Выпуск 4, 2025

Исследование особенностей бозе-эйнштейновской конденсации унитарных поляритонов в кристаллической и фотоннокристаллической средах

В. В. Волкова, Д. А. Гавриловец, А. Д. Котова, М. А. Кулагина, В. В. Филатов

Унитарные (транспарентно-ассоциированные, транспарентные) поляритоны − кванты электромагнитного поля в веществе, для которых взаимодействие с фононной подсистемой приводит к равному единице («унитарному», отсюда и название) эффективному показателю преломления. Материальная среда для таких световых квантов оптически идентична вакууму, что делает транспарентные поляритоны чрезвычайно интересными как для контролируемого просветления оптических сред, так и для моделирования в веществе нелинейно-вакуумных оптических процессов (таких, как, например, γγ→a). В настоящей работе исследуются возможности конденсации транспарентно-ассоциированных поляритонов в периодических материальных средах (кристаллических и фотоннокристаллических) и выясняются характерные особенности для кристаллического и фотоннокристаллического случаев. Установлено, что в обычных (нефотонных) кристаллах конденсация транспарентно-ассоциированных поляритонов в видимой области спектра невозможна, однако в фотонных кристаллах, наоборот, может быть реализована на любой требуемой длине волы. Полученные результаты интересны для получения перестраиваемой когерентной оптической генерации на основе параметрического оптического процесса γγ → a(φ',φ'')→γ'γ', в котором синтезируется и разрушается промежуточный (аксионоподобный) биполяритон a, а частота полезного излучения γ' «настраивается» вспомогательными фононами φ'и φ''.

Разработка алгоритма для построения профиля колеса и определения дефектов на поверхности в процессе взаимодействия колесо-рельс

К. Г. Аринушкина$^{1,3}$, П. И. Цомаев$^{2,3}$, В. В. Давыдов$^{1,2}$, И. Ю. Савельев$^3$

Глобальный рост железнодорожных перевозок способствует экономическому развитию, но одновременно повышает требования к безопасности подвижного состава. Ключевым фактором риска остаются дефекты колесных пар, которые становятся причиной большинства аварий. Для их своевременного выявления требуется комплексный анализ поверхности колес, включающий сбор изображений, восстановление поврежденных участков и точный замер геометрических параметров Для своевременного обнаружения дефектов используются оптические системы, которые позволяют проводить мониторинг поверхности в режиме реального времени. Однако эффективность таких систем во многом зависит от используемых алгоритмов расчета и оценки параметров. В представленной работе рассматривается актуальность разработки усовершенствованного алгоритма обработки данных системы контроля основных параметров колес с целью повышения точности диагностики дефектов поверхности катания.

Лазерная спектроскопия наночастиц ZnS в процессе их синтеза в обратных микроэмульсиях

Р. Р. Волков$^1$, И. В. Пластинин$^2$

В данной работе методами спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света, метода динамического светорассеяния (ДСР) и спектроскопии поглощения в ультрафиолетовой области проведено исследование обратных микроэмульсий, в которых проводилась реакция синтеза наночастиц ZnS. Согласно данным ДСР, размер обратных мицелл в микроэмульсиях не превышал 5 нм, а размер синтезированных наночастиц ZnS не превышал 3 нм. Было показано, что размер обратных мицелл не зависит от наличия прекурсоров и наночастиц внутри мицелл. С помощью спектроскопии поглощения было получено, что размеры наночастиц, синтезированных в микроэмульсиях, оказались равными 2.8 ± 0.2 нм, что согласуется с данными ДСР. С помощью спектроскопии КР было показано, что изменение интенсивности валентной полосы SO прекурсора ZnSO4 коррелирует с изменением концентрации ионов SO42- внутри ядер мицелл, что позволяет использовать её для контроля содержания прекурсора в реакционной среде с синтезирующимися наночастицами. Кроме того, было показано, что взаимодействие молекул воды с гидрофильными группами АОТ приводит к изменению формы валентной полосы SO AOT и её смещению в область меньших волновых чисел. Результаты проведённых исследований обеспечивают развитие методов дистанционной и экспрессной лазерной диагностики мицеллярных нанореакторов

Применение доменной адаптации для диагностики природных вод по спектрам комбинационного рассеяния света

Л. С. Утегенова$^1$, К. А. Бузанов$^2$

Определение ионного состава и концентрациивеществ в речных и сточных водах представляет собой важную научно-практическую задачу экологического мониторинга. В настоящей работе решается задача по определениюконцентраций ионов Zn2+, Cu2+, Li+, Fe3+, Ni2+, NH4+, SO42- и NO3-в водных растворах с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) и искусственных нейронных сетей (НС). Спектроскопия КР позволяет проводитьбыстрый и дистанционный анализ многокомпонентных жидких сред в режиме реального времени. Однако анализ спектров сталкивается с рядом проблем вследствие сложногохимического состава природных вод и наличия флуоресцентного фона, обусловленного растворёнными органическими веществами. Поэтому необходимоиспользовать НС. В рамках исследования с целью доменной адаптации НС реализуется метод переноса обучения, основанный на предварительном обучениимоделей на репрезентативной выборке спектральных данных, не содержащих флуоресцентной составляющей (исходный домен), и дальнейшем дообучении НС наспектрах с флуоресцентным фоном (целевой домен). Такой подход позволил повысить эффективность обучения модели и точность определения концентраций ионов вреальных речных водах (Москва-река, Яуза, Битца, Сетунь).

Диэлектрическая приемная антенна с оптическим съемом информации на основе резонатора с модами шепчущих галерей

Б. К. Резников$^1$, Е. С. Минин$^1$, Т. А. Котов$^1$, Е. В. Полякова$^1$, Н. Ю. Колыбельников$^1$, С. С. Грызулёв$^1$

В статье рассматривается новое направление в области антенн — диэлектрические резонаторные антенны (ДРА) на основе нанофотонных резонаторов шепчущей галереи (WGM), обладающие высокой устойчивостью к электромагнитным помехам (ЭМИ) и исключающими использование металлов в конструкции. Показано, что благодаря сверхвысокой добротности WGM-резонаторов и эффективному перекрытию радиочастотного и оптического полей внутри диэлектрического резонатора, достигается модуляция оптического излучения радиочастотным сигналом без применения металлических электродов. Рассматриваются принципы работы таких антенн, параметры модуляции и схемы реализации, демонстрирующие потенциал создания высокочувствительных, компактных и ЭМИ-устойчивых радиофотонных антенных систем нового поколения.

Исследование фазовой модуляции аналогового сигнала от температуры в одномодовом волокне

Б. К. Резников

В статье рассмотрены особенности функционирования волоконно-оптических телекоммуникационных систем при~эксплуатации в условиях нестабильных температурных режимов, характерных для горных районов и Крайнего Севера. Проведён анализ влияния легирования сердцевины оптического волокна оксидом германия (GeO${}_2$) на уровень оптических потерь, обусловленных рэлеевским рассеянием. Показано, что при~высоких концентрациях GeO${}_2$ потери существенно возрастают при~снижении температуры, что ограничивает длину линии передачи без усилителей. Приведены результаты экспериментальных исследований зависимости коэффициента потерь $\alpha_\text{РР}$ от температуры и относительного изменения показателя преломления $\alpha$ для волокон, изготовленных по методам VAD и MCVD. Разработана и реализована методика измерения температурной зависимости $\alpha_\text{РР}$ с использованием климатической камеры и двухканальной схемы измерений. Полученные результаты позволяют установить допустимые уровни легирования сердцевины волокна для эксплуатации систем передачи данных без термостабилизации в холодных климатических условиях. Также намечены направления дальнейших исследований, связанных с фазовыми искажениями модулированных сигналов в аналоговых системах связи при~колебаниях температуры.

А. А. Гайна$^1$, А. А. Можайко$^2$

В работе исследовалась точность измерений температуры при лазерном упрочнении конструкционной стали с использованием тепловизора, работающего в среднем инфракрасном диапазоне (8-14 мкм). Эксперименты проводились на установках, оснащенных волоконными лазерами, LENS 750 и ЛС 10. Было выявлено несколько факторов, влияющих на точность измерений, включая отражение лазерного излучения, разрешение камеры, неправильно настроенный коэффициент излучения и взаимодействие лазерного излучения с воздухом во время разряда. Для повышения точности измерений было предложено несколько методов, таких как использование оптических фильтров и оптимизация расстояния наблюдения за мишенью и корректировка значения коэффициента излучения. Результаты исследования показали необходимость комплексной калибровки системы для обеспечения точного измерения температуры поверхности.

А. А. Михеева$^1$, А. Н. Туркин, А. А. Мармалюк

Сегодня усиленное спонтанное излучение (суперлюминесценция) является важным эффектом как в инжекционных лазерах, так и в суперлюминесцентных диодах. В последних это явление позволяет добиться наиболее широкого спектра излучения прибора при достаточно высокой выходной мощности, что является неоспоримым преимуществом для широкого класса практических применений. В связи с актуальностью проблемы создания широкополосных суперлюминесцентных диодов (СЛД) представляется перспективным анализ наилучшего способа уширения спектра этих приборов в зависимости от конструкции их активной области. Для этого необходимо провести теоретическое моделирование оптического усиления в различных конструкциях активных областей СЛД, а также исследовать поведение скорости спонтанной излучательной рекомбинации с ростом длины волны в этих структурах. При построении спектра усиления можно сделать вывод о том, какие именно оптические переходы в квантовой яме вносят наибольший вклад в усиление при определенном токе инжекции. Анализ таких важных эффектов позволяет построить расчетные спектры выходной мощности СЛД и рассчитать ширину каждого спектра на полувысоте при разных токах инжекции. Кроме того, для того чтобы разобраться, какая из конструкций активных сред позволяет создать эффективный широкополосный суперлюминесцентный диод, необходимо проанализировать величину спектрального провала между максимумами в соответствующем спектре излучения. В работе показано, что наиболее широкополосный СЛД с малой величиной спектрального провала можно создать на основе одной квантовой ямы, в которой в процесс излучения вовлекается два оптических перехода.

М. М. Лещева, А. А. Абашкина, А. А. Шарков, О. М. Вохник

Экспериментально исследована трансформация распределений интенсивности, происходящая по мере распространения фазово-модулированного лазерного пучка. Выявлено влияние глубины синусоидальной фазовой модуляции на преобразование распределения фазы в распределение интенсивности, происходящее на расстоянии, равном четверти длины Талбота. Зарегистрировано периодическое самовоспроизведение распределений интенсивности излучения, фаза которого промодулирована по периодическому фрактальному закону. Выявлены особенности эффекта Талбота, обусловленные использованием фазового транспаранта на основе функции Вейерштрасса.

МЭМС-переключатель с увеличенным отношением емкостей для передовых радиоэлектронных систем

М. О. Морозов$^{1,2}$, И. В. Уваров$^2$

МЭМС-переключатели имеют широкий потенциал применения в перспективных системах связи, однако их внедрению препятствует ряд особенностей. Отношение емкостей в разомкнутом и замкнутом состоянии обычно составляет несколько единиц и не обеспечивает требуемых характеристик. Отношение емкостей может быть многократно увеличено за счет использования дополнительного электрода, нанесенного поверх диэлектрического слоя. В данной работе проводится расчет емкостных и радиочастотных характеристик переключателя с дополнительным электродом.

Л. А. Баринов$^{1,2}$

Показано, что предложенная в работе [Barinov L. A., Khalili F. Ya. // Phys. Rev. D. 2025, https://doi.org/10.1103/7mn7-qm31] схема лазерного детектора гравитационных волн, сочетающая преимущества квантового измерителя скорости и управляемой оптической жёсткости, может быть адаптирована для оптомеханических сенсоров малых сил <<настольного>> масштаба. Выполнен численный анализ и получены аналитические выражения для спектральной плотности квантового шума при параметрах, характерных для современных оптомеханических систем с субграммовыми зеркалами.

Пространственноподобные внемассовые формфакторы пиона в формализме Бете-Солпитера

С. Г. Бондаренко$^1$, М. К. Слаутин$^2$

В статье рассматриваются внемассовые электромагнитные формфакторы пиона в формализме Бете-Солпитера. Для аналитического решения уравнения используется сепарабельное ядро кварк-антикваркового взаимодействия первого ранга. Вычисляются полувнемассовые формфакторы пиона $F_1$ и $F_2$, которые связаны друг с другом тождеством Уорда-Такахаши. Полученные внемассовые формфакторы, а также статические свойства пиона сравниваются с результатами других авторов.

Электромагнитное взаимодействие массивных полей высших спинов в трех измерениях

А. А. Шарапов$^1$, Д. Я. Щербатов$^2$, Е. Д. Скворцов$^{3,4}$

Предлагаются новые релятивистские волновые уравнения и лагранжианы для массивных полей целых спинов в трехмерном пространстве Минковского. Построено совместное взаимодействие массивной частицы целого спина с электромагнитным полем, подчиненным уравнению Богомольного. Рассмотрен вывод уравнений Максвелла как условия совместности построенного взаимодействия.

В. О. Галкин$^1$, Е. М. Савченко$^{1,2}$

Массы основных и радиально и орбитально возбуждённых состояний трижды тяжёлых тетракварков с парой открытого и скрытого тяжёлых ароматов (очарование, прелесть) рассчитаны в рамках релятивистской кварковой модели, основанной на квазипотенциальном подходе и КХД. Тетракварк рассматривается как связанное состояние дикварка с антидикварком. Рассматриваются дикварки в триплетном по цвету состоянии. Расчёты учитывают все релятивистские эффекты (независящие и зависящие от спина) и конечный размер дикварка. Полученные результаты сравниваются с порогами сильных развалов на пару тяжёлого и тяжёло--лёгкого мезонов. Выделены состояния тетракварков, являющиеся основными кандидатами для экспериментальных поисков.

В. О. Галкин$^1$, А. О. Немтырев$^2$

В течение последних десятилетий достигнут существенный экспериментальный прогресс в исследовании распадов адронов, содержащих тяжелые кварки. В частности, были измерены относительные вероятности эксклюзивных полулептонных и редких распадов как прелестных, так и очарованных мезонов и барионов. В настоящей работе представлены результаты исследования редких распадов $\Xi_{b}^-\rightarrow \Xi^- l^+l^-$. В рамках релятивистской кварковой модели, основанной на квазипотенциальном подходе и квантовой хромодинамике, рассчитаны формфакторы, параметризующие матричные элементы слабого тока между барионными состояниями. На основе спирального формализма проведен расчёт дифференциальных и полных ширин распада, а также асимметрий и поляризационных характеристик распадов. Расчёты выполнены как с учетом дальнодействующих вкладов в коэффициенты Вильсона векторных резонансов чармония, так и без их учета. Получены предсказания для ширин распада для 3-х поколений лептонов.