авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

« ISBN 574170215-5 9 785741 702154 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ...»

-- [ Страница 2 ] --

При исследовании наведенной линзы в искусственных алмазах по глощение оказалось незначительным, в то же время неоднородность образца достаточно большая, что в целом привело к большим колеба ниям сигнала при измерениях и оптическому пробою, наблюдаемому на рис. 4 в виде резкого падения сигнала.

Наноструктурированные образцы представляли собой силикат ные стекла с внедрёнными наночастицами ZnS размером порядка 20 нм. Проведенные измерения показали сильное влияние неодно Рис. 3. Экспериментальная зависимость для тонкой пластин родности поверхности образцов на измеряемый сигнал.

ки GaAs Таким образом, метод z-сканирования показал высокую чувстви тельность, однако образцы для исследования этим методом должны быть достаточно однородными.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ганеев Р.А., Усманов. Т.Б. Нелинейно-оптические характери стики различных сред // Квантовая электроника. — 2007. — 37, № 7.

2. Ганеев Р.А., Каманина Н.В., Кулагин И.А., др. Исследование нелинейно-оптических характеристик различных сред метода ми z-сканирования и генерации третьей гармоники лазерного излучения // Квантовая электроника. — 2002. — 32, № 9.

3. Справочник по лазерам / Под ред. А.М. Прохорова. — М.: Со ветское радио, 1978.

4. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д., Шалаев Е.А., Шокин А.А. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. — М.: Радио и связь, Рис. 4. Экспериментальная зависимость для искусственного 1985.

алмаза 5. Быков В.П., Силичев О.О. Лазерные резонаторы. — М.: ФИЗ МАТЛИТ, 2003.

ФФКЭ 55 56 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ второй — алгоритмический учёт влияния нелинейности в показани УДК 681. ях гироскопа на основе достаточно точного описания теорией.

Голяев Ю.Д.1,2, Голяева А.Ю.1, Назаренко М.М.1, Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект номер Тихменев Н.В.1 07-02-13662.

Научно-исследовательский институт «Полюс»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ им. М.Ф. Стельмаха Московский физико-технический институт 1. Хромых А.М. Динамическая характеристика кольцевых лазе (государственный университет) ров с периодической частотной подставкой // Электронная тех ника, Сер. лазерная техника и оптоэлектроника. — 1990. — Исследование нелинейности масштабного Вып. 2 (54). — С. 44.

коэффициента зеемановских трёхосных 2. Хошев Н.М. К теории кольцевого лазера со знакопеременной лазерных гироскопов с магнитооптической частотной подставкой // Квантовая электроника. — 1980. — Т. 7. — С. 953.

знакопеременной частотной подставкой Работа посвящена одной из актуальных проблем физики кольце вых лазеров и лазерной гироскопии — влиянию энергетической связи УДК генерируемых встречных волн на частотные сдвиги этих волн и, как следствие, на характер нелинейности выходной характеристики ги Демидов М.С., Брославец Ю.Ю.

роскопа. В работе проведено теоретическое рассмотрение характера Московский физико-технический институт нелинейности масштабного коэффициента [1, 2], описаны результаты (государственный университет) детальных экспериментов по измерению нелинейности масштабного коэффициента 45-ти датчиков современных лазерных гироскопов, Расчёт параметров кольцевого лазера проведена обработка полученных экспериментальных данных, их со поставление с теорией. на высококонцентрированной активной Проведённые экспериментальные исследования нелинейности среде LSB : Nd3+ и полупроводниковой масштабного коэффициента показали, что для современных лазер ных гироскопов в большей части диапазона скоростей вращения мас- накачкой штабный коэффициент почти линеен и его отклонение от идеальной горизонтальной прямой не превышает 16 · 104. В полном соответ- Активное развитие навигационных систем с использованием ствии с теорией во всём диапазоне скоростей вращения в реальных He–Ne-лазерных и волоконных гироскопов, успехи в создании твер приборах действительно имеется лишь одна узкая область вблизи дотельных лазеров с использованием полупроводниковой накачки и максимального значения частоты подставки, где возникает заметное появление новых активных сред создают перспективы в создании отклонение от линейности МК в виде однократно осциллирующего твердотельного лазерного гироскопа для использования в навигаци выброса. Амплитуда этого выброса для разных датчиков гироско- онных приборах. Однако следует заметить, что традиционная схема пов сильно различается, что объясняется также большим различием гироскопа на основе измерения частоты биений встречных волн тре зон захвата у датчиков. С целью парирования негативного влияния бует обеспечения двух важных условий: достаточно малого коэффи указанного нелинейного выброса можно предложить несколько пу- циента обратного рассеяния встречных волн и примерного равенства тей: первый и очевидный — уменьшение величины зоны захвата, амплитуд встречных волн во всем диапазоне измерения вращений.

ФФКЭ 57 58 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ Если в гелий-неоновом гироскопе оба эти условия выполняются до- образом. Изменение инверсии населенности описывалось уравнени статочно легко благодаря неоднородному уширению перехода, то в ем, учитывающим прохождение в активной среде двух встречных твердотельном лазерном гироскопе достижение равенства амплитуд волн. С помощью численных методов было показано, что при гене оказывается более сложным ввиду сильного взаимодействия волн рации лазера в такой системе могут наблюдаться релаксационные при генерации в активной среде с однородным уширением. Эта про- колебания мощности генерации, а также инверсии населенности, с блема [1] является проявлением конкурентного подавления одной из частотой, определяемой параметрами лазерной системы. Было опре волн. Другой проблемой является существенно больший захват ча- делено, что при появлении в лазере несимметричности потерь для стоты ввиду большего рассеяния в активной среде [2]. первой и для второй волны, интенсивность волны, имеющей боль шие потери, полностью спадает до нуля при отсутствии связи через рассеяние (рис. 1).

Основываясь на методе ABCD-преобразования был произведен расчёт резонатора лазера. Были определены зоны устойчивости раз личных параметров, а также величина изменения поперечных раз меров пучка при изменении параметров резонатора.

Рис. 1. Зависимость количества фотонов в каждой из волн от вре мени для одинаковых начальных условий, но разных потерях за Рис. 2. Зависимость ширины пучка полупроводникового излучения обход и при отсутствии связи через рассеяние по x и y направлениям в зависимости от расстояния от фокусиру В данной работе для изучения этих процессов была использована ющей линзы (f = 3,3 cm) система скоростных уравнений, описывающая динамику генерации Измерена оптическая сила тепловой линзы, возникающей вслед излучения лазера по четырёхуровневой схеме [3, 4] с параметрами, ствие нагрева активного элемента излучением полупроводникового соответствующими лазеру на LSB : Nd3+. Динамика изменения коли лазера используемого для накачки. Решена задача местоположения чества фотонов в каждом из встречных пучков описывалась отдель активной среды относительно перетяжки сфокусированного излуче ным уравнением, включающим в себя компоненту, связанную с рас ния полупроводникового лазера с учётом несимметричной расходи сеянием излучения из противоположно направленной волны. Связь мости луча последнего. Равномерность падающего излучения полу между встречными волнами через рассеяние учитывалась линейным ФФКЭ 59 60 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ проводникового лазера в поперечном сечении на кристалл LSB опре- УДК деляется расходимостью этого излучения по двум взаимно-перпенди Каленков Г.С.

кулярным направлениям (рис. 2) и конфигурацией фокусирующей оптической системы. Московский физико-технический институт В диапазоне мощностей полупроводникового лазера, используе- (государственный университет) мого для накачки LSB : Nd3+ лазера, фокусное расстояние тепловой Московский государственный технический университет «МАМИ»

линзы в активном элементе при изменении мощности накачки изме Программа для обработки цифровых нялось практически линейно от 30 до 50 см.

Высокая концентрация активных центров и малые размеры ак голограмм тивной среды LSB : Nd3+ в перспективе могут дать возможность создать монолитные твердотельные лазерные гироскопы приемле Крупные математические пакеты, с длинным перечнем мощных мой точности, малыми размерами и небольшой потребляемой мощ алгоритмов, часто оказываются неудобными в использовании при ностью.

решении задач с простой алгоритмической постановкой, но инфор мационно ёмких. Как правило, крупные программы ориентированы СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ на работу либо с символьными выражениями, либо с численными преобразованиями. Поэтому, например, представление волновых по 1. Брославец Ю.Ю., Георгиева М.А., Фомичев А.А. Проблема дву лей в математических пакетах в естественной комплексной форме и направленной генерации и синхронизации частот встречных численные расчёты в такой форме, становятся отдельными задача волн в лазерном гироскопе // XIV Санкт-Петербургская Меж ми, требующими определённых навыков программирования и пони дународная Конференция По Интегрированным Навигацион мания внутренней логики пакета.

ным Системам. — СПб.: 2007.

Предложено и разработано новое направление, связанное с об 2. Брославец Ю.Ю., Георгиева М.А., Фомичев А.А. Захват часто- работкой дифракционных картин, полученных, в частности, в коге ты встречных волн в лазерном гироскопе при генерации попе- рентном излучении. Создан набор базовых классов (библиотека) на речных мод высшего порядка // XXV Конференция Памяти языке С++. На основе этих классов создана программа — гологра Н.Н. Острякова. — СПб.: 2006. фическая студия.

Основными частями предложенной программы являются: графи 3. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д., Шалаев Е.А., Шокин А.А. Лазеры ческий интерфейс с возможностью чтения, модификации и сохра и их применение. — М.: Радио и связь, 1985.

нения файлов и данных во всех основных графических форматах, синтаксический анализатор — анализатор строк выражений с обра 4. Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ. 3-е пере боткой тригонометрических функций, быстрого преобразования Фу раб. и доп. изд. — М.: Мир, 1990.

рье, процедур записи и считывания изображений и т. п., поддержка макросов (рис. 1).

С помощью студии были восстановлены изображения по интерфе ренционным картинам. Так, например, были восстановлены изобра жения микрообъектов методов фазовых шагов. Студия позволяет, в частности, моделировать каскад оптических преобразований для по лучения оптических транспарантов с заданными амплитудно-фазо выми характеристиками.

ФФКЭ 61 62 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 531.383-1:621.373. Ларионов П.В.1, Фомичев А.А.1, Колчев А.Б.2,3, Ермаков В.С.4, Кель О.Л.4, Парфенов А.С. Московский физико-технический институт (государственный университет) Научно-исследовательский институт «Полюс»

им. М.Ф. Стельмаха ЗАО «Лазекс»

Пермская научно-производственная приборостроительная компания Испытания новой интегрированной навигационной системы на волоконно-оптических гироскопах Волоконно-оптические гироскопы успешно используют в сво их навигационных системах такие крупные фирмы, как Northrop Рис. 1. Основой вид программы Grumman Corporation Navigation Systems, Honeywell Space Systems, Ixsea. В России разработкой и производством интерферометриче ских ВОГ с открытым контуром (прямое преобразование — «open loop») занимается ООО «Физоптика», с замкнутым контуром обрат ной связи («closed-loop») — ООО «Оптолинк» и ОАО «ПНППК» [3].

Рис. 1. Внешний вид системы НСИ-2000МТВ: 1) пульт управления и индикации, 2) БВОГ, 3) спутниковая антенна, 4) блок обработки информации ФФКЭ 63 64 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ Настоящая работа является логическим продолжением работы по биле при скоростях движения до 160 км/час. Анализ результатов исследованию дрейфовых характеристик волоконно-оптических ги- показал, что навигационные ошибки системы зависят от стационар роскопов [1] и частично её результаты были представлены ранее [2]. ности температурного режима БВОГ-120/3. Лучший результат, при Предлагаются результаты испытаний блока волоконно-оптических котором круговая ошибка навигации не превосходила 1,5 км за час, гироскопов (БВОГ) в составе экспериментального образца интегри- получен после 4-часового прогрева (рис. 2).

рованной навигационной системы НСИ-2000МТВ (рис. 1) [4]. В со- Результаты испытаний системы НСИ-2000МТВ подтвердили пер став системы входили блоки и программное обеспечение серийно спективность работ по созданию интегрированной навигационной си выпускаемой системы на основе лазерных гироскопов. Испытания стемы широкого применения на ВОГ, а также необходимость раз включали в себя автономные испытания с паспортизацией парамет- вития температурной модели коррекции систематических составля ров гироскопов и акселерометров, испытания на виброустойчивость, ющих погрешности дрейфа нулевого сигнала ВОГ в инерциальном а также натурные испытания, в том числе и на автомобиле — мобиль- блоке.

ной базовой контрольной станции ЛИИ им. М.М. Громова и лётные испытания на самолёте ЯК-18Т. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Блинов М.С., Колчев А.Б., Ларионов П.В., Фомичев А.А. Ис следования дрейфовых характеристик волоконно-оптических гироскопов. — XLIX научная конференция МФТИ, Долгопруд ный, 2006.

2. Ермаков В.С., Кель О.Л., Колчев А.Б., Ларионов П.В., Пар фенов А.С., Фомичев А.А. Испытания блока волоконно-опти ческих гироскопов в составе интегрированной навигационной системы НСИ-2000МТВ // XV МКИНС. — СПб.: 2007.

3. Ермаков В.С., Каган М.Г., Киселев В.Е., Меркулов В.П. Раз работка и испытания макетных образов датчиков угловой скорости на базе волоконно-оптического гироскопа // VII МКИНС. — СПб.: 2000.

4. Фомичев А.А., Дмитриев В.Г., Колчев А.Б., Скроцкий С.Г., др. Комплексная инерциально-спутниковая навигационная си стема на базе лазерных гироскопов для самолётов гражданской авиации // Оптическая техника. — 1995. — № 1 (5). — С. 28–31.

Рис. 2. Ошибка навигации при испытании БВОГ-120/3 на поворот ном столе Лабораторные испытания системы НСИ-2000МТВ, проведённые на двуосном поворотном стенде в нормальных климатических усло виях, показали, что круговая ошибка местоположения не превышает 2,2 км за час. Натурные испытания системы проводились на автомо ФФКЭ 65 66 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 531.383-1:621.373. Ларионов П.В.1, Колчев А.Б.2, Московский физико-технический институт (государственный университет) Научно-исследовательский институт «Полюс»

им. М.Ф. Стельмаха ЗАО «Лазекс»

Исследование магнитного гистерезиса дрейфа зеемановского лазерного гироскопа Чувствительность к внешним магнитным полям лазерных гиро скопов с устранением зоны нечувствительности с помощью эффекта Зеемана известна и теоретически описана [1]. Наиболее простой и эффективный способ снижения чувствительности — применение маг нитных экранов. Показано [2], что с магнитным экраном у лазерного гироскопа наблюдается остаточный дрейф (остаточная намагничен ность) до 0,2–0,5 /ч после воздействии магнитных полей до 1 Э. Рис. В настоящей работе изучаются причины невоспроизводимости смещения нулевого сигнала зеемановского лазерного гироскопа по- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ сле воздействия магнитных полей. Оказалось, что изменение нулево го сигнала (магнитная составляющая [3]) при воздействии внешних 1. Azarova V.V., Golyaev Yu.D., Dmitriev V.G.and others. Zeeman магнитных полей имеет гистерезисный характер (рис. 1). Laser Gyroscopes. — in Optical Gyros and their Application, RTO Исследования проводились с помощью системы колец Гельмголь- AG. — 1999. — 339.

ца, позволяющих создавать однородное магнитное поле в достаточ 2. Голяев Ю.Д., Колбас Ю.Ю. Магнитное экранирование измери ном объёме пространства [4]. Объект исследования — лазерные ги тельных приборов // Электронная техника, Сер. Лазерная тех роскопы ЛГК-200М в составе инерциального блока с собственным ника и оптоэлектроника. — 1991. — Вып. 2 (58).

экраном (пермаллой) и 2 внешними экранами, в которых размеще ны инерциальная сборка и платы электроники. 3. Колчев А.Б., Ларионов П.В., Фомичев А.А. Особенности кор рекции дрейфа нуля зеемановского лазерного гироскопа // XIII МКИНС. — СПб.: 2006.

4. Ларионов П.В., Рожнов Р.В. Кольца Гельмгольца для прове дения магнитных исследований с зеемановским лазерным гиро скопом // XLVII научная конференция МФТИ. — Долгопруд ный: 2004.

ФФКЭ 67 68 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 538.958 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Федотов В.Г.1, Селькин А.В.2, Баженова А.Г.2 1. Lopez C. Material Aspects of Photonic Crystals // Adv. Mater. — 2003. — V. 15, N. 20. — P. 1679.

Санкт-Петербургский государственный университет Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН 2. Sel’kin A.V. Structural characterization of photonic crystals by Bragg reection spectroscopy // Proceedings of 12th Формирование спектров брэгговского Int. Symp. «Nanostructures: Physics and Technology». — 2004. — отражения света P. 111.

от фотоннокристаллических структур В связи с развитием оптоэлектроники огромное практическое значение приобретают исследования структур, позволяющих управ лять распространением света. К числу таких структур относятся фотонные кристаллы — пространственно-периодические твердотель ные структуры, период которых сравним с длиной волны видимого света. Особый интерес к фотонным кристаллам обусловлен тем, что они представляют собой объекты, позволяющие проводить исследо вания, касающиеся фундаментальных аспектов взаимодействия све та с конденсированной средой [1].

В настоящей работе приведены результаты исследования меха низмов формирования спектров брэгговского отражения света от опалоподобных фотонных кристаллов (трёхмерных двухкомпонент ных фотонных кристаллов с гранецентрированной кубической ре шёткой). Расчёты выполнены в приближении трёхзонного смеши вания блоховских мод [2] с использованием характерных значений параметров полимерных опалоподобных фотонных кристаллов.

В работе рассчитаны энергетические спектры собственных мод электромагнитного поля в фотонном кристалле для различных на правлений падения света на кристалл. Показано, что брэгговская ди фракция света на кристаллических плоскостях, наклонных по отно шению к поверхности фотонного кристалла, приводит к существен ной модификации дисперсионных кривых собственных мод. Также приведены результаты сопоставления рассчитанных энергетических спектров собственных мод электромагнитного поля в области фотон ных запрещённых зон с экспериментальными спектрами брэгговско го отражения света.

ФФКЭ 69 70 ФФКЭ 50-я научная конференция МФТИ Секция фотоники активного сопротивления от частоты внутреннего генератора приве дена на рис. 2. Обращает на себя внимание явление резкого умень шения сопротивления двухпроводной линии на частоте 3,8 МГц.

УДК 535.341. Абдуразаков Ш.Р.1, Рябушкин О.А.2, Московский физико-технический институт (государственный университет) Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс»

Институт радиотехники и электроники РАН Исследование оптических и радиочастотных потерь в микроструктурном световоде с двухпроводной медной линией Рис. 1. а) Строение волокна: 1 — полимерная оболочка, 2 — оболочка из плавленого кварца, 3 — световедущая жила, 4 — медные проводни Оптоволокно представляет собой уникальную среду для переда- ки;

b) Схема установки для измерения потерь оптического излучения чи информации с малыми потерями. Двухпроводная линия известна в волокне. V, A — вольтметр и амперметр, встроенные в блок питания PS-2403D, ASP 648 — лазерный диод накачки на длине волны около уже более 100 лет и до сих пор используется в телефонной связи и 960 нм, ИВ — исследуемое волокно с двухпроводной медной линией, в телевидении. При совмещении этих технологий появляются огром PM 500 — Molectron — измеритель мощности оптического излучения;

ные возможности для управления амплитудой, частотой и фазой оп с) Схема установки для измерения радиочастотных потерь в волокне.

тического излучения. Для осуществления этих задач двухпроводная Q-metr TESLA BM 311G. Параллельное включение двухпроводной ли медная линия была встроена в оболочку многомодового оптического нии волокна 1a.

Потери оптического излучения в волокне были измерены тради Основная задача, стоящая перед нами, — это исследование ра ционным методом. С помощью лазерного диода накачки в исследу диочастотных потерь в двухпроводной линии и потерь излучения в емое волокно заводилось многомодовое излучение в диапазоне длин сердцевине волокна. На рис. 1b приведена схема установки для изме волн 950–970 нм. На выходе волокна измерялась зависимость интен рения радиочастотных потерь в волокне в зависимости от частоты.

сивности излучения от длины волокна (рис. 3). Наблюдается замет На рис. 1c приведена блок-схема установки, на которой проводились ный излом при длине волокна 15 см, что не может быть объяснено измерения оптических потерь в зависимости от длины волокна при в рамках модели затухания света Бугера–Ламберта–Бера с постоян постоянной частоте излучения.

ным коэффициентом поглощения.

Измерения радиочастотных потерь проводились с помощью из С помощью простой модели конденсатора с двумя цилиндриче мерителя добротности при параллельной схеме включения двухпро скими обкладками и однородной средой с постоянной диэлектриче водной линии к колебательному контуру. Полученная зависимость ской проницаемостью между ними (кварцевое стекло) оценена ём ФФКЭ 71 72 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ кость двухпроводной линии. Теоретические результаты дают хоро- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ шее согласование с экспериментом в рамках данной модели при ис 1. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. — М.: Выс пользовании параметров: радиус обкладок равен 24 мкм, расстояние шая школа, 2001.

между ними 174 мкм, диэлектрическая проницаемость 3,8 и дли на обкладок 26 см. Резкое уменьшение сопротивления на частоте 2. Нейман Л.Р., Калантаров П.Л. Теоретические основы электро 3,8 МГц не может быть объяснено на основе модели конденсатора с техники. Т. III. — М: Госэнергоиздат, 1959.

однородным диэлектриком между обкладками и без потерь и требу ет дальнейшего изучения. 3. Lebar R. The Lecher Line: Used in high frequency electronics, generation & measurement. — 2005.

УДК 535. Баган В.А.1,2, Давыдов Б.Л.3,2, Московский физико-технический институт (государственный университет) Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс»

Институт радиотехники и электроники РАН Исследования пространственного Рис. 2. Зависимость омического сопротивления колебательного конту ра от частоты. Характерный пик на частоте 3,8 МГц деполяризатора, использующего оптическую активность в кристаллах Работа посвящена исследованию новых пространственных депо ляризаторов лазерного излучения, а именно, деполяризаторов, ис пользующих эффект поворота поляризационного эллипса в оптиче ски активных кристаллах. В отличие от известных спектральных деполяризаторов Лайота и временных Биллингса пространственные деполяризаторы делят поперечное сечение лазерного пучка на от дельные фрагменты с различными поляризационными состояниями.

Положительной особенностью такого «оптически активного» де поляризатора является принципиальная возможность сильно ослаб лять, а при необходимости практически устранять, зависимость сте Рис. 3. Зависимость мощности выходного излучения от длины во- пени деполяризации от поляризационного состояния входного све локна с двухпроводной линией при различных значениях тока через тового пучка. Именно это обстоятельство выгодно отличает этот лазерный диод. Стрелкой отмечен характерный излом тип пространственного деполяризатора от широко распространен ных пространственных деполяризаторов на оптически анизотропных ФФКЭ 73 74 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ УДК 535. клиньях, использующих эффект изменения относительной фазовой задержки оптических волн, проходящих различные пути в двулуче Базакуца А.П.1,2, Давыдов Б.Л.3,2, преломляющем кристалле.

Московский физико-технический институт (государственный университет) Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс»

Институт радиотехники и электроники РАН Исследование перестраиваемого аттенюатора неполяризованного лазерного излучения повышенной мощности В связи с широкими технологическими применениями современ Рис. 1. Схематическое изображение устройства деполяризатора ных мощных лазеров актуальны разработки приборов, управляю на оптически активных кристаллах щих параметрами их излучения, в частности регулирующих выход ные мощности [1, 2].

С помощью установки, построенной с использованием волокон В настоящей работе исследовались два возможных варианта пе ного иттербиевого лазера ( = 1064 нм), нами были исследованы рестраиваемых аттенюаторов лазерного излучения. Первый аттеню деполяризаторы на основе клиньев (рис. 1) из оптически активных атор построен с применением механически вращаемого фазового эле кристаллов кварца SiO2 и парателлурита TeO2, резко отличающих мента на основе изотропных ромбов Френеля, которые выполняют ся по величинам удельной оптической активности. Изучены угловые ся из дешевых и стойких к мощному излучению стекол (например, зависимости степени деполяризации исходного плоскополяризован из стекла К8, или из плавленого кварца). Во втором аттенюаторе ного Гауссова пучка от азимута поляризационной плоскости при раз использованы принципиально новые поляризационные делители c личных диаметрах ограничивающей пучок диафрагмы.

пониженными отражательными потерями в совокупности с термо С целью моделирования пространственной деполяризации был стабильным фазовым элементом на электрооптических кристаллах составлен соответствующий алгоритм процесса, по которому написа LiTaO3. Схемы и материалы аттенюаторов выбирались с учётом их на компьютерная программа, позволившая рассчитывать аналогич применимости для управления лазерным излучением повышенной ные теоретические характеристики, которые хорошо согласуются с мощности (по нашим оценкам до 100 Вт). Проведены исследования экспериментальными данными.

основных параметров аттенюаторов, показавшие удовлетворитель Деполяризаторы на эффекте оптической активности могут най ное согласие теоретических расчётов с экспериментом.

ти применение в приборах с когерентной обработкой сигналов, таких В случае аттенюатора с электрооптическими кристаллами выяс как оптические дальномеры, локаторы и лидары. Слабая чувстви нена главная причина нестабильности прибора, а именно — всегда тельность исследованных деполяризаторов к входным поляризаци существующий в обычных условиях температурный градиент между онным состояниям света позволяет устранить так называемый эф кристаллами LiTaO3. Оказалось, что температурное различие даже фект «замирания» сигнала, имеющий место при отражениях света в десятые доли градуса существенно ограничивает рабочий темпе от целей со случайными поляризационными характеристиками.

ратурный диапазон прибора. Отмечено, что «электрооптический»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ аттенюатор при необходимости можно преобразовать в электриче 1. Bass M., Van Stryland, Williams D.R., Wolf W.L. Hand Book of ски управляемый, поляризационно-независимый, двухпозиционный Optics. — V. II. — R.R. Donnelly & Sons Comp., 1995. переключатель лазерного пучка.

ФФКЭ 75 76 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ В механическом варианте аттенюатора при выборе конструкции ромбов Френеля, кроме чисто геометрических соображений, следует учитывать также и температурную производную относительного фа зового набега. Например, при желаемых малых размерах фазовый элемент Френеля может оказаться недостаточно термостабильным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Lee J.H., Yun S.S., Yun Kim Y., Jo K.W. Optical Characteristics of a Refractive Optical Attenuator with Respect to the Wedge Angles of a Silicon Optical Leaker // Applied Optics. — 2004. — V. 43. — Р. 877–882.

2. Бендицкий А.А., Богатиков А.А., Кравцов В.Е. О работе аэро зольного ответвителя при большой интенсивности излучения // Квантовая электроника. — 1973. — Т. 17. — С. 413.

Рис. 1. Изображение поверхности опала [8] УДК 535. Вощинский Е.А.1,2, Вощинский Ю.А.1,2, Горелик В.С. Московский физико-технический институт (государственный университет) Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс»

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН Исследование спектров пропускания Рис. 2. Блок-схема установки для измерения спектров пропускания:

искусственных опалов 1 — исследуемый образец, 2 — линзы, 3 — источник излучения, 4 — мини-спектрометр FSD–8, 5 — компьютер Фотонными кристаллами принято называть слабопоглощающие Наличие запрещённой зоны крайне важно для возможных приме структуры, обладающие двумя свойствами:

нений фотонных кристаллов: в лазерах [3], системах оптической свя 1) периодическая модуляция коэффициента преломления с пери зи и передачи информации [4] и оптических компьютерах [5]. Особый одом, сравнимым с длиной световой волны, и интерес в оптике представляют трёхмерные фотонные кристаллы, 2) наличие запрещённой фотонной зоны в трёхмерном простран построенные из глобул (шаров) одинакового радиуса. Такие струк стве или в каких-либо направлениях в кристалле [1, 2].

туры называют глобулярными фотонными кристаллами. Типичным примером глобулярного фотонного кристалла является синтетиче ФФКЭ 77 78 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ излучение падало перпендикулярно поверхности опала. После опала ский опал, состоящий из сферических частиц аморфного SiO2, обра излучение с помощью двух линз (2 на рис. 2) вводилось во входное зующих ГЦК решётку (рис. 1).

кварцевое волокно от миниспектрометра FSD-8. Показания спектро метра регистрировались и обрабатывались с помощью компьютера.

Измерения проводились в спектральном диапазоне 180–1080 нм с разрешением 3 нм.

В результате проделанной работы были получены спектры про пускания искусственного опала с порами заполненными спиртом и воздухом, а также спектры для опалов с различным размером гло бул. Предложена теоретическая модель, позволяющая найти коэф фициент пропускания, закон дисперсии, групповую скорость и плот ность фотонных состояний для образцов опала. Как видно на рис. 3, теоретический коэффициент пропускания больше экспериментально го значения вне стоп-зоны. Это объясняется тем, что теория не учи тывает поглощение энергии при прохождении через материал. На практике же обычно потери энергии составляют 50% и более, и за висят от толщины и прозрачности опала. Таким образом, простая модель одномерной цепочки из атомов двух типов позволяет полу чить вид основных характеристик для опалов. В нашей работе с её помощью получена формула для определения размера глобул опа ла (по значению центральной длины волны в запрещённой зоне).

Рис. 3. Теоретическая и экспериментальная зависимость коэф Полученные результаты находятся в соответствии с практическими фициента пропускания от длины волны падающего излучения значениями.

В опалах на долю пор, образующихся между шарами, может при ходиться до 26% полного объёма (при точечном контакте между ша СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ рами SiO2 ). Это позволяет изменять показатель оптического контра ста материала = S [6, 7] путём введения различных напол / 1. Yablonovich E. Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State нителей в поры (здесь и S — объёмные показатели преломле- Physics and Electronics // Physical Review Letters. — 1987. — ния в порах и шарах соответственно). В нашей работе исследуется V. 58. — P. 2059–2062.

изменение параметров запрещённой зоны опала при заполнении пор 2. John S. Strong localization of photons in certain disordered спиртом. Сопоставляются результаты экспериментальных и теорети dielectric superlattices // Physical Review Letters. — 1987. — ческих исследований оптических свойств искусственных опалов, со V. 58. — P. 2486–2489.

стоящих из шаров различного диаметра. Приводится теоретическая модель и экспериментальные результаты.

3. Yamamoto Y., Slusher R.E. Optical processes in microcavities // Спектры пропускания образцов опала были получены на установ Physics Today. — 1993. — V. 46. — P. 66.

ке, блок-схема которой представлена на рис. 2. В качестве источника излучения (3 на рис. 2) использовалась галогенная лампа накалива- 4. Fleming J.G., Lin S.Y. Three-dimensional photonic crystal with ния. Излучение лампы заводилось в многожильное оптическое во- a stop band from 1.35 to 1.95µm// Optics Letters. — 1999. — локно. Под опалом было сделано отверстие в столике, к которому V. 24. — P. 49–51.

подводилось волокно от галогенной лампы так, чтобы оптическое ФФКЭ 79 80 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ ницаемости и проводимости кристалла. Модель пьезорезонанса стро 5. Килин С.Я. Квантовая информация // Успехи Физических На ится на основе следующих уравнений [4]:

ук. — 1999. — Т. 169. — С. 507–527.

Tij 6. Bush K., John S. Photonic band gap formation in certain self T = cE S eT E, D = eS + E, i = u, div D = 0, (1) organizing systems // Physical Review E. — 1998. — V. 58. — xj P. 3896.

где T — тензор напряжения, S — тензор деформации, E — напряжён 7. Горелик В.С. // Необратимые процессы в природе и технике. — ность электрического поля, D — вектор электрической индукции, М.: РИИС ФИАН, 2005. — С. 283. cE — матрица упругих коэффициентов, e — пьезоэлектрические мо дули, — тензор диэлектрической проницаемости.

8. Голубев В.Г., Курдюков Д.А., Медведев А.В., Певцов А.Б., Со рокин Л.М., Хатчисон Дж. Структурные и фотонные свой ства нанокомпозитов опал–GaN // Физика и Техника Полупро водников. — 2001. — Т. 35. — С. 1376–1379.

УДК 666. Коняшкин А.В.1, Мясников Д.В.2,3, Рябушкин О.А.1, Институт радиотехники и электроники РАН Рис. 1. Экспериментальная установка: R1, C1, R2, C2 — входные Московский физико-технический институт сопротивление и ёмкость РЧ генератора (1) и синхронного детек (государственный университет) тора SR-844 (2);

R — сопротивление нагрузки для измерения тока, Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс» проходящего через кристалл КТР (3);

C3 — ёмкость электродов Радиочастотная спектроскопия нелинейно-оптических кристаллов Нелинейно-оптические кристаллы (KTP, LiNbO3, BBO и др.) ши роко используются для преобразования частоты высокоинтенсивно го лазерного излучения. При воздействии такого излучения в кри сталлах возбуждаются акустические волны, что активно исследует ся оптическими методами [1, 2]. В данной работе исследуются аку стические волны, возбуждаемые внешним электрическим полем в Рис. 2. Частотные зависимости амплитуды и фазы тока, протекаю условиях пьезорезонанса, в нелинейно-оптических кристаллах, обла- щего через кристалл КТР дающих пьезоэлектрическими свойствами [3].

В нашем эксперименте возбуждение акустических волн в кристал Пьезорезонанс характеризуется возрастанием амплитуды смеще ле КТР (30 3 3 мм) осуществляется внешним РЧ полем, парал ния точек среды и резонансными изменениями диэлектрической про лельным оси кристалла c(z), а оси a и b лежат в плоскости xy. На рис. 1 слева представлена блок схема экспериментальной установки ФФКЭ 81 82 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ с эквивалентной электрической схемой для регистрации изменения УДК 535. импеданса кристалла КТР при воздействии внешнего РЧ поля. Из Шайдуллин Р.И.1, Демьянков Д.Т.1, Гайнов В.В.1, менения фиксируются с помощью синхронного детектора, на вход Рябушкин О.А.2, которого подаётся сигнал с малого сопротивления R. Эквивалент ная электрическая схема кристалла вблизи резонанса представлена Московский физико-технический институт на рис. 1 справа.

(государственный университет) Результаты радиочастотных измерений зависимости амплитуды Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс»

и фазы тока представлены на рис. 2. Резонансный характер изме- Институт радиотехники и электроники РАН нения амплитуды и фазы тока указывают на возбуждение харак терных пьезорезонансов в кристалле КТР. Решение уравнений (1) Разогрев активного световода в режимах проводится методом конечных элементов. На рис. 3 приведено рас фотолюминесценции и лазерной генерации пределение смещения точек среды в модах на частотах 957 кГц и 977 кГц. Значения частот пьезорезонансов, полученные в экспери волоконного иттербиевого лазера менте, согласуются с рассчитанными. Однако в области низких ча стот (60–500 кГц) пьезорезонансы, которые предсказывает модель, Мощность одномодовых волоконных лазеров на сегодняшний обнаружить не удалось.

день достигла 3 кВт при оптической накачке более 5 кВт. Разность между энергиями излучения накачки и генерации приводит к силь ному тепловыделению в сердцевине и разогреву активного волокна.

Значительное повышение температуры в сердцевине волокна суще ственно влияет на эффективность генерации и спектральные харак теристики излучения.

В данной работе исследуется изменение температуры в сердце вине волоконных кварцевых световодов, легированных ионами Yb3+ в режимах фотолюминесценции и генерации лазерного излучения.

Рис. 3. Распределение смещения точек среды в собственных модах:

Экспериментальная установка (рис. 1) разработана на основе во 1 — 957 кГц, 2 — 977 кГц локонно-оптического интерферометра Маха–Цандера. Два идентич ных плеча этого интерферометра — активные волокна, в которые мо СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ жет вводиться оптическая накачка. Зондирующее излучение от DFB 1. Kugel G.E., Brehat F. // Journal of Physics C: Solid State Phys. — лазера с длиной когерентности 150 м после прохождения 50%-го от 1988. — V. 21. — P. 5565. ветвителя заводится в два плеча интерферометра. Изменение показа теля преломления в результате разогрева одного из плеч, в которое 2. Tu C.-S., Yeh Y.-L. // Journal of Korean Physical Society. — вводится излучение накачки приводит к изменению оптической раз 1998. — V. 32. — P. S472.

ности хода зондирующего излучения. Непрерывно увеличивая мощ ность излучения накачки, фотоприемником регистрируем изменение 3. Chu D.K.T. // IEEE Transaction on ultrasonics, ferroelectrics and интерференционной картины I = I0 (1 + cos ), что позволяет опре frequency control. — 1992. — V. 39. — P. 683.

делить изменение показателя преломления и, следовательно, темпе 4. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объёмных и ратуры разогрева [1].

поверхностных акустических волнах: материалы, технология, Результаты экспериментальных измерений приведены на рис. 2.

конструкция. — М.: Мир. 1990. На рисунке видно, что при переходе из режима фотолюминесценции ФФКЭ 83 84 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ в режим лазерной генерации (порог генерации обозначен синей лини- T1 T k1 = k2, T1 (r0 ) = T2 (r0 ), ей) зависимость температуры нагрева сердцевины активного светово- r r r0 r да от поглощаемой мощности накакчки изменяется. Из эксперимен T тальных данных получены следующие результаты: разогрев на еди- = h [T2 (b) T0 ], k r ницу мощности в условиях фотолюминесценции Tp = 12,9 К/Вт, b разогрев на единицу мощности в условиях лазерной генерации где P — мощность излучения накачки, — доля мощности излучения Tp = 6,7 К/Вт. накачки переходящая в тепловую мощность, k1,2 — коэффициенты теплопроводности плавленого кварца и полимерного покрытия, T0 — температура окружающей среды (комнатная), h — коэффициент теп лообмена наружного слоя полимера с окружающей средой.

Рис. 1. Блок-схема экспериментальной установки: диод накачки ( = 970 нм), DFB-лазер ( = 1563 нм), измеритель мощности, Рис. 2. Зависимость температуры нагрева фотодетектор, синхронный детектор, два волоконных блока с 3 м от поглощаемой мощности активного волокна, два 50% ответвителя, Г — брэгговские решётки с высоким коэффициентом отражения на длине волны генерации = 1063,4 нм, П — с низким коэффициентом отражения на той же длине волны, Г2 — «глухая» решётка на длине волны = 1564,8 нм Обнаруженные зависимости не могут быть объяснены традицион ным механизмом разогрева вследствие разности энергий квантов на качки и генерируемых квантов. Для оценки вклада этого механизма Рис. 3. Направления распространения излучения фото в разогрев волокна решим уравнение теплопроводности с граничны люминесценции (слева) и лазерной генерации (справа).

ми условиями для коаксиального волокна с диаметрами сердцевины Заштрихованная область обозначает среду, в которой про d, кварцевой оболочки 2r0, полимерной оболочки 2b:

исходит основное поглощение излучения накачки 1 T P Из решения уравнений следует, что изменение температуры в за r =, висимости от поглощаемой мощности накачки выражается форму r r r k1, лой м3 · К 4 dPabs T1 T2 d d · 9,75 · 109 4,4dPabs.

T = k1 = k2, T1 = T2, d dz Вт r r 2 d d 2 r ФФКЭ 85 86 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ УДК 681.787. Таким образом, предсказанный этой моделью разогрев вследствие разности энергий квантов накачки и генерации равен 4,4 К/Вт. По Чаморовский А.Ю.1,2, Наухацкий Г.В.1,2, лученная величина меньше экспериментальной и не зависит от мощ Рябушкин О.А. ности и поэтому не даёт объяснения наблюдаемым зависимостям.

На основе экспериментальных данных предлагается дополнить Московский физико-технический институт эту модель следующим механизм разогрева активного волокна — (государственный университет) разогревом вследствие поглощения генерируемого излучения в во- Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс»

локне.

В режиме фотолюминесценции происходит поглощение в поли- Волоконно-оптический интерферометр мерной оболочке по всей длине волокна. В режиме генерации излу Фабри–Перо для исследования чение распространяется в активной среде вдоль сердцевины волок на, практически не высвечиваясь в полимер (рис. 3). Поглощение акустических мод в нелинейно-оптических фотолюминесцентных фотонов в полимерной оболочке резко сокра кристаллах щается.

Таким образом, полученное экспериментально изменение зависи Высокая разрешающая способность волоконно-оптических интер мости температуры в сердцевине волокна при достижении порога ферометров Фабри–Перо (ВИФП) позволяет использовать их для генерации (рис. 2) объясняется пороговым уменьшением количества изучения малых деформаций и смещений в твёрдых телах [1]. Пре фотолюминесцентных фотонов. Коэффициент поглощения излуче образование излучения мощного волоконного лазера в нелинейно ния в исследуемом диапазоне длин волн в полиметилметакрилате оптических кристаллах приводит к возбуждению различных акусти (полимерной оболочке) намного превышает аналогичый в кварце, ческих мод, которые влияют на эффективность генерации гармо поэтому в режиме фотолюминесценции разогрев сильнее.

ник [2–3]. Нами разработан волоконно-оптический интерферометр Фабри–Перо для изучения акустических колебаний, возбуждаемых СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ светом или радиочастотным полем, в кристалле KTiOPO4.

1. Гайнов В., Демьянков Д., Рябушкин О. Core temperature На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки. В ка measurement of an active optical ber in lasing regime // честве источника зондирующего излучения используется полупро водниковый DFB-лазер (длина волны 1560 ) с длиной когерентно Proceedings of CLEO/Europe IQEC. — Munich, Germany: 2007. A сти 150 м, соединённый с волоконно-оптическим ответвителем (ОО).

На торце волокна плеча А интерферометра зафиксировано зеркало.

Плечо Б закреплено на подвижной юстировочной платформе, кото рая может перемещаться вдоль оси Y (рис. 1). Торец волокна плеча Б просветлён для устранения нежелательных отражений. Грань кри сталла, лежащая в плоскости Y Z, играет роль зеркала. Часть зонди рующего света, выходящего из волоконного плеча Б, отражается от кристалла, возвращается в волокно и интерферирует со светом, от ражённым от зеркала на плече А. Интерференционный сигнал реги стрируется фотодиодом (ФД). Акустические колебания в кристалле возбуждаются внешним радиочастотным полем. Смещение волокна плеча Б вдоль оси Y кристалла позволяет определить пространствен ное распределение амплитуд акустических колебаний.

ФФКЭ 87 88 ФФКЭ Секция фотоники 50-я научная конференция МФТИ рядка 0,01 мкм при напряжении внешнего поля 100 В. Однако в условиях пьезоэлектрического резонанса в кристалле значения ам плитуды акустических колебаний в кристалле возрастают в несколь ко раз. Таким образом, разрешающая способность ВИФП достаточна для исследования акустических мод пьезоэлектрического резонанса в кристалле KTiOPO4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Meller S. Extrinsic Fabry–Perot Interferometer System Using Wavelength Modulated Source: Master of Science in Electrical Engineering Degree Thesis. — 1996. — Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg.

Рис. 2. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объёмных и по верхностных акустических волнах. I–III. — М.: Мир, 1990.

3. Hamichi M.et.al. Structural response of KTiOPO4 to electric elds:

Eects due to low frequency modulation // Journal of Applied Physics. — 1994. — V. 76. — P. 189–193.

Рис. 2. Линией показана теоретическая кривая сигнала интерферо метра при изменении расстояния между торцов волокна и гранью исследуемого кварцевого образца на 1 мкм Для исследования разрешающей способности ВИФП была прове дена калибровка с помощью кварцевого стержня, удлинение которо го управлялось температурой. Результаты представлены на рис. 2.

Из экспериментальных данных (рис. 2) мы получили оценку разре шающей способности ВИФП — 0,1 мкм. Из проведённого матема тического расчёта амплитуд акустических колебаний в кристалле, возбуждаемых радиочастотным полем, мы получили значения по ФФКЭ 89 90 ФФКЭ 50-я научная конференция МФТИ Секция прикладных между собой. Групповое ДЛП на длине волны определяется как n = 2 /(L), где L — длина исследуемого оптического волокна, информационных технологий — период интерференционной картины. Измерения проводились для длин волн от 1000 нм до 1650 нм с длиной оптического волокна 1 м. Результаты экспериментального исследования представлены на рис. 2.

УДК 535. Асеев П.П.1, Рябко М.В.2, Чаморовский Ю.К.2, Никитов С.А. Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт радиотехники и электроники РАН Теоретический расчёт поляризационных Рис. 1. Реальная структура оптиче ского волокна и её аппроксимация характеристик микроструктурных оптических волокон Исследованию поляризационных характеристик микроструктур ных оптических волокон (МОВ) в последнее время уделяют всё боль шее значение. Это связано с возможностью получения уникальных поляризационных характеристик таких МОВ, например, высокого значения двулучепреломления (ДЛП) и дихроизма [1], а также их высокой стабильности к механическим и температурным воздействи ям [2]. Настоящая работа посвящена теоретическому и эксперимен тальному исследованию спектральной зависимости ДЛП в МОВ, приведённом на рис. 1.

Экспериментальный способ измерения группового двулучепре ломления аналогичен используемому в работе [3]. Входной и выход ной контроллеры поляризации ориентируются под углом 45 к глав ным оптическим осям МОВ для получения максимальной видности интерференционной картины. На входе оптического волокна обе по ляризационные составляющие основной моды имеют равные ампли туды. После прохождения оптического волокна длиной L между эти- Рис. 2. Экспериментальная спектральная зависимость группового ДЛП МОВ и теоретически расчитанная зависимость группового и ми двумя линейными поляризациями появляется разность фаз. На фазового ДЛП МОВ выходе из оптического волокна обе поляризационные составляющие основной моды проецируются на ось анализатора и интерферируют ФФКЭ 91 92 ФФКЭ Секция прикладных информационных технологий 50-я научная конференция МФТИ При теоретическом расчёте ДЛП в МОВ использовался мульти- равной 6,1 мкм и малой полуосью равной 2,9 мкм. Воздушные кана польный метод [4], при этом воздушные каналы в структуре, пред- лы 1–4 аппроксимировались цилиндрами диаметром 5,4 мкм. Диа ставленной на рис. 1, аппроксимировались цилиндрами. Локальное метры воздушных каналов 5–6 равны 4,8 мкм.

поле в окрестности каждого цилиндра представляется в виде суммы Результаты теоретических расчётов спектральной зависимости цилиндрических функций в системе координат, связанной с центром фазового ДЛП и группового ДЛП с использованием выражения (4) воздушного канала: показаны на рис. 2. Из рисунка видно, что максимальное отклоне ние теоретической и экспериментальной спектральных зависимостей El (1) e AEl Jm (k rl ) + Bm Hm (k rl ) exp(iml ), e группового ДЛП не превышает 10%. Это можно объяснить погреш Ez = (1) m ностью при аппроксимации воздушных каналов цилиндрами, а так m же погрешностью при выборе радиусов этих цилиндров.

(1) где Jm (z) и Hm (z) — функция Бесселя порядка m и функция Ганке ля первого рода порядка m соответственно, k = (k 2 n2 2 ) 2, ne — e СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ e показатель преломления материала, из которого изготовлено МОВ, 1. Рябко М.В., Никитов С.А., Чаморовский Ю.К. Моделирова — константа распространения моды. С другой стороны, поле во ние свойств однополяризационного микроструктурного опти всей области представляется выражением [4] ческого волокна // Радиотехника и Электроника. — Т. 52, Nc вып. 10. — С. 1–7.

Bm Hm (k |rl |)e(im arg(rcl )) + El (1) e AE0 Jm (k r)eim. (2) e Ez = m 2. Некрашевич Е.С., Рябко М.В. Исследование температурной за 1 m m висимости поляризационных характеристик различных типов Для нахождения и коэффициентов AEl и Bm необходимо согласо El волокон // Нелинейный Мир. — 2007. — Т. 5, вып. 5. — С. 292.

m вать выражения (1) и (2), перейдя в единую систему координат, и 3. Andrew Michie, John Canning, Katja Lyytikinen et al.

a наложить граничные условия на поля E и H. В итоге мы приходим к системе линейных уравнений на коэффициенты AEl и Bm :

El Temperature independent highly birefringent photonic crystal bre m // Optics Express. — 2004. — V. 12, N. 21. — P 5160.

I R(H + J B0 R0 J 0B ) B = M B = 0, (3) 4. White T.P., Kuhlmey B.T., McPhedran R.C.et al. Multipole method for microstructured optical bers. I. Formulation // где H, J B0 и J 0B представляют собой матрицы перехода от одного Journal of Optical Society of America B. — 2002. — V. 19, N. 10. — базиса к другому, R и R0 — матрицы рассеяния для цилиндрических P. 2322–2330.

каналов и внешней границы соответственно.

Решая полученную систему уравнений численно, мы находим кон станты распространения 1 и 2 для двух поляризационных состав ляющих основной моды и фазовое ДЛП nf = (1 2 )/(2). Груп повое ДЛП находится через фазовое, используя выражение nf ng = nf. (4) В данной работе рассматривалась структура, изображённая на рис. 1, состоящая из 6 воздушных каналов. Эффективная сердцеви на такой структуры представляла собой эллипс с большой полуосью ФФКЭ 93 94 ФФКЭ Секция прикладных информационных технологий 50-я научная конференция МФТИ сетей, содержащих несколько разнородных локальных подсетей, яв УДК 004. ляется проблема их «бесшовного» соединения, которую необходимо Коваленко В.Л. решать для каждого из уровней открытой модели взаимодействия систем (OSI).

Московский физико-технический институт (государственный университет) Гетерогенные сенсорные сети УДК 621. Данный доклад посвящен одному из быстро развивающихся при Лазарев В.А.

ложений современных сетей — сенсорным сетям, используемым для Московский физико-технический институт сбора, обработки и передачи информации с высокими требовани (государственный университет) ями по автономности, надежности, масштабируемости и распреде ленности сети. Термин «сенсорные сети» по ряду причин на сего Сверхширокополосный генератор хаоса дняшний день закрепился за вполне определённой стандартом IEEE радиодиапазона на биполярном 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводное взаимодействие та ких устройств как сенсоры, сервоприводы, электронные метки, ра транзисторе с одним питанием диофицированные игрушки и т. п. Он предусматривает небольшую дальность действия (около 10 м) и пропускную способность канала Для таких приложений, как сверхширокополосные локальные се до 250 кбит/с.

ти и сенсорные сверхширокополосные сети, основным требованием В силу естественных ограничений на дальность передачи, понима к генератору является формирование сигнала в заданной полосе ча ние термина «сенсорная сеть» в смысле IEEE 802.15.4 сильно ограни стот с равномерным спектром и определённой спектральной плотно чивает область применения таких сетей до систем контроля отдель стью мощности.

ного предприятия, «умного» дома, компактной группы людей (паци За основу выполнения работы был взят генератор хаоса с 2, ентов клиники) и т. д. И хотя этот недостаток в определённых случа степенями свободы с двумя питаниями. Он обладает хорошими спек ях можно компенсировать за счёт использования большого количе тральными характеристиками в требуемом диапазоне, однако нали ства узлов сети, практически для систем сбора данных в масштабах чие двух питаний затрудняет его использование в малогабаритных большого города или региона вряд ли удастся ограничиться только устройствах. Из анализа его математической модели было сделано этой одной технологией. Вместе с тем системы экологического мо предположение, что второе питание отвечает только за сдвиг рабо ниторинга, контроля технологических параметров энергетических, чей точки и что отсутствие питания на коллекторе не должно су газовых и нефтяных магистралей, предупреждения чрезвычайных щественно влиять на режим работы генератора. В связи с этим в ситуаций и т. д. определяют масштабы сетей от сотен до тысяч кило качестве альтернативы была предложена схема генератора хаоса с метров и не менее важны, чем подразумеваемые протоколом IEEE 2,5 степенями свободы на одном питании (рис. 1). Динамика такого 802.15.4 «локальные» сенсорные сети.

генератора описывается системой уравнений:

Для преодоления барьера «больших расстояний» и создания «гло бальных» сенсорных сетей можно использовать уже построенную, C0 VCE = I1 IC, работающую глобальную TCP/IP сеть Интернет, которая может 1 = V1 VCE R1 I1, L1 I быть использована для любых сетевых приложений, в том числе и C1 V1 = I2 I1, для объединения воедино локальных сенсорных сетей. Первой про L2 I2 = VBE V1 R2 I2, блемой, которая возникает при разработке глобальных сенсорных C2 VBE = (VE VBE )/RE I2 IB, ФФКЭ 95 96 ФФКЭ Секция прикладных информационных технологий 50-я научная конференция МФТИ где VCE, VBE напряжения коллектор-эмиттер и база-эмиттер, V1 — ческих систем связи в радио- и СВЧ-диапазонах // Радиотех напряжение на ёмкости C1 ;

I1, I2, IC, IB — токи через индуктивность ника. — 2000. — № 3. — С. 9–20.

L1, индуктивность L2, коллектор C и базу B.

2. Дмитриев А.С., Панас А.И. Динамический хаос. Новый носи тель информации для систем связи. — М.: Физматлит, 2002.

3. Dmitriev A.S., Kyarginsky B.Ye., Panas A.I., and Starkov S.O.

Experiments on ultra wideband direct chaotic information transmission in microwave band // Int. J. Bifurcation and Chaos. — 2003. — V. 13, N. 6. — P. 1495–1507.

4. Бельский Ю.Л., Дмитриев А.С. Передача информации с по мощью детерминированного хаоса // Радиотехника и электро Рис. 1. Генератор с 2.5 степенями свободы с одним питанием ника. — 1993. — Т. 38, № 7. — С. 1310–1315.

В качестве активного элемента был выбран биполярный транзи стор BFP620F. Для адекватного описания динамической системы ис пользована динамическая модель Гуммеля–Пуна. При исследовании генератора хаоса с 2,5 степенями свободы с одним питанием в пакете УДК 004. схемотехнического моделирования ADS были получены хаотические Любарский Э.В.1,2, Клинушкин Ю.А. режимы колебаний в целом схожие с теми, которые наблюдались в генераторе с двумя питаниями. Таким образом, предположение, сде- Московский физико-технический институт ланное выше, подтвердилось. Был произведен анализ его поведения (государственный университет) при изменении напряжениях питания (рис. 2). Исследованы спектры, Компания «СофтПром»

снятые, с разных точек генератора.

Применение BPM-систем в автоматизации бюджетного процесса В данный момент большинство предприятий в качестве програм мы для автоматизации используют Microsoft Excel в связи с его ши рокой доступностью и легкостью освоения. Однако в настоящее вре мя под автоматизацией бюджетного управления понимается имен Рис. 2. Спектр сигнала, снятый между катушкой индуктивности L но переход от использования офисных приложений к специализиро и сопротивлением R2 при V e = 3 В и при V e = 3,3 В ванным программным продуктам класса BPM (Business Performance В ходе дальнейших исследований была разработана топология Management) либо модулям бюджетирования ERP-систем. Одним из платы генератора и исследовано её влияние на выходной спектр ге- ключевых факторов, заставляющих компании переходить к специа нератора. лизированным программным продуктам для бюджетного управле ния и его автоматизации, является возрастание требований со сто СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ роны акционеров к повышению эффективности использования акти вов. Для удовлетворения этих требований совершенно необходимы 1. Дмитриев А.С., Кяргинский Б.Е., Максимов Н.А., Па мощные инструменты, имеющиеся в арсенале современных СУБД, нас А.И., Старков С.О. Перспективы создания прямо хаоти ФФКЭ 97 98 ФФКЭ Секция прикладных информационных технологий 50-я научная конференция МФТИ позволяющие к тому же организовать хранилище данных. Также Важным моментом в автоматизации является интеграция с учёт необходимы современные технологии анализа данных, наиболее рас- ной системой. Это позволяет автоматически получать фактические пространенной из которых в настоящее время является технология данные и периодически обновлять используемые справочники. Од OLAP. нако на данном этапе часто возникают следующие сложности.

• Учётная система может иметь недостаточное количество ана литик;

• Структура иерархических справочников системы может ме няться;

• Некорректность данных и справочников системы.

В первом случае выходом из сложившейся ситуации может служить введение дополнительных аналитик в учётную систему либо созда ние искусственного механизма привязки. Второй случай может при вести к тому, что отчёты, сформированные до изменений, повредят ся. Примером решения этой проблемы может служить ввод двух оди наковых элементов справочника (до и после изменения) либо ввод ограничений по расчёту. В третьем случае решением может служить ручная корректировка данных, однако справочники необходимо ис правлять в учётной системе. Общая схема интеграции систем 1С:

Предприятие 7.7 и PlanDesigner представлена на рис. 1.

Важным объектом для анализа затрат, входящих в себестои мость, является калькуляция. Для её формирования необходимо ис пользовать базу для распределения, в качестве которой могут вы ступать как производственные показатели, так и суммы затрат по отдельным статьям. Как правило, база выгружается из учётной си стемы. Используя её все затраты автоматически распределяются и в итоге собираются в сводной форме, где видны все первичные и вторичные затраты. Однако, иногда, после закрытия, минуя схему закрытия, в учётной системе вносятся корректировки. Для синхрони зации данных все корректировки также выгружаются и вычитаются после распределения затрат.

Рис. 1 Для регламентирования отправки бюджетов на согласование пла ново-экономическим службам можно использовать динамическую Одним из продуктов для решения задач среднесрочного и систему прав доступа. Примером может служить схема, представлен стратегического управления на основе OLAP технологий является ная на рис. 2. Для её реализации используются такие инструменты, PlanDesigner — разработка Российской компании «СофтПром». Дан как семафоры, сообщения и различные условия.

ный продукт имеет более ста внедрений, в том числе несколько на предприятиях нефтегазовой отрасли, о результатах и особенностях которых пойдет речь.

ФФКЭ 99 100 ФФКЭ Секция прикладных информационных технологий 50-я научная конференция МФТИ • интеграцию с учётной системой «1С: Предприятие 7.7» на уровне передачи данных, импорта и дальнейшей синхрониза ции справочников;

• согласование всех затрат с планово-экономическими службами;

• распределение затрат по местам возникновения затрат (каль куляция);

• построение многомерных отчётов и консолидация данных;

• хранение данных и справочников прошлых лет.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Томас Коннолли, Каролин Бег. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. — Универси тет Пейсли, 2003.

2. Ван Хорн Дж. Основы управления финансами. — М: Финансы и статистика, 1996.

3. Клинушкин Ю.А. Автоматизация бюджетного управления в нефтегазе // Директор Информационной службы. — 2007.

Рис. В результате проведённых внедрений были автоматизированы бюджеты в отделах и процессы производственного планирования:

• производственная программа;

• планирование эффекта от мероприятий по повышению нефте отдачи;

• планирование движения фонда скважин.

Реализованное автоматизированное решение PlanDesigner поддержи вает:

ФФКЭ 101 102 ФФКЭ Секция прикладных информационных технологий 50-я научная конференция МФТИ УДК 004.65 карта, которая определяет максимальную сумма по кредиту. Систе му управления кредитами и контроль за исполнением обязательств Рощенко А.В. можно построить на основе современных информационных систем.

В работе описана схема работы ИС на основе базы данных Oracle в Московский физико-технический институт компании ЗАО Сургутнефтегазбанка. В рамках направления финан (государственный университет) совых рисков разработан модуль «Лимиты» (рис. 1).

Контроль исполнения лимитов Банк устанавливает лимиты на финансовые инструменты. Для оценки загрузки кредитного портфеля, портфеля ценных бумаг необ по кредитным операциям и операциям ходимо ежедневно контролировать установленный лимит. Система с ценными бумагами контроля лимитов была спроектирована сотрудниками банка сов местно со специалистами компании РДТЕХ. Мною под руководством Для успешной работы кредитного направления в банке и соверше- была разработана часть модуля «Лимиты» на основе хранилища дан ния операций с ценными бумагами необходимо контролировать объ- ных.

ём используемых средств. Прежде чем выдать кредит, финансовое учреждение должно оценить свободный пул кредитного портфеля. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Далее дать заключение на выдачу кредита и контролировать испол 1. Лобанов А.А. Энциклопедия финансового риск-менеджмен нение заемщиком своих обязательств. Отсутствие компьютеризации та. — М.: Альпина Бизнес Букс, 2006.

в направление физического кредитования либо операций с ценными бумагами приводят к огромным временным и ресурсным затратам.

Рис. 1. Пример интерфейса по установке лимита на операции с ценны ми бумагами Помимо автоматизации банковских процессов информационные системы в банке помогают создавать математические модели. От крывая кредитное направление, банк строит предполагаемую мо дель, которую использует для выдачи кредита. Накапливая исто рию кредитов, банк может оценить, какие из субъектов задержива ли выплаты по кредиту и какие параметры являются существенны ми. На основе данных по задолженности составляется скоринговая ФФКЭ 103 104 ФФКЭ 50-я научная конференция МФТИ Секция микроэлектроники Данный метод был разработан в рамках системы автоматизиро ванного проектирования AVOCAD фирмы Unicque IC’s. В результате тестирования схем, содержащих паразитные элементы, время моде лирование сокращается в среднем на 30–35%, а количество узлов — на 40–50%.

УДК 658.512.011. УДК 658.512.011. Веселов А.Е.

Лагун Д.А.

ООО «ЮникАйСиз»

Московский государственный институт электронной техники Сокращение времени моделирования (технический университет) ООО «ЮникАйСиз»

СБИС за счёт редуцирования паразитных Подсистема анализа шумов для системы RC-элементов AVOSPICE Стремительный рост степени интеграции СБИС привел к тому, Проведение анализа по малому сигналу (АС) и связанного с ним что помимо точности и достоверности результатов схемотехническо анализа шумов (NOISE) является одним из основных видов ана го моделирования важную роль стала играть также и скорость рас лиза при проектировании аналоговых малошумящих интегральных чётов.

схем (ИС), таких, как аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые Проблему увеличения скорости моделирования решают различ (ЦАП) преобразователи, операционные усилители (ОУ) и др.

ными путями. Можно пытаться идти по пути оптимизации пред Нами была разработана и внедрена в AVOSPICE подсистема та ставления библиотек, можно использовать высокоэффективные ба кого анализа шумов.

зы данных для хранения промежуточных результатов, пытаться Система моделирования проводит анализ по малому сигналу и понижать сложность схемы путём исключения из неё паразитных позволяет вычислять спектральную функцию плотности шума в RC-элементов, возникающих при экстрагировании схемы электриче указанном узле электрической схемы. В подсистеме реализованы ской принципиальной из топологии СБИС. В настоящее время для модели следующих интегральных элементов: резистор, диод, бипо решения этих задач существует набор fastspice продуктов, таких как лярный транзистор (усовершенствованная модель Гуммеля–Пуна), HSIM, UltraSim.

МДП транзистор (модель BSIM3v3). В ходе анализа также вычисля Одно из решений данной проблемы заключается в разработке ал ется эквивалентная спектральная плотность входного шума. Систе горитмов, позволяющих увеличить скорость схемотехнического мо ма уравнений составляется с использованием эффективного метода делирования экстрагированных схем. В результате был предложен шумового анализа.

и реализован метод редукции паразитных RCцепочек. При расчёте Для решения системы уравнений используется алгоритм Гаусса схем, полученных в результате экстрагирования, такой подход позво для комлексных чисел. Результаты, полученные при моделировании лил существенно увеличить скорость моделирования, при этом уда в системе AVOSPICE, совпадают с результатами аналогичного ана лось сохранить точность расчётов в рамках контролируемой погреш лиза, проведённого в системе HSPICE на наборе тестовых схем: уси ности. Разработанные алгоритмы хорошо подходят для временного лительный каскад на МДП транзисторах, усилительный каскад на моделирования. В будущем планируется создать методы и алгорит биполярных транзисторах, дифференциальных усилитель на МДП мы, позволяющие эффективно рассчитывать АЧХ и ФЧХ, с задан транзисторах.

ной точностью.

ФФКЭ 105 106 ФФКЭ Секция микроэлектроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 621.3.049. Матвеенко О.С.

Московский физико-технический институт (государственный университет) ООО «ЮникАйСиз»

Неэпитаксиальные БиКМОП структуры с субмикронными размерами Многие устройства, например, датчики сигнализации, питающие ся от линий связи, нуждаются в блоке преобразования напряжения.

Производство дополнительного блока на плате значительно увеличи вает стоимость недорогого устройства. Биполярные транзисторы в сравнении с МОП транзисторами обладают большей крутизной про ходной характеристики, большим статическим коэффициентом уси Рис. 1. Сечение структуры биполярного pnp-транзистора ления напряжения и поддерживают большее напряжение питания.

Совмещение в структуре БИС КМОП и биполярных транзисторов избавит от необходимости выносить преобразователь напряжения от дельно и, тем самым, уменьшит стоимость микросхемы. Предлагае мые БиКМОП структуры разработаны на базе типового субмикрон ного КМОП процесса, что позволяет избежать значительных допол нительных материальных затрат, и обеспечивают работу ИМС с 5 В питанием. Возможно построение схем с высоковольтными ключами с рабочим напряжением до 15 В.

Сечения структур биполярных транзисторов показаны на рис. 1, 2.

Результаты измерений тестовых кристаллов показали следую щие характеристики: N 20 для npn-транзистора и 5 для pnp-транзистора. Uke 4 В для npn-транзистора и 8 В для pnp-транзистора, Ukb 13 В для npn-транзистора и 18 В для pnp-транзистора.

Задержка на вентиль тестового кольцевого генератора составила Рис. 2. Сечение структуры биполярного npn-транзистора 0,3 нс. Транзисторы характеризуются граничной частотой усиления 2,6 ГГц.

Планируется применение новых БиКМОП структур при разра ботке серии контроллеров пожарных извещателей, контроллеров USB, микросхемы электронного балласта газоразрядных ламп.

ФФКЭ 107 108 ФФКЭ Секция микроэлектроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 621.3.049.77 В частности, для этого подходит криогенный процесс с исполь зованием SF6 плазмы и дополнительного уплотняющего плазму Паршуков Ю.В. ICP источника, что стоит на вооружении в технологическом отде ле «Юник Ай Сиз» (установка фирмы Oxford Instruments — RIE ООО «ЮникАйСиз»

Plasmalab80+). Максимальная глубина каналов в этом случае бу Современные методы изготовления дет определяться максимально возможным аспектным соотношени ем (глубина/ширина) и равна 30.

микроканальных структур в кремнии Для заполнения сверху канавок (запечатывания каналов) ис пользуются методы осаждения слабонапряжённых слоёв (без стрес Микроканальные структуры, выполненные в объёме кремниевой сов) для предотвращения искривления подложки. Лучшими явля подложке, обычно используются как соединительные компоненты ются контролируемое плазменное осаждение слоёв Si3 N4 и/или по в насосах, клапанах, датчиках, теплообменниках или для охлажде- ликремния (LPCVD или PECVD процессы). Для этого подходит ния электронных кристаллов. Существуют различные техники изго- установка плазменного осаждения Oxford Instruments — PECVD товления подобных микроканалов. Это непосредственное склеивание Plasmalab80+, что опять-таки стоит на вооружении в технологиче подложек (bonding) с предварительным созданием необходимого ре- ском отделе «Юник Ай Сиз»

льефа на каждой подложке. Метод имеет недостаток, связанный с В настоящее время в рамках технологического отдела «Юник возможным рассовмещением подложек и соответственно нарушени- Ай Сиз» проводится поисковая работа по отработке технологии ем формы каналов или даже разрушением их. Следующий возмож- скрытых каналов в кремниевых подложках. При этом используется ный метод — это поверностная микрообработка, заключающаяся в успешный опыт и методы, применяемые ранее при проектировании формировании тонкопленочных структурных стенок с последующим вывешенных микроболометрических структур. Применяемое в отде удалением так называемого «жертвенного» слоя на поверхности пла- ле плазменное оборудование делает возможным изготовление раз стины. Но при этом размеры каналов ограничены толщиной «жерт- личных структур, применяемых в микрожидкостных (капиллярных) венного» слоя. системах.

Альтернативой указанным методикам, лишенной указанных недостатков, является так называемая технология скрытых каналов СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (buried channel technology — BST). Суть данной методики состоит в том, что на кремниевой подложке проводится фотолитография, за- 1. Boer M., Tjerkstra R., Berenschot J. Micromachining of Buried тем травление кремния на необходимую глубину, стенки канавок по- channels in silicon, Journal of microelectromechanical systems. — крываются защитным слоем, который впоследствии удаляется толь- 1999. — V. 9, N. 1.

ко на дне канавок. Проводится финишное травление в объёме крем 2. Boer M., Gardeniers Han., Jansen H. Guidelines for etching silicon ния — формируются каналы, защитный слой снимается, а каналы MEMS structures using uorine high-density plasmas at cryogenic сверху заполняются (запечатываются). Таким образом, глубина вы temperatures // Journal of microelectromechanical systems. — травленных ранее канавок определяет расстояние от центра каналов 2002. — V. 11, N. 4.

до поверхности пластины, а форма и размеры каналов определяются в общем случае типом травителя и временем травления. 3. Gardeniers Han. Micromachining of microchannels in silicon for В представленном докладе обзорно представлены основные тех- cryogenic cooling purpose. — University of Twente, 2003.

ники, применяемые при изготовлении скрытых каналов, проанали зированы основные проблемы.

Одним из основных способов формирования канавок в крем нии является глубокое ионно-плазменное травление (DRIE процесс).

ФФКЭ 109 110 ФФКЭ Секция микроэлектроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 004.258 же загрузка внешней шины очень часто меньше предельной (при незначительных изменениях в последовательных кадрах межкадро Пучков Г.А. вая разностная информация уменьшается на порядок и более), и при уменьшении скорости доступа к внешней памяти в это время можно ООО «ЮникАйСиз»

получить существенную экономию энергии.

Адаптивное управление скоростью работы внешней памяти В современных системах обработки потоковой информации, та ких как декодирование и кодирование видео в реальном времени, при использовании алгоритмов с межкадровым сжатием (MPEG-2, MPEG-4) требуются большие массивы памяти данных для хране ния промежуточных результатов обработки и выходных кадров. При построении однокристальных систем (систем на кристалле — СНК) экономически нецелесообразно использовать традиционную статиче скую память на кристалле, размеры кристалла будут слишком вели ки, значительно возрастёт себестоимость и понизится выход годных.

Технология Синхронной Динамической памяти (SDRAM) не доступ на для большинства цифровых полупроводниковых технологий, по этому системы обработки состоят из двух кристаллов (рис. 1).

Рис. Предлагаемый метод адаптивного управления скоростью работы шины внешней памяти для системы обработки данных с нескольки Рис. 1 ми мастерами на общей шине и шинным арбитром (рис. 2) динамиче ски корректирует скорость (изменяя коэффициент деления тактовой Для систем портативного применения важное значение имеет по частоты) работы шины к внешней памяти в зависимости от соот требляемая мощность, и производители уделяют значительное вни ношения суммарной нагрузки всех мастеров к полной пропускной мание её снижению различными путями. В двухкристальных систе способности канала.

мах большая часть мощности расходуется на передачу данных во/из Скорость работы внешней шины назначается так, чтобы отноше внешней памяти (в [1] рассматривается остановка тактовой частоты ние суммарной нагрузки всех мастеров к пропускной способности при бездействии системы). Один из вариантов снижения расходуе канала соответствовало бы предзагруженному диапазону значений мой энергии при доступе к памяти — это снижение тактовой частоты (коэффициент загрузки). Если соотношение меньше, то скорость ра при доступе к ней.

боты внешней шины уменьшается на один шаг частотной сетки так Тактовая частота определяет скорость работы внешней памяти, товой частоты работы внешней памяти, если больше, то, наоборот, которая в свою очередь определяется максимальной расчётной про увеличивается. Каждый мастер на шине имеет свой буфер промежу пускной способностью для данного формата обработки. Реальная ФФКЭ 111 112 ФФКЭ Секция микроэлектроники 50-я научная конференция МФТИ точного хранения данных для временного хранения и накопления УДК 004. данных при ожидании подтверждения доступа на шину от шинного Пучков Г.А., Тулупов М.П.

арбитра. Этот же буфер при незначительном расширении будет га рантировать отсутствие потерь данных при переключениях скорости ООО «ЮникАйСиз»

работы шины внешней памяти.

В зависимости от скорости движений объектов и изменения сцен Непрерываемые и защитные временные в последовательностях кадров количество передаваемых в память окна при доступе к памяти данных может уменьшаться на 30% (в пределе до 34%). Применение описанного метода позволит существенно уменьшить потребляемую в многопотоковой системе мощность в системе обработки видео при обращениях к внешней па мяти. Некоторые интегральные оценки экономии энергии для раз- В системах обработки потоковых данных (например, декодиро ных по насыщенности изменений видеопоследовательностей состав- вание видео), использующих единый массив данных памяти, задача ляют от 2 до 11%. арбитража на шине общего доступа стоит очень остро. Известны несколько базовых методов:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1) равноприоритетный;

2) фиксированный приоритет;

1. Asai, Kenji. System using bus arbiter to power down. — US Рatent 3) выделение временных окон.

Аpplication. — 20070067652. Часто возникает необходимость усовершенствовать тот или иной базовый метод, чтобы более полно реализовать пропускную способ 2. ISO/IEC JTC-1. — Information technology: coding of moving ность шины к внешней памяти и уменьшить простои (в том числе pictures and associated audio for digital storage media at up to в работе специальных аппаратных вычислителей, непосредственно about 15 Mbit/s // International Standard ISO/IEC 13318-3. — участвующих в потоковом вычислении и требующих доступа к па 2001.

мяти). В системах, где известна интегральная потоковая нагрузка 3. MICRON-Semiconductors. — SDRAM memory specication. — каждого мастера на шину, можно существенно уменьшить время про 2001. стоя мастеров, введя настраиваемые окна непрерываемого доступа и защитные окна независимо для каждого мастера.

4. Grant M., Chang H. Winning the SOC revolution, experiences При обработке потоковых данных (прежде всего декодирование in real design. — Boston, Dordrech;

London, Kluwer academic видео) назначение приоритетов доступа строится как: главный — вы publishers. — 2003. дача пакета информации готового выходного кадра с максимальным приоритетом.

Остальные потоки обработки, интегральный уровень нагрузки которых известен и превышает главный, но пиковые нагрузки мо гут значительно меняться из-за разного времени работы блоков, их производящих, получают доступ к шине с приоритетами, пропорци ональными их интегральному уровню загрузки шины.

Для обеспечения более точной подстройки арбитража на шине к реальным скоростям работы и алгоритмам блоков (времена ввода, вычисления и выдачи данных) предлагается добавить в схему обра ботки приоритетов обязательные временные окна:

1) непрерываемого доступа i (timeout i);

ФФКЭ 113 114 ФФКЭ Секция микроэлектроники 50-я научная конференция МФТИ в подложке, невозможно. Такие системы, как правило, объединяют 2) исключенного доступа i (защитное окно i).

сложные высокоскоростные цифровые схемы и высокочувствитель Так, для i-го порта: во время окна непрерываемого доступа обмен ные аналоговые блоки в рамках одного кристалла. При этом помехи, порта i на шине не может быть прерван ранее чем закончится дей производимые цифровой частью, могут оказывать существенное вли ствие окна «timeout i». После окончания окна «timeout i» обмен для яние на работоспособность чувствительных аналоговых блоков.

порта i может быть прерван при наличии запроса на передачу/прием Шум в подложке возникает из-за переключающих токов, кото данных от j-го порта (с более высоким приоритетом). В случае лю рые частично инжектируются в подложку на различную глубину и бой остановки остановки работы порта i (конец запроса на порт i или могут быть обнаружены на некотором расстоянии от прибора. В ра появление более высокоприоритетного запроса от порта j) всегда за боте рассмотрена интегральная структура КМОП-венитля, показан пускается «защитное окно i», на время действия которого доступ на ная на рис. 1. Технологическое и приборное моделирование было шину порту i запрещён, чтобы гарантировать доступ на шину портам проведено с помощью программного пакета ISE TCAD. Было полу (устройствам) с меньшим приоритетом.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 



 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.