eng
Рhotovoltaics
Фотовольтаика
E. A. Ionova
Energy Yield of Multijunction Solar Cells With Allowance for the Latitude Variability of the Spectral Composition Radiation DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.516.524
Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia
An energy yield assessment of the multijunction solar cells is proposed with allowance for the total spectral composition of direct solar radiation during the annual period. It is shown that the energy yield ratio of a four-junction solar cell near the equator is 45% in the case of an atmosphere with a low aerosol composition and 44% in the case of an atmosphere with an aerosol filling typical for the urban areas. At a latitude of +30°, the annual energy yield of this solar cell can be 1001 kWh/m2. To calculate the energy yield of installations and photovoltaic modules with such solar cells, this value adjustment is required due to the energy losses caused by the power plant design.
Energy Yield of Multijunction Solar Cells With Allowance for the Latitude Variability of the Spectral Composition Radiation DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.516.524
Ioffe Physical-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia
An energy yield assessment of the multijunction solar cells is proposed with allowance for the total spectral composition of direct solar radiation during the annual period. It is shown that the energy yield ratio of a four-junction solar cell near the equator is 45% in the case of an atmosphere with a low aerosol composition and 44% in the case of an atmosphere with an aerosol filling typical for the urban areas. At a latitude of +30°, the annual energy yield of this solar cell can be 1001 kWh/m2. To calculate the energy yield of installations and photovoltaic modules with such solar cells, this value adjustment is required due to the energy losses caused by the power plant design.
Е. А. Ионова
Энерговыработка многопереходных солнечных элементов с учетом широтной изменчивости спектрального состава излучения DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.516.524
Предложена оценка энерговыработки многопереходными солнечными элементами с учетом совокупного спектрального состава прямого солнечного излучения в годовом периоде. Показано, что коэффициент энерговыработки четырехпереходного солнечного элемента вблизи экватора составляет 45% в случае атмосферы с низким аэрозольным составом и 44% в случае атмосферы с аэрозольным наполнением, характерным для урбанизированных территорий. На широте +30° годовая энерговыработка данного солнечного элемента может составить 1 001 кВт · час / м2. Для расчета энерговыработки установок и фотоэлектрических модулей с данными солнечными элементами требуется коррекция этой величины в связи с энергетическими потерями, обусловленными конструкцией энергоустановки.
Энерговыработка многопереходных солнечных элементов с учетом широтной изменчивости спектрального состава излучения DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.516.524
Предложена оценка энерговыработки многопереходными солнечными элементами с учетом совокупного спектрального состава прямого солнечного излучения в годовом периоде. Показано, что коэффициент энерговыработки четырехпереходного солнечного элемента вблизи экватора составляет 45% в случае атмосферы с низким аэрозольным составом и 44% в случае атмосферы с аэрозольным наполнением, характерным для урбанизированных территорий. На широте +30° годовая энерговыработка данного солнечного элемента может составить 1 001 кВт · час / м2. Для расчета энерговыработки установок и фотоэлектрических модулей с данными солнечными элементами требуется коррекция этой величины в связи с энергетическими потерями, обусловленными конструкцией энергоустановки.
Теги: multijunction solar cell; energy yield; efficiency; air mass; so photovoltaics атмосферная масса кпд многопереходный солнечный элемент солнечная электростанция энерговыработка
Quantum Technologies
Квантовые технологии
A. L. Sokolov, V. M. Petrov, V. Yu. Venediktov, D. D. Reshetnikov
Axially Symmetric Hermite-Gaussian Beams and the BB84 Protocol for the Space-Earth Quantum Cryptography Channel DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.542.555
The paper provides a description of Hermite-Gaussian beams with an axially symmetric polarization structure generated by a vector superposition of Hermite-Gaussian modes with the indices 10 and 01. It is shown that the axial polarization symmetry makes such beams insensitive to the rotations relative to the optical axis that makes such a modification of the well-known BB84 protocol preferred for the quantum space cryptography systems. The possible creation and detection of such beams within the framework of a polarization protocol transmission using the devices with a radial polarizer is discussed.
Axially Symmetric Hermite-Gaussian Beams and the BB84 Protocol for the Space-Earth Quantum Cryptography Channel DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.542.555
The paper provides a description of Hermite-Gaussian beams with an axially symmetric polarization structure generated by a vector superposition of Hermite-Gaussian modes with the indices 10 and 01. It is shown that the axial polarization symmetry makes such beams insensitive to the rotations relative to the optical axis that makes such a modification of the well-known BB84 protocol preferred for the quantum space cryptography systems. The possible creation and detection of such beams within the framework of a polarization protocol transmission using the devices with a radial polarizer is discussed.
А. Л. Соколов, В. М. Петров, В. Ю. Венедиктов, Д. Д. Решетников
Аксиально-симметричные пучки Эрмита-Гаусса и протокол ВВ84 на их основе для канала квантовой криптографии Космос-Земля DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.542.555
В работе приводится описание системы передачи квантовой информации с помощью пучков Эрмита-Гаусса, образованных векторной суперпозицией мод Эрмита-Гаусса с индексами 10 и 01. Показано, что аксиальная поляризационная симметрия таких пучков, не чувствительная к поворотам относительно оптической оси, является предпочтительной для космических систем квантовой криптографии и может быть использована при модификации известного протокола ВВ84. Обсуждается возможность как создания, так и детектирования таких пучков для передачи поляризационного протокола при помощи четырех аксиально-симметричных поляризационных устройств на основе радиального поляризатора.
Аксиально-симметричные пучки Эрмита-Гаусса и протокол ВВ84 на их основе для канала квантовой криптографии Космос-Земля DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.542.555
В работе приводится описание системы передачи квантовой информации с помощью пучков Эрмита-Гаусса, образованных векторной суперпозицией мод Эрмита-Гаусса с индексами 10 и 01. Показано, что аксиальная поляризационная симметрия таких пучков, не чувствительная к поворотам относительно оптической оси, является предпочтительной для космических систем квантовой криптографии и может быть использована при модификации известного протокола ВВ84. Обсуждается возможность как создания, так и детектирования таких пучков для передачи поляризационного протокола при помощи четырех аксиально-симметричных поляризационных устройств на основе радиального поляризатора.
Теги: axially symmetric polarization structure polarization protocol quantum cryptography radial polarizer spiral rotator аксиально-симметричная поляризационная структура квантовая криптография поляризационный протокол радиальный поляризатор спиральный вращатель
A. S. Kadochkin, V. V. Amelichev, S. S. Generalov, D. V. Gorelov
Study of Integrated Optical Switch for Development of Logical Element Controlled by the Thermal Influence on Ge2Sb2Te5 Layer (GST) DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.556.564
The alternating phase layer Ge2Sb2Te5 (GST) demonstrates a significant refractive index difference between the amorphous (a-GST) and crystalline (c-GST) states. The fast and reversible phase transition between the two states allows for high speed and thermal stability of integrated optical devices. The paper presents a study of an integrated optical switch based on an annular microresonator with a superimposed GST layer controlled by the thermal influence. Such switches may be used in the optical circuits to implement logic functions.
Study of Integrated Optical Switch for Development of Logical Element Controlled by the Thermal Influence on Ge2Sb2Te5 Layer (GST) DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.556.564
The alternating phase layer Ge2Sb2Te5 (GST) demonstrates a significant refractive index difference between the amorphous (a-GST) and crystalline (c-GST) states. The fast and reversible phase transition between the two states allows for high speed and thermal stability of integrated optical devices. The paper presents a study of an integrated optical switch based on an annular microresonator with a superimposed GST layer controlled by the thermal influence. Such switches may be used in the optical circuits to implement logic functions.
А. С. Кадочкин, В. В. Амеличев, С. С. Генералов, Д. В. Горелов
Исследование интегрально-оптического ключа для создания логического элемента, управляемого термическим воздействием на слой Ge2Sb2Te5 (GST) DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.556.564
Представлены результаты модельной экспериментальной оценки возможности управления с помощью внешнего термического воздействия интегрально-оптическим ключом, выполненным в виде кольцевого микрорезонатора с наложенным фазопеременным слоем Ge2Sb2Te5 (GST). Быстрый и обратимый фазовый переход между двумя состояниями – аморфным (a-GST) и кристаллическим (c-GST) – сопровождает большая разность показателей преломления, что может быть использовано в оптических схемах для реализации логических функций.
Исследование интегрально-оптического ключа для создания логического элемента, управляемого термическим воздействием на слой Ge2Sb2Te5 (GST) DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.556.564
Представлены результаты модельной экспериментальной оценки возможности управления с помощью внешнего термического воздействия интегрально-оптическим ключом, выполненным в виде кольцевого микрорезонатора с наложенным фазопеременным слоем Ge2Sb2Te5 (GST). Быстрый и обратимый фазовый переход между двумя состояниями – аморфным (a-GST) и кристаллическим (c-GST) – сопровождает большая разность показателей преломления, что может быть использовано в оптических схемах для реализации логических функций.
Теги: gst layer integrated optical switch logical element microresonator optical resonance интегрально-оптический ключ логический элемент микрорезонатор оптический резонанс слой gst
Microwave Photonics
Радиофотоника
A. A. Sheinberger, M. V. Stepanenko, Yu. S. Zhidik, S. P. Ivanichko,A. V. Maykova
Study of the Systems for Laser Diode Radiation Output Into a Single-Mode Optical Fiber DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.526.538
An optical radiation output system of a laser diode based on a discrete ball lens and a fiber ball lens is proposed. The sensitivity of the following optical radiation output systems of a laser diode to the deviation of elements from the optimal position is determined: laser diode – cleaved optical fiber, laser diode – tapered optical fiber, laser diode – discrete molded lens – cleaved optical fiber, laser diode – discrete ball lens – fiber ball lens. The recommendations are given for the use of these systems in packaging the microwave-photonic modules including the photonic integrated circuits produced with an InP technology.
Study of the Systems for Laser Diode Radiation Output Into a Single-Mode Optical Fiber DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.526.538
An optical radiation output system of a laser diode based on a discrete ball lens and a fiber ball lens is proposed. The sensitivity of the following optical radiation output systems of a laser diode to the deviation of elements from the optimal position is determined: laser diode – cleaved optical fiber, laser diode – tapered optical fiber, laser diode – discrete molded lens – cleaved optical fiber, laser diode – discrete ball lens – fiber ball lens. The recommendations are given for the use of these systems in packaging the microwave-photonic modules including the photonic integrated circuits produced with an InP technology.
А. А. Шейнбергер, М. В. Степаненко, Ю. С. Жидик, С. П. Иваничко, А. В. Майкова
Исследование систем вывода излучения лазерного диода в одномодовое оптическое волокно DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.526.538
Предложена система вывода оптического излучения лазерного диода на основе дискретной сферической линзы и волоконной сферической линзы. Определена чувствительность к отклонению элементов от оптимального положения для следующих систем вывода оптического излучения лазерного диода: лазерный диод – сколотое оптоволокно, лазерный диод – коническое оптоволокно, лазерный диод – дискретная литая линза – сколотое оптоволокно, лазерный диод – дискретная сферическая линза – волоконная сферическая линза. Даны рекомендации по применению данных систем в корпусировании радиофотонных модулей, включающих фотонные интегральные схемы произведенные по InP-технологии.
Исследование систем вывода излучения лазерного диода в одномодовое оптическое волокно DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.526.538
Предложена система вывода оптического излучения лазерного диода на основе дискретной сферической линзы и волоконной сферической линзы. Определена чувствительность к отклонению элементов от оптимального положения для следующих систем вывода оптического излучения лазерного диода: лазерный диод – сколотое оптоволокно, лазерный диод – коническое оптоволокно, лазерный диод – дискретная литая линза – сколотое оптоволокно, лазерный диод – дискретная сферическая линза – волоконная сферическая линза. Даны рекомендации по применению данных систем в корпусировании радиофотонных модулей, включающих фотонные интегральные схемы произведенные по InP-технологии.
Теги: microwave photonics optical lens optical radiation output optical systems photonic integrated circuits tapered optical fiber вывод оптического излучения коническое оптоволокно оптическая линза оптические системы радиофотоника фотонные интегральные схемы
Biophotonics
Биофотоника
M. M. Degtereva, Y. Levin, A. E. Degterev, A. A. Bogdanov, I. A. Lamkin, S. A. Tarasov, P. A. Sergeev
Assessment Procedure for the Advantages of LED Phyto-Strip Application in the Industrial Greenhouse Complexes DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.566.578
The efficiency of LED phyto-strip in the field of photosynthetically active radiation has been assessed and compared with the alternative phyto-irradiators used in the industrial greenhouse complexes. The phyto-strip efficiency in the field of photosynthetically active radiation was equal to 42% that was 4.7 times higher than the efficiency of a full-spectrum grow lamp and 4.4 times higher than the efficiency of a fluorescent lamp. The spectral and energy characteristics of the LED phyto-strip have been determined. The average value of the photosynthetic photon flux density applicable for the plant growing process (≈300 µmol / m2 / s) is achieved when radiation is obtained from one meter of phyto-strip at a distance of ≈20 cm from the irradiated area when current is passed through it. Due to its high efficiency, the phyto-strip will improve the growth results of various crops in the autonomous agro-industrial enterprises, and will also reduce the energy costs.
Assessment Procedure for the Advantages of LED Phyto-Strip Application in the Industrial Greenhouse Complexes DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.566.578
The efficiency of LED phyto-strip in the field of photosynthetically active radiation has been assessed and compared with the alternative phyto-irradiators used in the industrial greenhouse complexes. The phyto-strip efficiency in the field of photosynthetically active radiation was equal to 42% that was 4.7 times higher than the efficiency of a full-spectrum grow lamp and 4.4 times higher than the efficiency of a fluorescent lamp. The spectral and energy characteristics of the LED phyto-strip have been determined. The average value of the photosynthetic photon flux density applicable for the plant growing process (≈300 µmol / m2 / s) is achieved when radiation is obtained from one meter of phyto-strip at a distance of ≈20 cm from the irradiated area when current is passed through it. Due to its high efficiency, the phyto-strip will improve the growth results of various crops in the autonomous agro-industrial enterprises, and will also reduce the energy costs.
М. М. Дегтерева, Е. Левин,А. Э. Дегтерев, А. А. Богданов, И. А. Ламкин, С. А. Тарасов, П. А. Сергеев
Методика оценки преимуществ применения светодиодной фитоленты в промышленных тепличных комплексах DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.566.578
Выполнена оценка эффективности светодиодной фитоленты в области фотосинтетически активной радиации и проведено ее сравнение с альтернативными фитооблучателями, применяемыми в промышленных тепличных комплексах. Эффективность фитоленты в области фотосинтетически активной радиации составила 42%, что в 4,7 раза выше эффективности фитолампы полного спектра и в 4,4 раза выше эффективности люминесцентной лампы. Определены спектрально-энергетические характеристики светодиодной фитоленты. Среднее значение плотности фотосинтетического фотонного потока, применимое для выращивания растений (≈ 300 мкмоль / м2 / с), достигается при снятии излучения с одного метра фитоленты на расстоянии ≈20 см от облучаемой области при пропускании через нее тока. Благодаря высокой эффективности, фитолента позволит улучшить рост различных классов сельскохозяйственных культур в автономных агропромышленных предприятиях, а также позволит снизить затраты на электроэнергию.
Методика оценки преимуществ применения светодиодной фитоленты в промышленных тепличных комплексах DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.566.578
Выполнена оценка эффективности светодиодной фитоленты в области фотосинтетически активной радиации и проведено ее сравнение с альтернативными фитооблучателями, применяемыми в промышленных тепличных комплексах. Эффективность фитоленты в области фотосинтетически активной радиации составила 42%, что в 4,7 раза выше эффективности фитолампы полного спектра и в 4,4 раза выше эффективности люминесцентной лампы. Определены спектрально-энергетические характеристики светодиодной фитоленты. Среднее значение плотности фотосинтетического фотонного потока, применимое для выращивания растений (≈ 300 мкмоль / м2 / с), достигается при снятии излучения с одного метра фитоленты на расстоянии ≈20 см от облучаемой области при пропускании через нее тока. Благодаря высокой эффективности, фитолента позволит улучшить рост различных классов сельскохозяйственных культур в автономных агропромышленных предприятиях, а также позволит снизить затраты на электроэнергию.
Теги: current-voltage characteristic efficiency photosynthetically active radiation photosynthetic photon flux density phyto-strip spectral characteristic watt-ampere characteristic ватт-амперная характеристика вольт-амперная характеристика плотность фотосинтетического фотонного потока спектральная характеристика фитолента фотосинтетически активная радиация эффективность
Optical measurements
Оптические измерения
A. O. Savostianov, I. Yu. Eremchev, A. V. Naumov
Luminescence Nanothermometry by Single Organic Molecules: Manifestation of Electron-Phonon Interaction DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.508.514
Luminescent thermometry is a rapidly growing scientific method based on the dependence of the luminescent and spectral characteristics of nano-sized emitters on temperature. The accuracy of this method depends significantly on the theoretical models used to describe the temperature behavior of the spectra. In this paper, we provide a brief overview of our recent results related to new approaches to interpreting the temperature broadening of the spectral lines of single organic molecules in a polymer matrix as a result of electron-phonon interaction. We believe that the approach under consideration can be successfully applied to a variety of promising emitters used in luminescent thermometry.
Luminescence Nanothermometry by Single Organic Molecules: Manifestation of Electron-Phonon Interaction DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.508.514
Luminescent thermometry is a rapidly growing scientific method based on the dependence of the luminescent and spectral characteristics of nano-sized emitters on temperature. The accuracy of this method depends significantly on the theoretical models used to describe the temperature behavior of the spectra. In this paper, we provide a brief overview of our recent results related to new approaches to interpreting the temperature broadening of the spectral lines of single organic molecules in a polymer matrix as a result of electron-phonon interaction. We believe that the approach under consideration can be successfully applied to a variety of promising emitters used in luminescent thermometry.
А. О. Савостьянов, И. Ю. Еремчев, А. В. Наумов
Люминесцентная нанотермометрия с одиночными органическими молекулами: влияние электрон-фононного взаимодействия DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.508.514
Люминесцентная термометрия – стремительно развивающийся научный метод, основанный на зависимости люминесцентных и спектральных характеристик наноразмерных излучателей от температуры. Точность данного метода существенным образом зависит от используемых теоретических моделей, описывающих температурное поведение спектров. В настоящей работе мы приводим краткий обзор наших недавних результатов, связанных с новыми подходами к описанию температурного уширения спектральных линий одиночных органических молекул в полимерной матрице как результата электрон-фононного взаимодействия. Мы полагаем, что рассматриваемый подход может быть успешно применен для разнообразных перспективных излучателей, используемых в люминесцентной термометрии.
Люминесцентная нанотермометрия с одиночными органическими молекулами: влияние электрон-фононного взаимодействия DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.508.514
Люминесцентная термометрия – стремительно развивающийся научный метод, основанный на зависимости люминесцентных и спектральных характеристик наноразмерных излучателей от температуры. Точность данного метода существенным образом зависит от используемых теоретических моделей, описывающих температурное поведение спектров. В настоящей работе мы приводим краткий обзор наших недавних результатов, связанных с новыми подходами к описанию температурного уширения спектральных линий одиночных органических молекул в полимерной матрице как результата электрон-фононного взаимодействия. Мы полагаем, что рассматриваемый подход может быть успешно применен для разнообразных перспективных излучателей, используемых в люминесцентной термометрии.