eng
Technologies and Technology Equipment
Tехнологии и технологическое оборудование
I. A. Polozov, V. A. Nefedova, A. M. Zolotarev, A. A. Popovich
Influence of Selective Laser Melting Parameters on the Porosity and Properties of Functionally Graded Implants Made of Biomedical Titanium Alloys DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.596.607
This paper provides the research results related to the development and optimization of new biomedical titanium alloys and three-dimensional lattice structures based on the triple periodic minimal surfaces (TPMS) for application in the orthopedic implants. Systematic variation of the laser power and scanning speed during the selective laser melting process has made it possible to establish the optimal processing modes for the Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu, Ti‑10Ta‑2Nb‑2Zr, and Ti‑15Ta alloys and achieve high material density and favorable mechanical properties. It has been found that the Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu alloy has the highest strength, while the tantalum-based alloys are specified by a lower modulus of elasticity and increased ductility. The study of TPMS structures (gyroid, schwarz, split) with various volume fractions has demonstrated possible regulation of the modulus of elasticity and strength of the structures down to the bone tissue level. Based on the data obtained, a prototype of a functionally graded hip prosthesis has been developed, ensuring the optimal stress distribution and improved biomechanical properties.
Influence of Selective Laser Melting Parameters on the Porosity and Properties of Functionally Graded Implants Made of Biomedical Titanium Alloys DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.596.607
This paper provides the research results related to the development and optimization of new biomedical titanium alloys and three-dimensional lattice structures based on the triple periodic minimal surfaces (TPMS) for application in the orthopedic implants. Systematic variation of the laser power and scanning speed during the selective laser melting process has made it possible to establish the optimal processing modes for the Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu, Ti‑10Ta‑2Nb‑2Zr, and Ti‑15Ta alloys and achieve high material density and favorable mechanical properties. It has been found that the Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu alloy has the highest strength, while the tantalum-based alloys are specified by a lower modulus of elasticity and increased ductility. The study of TPMS structures (gyroid, schwarz, split) with various volume fractions has demonstrated possible regulation of the modulus of elasticity and strength of the structures down to the bone tissue level. Based on the data obtained, a prototype of a functionally graded hip prosthesis has been developed, ensuring the optimal stress distribution and improved biomechanical properties.
И. А. Полозов, В. А. Нефедова, А. М. Золотарев, А. А. Попович
Влияние параметров процесса селективного лазерного плавления на пористость и свойства титановых функционально-градиентных имплантатов DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.596.607
В работе представлены результаты исследований по разработке и оптимизации новых биомедицинских титановых сплавов и трехмерных решетчатых структур на основе тройных периодических минимальных поверхностей (TPMS) для применения в ортопедических имплантатах. Систематическое варьирование мощности лазера и скорости сканирования при процессе селективного лазерного плавления позволило установить оптимальные режимы обработки сплавов Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu, Ti‑10Ta‑2Nb‑2Zr и Ti‑15Ta и достичь высокой плотности материала и благоприятных механических свойств. Установлено, что сплав Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu обладает наибольшей прочностью, тогда как сплавы на основе тантала характеризуются более низким модулем упругости и повышенной пластичностью. Изучение TPMS-структур (гироид, шварц, сплит) при различной объемной доле показало возможность регулирования модуля упругости и прочности конструкций до уровня костной ткани. На основе полученных данных разработан прототип функционально-градиентного протеза тазобедренного сустава, обеспечивающий оптимальное распределение напряжений и улучшенные биомеханические свойства.
Влияние параметров процесса селективного лазерного плавления на пористость и свойства титановых функционально-градиентных имплантатов DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.596.607
В работе представлены результаты исследований по разработке и оптимизации новых биомедицинских титановых сплавов и трехмерных решетчатых структур на основе тройных периодических минимальных поверхностей (TPMS) для применения в ортопедических имплантатах. Систематическое варьирование мощности лазера и скорости сканирования при процессе селективного лазерного плавления позволило установить оптимальные режимы обработки сплавов Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu, Ti‑10Ta‑2Nb‑2Zr и Ti‑15Ta и достичь высокой плотности материала и благоприятных механических свойств. Установлено, что сплав Ti‑13Nb‑13Zr‑5Cu обладает наибольшей прочностью, тогда как сплавы на основе тантала характеризуются более низким модулем упругости и повышенной пластичностью. Изучение TPMS-структур (гироид, шварц, сплит) при различной объемной доле показало возможность регулирования модуля упругости и прочности конструкций до уровня костной ткани. На основе полученных данных разработан прототип функционально-градиентного протеза тазобедренного сустава, обеспечивающий оптимальное распределение напряжений и улучшенные биомеханические свойства.
Теги: functionally graded implants hip prosthesis mechanical properties selective laser melting titanium alloys механические свойства протез тазобедренного сустава селективное лазерное плавление титановые сплавы функционально-градиентные имплантаты
Lasers & Laser Systems
Лазеры и лазерные системы
V. P. Duraev, M. R. Lebedev, S. V. Medvedev
Single-frequency Semiconductor Laser Modules with an External Resonator with a Wavelength of 633 nm DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.608.618
The paper provides the results of work on the development of single-frequency semiconductor laser modules with a wavelength of 633 nm, an external resonator and a narrow spectral linewidth of less than 1 MHz based on the fiber Bragg gratings (FBGs) generated in a single-mode fiber optic waveguide. The continuous tuning methods for the emission wavelength within the half-width of the FBG reflection contour are considered. The given laser modules are capable of generating the dynamically stable single-frequency radiation with a side mode suppression of more than 40 dB, an oscillating linewidth of less than 300 kHz, and an output optical power of more than 30 mW. The wavelength tuning of the laser module emission spectrum by the pump current is estimated to be 10 GHz (0.02 nm) within the mode interval.
Single-frequency Semiconductor Laser Modules with an External Resonator with a Wavelength of 633 nm DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.608.618
The paper provides the results of work on the development of single-frequency semiconductor laser modules with a wavelength of 633 nm, an external resonator and a narrow spectral linewidth of less than 1 MHz based on the fiber Bragg gratings (FBGs) generated in a single-mode fiber optic waveguide. The continuous tuning methods for the emission wavelength within the half-width of the FBG reflection contour are considered. The given laser modules are capable of generating the dynamically stable single-frequency radiation with a side mode suppression of more than 40 dB, an oscillating linewidth of less than 300 kHz, and an output optical power of more than 30 mW. The wavelength tuning of the laser module emission spectrum by the pump current is estimated to be 10 GHz (0.02 nm) within the mode interval.
В. П. Дураев, М. Р. Лебедев, С. В. Медведев
Одночастотные полупроводниковые лазерные модули с внешним резонатором на длину волны 633 нм DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.608.618
Представлены результаты работ по созданию одночастотных полупроводниковых лазерных модулей на длину волны 633 нм с внешним резонатором и узкой шириной спектральной линии менее 1 МГц на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР), сформированных в одномодовом волоконном световоде. Рассмотрены способы плавной перестройки длины волны излучения внутри полуширины контура отражения ВБР. Представленные лазерные модули способны генерировать динамически стабильное одночастотное излучение с подавлением боковой моды более 40 дБ, шириной линии генерации менее 300 кГц и выходной оптической мощностью более 30 мВт. Перестройка длины волны спектра излучения лазерного модуля током накачки оценочно может составлять 10 ГГц (0,02 нм) в пределах межмодового интервала.
Одночастотные полупроводниковые лазерные модули с внешним резонатором на длину волны 633 нм DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.608.618
Представлены результаты работ по созданию одночастотных полупроводниковых лазерных модулей на длину волны 633 нм с внешним резонатором и узкой шириной спектральной линии менее 1 МГц на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР), сформированных в одномодовом волоконном световоде. Рассмотрены способы плавной перестройки длины волны излучения внутри полуширины контура отражения ВБР. Представленные лазерные модули способны генерировать динамически стабильное одночастотное излучение с подавлением боковой моды более 40 дБ, шириной линии генерации менее 300 кГц и выходной оптической мощностью более 30 мВт. Перестройка длины волны спектра излучения лазерного модуля током накачки оценочно может составлять 10 ГГц (0,02 нм) в пределах межмодового интервала.
Теги: external hybrid resonator fiber bragg grating 633 nm narrow linewidth single-frequency semiconductor laser внешний гибридный резонатор волоконная брэгговская решетка 633 нм полупроводниковый одночастотный лазер узкая ширина линии
Optical Devices & Systems
Оптические устройства и системы
E. S. Zhimuleva, P. S. Zavyalov, A. V. Soldatenko, I. A. Azarov, E. V. Spesivtsev, D. R. Khakimov, S. R. Averina
Mirror Lens for Industrial Ellipsometers as a Part of Integrated Circuit Production Lines DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.634.640
This article proposes a common concept for an industrial ellipsometer designed to control the film thickness of functional and auxiliary layers being the basis of integrated circuit designs. The optical design of the ellipsometer with mirror lenses and an experimental study of the mirror optics are described. The mathematical modeling is supported by experimental data.
Mirror Lens for Industrial Ellipsometers as a Part of Integrated Circuit Production Lines DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.634.640
This article proposes a common concept for an industrial ellipsometer designed to control the film thickness of functional and auxiliary layers being the basis of integrated circuit designs. The optical design of the ellipsometer with mirror lenses and an experimental study of the mirror optics are described. The mathematical modeling is supported by experimental data.
Е. С. Жимулева, П. С. Завьялов, А. В. Солдатенко, И. А. Азаров, Е. В. Спесивцев, Д. Р. Хакимов, С. Р. Аверина
Зеркальный объектив для промышленных эллипсометров в составе производственных линеек изготовления интегральных схем DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.634.640
В статье предложена общая концепция модели промышленного эллипсометра, предназначенного для контроля толщины пленок функциональных и вспомогательных слоев, составляющих основу конструкции интегральных схем. Описаны оптический дизайн эллипсометра с зеркальными объективами и экспериментальное исследование зеркальной оптики. Математическое моделирование подтверждено экспериментальными данными.
Зеркальный объектив для промышленных эллипсометров в составе производственных линеек изготовления интегральных схем DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.634.640
В статье предложена общая концепция модели промышленного эллипсометра, предназначенного для контроля толщины пленок функциональных и вспомогательных слоев, составляющих основу конструкции интегральных схем. Описаны оптический дизайн эллипсометра с зеркальными объективами и экспериментальное исследование зеркальной оптики. Математическое моделирование подтверждено экспериментальными данными.
Теги: integrated circuits mirror microlenses optical design spectral ellipsometry зеркальные микрообъективы интегральные схемы оптический дизайн спектральная эллипсометрия
Microwave Photonics
Радиофотоника
D. V. Lavrukhin, R. R. Galiev, D. V. Garabov, A. E. Yachmenev, R. A. Khabibullin, D. S. Ponomarev
Technology for Development of a K-band Optical Photomixer A technology for production of a K-band (12–40 GHz) optical photomixer combined with a twisted dipole antenna has been developed. An experimental prototype of a semiconductor photomixer chip has been prepared using a gallium arsenide layer grown at the low temperatures using the molecular beam epitaxy.
Technology for Development of a K-band Optical Photomixer A technology for production of a K-band (12–40 GHz) optical photomixer combined with a twisted dipole antenna has been developed. An experimental prototype of a semiconductor photomixer chip has been prepared using a gallium arsenide layer grown at the low temperatures using the molecular beam epitaxy.
Д. В. Лаврухин, Р. Р. Галиев, Д. В. Гарабов, А. Э. Ячменев, Р. А. Хабибуллин, Д. С. Пономарев
Технология создания оптического фотосмесителя К-диапазона частот Разработана технология изготовления оптического фотосмесителя К-диапазона частот (12–40 ГГц), совмещенного с антенной типа «закрученный диполь». Создан экспериментальный образец полупроводникового чипа фотосмесителя на основе выращенного при пониженной температуре методом молекулярно-лучевой эпитаксии слоя арсенида галлия.
Технология создания оптического фотосмесителя К-диапазона частот Разработана технология изготовления оптического фотосмесителя К-диапазона частот (12–40 ГГц), совмещенного с антенной типа «закрученный диполь». Создан экспериментальный образец полупроводникового чипа фотосмесителя на основе выращенного при пониженной температуре методом молекулярно-лучевой эпитаксии слоя арсенида галлия.
Теги: current-voltage characteristic low-temperature gallium arsenide microwave band photomixer planar technology вольт-амперная характеристика низкотемпературный арсенид галлия планарная технология свч-диапазон фотосмеситель
Optical Measurements
Оптические измерения
A. L. Sokolov
Description and Analysis of Spatially-Inhomogeneous 3D Electromagnetic Field DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.620.632
The development of polarization optics has required the establishment of special methods to describe the polarization-inhomogeneous light beams and 3D electromagnetic field instead of the classical approach that is only suitable for the plane waves. This article provides a brief overview of available methods, focusing on geometric interpretation based on an original approach developed by the author.
Description and Analysis of Spatially-Inhomogeneous 3D Electromagnetic Field DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.620.632
The development of polarization optics has required the establishment of special methods to describe the polarization-inhomogeneous light beams and 3D electromagnetic field instead of the classical approach that is only suitable for the plane waves. This article provides a brief overview of available methods, focusing on geometric interpretation based on an original approach developed by the author.
А. Л. Соколов
Описание и анализ пространственно-неоднородного 3D-электромагнитного поля DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.620.632
С развитием поляризационной оптики потребовалось разработать методы описания поляризационно-неоднородных световых пучков и 3D-электромагнитного поля, взамен классического подхода, пригодного только для плоских волн. В данной статье дается краткое описание существующих методов, при этом основное внимание уделяется геометрической интерпретации на основе оригинального подхода, разработанного автором.
Описание и анализ пространственно-неоднородного 3D-электромагнитного поля DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.620.632
С развитием поляризационной оптики потребовалось разработать методы описания поляризационно-неоднородных световых пучков и 3D-электромагнитного поля, взамен классического подхода, пригодного только для плоских волн. В данной статье дается краткое описание существующих методов, при этом основное внимание уделяется геометрической интерпретации на основе оригинального подхода, разработанного автором.
Теги: 3d degree of polarization 3d electromagnetic field 3d-степень поляризации 3d-электромагниное поле depolaris polaris деполяриса поляриса
Biophotonics
Биофотоника
E. N. Baranova, P. A. Vernik, A. V. Fedorov, E. V. Tkacheva, O. V. Shelepova, L. N. Konovalova, V. V. Latushkin
Using Leaf and Shoot Color Characteristics in Breeding for Sex Detection in Rumex acetosa L. Plants at the Budding Stage DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.650.660
Based on physiological differences between male and female plants of the valuable green leafy vegetable, dioecious sorrel, an instrumental method for detecting sex in this species is proposed. Biennial sorrel plants in the transition to the generative stage of development were used to selectively select potential parental pairs for subsequent crossing. Differences in the morphology and physiology of photosynthesis between male and female genotypes, expressed in different ratios of chlorophyll, carotenoids, and fluorescence intensity indices associated with the functioning of photosystem II, were found to indirectly affect the spectral reflectance characteristics of the leaf surface. A screening of the most common indices used in hyperspectral data analysis revealed that sex detection can be performed using both NDVI and (preferably) SIPI and MTCI indices. The simplest method is analysis of the lower (abaxial) leaf surface. Thus, analysis of hyperspectral characteristics of leaf reflectance allows for reliable sex identification of sorrel plants at the budding stage.
Using Leaf and Shoot Color Characteristics in Breeding for Sex Detection in Rumex acetosa L. Plants at the Budding Stage DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.650.660
Based on physiological differences between male and female plants of the valuable green leafy vegetable, dioecious sorrel, an instrumental method for detecting sex in this species is proposed. Biennial sorrel plants in the transition to the generative stage of development were used to selectively select potential parental pairs for subsequent crossing. Differences in the morphology and physiology of photosynthesis between male and female genotypes, expressed in different ratios of chlorophyll, carotenoids, and fluorescence intensity indices associated with the functioning of photosystem II, were found to indirectly affect the spectral reflectance characteristics of the leaf surface. A screening of the most common indices used in hyperspectral data analysis revealed that sex detection can be performed using both NDVI and (preferably) SIPI and MTCI indices. The simplest method is analysis of the lower (abaxial) leaf surface. Thus, analysis of hyperspectral characteristics of leaf reflectance allows for reliable sex identification of sorrel plants at the budding stage.
Е. Н. Баранова, П. А. Верник, А. В. Федоров, Е. В. Ткачева, О. В. Шелепова, Л. Н. Коновалова, В. В. Латушкин
Использование колористических характеристик листа и побега при селекции для детекции пола у растений Rumex acetosa L. в стадии бутонизации DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.650.660
На основе физиологических различий мужских и женских экземпляров двудомного щавеля кислого, ценной зеленной культуры, предложен инструментальный метод детекции пола у данного вида растений. Для селективного отбора потенциальных родительских пар мужских и женских растений щавеля кислого для последующего скрещивания использовали двулетние растения, находящиеся в процессе перехода к генеративной стадии развития. Установлено, что различия мужского и женского генотипов в морфологии и физиологии фотосинтеза, выражающиеся в различных соотношениях хлорофилла, каротиноидов и показателях интенсивности флуоресценции, связанных с работой фотосистемы II, опосредованно сказываются на спектральных характеристиках света, отраженного от поверхности листьев. Был проведен скрининг наиболее распространенных индексов, применяемых при анализе гиперспектральных данных, и установлено, что детекция может производистся как с использованием NDVI, так и (предпочтительно) SIPI и MTCI индексов. Наиболее простым методом является анализ нижней (абаксиальной) поверхности листа. Таким образом, анализ гиперспектральных характеристик света, отраженого от листьев растения, позволяет надежно идентифицировать пол у щавеля на стадии бутонизации.
Использование колористических характеристик листа и побега при селекции для детекции пола у растений Rumex acetosa L. в стадии бутонизации DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2025.19.8.650.660
На основе физиологических различий мужских и женских экземпляров двудомного щавеля кислого, ценной зеленной культуры, предложен инструментальный метод детекции пола у данного вида растений. Для селективного отбора потенциальных родительских пар мужских и женских растений щавеля кислого для последующего скрещивания использовали двулетние растения, находящиеся в процессе перехода к генеративной стадии развития. Установлено, что различия мужского и женского генотипов в морфологии и физиологии фотосинтеза, выражающиеся в различных соотношениях хлорофилла, каротиноидов и показателях интенсивности флуоресценции, связанных с работой фотосистемы II, опосредованно сказываются на спектральных характеристиках света, отраженного от поверхности листьев. Был проведен скрининг наиболее распространенных индексов, применяемых при анализе гиперспектральных данных, и установлено, что детекция может производистся как с использованием NDVI, так и (предпочтительно) SIPI и MTCI индексов. Наиболее простым методом является анализ нижней (абаксиальной) поверхности листа. Таким образом, анализ гиперспектральных характеристик света, отраженого от листьев растения, позволяет надежно идентифицировать пол у щавеля на стадии бутонизации.
Теги: common sorrel dioecious plants hyperspectral analysis phenotype plant sex identification гиперспектральный анализ двудомные растения половая идентификация растений фенотип щавель кислый
Annual Issue
Годовое содержание