Physical research of microgravity influence on physical phenomenon in cryogenic liquids and general-purpose onboard cryogenic facility for realization of this researchaboard International Space Station

The united research plan named "Boiling" is created on the basis of several cryogenic research projects developed by experts in Russia and Ukraine for International Space Station. The "Boiling" plan includes 8 first experiments aimed at investigating the influence of microgravity on boiling processes, heat transfer and hydrodynamics in liquid helium being either under normal or superfluid conditions. The experiments are supposed to be carried out with individual cells collected inside a single cryogenic onboard experimental facility. The international research program experiments are characterized by the following features: utilization of several artificially simulated microgravity levels, owing to rotation of the experimental helium cryostat; visualization of the processes that occur in liquid helium; research of boiling and hydrodynamics both in a large volume of stationary liquid, and in a liquid flow running through a channel. Upon completion of the "Boiling" research plan, the cryogenic onboard facility created for International Space Station would be able to find its application in further scientific and experimental researches with helium

Research of the passage of mode pulses in a waveguide with a one-dimensional diffractiongrade

В данной статье проведено моделирование прохождения модовых импульсов в волноводе с одномерной решеткой. Исследуется дифракция непрерывного излучения и короткого импульса на решетке с периодом порядка длины волны в волноводе с отражающими стенками. Показана возможность дифференцирования отраженного короткого Гауссова импульса. Приводятся результаты моделирования для косинусного сигнала с использованием метода конечных разностей во временной области (FDTD) в свободно распространяемом программном обеспечении MEEP. In this paper, we simulate the propagation of mode pulses in a waveguide with a one-dimensional lattice. The diffraction of continuous radiation and a short pulse on a grating with a period of wave processing in a waveguide with reflecting walls is investigated. The possibility of differentiating the reflected short Gaussian pulse is reported. Simulation results for the cosine signal are presented using the FDTD method in freely distributed MEEP software.Работа выполнена при поддержке Федерального агентства научных организаций (соглашение No 007-ГЗ/Ч3363/26)

Catastrophe theory and caustics of radially symmetric beams

Работа посвящена исследованию каустик радиальных пучков. Найдены аналитические выражения для каустических поверхностей волновых фронтов, создаваемых радиально-симметричными дифракционными оптическими элементами. Результат представлен в криволинейной системе координат, согласованной с каустической поверхностью. Получено асимптотическое представление интеграла Кирхгофа вблизи оптической оси, обеспечивающее корректность расчетов в непараксиальном случае. The work is devoted to the study of the caustics of radial beams. Analytical expressions for caustic surfaces of wave fronts created by radially symmetric diffractive optical elements are found. The result is presented in a curvilinear coordinate system consistent with the caustic surface. An asymptotic representation of the Kirchhoff integral near the optical axis is obtained, ensuring the correct calculations in the non-paraxial case.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-29-20045-мк) в части численного моделирования и Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (соглашение № 007-ГЗ/Ч3363/26) в части теоретических выкладок

Modeling of arrangement tolerances for the optical elements in a spaceborne Offner imaging hyperspectrometer

Предложен математический аппарат, проведены исследования изображения в плоскости регистратора гиперспектрометра по схеме Оффнера, определены условные допуски на положение элементов спектрометра. Результат моделирования совместного действия погрешностей показал, что вероятность удачной сборки гиперспектрометра с соблюдением требований по качеству изображения будет не меньше 0,9.Работа выполнена при частичной поддержке грантов РФФИ № 16-29-11744, № 16-29-09528 и государственного задания ИСОИ РАН (соглашение № 007-ГЗ/43363/26)

Calculation of the band structure of a nonchiral semiconductor and metallic carbon nanotubes

В работе предложен новый формализм метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн. Для построения базисных функций электронный потенциал берется сферически симметричным в атомных областях, постоянным в промежуточной области и цилиндрически симметричным в вакуумных областях. Базисные функции метода, получаемые из решения равнения Шредингера в соответствующих областях, сшиваются на границах МТ-сфер и цилиндрических поверхностях трубки, образуя всюду непрерывные дифференцируемые функции. Для апробации метода были проведены расчеты зонной структуры нехиральной полупроводниковой и металлической одностенных углеродных нанотрубок. We proposed a new formalism of the method of linearized attached cylindrical waves. For the construction of basis functions, the electron potential is taken to be spherically symmetric in atomic regions, constant in the intermediate region and cylindrically symmetric in the vacuum regions. The basic functions of the method, obtained from the solution of the Schrödinger equation in the corresponding domains, are sewn on the boundaries of the MT spheres and the cylindrical surfaces of the tube, forming everywhere continuous differentiable functions. For the approbation of the method, the band structure of the nonchiral semiconductor and metallic single-walled carbon nanotubes was calculated.Работа выполнена при поддержке Федерального агентства научных организаций (соглашение No 007-ГЗ/Ч3363/26) и Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), гранты NoNo 16-29-09528, 16-29-11744

Simulation of the interaction of electrons and photons in grapheme in the strong coupling approaimation

В работе проведена аналогия между описанием взаимодействия спина в переменном магнитном поле и электрона в дираковском метаматериале. Получено, что эти явления описываются одними и теме же уравнениями. Наличие сильного электромагнитного поля приводит к изменению спектра носителей заряда в дираковском материале. Взаимодействие линейно-поляризованного поля с электронами в дираковском материале приводит к анизотропии. Ось анизотропии совпадает с направлением электрического поля в линейно- поляризованной волне. An analogy between the description of the interaction of a spin in an alternating magnetic field and an electron in a Dirac metamaterial has been drawn. It is obtained that these phenomena are described by the same equations. The presence of a strong electromagnetic field leads to a change in the spectrum of charge carriers in the Dirac material. The interaction of a linearly polarized field with electrons in a Dirac material leads to anisotropy. The anisotropy axis coincides with the direction of the electric field in a linearly polarized wave

Optimization, fabrication and characterization of a binary subwavelength cylindrical terahertz lens

A problem of optimizing the subwavelength microrelief of a binary cylindrical transmissive diffractive lens (DL) with a 300-mm focal length for a wavelength of λ=141 μm was considered. High-resistivity silicon was chosen as the DL substrate material. The angle of incidence of the illuminating beam was taken to be π/6. The optimization parameters were the height of the DL profile and the fill factor of the groove. The main goal of optimizing the design was to increase the diffraction efficiency of the lens. The DL diffraction efficiency was calculated using a Fourier mod method. The DL was fabricated by plasma-chemical etching (Bosch process) of the surface of a silicon substrate. The diffraction efficiency of the calculated lens was estimated to be 70%. However, a full-scale experiment showed the real efficiency to be much lower. These differences are related to both errors in the manufacturing process of the DL and non-ideal thickness parameters of the silicon wafers

Simulation of the carbon nanotubes band structure on a supercomputer based with ab initio methods

В работе предложен новый формализм метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн. Для построения базисных функций электронный потенциал берется сферически симметричным в атомных областях, постоянным в промежуточной области и цилиндрически симметричным в вакуумных областях. Базисные функции метода, получаемые из решения уравнения Шредингера в соответствующих областях, сшиваются на границах МТ-сфер и цилиндрических поверхностях трубки, образуя всюду непрерывные дифференцируемые функции. Для апробации метода были проведены расчеты зонной структуры нехиральной полупроводниковой (10,0) и металлической (6,6) одностенных углеродных нанотрубок. We proposed a new formalism. For the construction of basis functions, the electron potential is taken to be spherically symmetric in atomic regions, constant in the intermediate region and cylindrically symmetric in the vacuum regions. The basic functions of the method obtained from the solution of the Schrödinger equation in the corresponding domains, are sewn on the boundaries of the MT spheres and the cylindrical surfaces of the tube, forming everywhere continuous differentiable functions. For the approbation of the method, calculations were made of the band structure of the nonchiral semiconductor (10.0) and metallic (6.6) single-walled carbon nanotubes.Работа выполнена при поддержке Федерального агентства научных организаций (соглашение No 007-ГЗ/Ч3363/26) и грантов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) No16-29-09528 и No16-29-11744