения с углом поляризации 45° относительно плоскости падения. Определено, что они имеют вид нечётных функций и существенно отличаются друг от друга при расположении измерительных электродов параллельно и перпендикулярно плоскости падения.

3. Установлено, что модификация нанографитовой плёнки покрытием прозрачной смачивающей диэлектрической жидкостью приводит к расширению углового диапазона, в котором наблюдается монотонное изменение фотовольтаического сигнала от угла падения лазерного излучения на плёнку.

4. Показано, что равномерное однонаправленное механическое «сглаживание» поверхности нанографитовой плёнки приводит к асимметрии зависимости фотовольтаического сигнала от угла падения лазерного излучения на плёнку.

5. Разработан датчик углового положения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках нечувствительный к флуктуациям мощности лазерного излучения и имеющий диапазон измеряемых углов ±75°. Разработан автоматизированный комплекс для калибровки датчика.

6. Впервые разработан анализатор поляризации лазерного излучения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках, не содержащий оптических элементов, не имеющий принципиальных физических ограничений по апертуре анализируемого излучения и способный работать в спектральном диапазоне от 266 до 4000 нм. Создан и апробирован действующий макет анализатора, имеющий апертуру 16x20 мм и позволяющий определять поляризацию лазерного излучения с погрешностью ±0,25°.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Павловский И.Ю., Образцов А.Н. Автоматизированная установка для газофазного осаждения алмазных плёнок в разряде постоянного тока // Приборы и техника эксперимента. 1998. № 1. С. 152-156.

2. Mikheev G.M., Zonov R. G., Obraztsov A. N., Svirko Yu. P. Giant optical rectification effect in nanocarbon films // Applied Physics Letters. 2004. Vol. 84, № 24. P. 4854-4856.

3. Зонов Р.Г., Михеев Г.М., Образцов А.Н. Нанографитовый плёночный фотоприёмник // Нанотехника. 2007. № 3. Р. 19-24.

4. ГОСТ 23778-79. Измерения оптические поляризационные. Термины и определения.

5. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. 2 изд. М.: Изд-во МГУ; Наука, 2004. 656 с.

6. Жевандров Н.Д. Применение поляризованного света. М.: Наука, 1978. 176 с.

7. Призма Рошона Электронный ресурс. // ELAN. Custom Crystal Optics. 2009. URL: http://www.elan-optics.com/docs/polarprizms/roshonprizm/ (Дата обращения: 31.03.2012).

8. Ландсберг Г.С. Оптика. 6 изд. М.: Физматлит, 2003. 848 с.

9. ИК поляризаторы Электронный ресурс. // ЗАО «Тидекс.» URL: http://tydexoptics.com/ru/products/spectroscopy/irpolarizers/ (Дата обращения: 02.04.2012).

10. Кизель В.А. Отражение света. М.: Наука, 1973. 352 с.

11. ГОСТ Р 50006-92. Лазеры и излучатели твёрдотельные. Метод измерения поляризационных характеристик лазерного излучения.

12. Yan L., Yao X. Steve, Yu С., Wang Y., Lin L., Chen Z., Willner A.E. Highspeed and highly repeatable polarization-state analyzer for 40-Gb/s system performance monitoring // IEEE Photonics Technology Letters. 2006. Vol. 18, № 4. P. 643-645.

13. PAX Series Polarimeters Электронный ресурс. // Thorlabs. 2012. URL: http://www.thorlabs.de/NewGroupPage9. cfm?ObjectGroupID= 1564 (Дата доступа: 15.03.2012).

14. Земцов M.C. Волоконно-оптические и лазерные гироскопические датчики измерений угловых скоростей // Авиакосмическое приборостроение. 2006. №9. С. 15-21.

15. Xiaoyong F., Maosheng С. Theoretical analysis of laser angle sensor and several design parameters // Optics & Laser Technology. 2002. Vol. 34. P. 225-229.

16. Baba M., Ohtani K. A new sensor system for simultaneously detecting the position and incident angle of a light spot // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. IOP Publishing, 2002. Vol. 4. P. 391-399.

17. DiMatteo P., Rademacher P., Stern H. Method of sensing the position and orientation of elements in space: letter 4396945 USA // US Patent 4,396,945. Google Patents, 1983.

18. Gooch R.M., Sheridan M., Alexander R.J.R. Positioning in computer aided manufacturing by measuring both parts (cameras, retro reflectors): letter 2003/0090682 USA // US Patent App. 2003/0090682. 2003.

19. Magruder L.A., Schutz B.E., Silverberg E.C. Laser pointing angle and time of measurement verification of the ICESat laser altimeter using a ground-based electro-optical detection system // Journal of Geodesy. 2003. Vol. 77, № 3-4. P. 148-154.

20. Tsuno K. Star sensor for attitude detection of a spinning satellite: letter 4740681 USA // US Patent 4,740,681. Google Patents, 1988.

21. Tucker M., Perriera N.D. Position and orientation (POSE) sensor and related method: letter 4662752 USA // US Patent 4,662,752. 1987.

22. Zeng L., Matsumoto H., Kawachi K. A fringe shadow method for measuring flapping angle and torsional angle of a dragonfly wing // Measurement Science and Technology. 1996. Vol. 7, № 5. P. 776-781.

23. Zhou Z. В., Winterflood J., Ju Li, Blair D.G. Investigation of a laser walk-off angle sensor and its application to tilt measurement in gravitational wave detectors // Physics Letters A. Elsevier, 2001. Vol. 280, № 4. P. 197-203.

24. Альперович B.JT., Белиничер В.И., Новиков В.Н., Терехов А.С. Поверхностный фотогальванический эффект в тёрдых телах. Теория и эксперимент для междузонных переходов в арсениде галлия // ЖЭТФ. 1981. Т. 80, Вып. 6. С. 2298.

25. Палатник Л.С., Петренко Л.Г., Копелиович А.И. Об аномальном фотовольтаическом эффекте в монокристаллических плёнках сернистого свинца // Физика и техника полупроводников. 1975. Т. 9, Вып. 5. С. 847852.

26. Берегулин Е.В., Воронов П.М., Иванов С.В., Копьев П.С., Ярошецкий И.Д. Обнаружение увлечения двумерных электронов светом дальнего инфракрасного диапазона // Письма в ЖЭТФ. 1994. Т. 59, Вып. 2. С. 83-85.

27. Gurevich V., Laiho R. Photomagnetism of metals: Microscopic theory of the photoinduced surface current // Physical Review B. 1993. Vol. 48, № 11. P. 8307-8316.

28. Gurevich V.L., Laiho R. Photomagnetism of metals. First observation of dependence on polarization of light // Physics of the Solid State. 2000. Vol. 42, № 10. P. 1807-1812.

29. Рыбкин C.M., Ярошецкий И.Д. Увлечение электронов фотонами в полупроводниках // Проблемы современной физики: Сборник статей к 100-летию со дня рождения А. Ф. Иоффе / Отв. ред. Александров А.П. Л.: Наука, 1980. С. 173-185.

30. Агафонов В.Г., Валов П.М., Рыбкин Б.С., Ярошецкий И.Д. Фотоприёмники на основе эффекта увлечения светом носителей тока в полупроводниках // Физика и техника полупроводников. 1973. Т. 7, Вып. 12. С. 2316-2325.

31. Mikheev G.M., Nasibulin A.G., Zonov R.G., Kaskela A., Kauppinen E.I. Photon-drag effect in single-walled carbon nanotube films. // Nano letters. 2012. Vol. 12, № 1. P. 77-83.

32. Bass, M., Franken P.A., Ward J.F., Weinreich G. Optical rectification // Physical Review Letters. 1962. Vol. 9. P. 446-448.

33. Бутиков Е.И. Оптика: Учебное пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1986. 512 с.

34. Морозов Б.Н., Айвазян Ю.М. Эффект оптического выпрямления и его применения // Квантовая электроника. 1980. Т. 7, № 1. С. 5-33.

35. Ивченко E.JL, Пикус Г.Е. Новый фотогальванический эффект в гиротропных кристаллах // Письма в ЖЭТФ. 1978. Т. 27, Вып. 11. С. 640643.

36. Петров М.П., Грачёв А.И. Фотогальванические эффекты в силикате висмута (Bil2Si020) // Письма в ЖЭТФ. 1979. Т. 30, Вып. 1. С. 18-21.

37. Михеев Г.М., Александров В.А., Саушин А.С. Наблюдение циркулярного фотогальванического эффекта в серебро-палладиевых резистивных плёнках // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37, № 12. С. 16-24.

38. Конов В.И., Никитин П.И., Сатюков Д.Г., Углов С.А. Термоэдс, возникающие вдоль тонких металлических плёнок при лазерном облучении // Изв. АН СССР. Сер. Физ. 1991. Т. 55, № 7. С. 1343-1347.

39. Grigorenko A.N., Nikitin P.I., Jelski D. A., George T. F. Thermoelectric phenomena in metals under large temperature gradients // Journal of Applied Physics. 1991. T. 69, № 5. C. 3375-3377.

40. Chang C.L., Kleinhammes A., Moulton W.G., Testardi L.R. Symmetry-forbidden laser-induced voltages in YBa2Cu307 // Physical Review B. 1990. Vol. 41, № 16. P. 11564-11567.

41. Никишин В.А., Севенюк A.A., Сухов A.B. Термоэдс, индуцируемые наносекундным лазерным импульсом в плёнках высокотемпературных сверхпроводников // Квантовая электроника. 1991. Т. 18, № 9. С. 11031105.

42. Kwok H.S., Zheng J.P. Anomalous photovoltaic response in YBa2Cu307 // Physical Review B. 1994. Vol. 50, № 19. P. 14561-14564.

43. Scott J.F. Interpretation of photovoltaic pulses in normal YBaCuO // Applied Physics Letters. 1990. Vol. 56, № 19. P. 1914-1915.

44. Белиничер В.И., Стурман Б.И. Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии // Успехи физических наук. 1980. Т. 130, № 3. С. 415457.

45. Снарский А.А., Пальти A.M., Ащеулов А.А. Анизотропные термоэлементы // Физика и техника полупроводников. 1997. Т. 31, № 11. С.1281-1298.

46. Zeuner S., Prettl, Lengfellner Н. Fast thermoelectric response of normal state YBa2Cu307-5 films // Applied Physics Letters. 1995. Vol. 66. P. 1833-1835.

47. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов A.H., Стяпшин В.М. Высокотемпературный нанографитный фотоприёмник // Тезисы докл. конф. «Нанотехнологии производству - 2007», Фрязино. М.: Янус-К, 2007. С. 95-96.

48. Зонов Р.Г., Михеев Г.М., Образцов А.Н., Стяпшин В.М. Испытание быстродействующего наноуглеродного фотоприёмника на воздухе при высоких температурах // Тезисы докл. конф. «Нанотехнологии -производству 2008», Фрязино. М.: Янус-К, 2008. С. 62-63.

49. Михеев Г. М., Стяпшин В. М., Образцов П. А., Хестанова Е. А., Гарнов С. В. Зависимость оптоэлектрического выпрямления в нанографитных плёнках от поляризации лазерного излучения // Квантовая электроника. 2010. Т. 40, №5. С. 425-430.

50. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Влияние прозрачного покрытия на оптоэлектрический сигнал в нанографитных плёнках // Известия Вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 3. С. 51-56.

51. Михеев Г. M., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Влияние ориентации кристаллитов нанографитной плёнки на оптоэлектрический сигнал // Тезисы докл. конф. «Нанотехнологии производству - 2007», Фрязино. М.: Янус-К, 2007. С. 101-102.

52. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Анизотропия оптоэлектрических свойств пористых нанографитных плёнок // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, № 11. С. 29-38.

53. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Образцов А. Н., Стяпшин В. М. Фотоприёмник // Патент РФ №2351904. 2009. Бюл. №10.

54. Zhang Y., Iijima S. Elastic response of carbon nanotube bundles to visible light // Physical review letters. 1999. Vol. 82, № 17. P. 3472-3475.

55. Kamada Y., Naka N., Nagasawa N., Li Z.M., Tang Z.K. Photo-induced current-modulation in zeolite (AFI) crystals containing single wall carbon nanotubes (SWCNs) // Physica B: Condensed. 2002. Vol. 323. P. 239-241.

56. Levitsky I.A., Euler W.B. Photoconductivity of single-wall carbon nanotubes under continuous-wave near-infrared illumination // Applied physics letters. 2003. Vol. 83, № 9. P. 1857-1859.

57. Freitag M., Martin Y., Misewich J.A., Martel R., Avouris Ph. Photoconductivity of single carbon nanotubes // Nano Letters. 2003. Vol. 3, № 8. P. 1067-1071.

58. Cui J.B., Robertson J., Milne W.I. Field emission site densities of nanostructured carbon films deposited by a cathodic arc // Journal of Applied Physics. 2001. Vol. 89, № 10. P. 5707-5711.

59. Калюжный Д.Г., Зонов Р.Г., Михеев Г.М. Использование сканирующего устройства для напыления углеродных наноплёнок методом лазерной абляции // Нанотехника. 2010. № 2(22). С. 52-54.

60. Freund L.B., Suresh S. Thin film materials: stress, defect formation, and surface evolution // Cambridge University Press. 2003. P. 331.

61. Spitsyn B.V. Growth of diamond films from the vapour phase // Handbook of Crystal Growth. 3rd ed. / ed. Hurle D.T.J. Amsterdam: Elsevier, 1994. P. 403456.

62. Bachman P.K. Plasma CVD techniques for low pressure synthesis of diamond: an overview // Properties and Growth of Diamond / ed. Gordon D. London: UK, 1995. P. 349-353.

63. Bachman P.K. Plasma CVD synthesis of diamond // Properties and Growth of Diamond / ed. Gordon D. London: UK, 1995. P. 354-363.

64. Павловский И.Ю. Оптические свойства алмазных плёнок: Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук; 01.04.10; Защищена 05.10.1999. 1999. 132 с.

65. Волков А.П. Автоэлектронная эмиссия из углеродных материалов: Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук; 01.04.04; Защищена 06.10.2002. 2002. 126 с.

66. Образцов А.Н., Волков А.П., Павловский И.Ю. Механизм холодной эмиссии электронов из углеродных материалов // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 68, № 1. С. 56-60.

67. Образцов А.Н., Павловский И.Ю., Волков А.П. Автоэлектронная эмиссия в графитоподобных плёнках // ЖТФ. 2001. Т. 71, № 11. С. 89-95.

68. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов А.Н., Свирко Ю.П. Оптическое выпрямление в углеродных наноплёнках // ЖЭТФ. 2004. Т. 126, № 5. С. 1083-1088.

69. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов А.Н. Генерация наносекундных электрических импульсов при лазерном облучении нанографитных плёнок // Известия Вузов. Приборостроение. 2006. Т. 49, № 9. С. 33-37.

70. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов А.Н., Свирко Ю.П., Волков А.П. Быстродействующий фотоприемник мощного лазерного излучения на основе нанографитной плёнки // Приборы и техника эксперимента. 2005. № 3. С. 84-89.

71. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов А.Н., Волков А.П., Свирко Ю.П. Спектральная зависимость эффекта оптического выпрямления в нанографитных плёнках // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31, № 3. С. 11-17.

72. Mikheev G.M., Zonov R.G., Obraztsov A.N., Volkov A.P., Lyashenko D.A., Paivasaari K. Wavelength dependence of the fast photoresponse of nanographite film detector // Proceedings of SPIE. SPIE, 2006. Vol. 6258. P. 62580Q-62580Q-7.

73. Obraztsov P.A., Mikheev G.M., Garnov S.V., Obraztsov A.N., Svirko Yu.P. Polarization-sensitive photoresponse of nanographite // Applied Physics Letters. 2011. Vol. 98, № 9. P. 091903.

74. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов A.H., Калюжный Д.Г. Испытание быстродействующего нанографитного фотоприёмника при высоких температурах // ПТЭ. 2008. № 3. С. 137-142.

75. Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Образцов А.Н., Свирко Ю.П. Эффективность быстродействующего нанографитного оптоэлектрического преобразователя в воздушной атмосфере при высоких температурах // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35, № 19. С. 44-52.

76. Михеев Г.М., Малеев Д.И., Могилева Т.Н. Эффективный одночастотный HAr:Nd -лазер с пассивной модуляцией добротности и поляризационным выводом излучения // Квантовая электроника. 1992. Т. 19, № 1.С. 45-41.

77. Михеев Г.М., Могилева Т.Н., Попов А.Ю. Калюжный Д.Г. Автоматизированная лазерная система для диагностики водорода в газовых смесях // Приборы и техника эксперимента. 2003. № 2. С. 101-107.

78. Михеев Г.М., Когай В.Я., Зонов Р.Г., Образцов А.Н. Формирование металлических плёночных электродов на нанографитной плёнке для изготовления быстродействующего высокотемпературного фотоприёмника // Нанотехника. 2010. № 3. С. 70-73.

79. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 720 с.

80. Образцов А.Н., Волков А.П., Михеев Г.М., Шаховской А.Г., Роддатис В.В., Гаршев A.B. Влияние лазерного облучения на морфологию и эмиссионные свойства наноуглеродных плёнок // ЖТФ. 2005. Т. 75, Вып. 6. С. 136-139.

81. Михеев Г. М., Зонов Р. Г., Могилева Т. Н., Стяпшин В. М. Оптоэлектронный датчик углового положения // Патент РФ №2357207. 2009. Бюл. №15.

82. Стяпшин В.М., Михеев Г.М. Нанографитный лазерный датчик угла // Химическая физика и мезоскопия. 2009. Т. 11, № 4. С. 539-544.

83. Стяпшин В.М., Зонов Р.Г., Михеев Г.М. Автоматизированный комплекс для исследования ориентационных зависимостей оптоэлектрического отклика в проводящих плёнках // Химическая физика и мезоскопия. 2010. Т. 12, №4. С. 587-591.

84. Зонов Р.Г., Стяпшин В.М., Михеев Г.М. Гониометрическое устройство для исследования угловых зависимостей оптоэлектрического отклика в проводящих плёнках // Известия Вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55, № 1. С. 79-82.

85. Михеев Г.М., Стяпшин В.М. Нанографитовый анализатор поляризации лазерного излучения // Приборы и техника эксперимента. 2012. № 1. С. 93-97.