Печь колпакова: Страница не найдена

Содержание

Колпаковая печь для отопления дома своими руками: порядовка, чертежи, пошаговая инструкция

Колпаковая печь известна во всем мире, по функциональности она не уступает даже канальным конструкциям. Главный секрет таких печей заключен в способе кладки. Долгое время их использовали исключительно в тяжелой промышленности, а вот в частных домах они появились совсем недавно. Важно точно соблюдать необходимую при сооружении колпаковой печи порядовку.

Подобные печь начинают набирать популярность среди частников

Принцип работы

Сегодня колпаковая печь для отопления дома считается идеальным вариантом. Можно отметить несколько преимуществ таких кирпичных конструкций:

  • очень простая система нагрева;
  • при строительных работах не нужно производить вычисления высоты дымохода;
  • моментальная скорость растопки.

Всем известно, что теплый воздух поднимается наверх. Но эти устройства имеют свойство заменять холодный воздух, после чего опускать его и снова разогревать.

Все эти действия происходят в специальном колпаке, который может иметь любую форму, но на нем обязательно должна быть установлена труба, чтобы выходил холодный поток.

Кроме этого, колпак выполняет еще несколько функций: используется как плита для нагрева воды и в качестве сушилки для белья.

В этом видео в узнаете плюсы и минусы колпаковой печи:

Заливка фундамента

Используя инструкцию и чертежи, колпаковую печь можно построить самостоятельно. Главное условие — точное соблюдение порядовки. Есть несколько видов печей, в данном случае будет рассмотрен классический вариант.

Чтобы залить фундамент, необходимо подготовить:

  • совковую и штыковую лопату;
  • арматурные прутья средней толщины;
  • деревянную опалубку;
  • песок;
  • полиэтилен;
  • цементный раствор.

Если все припасено, то можно приступать к работе.

Один из требуемых материалов – песок

В самом начале выкапывается яма стандартных размеров 100х150 см и глубиной в 80 см. Все стенки тщательно выравниваются. Дно заполняется песчаной подушкой, достаточно насыпать слой в 15−20 см. После этого необходимо дать песку осесть. Как правило, на это требуется несколько дней,что сделает конструкцию более устойчивой и крепкой.

В качестве опалубки можно использовать фанеру, старые доски, двери и другую ненужную древесину. На следующем этапе устанавливают арматурные прутья. Заливается цементный раствор. Необходимо проводить эту процедуру медленно, постоянно помешивая смесь с помощью лопаты. Это мероприятие позволяет удалить из цемента ненужный воздух, и фундамент становится крепче. После этого необходимо дать ему время хорошенько высохнуть, через 25−30 суток можно приступать к работе.

Не стоит торопиться и устанавливать колпаковую кирпичную печь на непросохшем растворе. Чем дольше настаивается смесь, тем крепче будет конструкция. Фундамент заканчивается в два кирпича от пола, а поверхность должна быть гладкой и ровной.

Кладка кирпича

У классической печки отопительный топливник находится снизу, поэтому конструкция прогревается более качественно. К тому же такое устройство практически не оставляет после себя сажи. Для строительства колпаковой печи своими руками понадобится:

  • полнотелый и шамотный кирпич;
  • колосник;
  • стальная пластина;
  • дрель с насадками;
  • смесь глины и навоза.

Кладка кирпича производится на абсолютно чистом фундаменте. Поэтому стоит заранее очистить пол, а уже на него уложить теплоотражающую фольгу, что позволяет отражать поток тепла, который направлен вниз, в таком случае печь защищена от теплопотери. Подготовленная фольга должна быть немного шире основания. После того как конструкция будет готова, края бумаги можно будет отрезать.

Все дальнейшие действия выполняются строго по схеме:

  1. В первом ряду кирпич укладывается равномерно, боковые стенки лучше выстроить ложковым способом, то есть двигаться справа налево. В итоге на задней и передней сторонах должно получиться по четыре кирпича, справа всего два, а слева — три.
  2. На следующем уровне устанавливается поддувало и окно, через которое можно будет чистить одноколпаковую печку. Нужно отметить, что окошко можно оборудовать в любом месте, единственное условие — оно должно быть ниже топочной камеры. Следующий ряд укладывается аналогично этому.
  3. На этом этапе требуется уменьшить отверстие, куда будут попадать отходы сжигания. Его ширина должна быть примерно в половину кирпича. А также делают перегородку, которая ведет в верхний отсек, она должна располагаться в дальнем углу от топки-духовки.
  4. Работа продолжается, но края разъема для сброса необходимо отделать шамотным кирпичом, а сверху установить колосник. Следующий ряд укладывается по той же схеме.
  5. В седьмом ряду нужно вывести из топочной трубы дымоход, ширина которого составляет ½ кирпича, притом он должен выходить в смежный воздушный отсек. Таким же способом выкладывают и следующий уровень.
  6. Теперь нужно накрыть топку полнотелым кирпичом, а вот внутреннюю часть обкладывают шамотным. В 10 и 11 ряду всё остается без изменений.
  7. На этом уровне нужно выложить обрешетку, для этого нужно взять огнеупорный кирпич, кладка проводится в ½ единицы. По такой же схеме укладывается и 13 ряд.
  8. На следующем уровне перекрывают движение дыма при помощи стальной пластины, а вот для перекладины дымосборника используют уже кирпичи. В итоге должен образоваться единый канал, который оставался во время кладки в 4 ряду.

Колпаковые печи – особенные печи для дома

Колпаковые печи — термические печи с периодическим функционированием. Применение колпаковых печей было актуально во все времена. Безусловно, эти устройства имеют свои неоспоримые преимущества. Однако некоторые недостаткиколпаковых печей также имеются. Например, их существенный недостаток – большие затраты на топливо для нагрева. Однако, имеются некоторые рекомендации, как можно избежать существенных материальных затрат, касающихся тепловой энергии.

Преимущества колпаковых печей заключаются в максимально равномерном и быстром нагреве. Однако толстостенные печи требуют более продолжительного времени. Толстые стены будут нагреваться несколько дольше, прежде чем повысится температура окружающего воздуха. (См. также: Кирпичная печь своими руками)

Колпаковая печь будет дольше держать тепло, нежели содержащая дымообороты крутая печь. Это происходит из-за особого движения газов внутри колпаковых печей. Чтобы понять принцип этого движения, можно провести небольшой эксперимент и убедиться наглядно. Можно взять граненый стакан из стекла (он будет представлять собой колпак), поднести ко дну стакана зажженную сигарету. Теперь, посмотрите, что дым, исходящий от сигареты, идет струей вверх по стакану, достигает его дна и начинает рассеиваться уже по всему стакану, касаясь его стен, при этом доходя до низа. Таким, образом, происходит полный и быстрый нагрев стакана, то есть колпака.

Аналогичным образом происходит движение паров газа в колпаковых печах. Именно поэтому, отвод дыма в таких устройствах принято устраивать внизу, именно там собираются уже остывшие газы.

После того как топка завершена, теплый воздух будет еще долго сохраняться, даже в том случае, если задвижка не закрыта плотно. Это объясняется тем, что холодный воздух, являющийся по сути тяжелее газов, входит в печь через топливник, и его подъема не происходит. (См. также: Печь во дворе своими руками)

Тяжелый холодный воздух сразу же уходит в каналы отвода, то есть мимо колпаков. Таким, образом, он не уносит нагретый воздух.

Возможность охлаждения исключена за счет, так называемой газовой пробки, находящейся в печи. Поэтому колпак не будет охлаждаться, даже когда в него попадет холодный воздух.

Почему следует обратить свое внимание именно на устройства колпаковых типов?

Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно перечислить лишь некоторые, самые основные положения:

  1. Более долговременное держание тепла, нежели у прочих устройств отопления;
  2. Колпаковая печь не трескается. Следы трещин на них в процессе надлежащей эксплуатации вообще не возникают. Очень важно, чтобы горячая гладка не была связана с холодной;
  3. (См. также: Как сложить печь из кирпича)

  4. При правильном сжигании в колпаковых системах, забивка сажей, а так же золой происходить не станет. Здесь важно не допустить процесс догорания во время того, как температура будет уже низкой;
  5. Минимальное сопротивление движению легких, то есть, теплых газов;
  6. Достаточно легкая конструкция.

Колпаковые печи для металлообработки

Главная функция таких устройств – контролируемая тепловая обработка мелкосортного и листового проката определенного состава, осуществляемая в условиях газовой среды. Особенностью этих печей является то, что изделия в ней нагреваются посредством переносного колпака нагревания. Колпаковые системы обработки металла отличаются по типу обрабатываемого материала. Существуют конструкции, обрабатываемые изделия в виде прутков, листов, а также обрабатываемые рулонные изделия и т. д. Печи могут быть одностопными и многостопными.

После того, как изделия нагреются, происходит перенос колпака с одного стенда на другой. Перенос происходит при помощи крана. На освободившемся стенде происходит охлаждение изделия, совершаемое муфелем. Под муфелем происходит своеобразный теплообмен, который принудительно интенсифицирует газовуя циркуляцию обрабатываемого состава. (См. также: Как сложить печь)

Теория Гидравлики

Колпаковые тепловые установки были изобретены по типу построек гидравлики. Постройка печей была выведена на новую ступень благодаря изобретателю Подгорникову, который полностью сменил концепцию печного строения. Он рассмотрел по-новому движения пламени.

Простая и доступная гидравлическая теория сделала возможным создание колпаковой отопительной системы с её неповторимыми свойствами. Принцип перемещения теплого воздуха за счет его легкости стал основным принципом, по которому сегодня функционируют современные бытовые печи, а также печи — теплушки Подгорникова. Эта тенденция весьма популярна. Пожалуй, лишь установки с так называемыми «оборотами» не функционируют подобным образом.

Горячие газы способны образовывать своеобразный «мешок горячих газов». Образуется такой мешок за счет скопления в печной объем из топливника паров легких газов. Что же касается «холодного мешка газов», то он образуется путем направления тяжелых газов вниз. Холодные газы являются тяжелыми, а горячие легкими. За счет этого и происходит движение и максимально эффективный обогрев с сохранением тепла. (См. также: Простая кирпичная печь своими руками)

Принцип работы колпаковых печей в зависимости от их типа может быть разным. Например, многостопные варианты работают по принципу установки на стенд прямоугольной формы до 8 стоп. Высота стопы достигает 5 метров. Каждая стопа имеет защиту в виде муфеля, который оберегает устройство от вредных продуктов сгорания и перегрева. Каждая стопа может содержать до 5 рулонов, чья масса в совокупности может достигать 180 т. Обогрев колпака происходит посредством газа или электрического нагревателя сопротивления.

Особенности двухколпаковой отопительной системы

Колпак и насадка обеспечивают гарантированный нагрев, нежели «обороты». Это уже успели понять те люди, в чьих домах были установлены оба типа обогревающих печных установок. Таким образом, они смогли почувствовать значительную разницу в их функционировании. У печей с оборотами сопротивление газов более низкое, это не очень хорошо для печей с невысокими трубами.

В данном случае преимущественнее использовать печи двухколпакового типа. Однако, для таких устройств необходима правильная организация системы по сжиганию топлива. Известно, что пламя представляет собой совокупность паров горения и самого горючего вещества. Если же газовые струи будут смешены рационально, будет прекращаться пламенная реакция. Очень важно учесть, что в месте, где завершается процесс горения, обязательно нужно поддерживать максимальную температуру.

Выпущенное пламя в низкотемпературный объем с незавершившейся реакцией горения приведет к скорому охлаждению газов, при этом реакция останавливаться не будет. А это колоссальный вред для печного устройства. Газы, полученные в результате незавершенной реакции, преобразуются в скопления смоляных и сажевых отходов. Эти продукты засоряют печные проходы, таким образом, теплопроводные свойства печи становятся значительно хуже.

Каким образом определяется показатель качества печи колпакового типа?

Если печь греет и вроде бы нормально работает, то это еще не говорит, о том, что она на 100% исправна и качество её гарантированно. Малейшая ошибка мастера при установке может привести к серьезнейшим последствиям в дальнейшем процессе эксплуатации.

Чтобы установить колпаковые печи своими руками, следует иметь опыт в этом деле, иначе быть беде. Непрофессионал не сможет правильным путем определить качество колпаковой печи, а уж устанавливать или ремонтировать её дилетанту и вовсе не стоит.

Определить, исправна ли печь, безопасно ли она работает, можно лишь посредством осмотра устройства специалистом. Но все же ориентироваться в этом вопросе должен уметь каждый владелец колпакового обогревательного устройства.

Очень важный момент, который следует запомнить – после установки колпаковой печи, её ни в коем случае нельзя топить, поэтому качество установки будет затруднительно определить. Однако пользуясь некоторыми советами, можно контролировать этот процесс.

  • Нужно, чтобы печь имела так называемые «колодцы», в профессиональной терминологии их называют чистками;
  • В случае, когда труба пересекается с потолком в многоэтажном доме, обязательно должна быть проведена разделка в целях пожарной безопасности, своеобразная распушка;
  • В качестве строительного материала при кладке следует использовать кирпич шамотного типа. Именно он обладает всеми нужными для функционирования печи качествами;
  • Необходимо следить за промежутками кладки. Не нужно делать слишком большое расстояние. Оптимальный промежуток не должен превышать 7 мм.

Очень важно также запомнить, что колодцы не присоединяются к главной кладке. На это стоит обратить внимание во время процесса установки колпаковой печи специалистами. Пусть колодцы будут с отверстиями или же целиком закрыты шамотным кирпичом. В колпаковой печи должно быть установлено не менее двух очистительных отверстий. Сырые печи нуждаются в поддымливании, поэтому этот пункт также необходимо контролировать. Качество на предмет нагрева контролируется ощупыванием печных стен. В том случае, когда печь давно топится, но на её стенах есть холодные участки, это означает, что печь работает ненадлежащим образом. В хорошо установленной печи нагревание стенок происходит равномерно. Однако, нижний пояс всегда нагревается лучше верхнего.

Затраты на топливо

Как упоминалось выше, несмотря на явные преимущества печей колпакового типа, она имеет существенный недостаток – затраты на топливо. Однако их можно существенно сократить, если отапливать печь правильно, то есть не допускать образования сажи и золы в проходах. Такая печь требует бережного к ней отношения.

Неплохой альтернативой колпаковой печи могут служить электрокамины, например, электрокамин Juneau, он не потребует долгого процесса монтажа. Процесс нагрева легко контролируется. Не всегда дешевое топливо в данном случае заменяет обычная электроэнергия. Такой камин заменит функцию печи в квартире многоэтажного дома.

Колпаковая печь – это… Что такое Колпаковая печь?

Колпаковая печь
        термическая печь периодического действия, нагрев изделий в которой осуществляется под переносным нагревающим колпаком. Служит для термической обработки в газовой среде контролируемого состава листового и мелкосортного проката (см. Сортамент проката). К. п. классифицируют по назначению — для обработки рулонов ленты, листов, прутков и др. Наиболее распространены К. п. для отжига рулонов холоднокатаной стальной ленты — одностопные и многостопные. В многостопных К. п. на прямоугольный стенд под нагревательным колпаком устанавливают 3—8 стоп, каждая из которых защищена от действия продуктов сгорания или горячего воздуха своим муфелем (См. Муфель). В стопе 3—5 рулонов общей массой до 180 т, высота стопы 3—5 м. Колпак обогревают газом или электрическими нагревателями сопротивления. По окончании нагрева изделий колпак переносят краном на другой стенд, а на первом — изделия охлаждают под муфелем. Теплообмен под муфелем интенсифицируют принудительной циркуляцией газа контролируемого состава. Охлаждение ускоряют, поливая муфель водой или обдувая холодным воздухом. При обработке в К. п. распушённых рулонов ленты с зазорами между витками циркулирующий через зазоры газ омывает всю поверхность ленты, что позволяет ускорить её нагрев и охлаждение, а также проводить термохимическую обработку.

         Лит. : Аптерман В. Н., Двейрин Е. Г., Тымчак В. М., Колпаковые печи, [М.], 1965; Справочник конструктора печей прокатного производства, под ред. В. М. Тымчака, М., 1970, гл. 33.

         В. Н. Аптерман.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Колпакова Ирина Александровна
  • Колпакчи Владимир Яковлевич

Смотреть что такое “Колпаковая печь” в других словарях:

  • КОЛПАКОВАЯ ПЕЧЬ — печь периодич. действия для термообработки рулонов ленты, листов и бунтов проволоки. Отличит, особенность К. п. наличие двух колпаков: внутр., предохраняющего металл от окисления (муфеля), и наружного, футерованного огнеупорным кирпичом, на к ром …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • колпаковая печь — [bell type furnace] термическая печь периодического действия, рабочее пространство которой сформировано съемной нагревательной камерой колпаком. Колпаковые печи (рис.) применяются для нагрева до 700 800 °С, длительной выдержки и охлаждения… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • печь колпаковая — Термическая печь периодического действия, рабочее пространство которой сформировано съемной нагревательной камерой — колпаком. Колпаковая печь применяется для нагрева до 700 800 °C, длительной выдержки и охлаждения пакетов листов,… …   Справочник технического переводчика

  • ПЕЧЬ КОЛПАКОВАЯ — [bell type furnace] термическая печь периодического действия, рабочее пространство которой сформировано съемной нагревательной камерой колпаком. Колпаковая печь применяется для нагрева до 700 800 oC, длительной выдержки и охлаждения пакетов… …   Металлургический словарь

  • печь электрошлакового переплава — [electroslag remelting furnace, ESR furnace] печь сопротивления косвенного действия с жидким теплоносителем в виде расплавленного синтетического шлака, рафинирующего переплавланный металл; применяется в спецэлектрометаллургии, в машиностроении… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • печь-теплообменник — [heat exchange furnace] печь, в которой теплота получается из других видов энергии в зоне генерации теплоты и передается теплообменом в зону технологического процесса. Смотри также: Печь электронно лучевая печь электродоменная печь …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • печь-теплогенератор — [heat generation furnace] печь, в которой теплота генерируется непосредственно в зоне технологического процесса за счет введения в нее топлива или электрической энергии либо за счет химической энергии обрабатываемых материалов. Смотри также: Печь …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • печь с шагающим подом — [walking hearth furnace] проходная печь теплообменник непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки транспортируются вдоль рабочего пространства, периодически перекладывая их подвижными продольными элементами пода шагающими балками (ШБ) …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • печь с роликовым подом — [roller bottom furnace] проходная нагревательная или термическая печь с подом из 50 80 вращающихся роликов, т.е. рольгангом. Конструкция роликов зависит от назначения и температуры рабочего пространства: при 800 1000 °С неохлаждающие ролики; при… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • печь сопротивления — [resistance furnace] электрическая печь, принцип действия которой основан на тепловом действии (по закону Джоуля Ленца) электрического тока в проводнике. Таким проводником может быть нагреваемое тело (печь сопротивления прямого действия) или… …   Энциклопедический словарь по металлургии

Колпаковые печи | ООО «Лори-Термо»

Колпаковые печи представляют собой нагревательный колпак со стенками из шамотного кирпича и теплоизоляции общей толщиной 230-350 мм, по внутренним боковым стенкам которого расположены электрические или трубчатые нагревательные элементы. Возможно также отопление горелками или форсунками. Печи широко применяют для отжига в контролируемой атмосфере листов в стопах, ленты в рулонах, проволоки в бунтах. Нагревательный колпак устанавливают на футерованный кирпичом неподвижный стенд, загружаемый садкой, которая дополнительно закрывается внутренним колпаком из жаростойкой листовой стали толщиной 3-4 мм с волнистыми стенками. Железный и нагревательный колпаки имеют песочные затворы. В некоторых конструкциях наружный затвор делают с водяным охлаждением. Изоляция садки дополнительным металлическим колпаком позволяет охлаждать ее в контролируемой атмосфере.

Наружный колпак используют только для нагрева, а при охлаждении садки его снимают и переносят на другой стенд. Поэтому колпаковые печи работают с двумя-тремя стендами, из которых один находится под нагревом, а остальные – под охлаждением, загрузкой и разгрузкой садки. Это позволяет уменьшить расход тепла до 1200 кДж/кг нагреваемого  металла, достичь высокого к.п.д. (до 40-60%) и ликвидировать простои печи. На отключение, перенос и установку нагревательного колпака уходит 15-20 мин, температура внутренних стенок печи за это время снижается на 200-250 градусов.

В стопе листы быстрее прогреваются по ширине листа, поэтому нагревательные элементы располагают только на боковых  стенках печи. Основные порции тепла необходимо подводить к нижней части садки, так как ее низ имеет меньшую температуру.

При нагреве в колпаковых печах рулонов ленты коэффициент теплопередачи по их радиусу значительно снижается из-за прослоек  воздуха. Поэтому между рулонами устанавливают специальные кольца с отверстиями для прохождения циркулирующего газа, прогревающего металл по высоте рулона. Защитный газ под металлический колпак подводится снизу. Здесь же удобнее установить термопару для измерения температуры внутри садки. Перепад температуры между печью и пространством под внутренним металлическим колпаком составляет около 100 градусов. Средний расход защитного газа равен 4-6 куб.м/т нагреваемого металла. Каркас нагревательного колпака выполняют в виде сварной рамы, нижнего опорного кольца и связывающих их швеллеров. Масса нагревательного колпака в больших печах доходит до 30-40 т, поэтому цех при работе с колпаковыми печами должен иметь мощные крановые средства. Размеры колпаковых печей весьма разнообразны: небольшие круглые печи имеют внутренний диаметр 1,5-2,0 м, а объём прямоугольных печей 3Х8Х4 м. Для повышения равномерности нагрева в поду печей устанавливают вентиляторы. Принудительная циркуляция особенно необходима для ускорения охлаждения садки при снятом нагревательном колпаке.

На рисунке  2.17 представлены типовые конструкции колпаковых печей для светлого отжига ленты в рулонах и бунтов проволоки.

На  2.17, а дана схема печи, в которой применяются газовые инжекционные горелки или форсунки 2, расположенные внизу полпака №. Для улучшения сжигания топлива против горелок устанавливают огнеупорные экраны 1. Печь имеет производительность 1,5-2,0 т/ч при внутренних размерах нагревательного колпака 2,7Х7,4Х4,0 м. В ней помещаются три стопы рулонов массой 120 т. Высота садки может достигать 3,2 м. Продукты сгорания отводят по каналам в торцевых стенках печи с помощью эжектора. Толщина кладки стен колпака, выложенных из легковесного шамота и изоляции, составляет 295мм. 
Принудительную циркуляцию газов под металлическим колпаком осуществляют центробежным вентилятором № 8. Печь аналогичной конструкции при внутренних размерах нагревательного колпака 2,4х7,5х2,0 м и единовременной садке 70 т  имеет среднюю производительность 2 т/ч. При отжиге трех рулонов массой 75-90 т в одностопной печи ее производительность достигает 1,6-1,8 т/ч на нагревательный колпак и 0,7-0,8 т/ч на стенд (учитывая медленное охлаждение садки под металлическим колпаком до 140 градусов). Внутренний диаметр нагревательного колпака печи равен 2,5 м. Принудительная циркуляция атмосферы создается центробежным вентилятором №8.

В одностопных круглых  колпаковых печах горелки лучше располагать по всей высоте печи, направляя их факел тангенциально к внутреннему металлическому кожуху.

На рисунке 2.17, б, в приведены конструкции колпаковой печи с отоплением инжекционными горелками 1, размещенными не в колпаке, а в неподвижном стенде 2, что должно улучшить прогрев стенда и уменьшить массу колпака. При внутренних размерах нагревательного колпака 2.0х7,0х1,4 м и высоте садки 1 м печь вмещает 20 т сортового проката, ее производительность составляет 0.8-1.0 т/ч  На рисунке 2.17 г дана схема круглой одностопной колпаковой печи для светлого отжига рулонов ленты с шестнадцатью вертикальными нагревательными трубами 1 диаметром 80 мм. Принудительную циркуляцию нагретого  воздуха создает осевой вентилятор 2. Печь имеет наружный водяной затвор 3 общий для обоих колпаков. При внутреннем диаметре нагревательного колпака 1,5 м и высоте 2,2 печь вмещает 3,5-4,0 т металла, ее производительность 0,4-0,5 т/ч.

Колпаковые печи часто строят с электрическим нагревом. На рис. 2.17,д изображена электрическая одностопная колпаковая печь для светлого отжига бунтов проволоки. Печь имеет водяной затвор 2 только для внутреннего колпака 1. Принудительное движение нагретого газа под внутренним колпаком осуществляет центробежный вентилятор № 5а. печь при внутреннем диаметре нагревательного колпака 1,25 м, высоте 2,0 м имеет мощность 125 кВт. Расход энергии составляет 200 кВт ч/т металла, к.п.д. печи – около 60%.

В колпаковых печах для отжига листов в стопах вентиляторы часто не устанавливают.

На рис. 2.18 даны поперечные разрезы двух колпаковых печей для отжига листов. Печь, изображенная на 2.18, а, нагревается газом, сжигаемым в U-образных радиационных трубах 1 расположенных горизонтально на боковых стенках. Продукты сгорания от радиационных труб отводятся сборным трубопроводом 2 в боров. При внутренних размерах нагревательного колпака 2,2х4,8х2,0 м и садке 45 т печь имеет производительность 2,0 т/ч.

Колпаковая печь с вертикальными радиационными трубами для отжига листов в стопах при внутренних размерах нагревательного колпака 3,2х5,5х2,4 м и полезной высоте садки 1,9 м имеет вместительность 70-80 т металла и производительность 2-2,5 т/ч. Масса нагревательного колпака 35 т, внутреннего металлического 1,5 т. Огнеупорные радиационные трубы в количестве 40 шт. диаметром 80 мм размещены на боковых стенках.  Расстояние между соседними трубами 230 мм.

На рис. 2.18, б, приведена схема разреза колпаковой электрической печи СГЗ-18.38.19/7 с металлическими зигзагообразными нагревателями 2 из нихрома Х20Н80. Внутренний металлический колпак 1 сварен из листов стали Х23Н18. Мощность печи 600 кВт, в том числе мощность нагревателей стенда 95 кВт, максимальная температура нагрева составляет 850 градусов. При размерах  нагревательного колпака 2,2х4,2х2,0 м, металлического 1,8х3,8х1,9 м единовременная садка составляет 7 т, время ее нагрева и выдержки 4,5 ч, охлаждения 8,0 ч. Удельный расход энергии 230 кВт х  ч/т, расход защитного газа 9 куб. м./т. Масса металлических конструкции печи, включая стенд, составляет примерно 37т. Технические данные по электрическим колпаковым печам приведены в табл.2.5.

Колпаковые печи иногда применяются для нагрева в вакууме, например при отжиге листов трансформаторной стали, титановых сплавов и и т.п. Вместо песочного затвора внизу нагревательного колпака по его периметру устраивают вакуумный затвор, представляющий собой прокладку из вакуумной резины, зажатую между двумя водоохлаждаемыми коробками. Печь с внутренними размерами нагревательного колпака 1,5х3,5х1,4 м и наружными по кладке 2,7х5,2х2,9 рассчитана на загрузку двух стоп металла массой 18т. При продолжительности отжига 150ч (нагрев 24, выдержка 26, охлаждение 100ч) средняя производительность на один нагревательный колпак составляет 0,1 т/ч. Установочная мощность печи 310 кВт. Температура нагрева металла 1100 градусов, расход энергии 1000 кВт х ч/т, достигаемый вакуум 200-300 Па.

Свободное движение газов

Что такое колпаковая печь Кузнецова, и чем она принципиально отличаются от традиционных, или канальных печей? Давайте разберёмся в подробностях.

Поясню сразу, что речь у нас будет идти именно о кирпичных печах Кузнецова. Современные буржуйки — металлические печи медленного горения — мы пока рассматривать не будем.

Богатое разнообразие печей, встречающихся в нашей стране и не только, можно условно разделить на две категории: печи канальные (оборотные) и печи колпаковые. Есть, конечно же и промежуточные варианты. Но эти две — наиболее типичные, и в устройстве своём опираются на два различающихся между собой принципа.

Канальные (оборотные) печи

Основной принцип канальной печи — длинный дымоход, по которому топочные газы протягиваются в трубу. Тепловая энергия отбирается у выходящих газов по мере их продвижения по каналам дымохода. Чем длиннее дымоход, тем больше тепла остаётся в печи, однако и тяга с удлинением дымохода падает. Потому должна соблюдаться правильная пропорция между длиной дымохода и тягой. Самые распространённые варианты: трёхоборотка и пятиоборотка. В первом случае в печи три канала, во втором — пять. Оборотные печи можно назвать печами принудительного движения газов. Газовые потоки, выходящие из топки неоднородны по температуре: есть потоки более горячие, есть менее. В дымовых каналах эти потоки перемешиваются, их температура усредняется. Газовый поток движется как одно целое. Самые ходовые: «голландка» (отопительная) и «шведка» (отопительно-варочная).

Колпаковые печи

Принцип устройства колпаковых печей иной. Схема колпаковой печи на рисунке. Топочные газы, выходя из топки, попадают в колпак (один или два) и для того чтобы попасть в трубу, должны опуститься в нижний ярус колпака. То есть на пути топочных газов встаёт преграда, или подвёртка, и газам приходится, прежде чем они покинут колпак и попадут в трубу, отдать часть тепла верхней части колпака. Действие колпака основано на том физическом явлении, что более лёгкие, то есть более горячие газы поднимаются вверх, а более холодные опускаются вниз. В то же время, газы менее горячие, попав в колпак, занятый более горячими газами, могут покинуть колпак понизу и, устремляясь в трубу, не перемешиваются с более горячими, которые какое-то время находятся в верху колпака. Таким образом происходит разделение газовых потоков на более горячие и менее горячие, которые ведут себя по разному. Менее горячие не мешают более горячим отдавать тело в верхней части печи, или колпака. Это первое отличие колпаковых печей: раздельное движение разнотемпературных потоков. И второе различие в том, что потоки движутся более свободно, чем в оборотных. Поэтому применительно к этим печам мы говорим о свободном движении газов.

Сухой шов в печи

В дополнение к этому на выходе из топки в печи делается ещё так называемый сухой шов — небольшая щель в два-три сантиметра, чтобы ещё больше разделить потоки по температуре. По сухому шву наиболее холодные фракции топочных газов вытекают низом и уходят прямотоком в дымход и трубу. Более горячие — поднимаются вначале в верх колпака и, отдав ему часть своей тепловой энергии и слегка остынув, вынужденны опуститься вниз и только после этого уйти в дымоход и в трубу.

Таким образом колпак оказывается более эффективной конструкцией, лучше отбирающей тепло у выходящих топочных газов, и не требующих для эффективной теплоотдачи длинного дымохода. Что предоставляет лучшие возможности для проектирования бОльшего разнообразия печных конструкций. Ну а если мы над первым колпаком разместим второй, то ещё больше улучшим теплотехнические характеристики печи. И при совсем незначительном удлинении дымохода получаем серьёзный прирост в сохранении тела внутри печи.

Что же в итоге мы получаем?

Преимущества колпаковых печей

Двухколпаковые печи имеют целый ряд преимуществ перед классическими канальными, или оборотными печами.

Во-первых, лучший отъём тепла у топочных газов делает их более экономичными. Нужно меньше дров для того же результата.

Во-вторых, более равномерный прогрев всего печного массива и более равномерная теплоотдача в помещение. Эти печи медленнее прогреваются до максимума и дольше отдают тепло в пространство, и, как следствие, медленнее остывают. В итоге в помещении между топками меньшее колебание температуры.

В-третьих, более короткий дымоход позволяет проектировать большее разнообразие конструкций, вписываемых в конкретные условия и обстановку помещения. Меньше опасности ошибиться с длиной дымохода, а это значит — большая уверенность получить печь без выкрутасов. Меньшая зависимость от внешних погодных условий, которые могут создавать неблагоприятные условия ведущие к образованию тепловой пробки в дымоходе, дымлению печи и плохому поведению на стадии розжига. Такие ошибки нередко создают дополнительные трудности при топке печи.

В-четвёртых, разделение газовых потоков ещё в топочном пространстве (благодаря сухому шву) и отводу более холодных газов за пределы топки создают более благоприятные условия для горения. А это повышает эффективность использования дров и уменьшает образование сажи, так как углеводороды древесины сгорают (окисляются) в оптимальных условиях. При правильно подобранном режиме горения сажи может вообще не образовываться, и из трубы поднимается лёгкий белый дымок, по сути пар — смесь углекислого газа и паров воды. Меньше коптится внутреннее пространство колпаков. Отсюда и реже требуется его очищение.

В-пятых, колпаковые печи могут быть более эффективно использованы для отопления с помощью выносных отопительных радиаторов. Чтобы организовать водяное отопление помещения, в традиционных печах нагревательный элемент (регистр, краб) встраивается в саму топку — ему там больше негде быть, так как в каналы его не встроишь. Он потому и называется в народе «крабом», что по форме напоминает этакого стального краба, охватывающего с боков топку. Но работа регистра состоит в том, чтобы прогонять по системе теплоноситель, который, проходя через топку, охлаждает её. В итоге дрова горят не в оптимальном температурном режиме, а постоянно охлаждаемые. Максимальная температура в топке с крабом всегда будет ниже аналогичной топки без краба. В колпаковой же печи есть свободные пустоты, или карманы в колпаках, куда можно вставить обогревательный регистр без ущерба для топочных процессов. Таким образом внешнее отопление не мешает оптимальному режиму горения дров. Это опять же ведёт к более высокой эффективности работы колпаковой печи.

В-шестых. Чтобы понять это преимущество, стоит вспомнить, что печь канальная по настоящему начинает отдавать тело только после того, как все дрова прогорели до углей и мы перекрыли дымоход, препятствуя выносу тепла в трубу. Причём чем раньше мы это сделаем, тем больше тепла сохраним. Однако если мы закроем печь на стадии раскалённых углей, есть опасность появления какого-то количества угарного газа, образующегося в условиях недостатка кислорода. Во время топки реакция окисления углерода до СО и СО2 взаимообратима. СО, образующийся в какой-то момент горения в определённых зонах топочного пространства тут же окисляется до СО2, а СО2 в свою очередь, отдавая кислород, восстанавливается до СО. И т. д.

Но когда мы печь закрыли и ограничили поступление кислорода воздуха, а температура ещё высокая (реально она должна быть больше 400 градусов), вполне возможно восстановление СО2 до СО и накопление последнего в топочном пространстве. Поэтому для страховки от этой опасности СНИПы и предлагают сверлить в задвижке отверстие 15 мм, чтобы сохранялся небольшой подсос воздуха в топочную камеру сквозь щели закрытых дверец. Ну а на практике это означает, что для страховки желательно на последней стадии, когда в топке остались только угли, задвижку закрывать не до конца, но оставляя небольшую щель 2-3 мм для создания такого страховочного подсоса воздуха. Ну а что в итоге имеем? Имеем потерю тепла через дымоход.

Что же происходит в колпаковой печи? За счёт разделения газовых потоков, даже при полностью открытой задвижке, теплопотерь через трубу практически не происходит. С более холодными газами тепло тоже, конечно же, выносится в трубу, но много меньше, чем в канальных печах, которые буквально через час остаются уже как бы и не топленными вовсе, стоит нам по рассеянности забыть закрыть задвижку. Колпаковые же печи колпаками удерживают основное тепло и остывают намного медленнее. И потому задвижка, закрытая не до конца, со щелью 2-3 мм, практически никак не ухудшит теплосбережение. Проводились специальные испытания теплопотерь с открытой задвижкой после топки и с закрытой. Отличия совсем небольшие. К следующей топке печь с полностью открытой задвижкой остывала всего на 2-3 градуса сильнее по сравнению с печью с закрытой задвижкой.

И если у вас есть страх угореть или вы привыкли закрывать печь только после того, как угли совсем погасли, самый резон переходить на печь Кузнецова. С ними вы можете не бояться такой опасности.

В-седьмых. Это преимущество так же вытекает из принципа разделения газовых потоков. Если мы оставляем задвижку открытой или частично прикрытой после протопки, мы создаём в своём помещении дополнительную возможность для вентиляции. Поскольку любая печь с открытой задвижкой работает как вытяжная конструкция, активно вентилирующая помещение, и тем сильнее, чем у неё лучше тяга. А вентиляция, как мы знаем охлаждает помещение, вынося из него тёплый воздух и засасывая холодный. В оборотной печи она ещё и вытягивает тепло из самой печи. Ну а колпаковая печь, опять же, застрахована от таких теплопотерь. То есть она и помещение позволяет вентилировать (если мы не плотно закроем задвижку), и тепло не отдаёт в трубу.

Вот сколько преимуществ у колпаковых печей. Так что уверен, что будущее за ними. По сути двухколпаковые печи, или как их у нас называют печи Кузнецова (хотя первую такую печь разработал Подгородников), — это новое слово и следующий шаг в печном деле, как в теории, так и в практическом воплощении этой теории. И множественный интерес к ним только подтверждает их бесспорные преимущества. И хотя существует много критики в их адрес, она, по сути, обусловлена в основном тем,что печники старой школы, привыкшие строить традиционные «шведки» и «голландки», просто не хотят с ними расставаться и подхватывать это печное нововведение. Но это их дело — каждому своё. Я же для себя уже давно решил, что к старым оборотным больше возвращаться не буду. Не вижу смысла трёхать на телеге, когда можно ехать на авто. Сравнение, конечно же условное, так что понимать его нужно в контексте сказанного. А не в смысле того, что я противник природных решений и, если честно, то телега мне милее.

Колпаковая электрическая печь сопротивления, страница 2

2.  Возможность обеспечить высокую равномерность нагрева изделий как путем соответствующего размещения источника выделения тепла по    стенкам    нагревательной    камеры,    так    и    применением принудительной циркуляции атмосферы;

3.  Легкость  регулирования    подводимой мощности, а, следовательно, и температуры, легкость автоматизации регулирования температурного режима печи;

4.  Легкость герметизации электрических печей, возможность благодаря этому   защитить  нагреваемые   материалы   от  окисления   защитной атмосферой, или наоборот, поместить их в специальную атмосферу для насыщения поверхности азотом или иными веществами [5];

5.  Чистота, удобство обслуживания, хорошие условия труда в цехах, оборудованных электрическими печами.

Все эти преимущества предопределяют ту большую роль, которую электротермические процессы играют в производстве и обработке металлов и сплавов.

Однако электроэнергия остается пока сравнительно дорогой, поэтому ее применение должно быть четко технически и экономически обосновано[5].

Из большого разнообразия электрических печей выделим колпаковые печи периодического действия. Они предназначены для отжига рулонной заготовки или стопок листов с целью получения заданных механических характеристик.

Нагрев отжигаемого материала осуществляется за счет тепла, выделяемого электрическими нагревателями, закрепленными на стенах печи.

Для ускорения нагрева используют принудительную циркуляцию защитной атмосферы. Между рулонами устанавливают специальные прокладки, которые позволяют защитной атмосфере циркулировать между рулонами и способствовать тем самым прогреву рулонов в осевом направлении.

Технологическая часть

1. Краткое описание колпаковых печей

Электропечь колпаковая предназначена для светлого отжига листов и полос меди.

Колпаковая печь состоит из одного нагревательного колпака, трех стендов и трех муфелей. Нагревательный колпак может быть установлен только на одном из трех стендов.

Колпак представляет собой стальной кожух зафутерованный внутри трёхслойной футеровкой шамотного кирпича. Вес колпака 18600 кг. Стенд представляет собой зафутерованную прямоугольную металлоконструкцию из профильной и листовой стали. Вес стенда 6850 кг. Сверху футеровки стенда положены три жаропрочных подовых листа, на которые ставится садка металла.

Нагреватели расположены на продольных колпаках и разделены по длине на две зоны (1 и 2), мощностью по 120 кВт.

На торцевых стенках расположены нагреватели небольшой мощности. Нагреватели 3-й зоны (под печи) размещены в продольных каналах футеровки, мощность зоны 60 кВт.

Питание нагревателей колпака осуществляется при помощи гибких кабелей и штепсельного контакта.

На стенд печи укладывают рулоны материала, накрывая их муфелем из жаропрочной стали. Вес муфеля 880 кг. Под муфель при светлом отжиге подают защитный газ по специальной трубке. Во время нагрева на стенд устанавливают нагревательный колпак. Применяется электрический обогрев печи. Место примыкания муфеля и нагревательного колпака к стенду уплотняют песочными затворами, которые обеспечивают необходимую герметизацию.

После окончания процесса нагрева и выдержки нагревательный колпак мостовым краном переносят на другой стенд, где подготовлена к нагреву следующая садка.

2. Тепловая работа печи

Тепловой и температурный режимы колпаковой печи изменяются в течение цикла отжига.

Садку в печах нагревают и охлаждают, как правило, под муфелем в атмосфере защитного газа. Наличие муфеля определяет своеобразие механизма теплоотдачи в колпаковых печах.

В электрических колпаковых печах наружная поверхность муфеля получает тепло излучением от радиантных труб или электронагревателей и раскаленной кладки.

От наружной поверхности муфеля к внутренней поверхности тепло передается теплопроводностью. Тепловое сопротивление муфеля мало, так как муфель изготовлен из листа жаропрочной стали, толщиной 4-6 мм, а поэтому на работу колпаковой печи эта ступень теплоотдачи существенного влияния не оказывает.

Колпаковые печи – Справочник химика 21

    Применяются специальные конструкции рекуператоров, разработанные применительно к конкретным печам струйные рекуператоры УПИ и ВНИИМТ для секционных печей [12.17], рекуперативно-эжекторное устройство Стальпроекта и Промгаза для колпаковых печей [12.4]. [c.676]

    В металлургической промышленности для термической обработки металла в рулонах или бунтах наиболее распространены муфельные колпаковые печи. [c.312]


    Печи периодического действия разнообразны по конструкциям их применяют в индивидуальном или мелкосерийном производстве. Из них наиболее широко распространены камерные, шахтные, колпаковые, печи с выдвижным подом , элеваторные и термические электропечи-ванны. [c.39]

    Вес садки металла в одностопной печи составляет 10—15 т. При нагреве металла в колпаковых печах тепло к наружной поверхности муфеля передается излучением и конвекцией от продуктов сгорания и излучением от раскаленной поверхности кладки нагревательного колпака. Передача тепла от муфеля к нагреваемому металлу происходит излучением и конвекцией, так как в колпаковых печах нагревают (а также охлаждают) садку под муфелем в атмосфере защитного газа, подаваемого к муфелю. [c.315]

    Колпак с помощью цеховых подъемно-транспортных средств перемещается с одного стенда (по окончании цикла) на другой. На один колпак имеются 2—3 стенда, работающих в строгой, определяемой технологическим процессом последовательности. Колпаковые печи изготовляются для индивидуального назначения и серийные на рабочую температуру до 350° С —для низкотемпературного отпуска и на рабочую температуру до 1200° С — для безокислительного отжига. [c.42]

    Опасность попадания обычных продуктов сгорания в нагревательную камеру устраняется с помощью муфелей. Нагрев садки в муфеле практикуется главным образом в колпаковых печах для нагрева листов или полос. Этот способ (хотя и реже) применяется и при нагреве других изделий. И в настоящее время, когда в качестве топлива в печах для обжига керамики служит уголь, применяют муфели для того, чтобы устранить воз.можность доступа к садке сажи, летучей золы и серы. [c.232]

    Исключительный интерес представляет следующий вопрос как отжигать холоднокатаную ленту — в рулонах, пользуясь печами периодического действия, или в несвернутом виде в печах непрерывного действия (башенных) На рис. 300 показана непрерывная башенная печь, а на рис. 301—колпаковые печи для периодического отжига. [c.371]

    Рулоны бронзовой и медной лент, отжигаемые в колпаковых печах, получаются светлыми. [c.373]

    Оптимальным решением системы отопления колпаковых печей является применение горелок с принудительной подачей воздуха, имеющих широкий диапазон регулирования коэффициента расхода воздуха, а также рекуперация тепла уходящих продуктов сгорания для подогрева воздуха горения. В этом случае представляется возможным добиться повышения качества нагрева, стойкости печи и снижения расхода топлива. [c.673]

    Волокнистыми материалами футеруют колпаковые печи, включая уплотнение затвора, глиссажные трубы. Волокнистые материалы применяются при футеровке нагревательных печей. Изоляция подовых труб дает снижение расхода топлива — потери тепла снижаются с 26 % при неизолированных трубах до 8 % с изоляцией. [c.725]


    При замене футеровки колпаковой печи, состоящей из легковесного кирпича (толщиной 275 мм) + минеральная вата (75 мм), на волокнистую из теплоизоляционной плиты (толщиной 50 мм) + мат (75 мм) + минеральная вата (50 мм) были получены следующие результаты  [c.726]

    Циркуляция защитного газа под муфелем в колпаковых печах осуществляется при помощи вентилятора, встроенного в стенд, на котором установлен муфель. Это значительно ускоряет нагрев и последующее охлаждение металла и увеличивает производительность печей. [c.315]

    А п т е р м а и В. Н. и др. Колпаковые печи. Металлургия, 1965. [c.471]

    Холоднокатаная сталь, отжигаемая в колпаковых печах, в которые сталь загружается свернутой в рулоны, не подвержена этим недостаткам. Замена горячекатаной стали холоднокатаной позволяет сократить вытяжные операции почти вдвое и исключить промежуточный отжиг для всех изделий, кроме требующих очень глубокой вытяжки (бидонов, кувшинов). [c.109]

    Из периодических печей наиболее совершенными являются колпаковые печи. В них отжигаемые детали укладывают на специальный стенд и закрывают муфелем из жароупорной стали, который снизу уплотняется песчаным иди масляным затвором. Внутреннее пространство под муфелем продувают защитным газом, после чего на стенд опускают нагревательный колпак. Нагрев печи производится газовыми горелками или электронагревателями. Вес садок в колпаковых печах колеблется в ши- [c.219]

    Пример расчета времени нагрева пакета листов автомобильной стали в колпаковой печи для светлого отжига. [c.124]

    Так, в колпаковой печи для светлого отжига автомобильных листов нагрев загрузки осуществляется нагревательными элементами колпака. Колпак работает практически непрерывно без остывания футеровки после нагрева одной садки колпак переносится на следующий стенд для нагрева очередной садки. Нагревательные элементы стенда не участвуют в нагреве садки они служат лишь для нагрева футеровки стенда и компенсации тепловых потерь стенда. В этом случае установленная мощность нагревателей стенда определяется совершенно независимо от нагревателей колпака. [c.139]

    Определить установленную мощность и удельный расход энергии колпаковой печи для светлого отжига автомобильных листов. Режим работы печи характеризуется тем, что разогретый до нормальной температуры колпак устанавливается на холодный стенд с пакетом нагреваемых листов после нагрева и выдержки загрузки колпак без охлаждения переносится на очередной загруженный стенд, а нагретый стенд с загрузкой под -муфелем подвергается длительному естественному охлаждению. [c.139]

    В некоторых случаях выбор мощности нагревательных элементов целиком определяется временем разогрева футеровки, например при расчете стенда колпаковой печи и нагревателей, размещаемых в камерах охлаждения или специальных камерах выдержки. [c.156]

    Колпаковыми называются печи, у которых нагрев садки осуществляется под съемным колпаком Печи состоят из двух основных элементов — колпака и стенда. Колпаковые печи весьма просты по конструкции, для их обслуживания не требуется каких-либо сложных приспо- [c.238]

    Распределение общей установленной мощности между тепловыми зонами садочной печи должно учитывать правильную и независимую компенсацию тепловых потерь различными участками печи и равномерное выделение полезного теплового потока различным участкам загрузки. При этом весьма важен правильный выбор основного направления полезного теплового потока из условий наивыгоднейшего восприятия тепла загрузкой для достижения максимальной равномерности и сокращения времени нагрева. Для примера рассмотрим распределение мощности между зонами в колпаковой печи для светлого отжига автомобильного листа завода Запорожсталь . [c.157]

    Основным источником неравномерности нагрева загрузки в колпаковой печи может являться значительный отсос тепла через футеровку стенда (основания) печи. Для решения этого вопроса в колпаковой печи 80 г с целью нагрева стенда в начале цикла и компенсации его тепловых потерь была выделена самостоятельно регулируемая тепловая зона стенда установленной мощностью 100 кет. Для нагрева загрузки служат две основные зоны мощностью по 200 кет, расположенные одна над другой на продольных и частично торцовых стенках колпака, где размещается незначительная часть мощности основных зон, необходимая лишь для компенсации тепловых потерь торцовых стенок колпака. Опыт эксплуатации колпаковых печей 80 т подтвердил целесообразность изложенного принципа распределения мощности. [c.158]

    Круглая, точнее цилиндрическая, форма кожуха характерна для большинства шахтных и некоторых колпаковых печей. Она благоприятна для восприятия значительных внутренних усилий при сравнительно небольшом расходе металла на изготовление кожуха. [c.359]

    В кожухе колпаковой печи ответственным элементом конструкции является нижний лист с вырезанным по размерам муфеля круглым или прямоугольным отверстием. К этому листу относятся те же замечания, что и к листу торцовой стенки кожуха с оконным проемом, с той лишь разницей, что в колпаковой печи нижний лист кожуха держит на себе всю футеровку колпака. Для усиления нижний лист связывается со стенкой кожуха косынками, в промежутках между которыми устраиваются разгрузочные прорези (рис. 8-14). Аналогично может решаться конструкция нижнего листа кожуха съемного свода. В ряде случаев нижний лист с косынками выполняется из жаропрочной стали. [c.362]

    Колпаковые печи, в которых вакуум создается под колпаком, на температуру до 1 200—1 300° С используются в промышленности для термической обработки электротехнических сталей. [c.242]

    В Л. 90] для восстановления магния была предложена вакуумная колпаковая печь. Она состоит из двух кон-32 [c.32]

    В соответствии со сказанным проходные вакуумные печи должны оказаться эффективными, например для технологии получения безуглеродистого феррохрома окислением углерода окислами или термической обработки ряда изделий. Проходными печами следует заменить почти все электрические вакуумные колпаковые печи. [c.90]


    Колпаковые печи чаще всего применяются для процессов безокислительного отжига металлов тонколистового проката в пакетах, рулонов ленты, бунтов проволоки. Так как при процессах отжига требуется длительное охлаждение под муфелем, то иа один колпак приходится 2—4 стенда. [c.54]

    Для термической обработки проволоки и ленты из черных и цветных металлов широко применяются протяжные электропечи. В них проволока или лента перемещается вдоль камеры печи с ПОМОЩЬЮ разматывающих и наматывающих устройств, находящихся вне цечи. По сравнению с шахтными и колпаковыми печами,. применяющимися для тех же целей, протяжные электропечи обеспечивают более высокую производительность и лучшее качество термообработки за счет равномерного нагрева как то сечению, гак и по длине изделий. [c.66]

    Колпаковые печи имеют цилиндрическую или прямоугольную форму рабочего пространства, которое образуют колпак (подвижная часть электропечи) и стенд (неподвижная часть, несущая загрузку). Колпаковые печи предназначаются в основном для процессов безо-кислительного отжига листового проката, ленты, проволоки, прутков. Установленная на стенде загрузка закрывается жароупорным муфелем, под который подается защитный газ. Для некоторых сортов стали требуется вести нагрев в вакууме для этого печи снабжаются вакуумной системой, и под муфелем создается разрежение. [c.41]

    Н. удовлетворительными мех. свойствами. Н. высокоуглеродистых (за-эвтектоидных) сталей устраняет це-ментитную сетку, возникающую при медленном охлаждении с т-ры выше Во всех сталях в результате Н. снимаются напряжения, исправляются структурные дефекты (см. Дефекты металлов) после штампования, ковки или прокатки. Часто Н. применяют для общего измельчения структуры перед закалкой. Получающийся при этом более дисперсный эвтектоид облегчает быстрое образование гомогенного аустенита (см. Гомогенная структура) в процессе последующего нагрева под закалку. Если охлаждают на воздухе легированные стали, распад аустенита происходит в температурном интервале ниже перлитного превращения, В результате возникают заметные напряжения и значительно повышается твердость, поэтому такие стали подвергают высокому отпуску при т-ре 550—680° С. Если охлаждение легированных сталей на воздухе приводит к образованию структуры мартенсита, как, напр., в стали марки 18ХНВА, то такой процесс не является нормализацией. Н. применяют чаще, чем отжиг, поскольку она более производительна, может быть осуществлена на меньших производственных площадях с меньшим количеством оборудования (печи используют только для нагрева и выдержки при т-ре нормализации) и рабочей силы. Н. проводят в печах непрерывного и периодического действия, листовую сталь обрабатывают в высокопроизводительных проходных роликовых печах. Для Н. используют также камерные печи с выдвижным подом и колпаковые печи (для толстых листов спец. назначения). По технологии проведения к Н. близка одинарная термическая обработка. В процессе такой обработки сталь нагревают и выдерживают так же, как и при H., а охлаждают в струе воздуха, обеспечивающей повышенную скорость охлаждения структурные превращения происходят в районе изгиба С-кривой изотермического распада аустенита. [c.87]

    Haubengluhofen т колпаковая печь для отжига Hau h т (матовый) налёт помутнение вуаль белесоватость (лакокрасочного покрытия) [c.97]

    Своеобразна система отопления колпаковых печей для отжига рулонов полосы — одного из самых распространенных типов садочных печей. В этих печах стопу рулонов накрывают металлическим муфелем, а затем нагревательным колпаком, в котором расположены горелочные устройства. Продукты сгорания из-под нафевательного колпака удаляют с помощью воздушного эжектора. Подача тепла в течение цикла нафева должна колебаться в пределах 1 12-1 15. [c.672]

    В колпаковых печах, посфоенных по первоначальным проектам, на нафеватель-ном колпаке установлены радиально-инжекционные горелки в специальных топках, экранированных от муфеля корундовыми плитками. Однако необходимые высокие пределы регулирования недостижимы при инжекционных горелках. Поэтому применено позиционное регулирование. В начале цикла нафева подачу топлива регулируют двухпозиционно тепловая мощность колпака или 10-15 % тепловой мощности. При достижении заданной температуры в месте установки стендовой термопары закрываются дроссели на газопроводе и воздухопроводе. В результате максимальное количество тепла, которое можно подать в печь, сокращается до 50 % тепловой мощности. С этого момента регулирование ведется двухпозиционно 50 % или 10-15 % тепловой мощности. Минимальное количество газа поступает через байпас вокруг регулирующего дросселя. Подача эжектирующего воздуха в эжектор насфоена так, чтобы при минимальном расходе газа разрежение под колпаком повышалось. В результате горелки работают с повышенным коэффициентом расхода воздуха, что исключает опасность проскока пламени в горелку. [c.672]

    Одностопная колпаковая печь (рис. У1П-10) состоит из стационарного стенда 1, на который укладывается нагреваемый металл, металлического муфеля 5, покрывающего нагреваемый металл и съемного колпака 6, на котором установлены газовые горелки 9. Для создания равномерной температуры по всему объему рабочего пространства на колпаке устанавливается большое число гэрелок малой производительности. Топочные объемы горелок колпа1со-вых печей обычно экранируют карборундовыми плитками для [c.312]

    Наряду с одностопными в промышленности применяются и трехстопные колпаковые печи. [c.315]

    Для термообработки листовой стали применяются так называемые колпаковые печи. Это тоже муфельные печи, состоящие из стационарного пода (стенда) и двух сменных колпаков— отапливаемого и муфельного. Муфельный колпак из жаропрочной стали надевается сверху на подлежащие термообработке рулоны или стопки листовой стали, уложенные на под. Поверх муфельного колпака помещают отапливаемый муфель и газопроводы его подключают к цеховому газопроводу. Под муфельный колпак подают нейтральный газ, включают горелки обогревательного колпака и обогревают муфельный колпак с размещенными в нем рулонами или стопками. По окончании нагрева отапливаемый кол ак переносится на другой стенд с муфельным колпаком, а металл остывает на стенде под муфельным колпаком в нейтральной атмосфере. Один обогреваемый колпак обслуживает обычно три стенда с необогреваемы-ми колпаками. [c.153]

    Характерным примером нагрева весьма массивной загрузки в садочной печи служит нагрев пакета тонких стальных листов в колпаковых печах для светлого отжига. Практическое осуществление режима выравнивания температур в сечении загрузки с подводом тепловой мощности к поверхности загрузки предполагает следующую систему регулирования теплового режима садочной печи. При укладке загрузки к ее поверхности прикладывается горячий спай регулирующей термопары, а в среднюю часть загрузки закладывается контрольная термопара. Регулятор температуры настраивается так, что до тех пор, пока температура поверхности загрузки не достигнет заданного значения, нагревательные элементы остаются включенными чтобы предохранить нагреватели от перегорания, полезно при этом в каждой тепловой зоне предусматривать аварийную термопару, выполняющую функцию термоограничителя. По достижении поверхностью загрузки заданной температуры регулятор периодически отключает нагревательные элементы, обеспечивая подвод к загрузке теплового потока постепенно уменьшающейся интенсивности. [c.124]

    По опыту работы аналогичных вентиляторов в печах с рабочей температурой до 700°С можно рекомендовать максимальную окружную скорость колеса вентилятора не более 30 м1сек. Для печей с рабочими температурами свыше 700° С применяются вентиляторы с водяным охлаждением вала и кронштейна, в котором монтируются подшипники. На рис. 8-27 показана конструкция вентилятора, хорошо зарекомендовавшая себя на колпаковых печах для-светлого отжига стальной ленты в рулонах (рабочая температура печи — около 800° С). [c.379]

    Колпаковые печи, в которых вакуум создается под муфелем, могут иметь переносный колпак при неподвижных стендах либо поднимающийся и опускающийся колпак и перемещающиеся стенды. Печи этого типа низкотемпературные, поскольку предельная температура их -применения определяется механической прочностью муфеля, испытывающего в разогретом состоянии полное атмосферное давление (колпаковые печи с контрвакуумом обычно не делаются). [c.240]

    Печи со стационарными стендами и переносным колпаком по принципу устройства аналогичны газонаполненным колпаковым печам с той лишь разницей, что под каждым стендом вакуумной печи имеется откачная система, обеспечивающая создание и поддержанце необходимого вакуума, а вакуумное уплотнение места сопряжения муфеля со стендом достигается водоохлаждаемой резиновой прокладкой. [c.241]

    Колпаковая печь состоит из колпака и футеройаяиого стенда, неподвижного относительно пола цеха на стенд устанавливается загрузка. [c.53]


Обеспечение максимальной производительности генератора в реальных системах | 2016-05-15

Все телекоммуникационные, навигационные, контрольно-измерительные системы требуют генераторов опорной частоты, и стабильность этого генератора часто устанавливает пределы производительности системы. Стабильность частоты в зависимости от температуры и времени (долговременная и кратковременная) и фазовый шум являются наиболее важными характеристиками эталонных источников.

Рис. 1 Тепловая модель кварцевого генератора с духовым управлением.

Высокостабильные кварцевые генераторы с низким уровнем шума, контролируемые термостатом, особенно важны с учетом их критических применений: кварцевые генераторы от 5 до 10 МГц используются в контурах фазовой автоподстройки частоты атомных стандартов частоты. Эти генераторы определяют фазовый шум при ≥ 0,1 Гц и девиацию Аллана от 0,1 до 10 с. Кварцевые генераторы от 50 до 100 МГц используются в современных синтезаторах частот. Уровень шума кварцевого генератора определяет шум синтезатора, поэтому фазовый шум кварцевого генератора задается в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц относительно несущей.В модулях синхронизации для поддержания временной развертки используются кварцевые генераторы с высокой стабильностью и низким уровнем шума от 5 до 40 МГц.

Требования к источникам опорной частоты постоянно ужесточаются: меньший размер, меньшее энергопотребление, меньший фазовый шум и улучшенная стабильность частоты в зависимости от времени и температуры. Чтобы обеспечить наилучшую производительность, в этой статье рассматривается конструкция генераторов со сверхмалым шумом и системные факторы, которые могут ухудшить характеристики генератора (см. Таблица 1 ), поскольку конструкция генератора и системы важны для максимизации производительности.Пренебрежение системными соображениями может привести к тому, что отличный генератор не будет работать, когда он будет установлен в системе.

ВЫСОКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, МАЛОШУМНЫЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ

Отдельные генераторы были разработаны для покрытия частот от 5 до 10 МГц и от 80 до 100 МГц со значительным улучшением фазового шума и девиации Аллана. Размер каждого генератора был уменьшен при сохранении высокой стабильности частоты в зависимости от температуры. Уменьшение размера генератора затрудняет поддержание или улучшение стабильности частоты при изменении температуры.Используя тепловое моделирование (см. , рис. 1 ) и оптимизируя структурную схему, стабильность частоты одиночного кварцевого генератора с термостатом была близка к стабильности двойного генератора с термостатом. 1,2

Рисунок 2 Улучшенный фазовый шум (a) и девиация Аллана (b) OCXO 10 МГц.

Конструкция осциллятора от 5 до 10 МГц

Создание генераторов с низким уровнем шума невозможно без хорошего кристалла, а требования к лучшему фазовому шуму и девиации Аллана требуют значительных улучшений в технологии кристаллов.Было разработано несколько подходов к увеличению производительности и урожайности:

  • Специальная технология обработки поверхности пустых кристаллов
  • Измерительная система для проверки кристаллов при различной рассеиваемой мощности
  • Исследования мощности, рассеиваемой в кристаллах, в зависимости от фазового шума, близкого к несущей (см. , таблица 2 ).

Данные в таблице 2 показывают, что кристалл типа 1 наименее чувствителен к рассеиваемой мощности.

Помимо кристалла, на фазовый шум и девиацию Аллана влияет схема генератора от 5 до 10 МГц.Чтобы уменьшить фазовый шум, близкий к несущей (смещение от 0,1 до 10 Гц), коэффициент качества системы должен быть максимальным. Схема генератора должна сохранять максимальную нагруженную добротность кварцевого резонатора. Кроме того, подача «чистого» напряжения на кварцевый генератор и схемы согласования снижает фазовый шум вблизи несущей. Компоновка печатной платы (PCB) генератора требует особого внимания. Ток генератора может вызывать помехи в фазовых шумах ближней и дальней зоны и влиять на девиацию Аллана на 1–10 с.Согласование между генератором – особенно кварцевой цепью – и буферным усилителем, а также коэффициент шума усилителя будут влиять на шумы в дальней зоне (отстройка от 1 кГц до 1 МГц). Оптимизация схемы и компоновки может дать улучшение фазового шума в дальней зоне на 10-20 дБ.

Использование этих кристаллов и схем позволяет значительно снизить фазовый шум и девиацию Аллана (см. , рис. 2, , ). В таблице 3 приведены характеристики двух генераторов 10 МГц, разработанных с использованием этих подходов.

Конструкция генератора от 80 до 100 МГц

То, что верно для конструкций генераторов от 5 до 10 МГц, применимо к генераторам от 80 до 100 МГц. Однако для генераторов от 80 до 100 МГц есть дополнительные соображения. Линейность буферных усилителей, через которые сигнал подается на выход, влияет на «нижний предел» фазового шума (отстройка от 10 кГц до 1 МГц), что делает выбор и оптимизацию транзисторов в этих усилителях важными. Обратная связь от нежелательных контуров вызывает самовозбуждение и «выпуклости» на кривых фазового шума, которые влияют на фазовый шум генератора 100 МГц.Таким образом, схема усилителя должна минимизировать нежелательные емкостные и индуктивные связи. Генератор 5 В, 100 МГц, учитывающий эти конструктивные особенности, обеспечивает характеристики фазового шума, показанные на , рис. 3 . Его характеристики приведены в Таблице 3.

Рисунок 3 Улучшенный фазовый шум для генератора 100 МГц, 5 В.

РАССМОТРЕНИЕ СИСТЕМЫ

При интеграции в систему другие факторы, помимо генератора, могут повлиять на производительность.Паразитное сопротивление, цифровое управление, воздушный поток и вибрация могут ухудшить фазовый шум, девиацию Аллана и стабильность частоты.

Сопротивление паразитам

На рисунке 4 показана схема управления частотой генератора, которая имеет элементы как внутри, так и снаружи генератора. Из рисунка следует, что

U controut = U contr + U noise ,
где U обозначает напряжение.

Если U controut зафиксирован, а U noise изменяется, U contr также изменится, напрямую влияя на фазовый шум, девиацию Аллана и стабильность частоты в зависимости оттемпература.

Рисунок 4 Схема управления частотой генератора.

Рисунок 5 Паразитное сопротивление, создаваемое общей цепью заземления на печатной плате (a). Улучшенная компоновка за счет устранения общего следа (б).

Провода заземления управляющего и опорного источников, высокочастотного выходного каскада и заземления печи подключены к проводу заземления внутри генератора. В прецизионных генераторах эти земли разделены и подключаются на плате только к контакту заземления генератора.Это сводит к минимуму общее сопротивление, через которое протекают эти токи (R n на Рисунке 4), поскольку ток печи изменяется линейно с температурой окружающей среды и вносит свой вклад в шум. Эта концепция заземления проиллюстрирована схемами печатных плат, показанными на Рис. 5 . В Рис. 5a общая заземляющая дорожка создает паразитное сопротивление R n . Для его удаления на печатной плате создаются отдельные дорожки заземления, как показано на рисунке Рисунок 5b .

Рисунок 6 Стабильность частоты осциллятора в зависимости от температуры с (a) и без паразитного сопротивления (b).

Рисунок 7 Фазовый шум генератора с паразитным сопротивлением (а) и без (б).

При рабочей температуре кварцевого генератора с управлением от печи на 5 В типичное изменение тока составляет ∆I = 1 A. Генератор можно отрегулировать примерно на 1 × 10 -6 , когда управляющее напряжение изменяется более чем на 5 В, делая K = 2 × 10- 10 / мВ.При паразитном сопротивлении R n = 0,01 Ом изменение напряжения на диоде переменной емкости по температуре составит

Рисунок 8 Искаженный фазовый шум от неправильно построенного генератора, управляемого ЦАП.

U шум = ∆IRn или 10 мВ.

Дрейф частоты (dF / F) в зависимости от температуры определяется по

. dF / F = КУ шум или 2 × 10 -9 .

Использование генератора 12 В – что означает меньшее изменение тока генератора для заданного диапазона температур – с меньшим диапазоном регулировки и меньшим паразитным сопротивлением приводит к лучшей стабильности частоты с температурой; однако dF / F по-прежнему будет в диапазоне 10 -10 .

Рисунок 6 показывает, как паразитное сопротивление может ухудшить стабильность частоты в зависимости от температуры. Паразитное сопротивление может также увеличить фазовый шум, начиная с смещения всего 0,1 Гц (см. , рисунок 7, ).

Цифровое управление

Использование цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) для управления частотой генератора может снизить фазовый шум генератора (см. , рис. 8 ) и девиацию Аллана. Это происходит из-за дискретных шагов напряжения ЦАП и интерференции между частотой генератора и тактовой частотой ЦАП.Последнее может вызывать составляющие помехи на фазовом шуме от 1 кГц до 1 МГц.

Чтобы понять влияние шага ЦАП на отклонение Аллана, рассмотрим генератор с отклонением Аллана 6 × 10 -13 за 1 с. Чтобы избежать какого-либо влияния на девиацию Аллана, шаг частоты не должен превышать F s = от 2 до 3 × 10 -13 . Если регулировка осциллятора ∆F = 1 × 10 -6 , то общее количество шагов составит

Рисунок 9 Зависимость стабильности частоты осциллятора оттемпература в неподвижном (а) и движущемся воздухе (б).

S = ∆F / F s , что требует 22-битного ЦАП.

Этот пример показывает, что управлять частотой генератора при нормальных отклонениях Аллана от 5 до 6 × 10 -13 сложно. Чтобы эффективно использовать ЦАП для управления частотой, ЦАП должен иметь большое количество битов, способность фильтровать шаги переключения и алгоритм управления с наиболее редким переключением между битами. Земля ЦАП должна быть отдельной, как обсуждалось ранее.

Чтобы исключить возможные помехи от внутренних или внешних часов ЦАП, частота управляемого генератора должна подаваться на вход ЦАП с использованием делителя частоты, если это необходимо.

Расход воздуха

Температура корпуса генератора будет изменяться при любом взаимодействии с воздушными потоками. Интенсивность и скорость воздуха будут определять тепло, отводимое от осциллятора, которое запускает термостат. Для прецизионных генераторов с духовым управлением, установленных в оборудовании, содержащем вентиляторы, воздушный поток не должен напрямую попадать на генератор.Вибрация вентилятора также может увеличить фазовый шум. Если эти факторы не контролируются должным образом, могут возникнуть следующие побочные эффекты:

  • Интенсивный воздушный поток эквивалентен расширению диапазона рабочих температур генератора до отрицательных значений, что снижает стабильность частоты.
  • Духовка генератора может быть не в состоянии поддерживать желаемую рабочую температуру из-за недостаточной мощности
  • Отклонение Аллана в диапазоне от 5 до 100 секунд ухудшится из-за колебаний воздушного потока и сопутствующих колебаний температуры на корпусе генератора
  • .
  • Конструкция оборудования будет более сложной, чтобы учесть возросшую мощность, потребляемую источником питания генератора.

Сравнение дрейфа частоты генератора в неподвижном и движущемся воздухе показано на Рис. 9 .

Вибрация

Фазовый шум генератора ухудшается из-за вибрации. Фазовый шум от случайной вибрации может быть смоделирован с использованием g-чувствительности генератора. 3

L (f) = 20 log [(| Γ || A | F 0 ) / (2F)]

где | Γ | – g-чувствительность осциллятора,

| A | = (2PSD) 1/2

где PSD – спектральная плотность мощности, F 0 – рабочая частота генератора, а F – сдвиг частоты относительно несущей.

Знать уровень вибрации во время работы не всегда возможно. Тем не менее, генератор должен быть расположен на печатной плате вдали от точек возможного резонанса или рядом с источниками вибрации, такими как вентиляторы, трансформаторы и двигатели. Если направление вибрации известно, производитель генератора может сообщить, какая ось генератора имеет минимальную g-чувствительность, поскольку она будет варьироваться в зависимости от конструкции генератора.

Заключение

Невнимание к вышеперечисленным факторам может привести к значительному ухудшению характеристик точных, малошумящих генераторов, управляемых печью.Поскольку производительность генератора часто определяет производительность системы, ухудшение характеристик генератора ухудшит работу системы.

Ссылки

  1. Никонов А. Котюков, А. Камочкин, Н.И. Дьяконова, «Последние достижения в области производительности низкопрофильных сверхточных кварцевых генераторов для одинарной печи», EFTF2012.
  2. Ю. Вороховский, А. Никонов, А. Котюков, А. Камочкин, «Эффективность схемотехники и оптимизация конструкции при разработке прецизионных кварцевых генераторов», PTTI2014.
  3. Джон Р. Виг, «Кварцевые резонаторы и генераторы для управления частотой и синхронизацией – Учебное пособие», апрель 2012 г.

Дизайн культивируемых нейронных сетей in vitro с заранее заданной связью с использованием асимметричных микрофлюидных каналов

  • 1.

    Wyart, C. et al. . Ограниченная синаптическая связь в функциональных нейронных сетях млекопитающих, выращенных на узорчатых поверхностях. J. Neurosci. Методы 117 , 123–131 (2002).

    Артикул PubMed Google Scholar

  • 2.

    Брюэр, Г. Дж. и др. . На пути к самостоятельной активной реконструкции трисинаптической петли гиппокампа: DG-CA3. Фронт. Нейронные схемы 7 , 165, https://doi.org/10.3389/fncir.2013.00165 (2013).

    Артикул PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

  • 3.

    Рот, С. и др. . Нейронные архитектуры с аксо-дендритной полярностью над кремниевыми нанопроводами. Маленький 8 , 671–675 (2012).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 4.

    Хабибей, Р., Голабчи, А., Латифи, С., Дифато, Ф. и Блау, А. Микроканальное устройство для селективной лазерной диссекции, долговременной электрофизиологии с матрицей микроэлектродов и визуализации ограниченных проекций аксонов. Лабораторный чип 15 , 4578–4590 (2015).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 5.

    Тейлор А. М. и др. . Платформа микрожидкостных культур для повреждения аксонов ЦНС, регенерации и транспорта. Нат. Методы 2 , 599–605 (2005).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 6.

    Пейрин, Ж.-М. и др. . Аксонные диоды для реконструкции ориентированных нейронных сетей в микрофлюидных камерах. Лабораторный чип 11 , 3663–3673 (2011).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 7.

    Шимба К. и др. . Модель нейронной трансплантации с использованием интеграционной камеры для совместного культивирования. Электрон. Commun. Япония 97 , 36–43 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 8.

    Кампенот Р. Б. Независимый контроль локальной среды сомов и нейритов. Methods Enzymol. 58, , 302–307 (1979).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 9.

    Le Feber, J., Postma, W., de Weerd, E., Weusthof, M. & Rutten, W. L. C. Зубчатые каналы улучшают однонаправленное соединение между нейронными сетями, выращенными на множестве электродов. Фронт. Neurosci. 9 , 412, https://doi.org/10.3389/fnins.2015.00412 (2015).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 10.

    Renault, R. и др. . Сочетание микрофлюидики, оптогенетики и визуализации кальция для изучения нейронной коммуникации in vitro . PLoS One 10 , 0120680, https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0120680 (2015).

    Google Scholar

  • 11.

    Альберс, Дж., Тома, К. и Оффенхауссер, А. Инженерная связь с помощью многомасштабного микропаттернинга отдельных популяций нейронов. Biotechnol. J. 10 , 332–338 (2015).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 12.

    Oliva, Aa, James, C.Д., Кингман, К. Э., Крейгхед, Х. Г. и Бэнкер, Г. А. Создание паттернов на молекулах, направляющих аксоны, с использованием новой стратегии для микроконтактной печати. Neurochem. Res. 28, , 1639–1648 (2003).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 13.

    Уиллер, Б.С., Кори, Дж. М., Брюер, Дж. Дж. И Бранч, Д. У. Микроконтактная печать для точного контроля роста нервных клеток в культуре. J. Biomech. Англ. 121 , 73–78 (1999).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 14.

    Скотт, М. А., Висснер-Гросс, З. Д. и Яник, М. Ф. Ультрабыстрое лазерное микропроцессорное построение белков: скрининг направленной поляризации отдельных нейронов. Лабораторный чип 12 , 2265–2276 (2012).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 15.

    ДеМарс, Т. Б., Пан, Л., Алагапан, С., Брюер, Дж. Дж. И Уиллер, Б. С. Прямое распространение информации о времени и скорости между корковыми популяциями во время когерентной активации в инженерных сетях In Vitro . Фронт. Нейронные схемы 10 , 32, https://doi.org/10.3389/fncir.2016.00032 (2016).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 16.

    Малишев Э. и др. . Микрожидкостное устройство для однонаправленного роста аксонов. J. Phys. Конф. Сер. 643 , 012025, https://doi.org/10.1088/1742-6596/643/1/012025 (2015).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 17.

    Пан, Л. и др. . Метод in vitro для управления направлением и функциональной силой между нейронными популяциями. Фронт.Нейронные схемы 9 , 32, https://doi.org/10.3389/fncir.2015.00032 (2015).

    Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 18.

    Клаверол-Тинтуре, Э., Кабестани, Дж. И Розелл, X. Многопозиционная регистрация внеклеточных потенциалов, производимых ограниченными микроканалом нейронами in vitro. IEEE Trans. Биомед. Eng . 54 , 331–335 (2007).

  • 19.

    Моралес, Р. и др. . Интеграция многокомпонентных электрофизиологических и пластических чашек для культивирования в сетевую нейробиологию. Лабораторный чип 8 , 1896–1905 (2008).

  • 20.

    Такаяма, Ю., Котаке, Н., Хага, Т., Судзуки, Т., Мабучи, К. Формирование культивируемых нейронных сетей с односторонней структурой в микрожидкостных устройствах в сочетании с методами микропаттернинга. J. Biosci. Bioeng. 114 , 92–95 (2012).

  • 21.

    Онеггер Т., Скотт М.А., Яник М.Ф. и Волдман Дж. Электрокинетическое ограничение роста аксонов для динамически настраиваемых нейронных сетей. Лабораторный чип 13 , 589–598 (2013).

  • 22.

    Онеггер Т. и др. . Руководство по микрофлюидным нейритам для изучения взаимосвязей структура-функция в топологически сложных популяционных нейронных сетях. Sci. Репутация 6 , 28384, https: // doi.org / 10.1038 / srep28384 (2016).

  • 23.

    Хуанг, Х. и др. . Использование микрожидкостного чипа для формирования градиента концентрации нейротрофического фактора мозга для изучения управления аксонами нейрона. Биомикрофлюидика 8 , 014108, https://doi.org/10.1063/1.4864235 (2014).

  • 24.

    Тейлор, А. М., Менон, С. и Гуптон, С. Л. Пассивная микрофлюидная камера для долгосрочной визуализации управления аксонами в ответ на растворимые градиенты. Лабораторный чип 15 , 2781–2789 (2015).

  • 25.

    Дертингер, С. К. У., Цзян, X., Ли, З., Мурти, В. Н. и Уайтсайдс, Г. М. Градиенты связанного с субстратом ламинина ориентируют аксональную спецификацию нейронов. Proc. Natl. Акад. Sci. 99 , 12542–12547 (2002).

  • 26.

    Доуэлл-Месфин, Н. М. и др. . Топографически измененные поверхности влияют на ориентацию и рост нейронов гиппокампа. J. Neural Eng. 1 , 78–90 (2004).

  • 27.

    Gomez, N., Chen, S. & Schmidt, C.E. Поляризация нейронов гиппокампа конкурентными поверхностными стимулами: сигналы наведения на контакт предпочтительнее химических лигандов. J. R. Soc. Интерфейс 4 , 223–233 (2007).

  • 28.

    Gomez, N., Lu, Y., Chen, S. & Schmidt, C.E. Иммобилизованный фактор роста нервов и микротопография имеют различные эффекты на поляризацию по сравнению с удлинением аксонов в клетках гиппокампа в культуре. Биоматериалы 28 , 271–284 (2007).

  • 29.

    Терни, С. Г. и Бриджмен, П. С. Ламинин стимулирует и направляет рост аксонов через активность миозина II конуса роста. Нат. Neurosci. 8 , 717–719 (2005).

  • 30.

    Файнерман О., Ротем А. и Моисей Э. Надежные нейронные логические устройства из структурированных культур гиппокампа. Нат. Phys. 4 , 967–973 (2008).

  • 31.

    Тихаа, И., Альберс, Дж. И Оффенхауссер, А. Нейронное руководство: проектирование сетей in vitro на MEA. В Фронт. Neurosci. Аннотация конференции: Встреча MEA 2016 | 10-е Международное совещание по электродным решеткам, интегрированным в подложку, https://doi.org/10.3389/conf.fnins.2016.93.00080 (2016).

  • 32.

    Хабец, а. М., Ван Донген, а. М., Ван Хейзен, Ф. и Корнер, М. а. Спонтанные паттерны нейронального возбуждения в корковых сетях плода крысы во время развития in vitro: количественный анализ. Exp. мозг Res. 69 , 43–52 (1987).

  • 33.

    Huettner, J. E. & Baughman, R. W. Первичная культура идентифицированных нейронов зрительной коры постнатальных крыс. J. Neurosci. 6 3044–3060 (1986).

  • 34.

    Джимбо, Ю., Робинсон, Х. П. и Кавана, А. Усиление синхронизированной активности тетанической стимуляцией в корковых культурах: применение плоских электродных решеток. IEEE Trans. Биомед. Англ. 45 , 1297–304 (1998).

  • 35.

    Маэда, Э., Робинсон, Х. П. и Кавана, А. Механизмы генерации и распространения синхронизированного всплеска в развивающихся сетях корковых нейронов. J. Neurosci. 15 , 6834–6845 (1995).

  • 36.

    Вагенаар, Д. А., Надасди, З. и Поттер, С. М. Устойчивые динамические аттракторы в паттернах активности культивируемых нейронных сетей. Phys. Ред. E – Стат. Нелинейная физика мягкой материи . 73 , 051907, https://doi.org/10.1103/PhysRevE.73.051907 (2006).

  • 37.

    Велики М. и Кац Л. С. Корреляционная структура спонтанной нейрональной активности в развивающемся латеральном коленчатом ядре in vivo. Наука 285 , 599–604 (1999).

  • 38.

    Бизио, М., Боска, А., Паскуале, В., Бердондини, Л. и Чиаппалоне, М. Возникновение взрывной активности в связанных нейрональных субпопуляциях. PLoS One 9 , 107400, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0107400 (2014).

  • 39.

    Hong, N., Joo, S. & Nam, Y. Характеристика аксональных шипов в культивируемых нейронных сетях с использованием массивов микроэлектродов и микроканальных устройств. IEEE Trans. Биомед. Англ. 64 , 492–498 (2016).

  • 40.

    Wang, L., Riss, M., Buitrago, J. O., Claverol-tintur, E.Биофизика микроканальных интерфейсов нейрон-электрод. J. Neural Eng. 9 , 026010 (2012).

  • 41.

    Пимашкин А. и др. . Пиковые признаки спонтанных всплесков активности в культурах гиппокампа. Фронт. Comput. Neurosci. 5 , 46, https://doi.org/10.3389/fncom.2011.00046 (2011).

  • 42.

    Пимашкин А., Гладков А., Мухина И.& Казанцев, В. Адаптивное улучшение протокола обучения в гиппокампальных культивируемых сетях, выращенных на многоэлектродных массивах. Фронт. Нейронные схемы 7 , 87, https://doi.org/10.3389/fncir.2013.00087 (2013).

  • 43.

    Пимашкин, А., Гладков, А., Агрба, Э., Мухина, И., Казанцев, В. Селективность индуцированных стимулом ответов в культивируемых гиппокампальных сетях на массивах микроэлектродов. Cogn. Neurodyn. 10 , 287–299 (2016).

  • 44.

    Левандовска, М. К., Баккум, Д. Дж., Ромпани, С. Б. и Хирлеманн, А. Регистрация больших внеклеточных спайков в микроканалах вдоль многих участков аксонов от отдельных нейронов. PLoS One 10 , 0118514, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0118514 (2015).

    CAS Статья PubMed Google Scholar

  • 45.

    Фитцджеральд, Дж. Дж., Лакур, С. П., МакМэхон, С.Б. и Фосетт, Дж. У. Микроканалы как усилители аксонов. IEEE Trans. Биомед. Англ. 55 , 1136–1146 (2008).

  • 46.

    Пан, Л., Алагапан, С., Франка, Э., Брюер, Г. Дж. И Уиллер, Б. С. Распространение активности потенциала действия в заранее определенной нейронной сети микротоннеля. J. Neural Eng. 8 , 046031, https://doi.org/10.1088/1741-2560/8/4/046031 (2011).

  • 47.

    Dworak, B.J. & Wheeler, B.C. Новая платформа MEA с микротоннелями PDMS позволяет обнаруживать распространение потенциала действия от изолированных аксонов в культуре. Лабораторный чип 9 , 404–410 (2009).

  • 48.

    Хабибей, Р., Голабчи, А. и Блау, А. Микроканальные каркасы для сбора и анализа нейронных сигналов. Нейротехнологии, Электрон. Информатика, Springer Ser. Comput. Neurosci . 13 , 47–64 (2015)

  • 49.

    Шимба К., Сакаи К., Исомура Т., Котани К. и Джимбо Ю. Замедление аксональной проводимости, вызванное спонтанной взрывной активностью в корковых нейронах, культивируемых в устройстве микротоннеля. Integr. Биол. (Камб) . 7 , 64–72 (2015).

  • 50.

    Поли, Д., Тиагараджан, С., Демарс, Т. Б., Уиллер, Б. К. и Брюер, Г. Дж. Разрезанное и специфическое кодирование во время передачи информации между совместно культивированными зубчатыми грибами и сетями гиппокампа CA3. Фронт.Нейронные схемы 11 , 13, https://doi.org/10.3389/fncir.2017.00013 (2017).

  • Границы | Взаимосвязи между шириной трофической ниши, морфологическим разнообразием и генетическим разнообразием Hemiculter leucisculus в Китае

    Введение

    Ниша – важное понятие в экологии, которое помогает понять взаимодействия видов и структуры сообществ (Syväranta et al., 2013). Ширина ниши – основа теории ниши (Roughgarden, 1972; Bolnick et al., 2002) относится к разнообразию ресурсов, местообитаний или сред, используемых данным видом (Van Valen, 1965; Shugart and Blaylock, 1973; Roughgarden, 1974; Schindler et al., 1997; Bolnick et al., 2010; Edwards et al., 2013; Sexton et al., 2017). Предыдущие исследования ширины ниши способствовали пониманию причин видового разнообразия (Roughgarden, 1974; Giller, 1984; Maldonado et al., 2017) и реакции видов на изменение окружающей среды (Bolnick et al., 2010; Clavel et al. ., 2011; Bison et al., 2015).

    Ван Вален (1965) обнаружил, что популяции птиц на островах имеют большую морфологическую изменчивость, чем популяции на материке, и пришел к выводу, что птицы на островах эволюционировали с разными морфологическими признаками, чтобы использовать более разнообразные ресурсы и избегать конкуренции (Snowberg et al., 2015). Таким образом, автор предположил, что «популяции с более широкими нишами фенотипически более изменчивы, чем популяции с узкими нишами», что известно как гипотеза вариативности ниши (NVH).Общая ширина популяционной ниши состоит из внутрииндивидуального и межиндивидуального компонента (Bolnick et al., 2010). Вариация ширины ниши на уровне популяции может в основном быть результатом увеличения вариабельности на межличностном уровне (Bolnick et al., 2007), которое сопровождается большей морфологической изменчивостью (Snowberg et al., 2015).

    Несколько исследований с участием нескольких таксонов, таких как птицы (Hsu et al., 2014; Maldonado et al., 2017), рыбы (Bolnick et al., 2010; Snowberg et al., 2015), оса (Santoro et al., 2011) и ящерица (Costa et al., 2008) предоставили доказательства в поддержку NVH. Напротив, некоторые исследования подвергли сомнению NVH из-за невозможности найти соответствие между шириной ниши и морфологической изменчивостью (Díaz, 1994; Blondel et al., 2002; Meiri et al., 2005; Griffen and Mosblack, 2011). Bolnick et al. (2007) пришли к выводу, что исследования, не поддерживающие NVH, были предвзятыми, потому что они не измеряли напрямую нишевые вариации.

    Кроме того, исследования продемонстрировали положительную корреляцию между шириной ниши и уровнем генетического разнообразия (Smith, 1970; Shugart and Blaylock, 1973; Soulé and Yang, 1973; Steiner, 1977; Noy et al., 1987; Lavie et al., 1993; Павличек и др., 2000). Популяции с большой шириной ниши также обладают большей генетической изменчивостью, что позволяет им адаптироваться к широкому диапазону условий окружающей среды (Noy et al., 1987). Когда разные индивиды в популяции сосредотачиваются на определенном подмножестве доступных ресурсов, определенная группа индивидов в популяции, скорее всего, испытает генетически контролируемые индивидуальные вариации. Когда люди проводят большую часть или всю свою жизнь в определенной нише, отбор благоприятствует разным аллелям в разных под-нишах, что приводит к высокой гетерозиготности (Noy et al., 1987), хотя это восприятие также обсуждалось (Пауэлл и Вистранд, 1978; Миттер и Футуйма, 1979; Смит, 1981; Лави и др., 1993). Более того, мало исследований изучали взаимосвязь между шириной ниши, морфологической изменчивостью и генетическим разнообразием в целом.

    Hemiculter leucisculus (Basilewsky, 1855), небольшая карповая рыба, широко распространена в пресных водах Юго-Восточной Азии и Дальнего Востока России (Dai, Yang, 2003). Рыба населяет бассейны, озера и реки.Из-за высокой плодовитости рыба стала преобладающей в сообществах рыб (Колпаков и др., 2010; Esmaeili, Gholamifard, 2011). H. leucisculus также является всеядной рыбой, которая в основном питается зоопланктоном, беспозвоночными, водорослями и органическим детритом (Liu et al., 2016). Следовательно, эта рыба является подходящим модельным организмом для тестирования NVH.

    В этом исследовании мы оценили NVH путем анализа взаимосвязи между шириной трофической ниши, морфологической изменчивостью и генетическим разнообразием в шести географически разнообразных популяциях H.leucisculus из Китая. Метод стабильных изотопов использовался для количественной оценки ширины трофической ниши в текущем анализе (Newsome et al., 2007; Marshall et al., 2019).

    Материалы и методы

    Место исследования и отбор проб рыбы

    Отбор проб проводился с сентября по октябрь 2017 г. по широте на шести участках в бассейнах трех крупных рек в Китае (рис. 1). Участок Фаншань находится в водохранилище в бассейне реки Хайхэ. Участок Лоян находится в бассейне Желтой реки.Участки Мудонг, Синьцзы, Юган и Тонглин находятся в бассейне реки Янцзы (Рисунок 1). Участок Мудонг расположен в конце водохранилища Трех ущелий и соединен с притоком. Сайты Синьцзы и Юган находятся в озере Поянху. Длина реки Хайхэ составляет около 1050 км. Желтая река имеет длину около 5464 км и является второй по длине рекой в ​​Китае. Река Янцзы имеет длину около 6300 км и является третьей по длине рекой в ​​мире. Участки отбора проб охватывали различные среды обитания, такие как проточная вода (Тонглин и Лоян), переходная зона (Мудун) и озерная зона водохранилища (Фаншань), озеро (Юган), русло реки и озеро (Синьцзы).

    Рис. 1. Карта мест отбора проб Hemiculter leucisculus (Фаншань, Лоян, Мудун, Синьцзы, Юган и Тонглин).

    В общей сложности 188 H. leucisculus было собрано в местах выгрузки на местных рыбных рынках. Образцы были идентифицированы на основании описания Дин (1994). Примерно 28–39 образцов были отобраны с каждого участка, чтобы обеспечить доступность адекватных данных для выполнения морфологического и генетического анализа (Таблица 1).Для каждого образца измеряли стандартную длину тела (BL) в 1 мм и вес в 0,1 г. Пол не удалось определить, так как гонады находились на второй стадии развития. Метод отбора проб выполнялся в соответствии с Китайскими принципами обращения с лабораторными животными. Протоколы экспериментов были одобрены Комитетом по этике экспериментов на животных Института гидробиологии Китайской академии наук.

    Таблица 1. Количество и длина тела отобранных рыб, используемых для морфологических измерений и генетического анализа, а также образцов, используемых для анализа стабильных изотопов.

    Морфологические измерения

    Мы измерили BL в дополнение к 20 другим морфометрическим характеристикам для каждого образца (рис. 2). Все характеристики были измерены с левой стороны рыбы одним и тем же исследователем, чтобы минимизировать ошибку. Всего было включено 20 морфометрических признаков, и морфометрические признаки были измерены с точностью до 0,01 мм с помощью цифрового штангенциркуля Вернье, за исключением BL, точность которого составляла 1 мм. Двадцать морфологических признаков, использованных в настоящем исследовании, описывают форму тела рыб и в основном отражают пищевые привычки, а также способности к поиску пищи и плаванию.В этом исследовании были изучены морфологические признаки, включая длину морды (SnL), диаметр глаза (ED), длину головы за глазами (HLBE), длину головы (HL), глубину головы (HD) и расстояние до глаз (ED). измеряется с учетом привычек питания. Другие характеристики, включая глубину тела (BD), расстояние до переднего плавника (DprD), расстояние до грудного плавника (DPrP1), длину грудного плавника (LP1), расстояние до брюшного плавника (DPrP2), длину тазового плавника (LP2), расстояние до анального плавника ( DPrA), длину спинного плавника (LD), длину анального плавника (LA), длину основания анального плавника (Lab), длину хвостового стебля (CPL), глубину хвостового стебля (CPD), ширину тела (BW) и ширину хвостового стебля ( CPW) были измерены для учета способности собирать пищу и плавать (Рисунок 2).

    Рис. 2. Морфометрические параметры исследованы на H. leucisculus. BL, длина тела; BD – глубина корпуса; HL, длина головы; HD, глубина головы; SnL, длина рыла; ED, диаметр глаза; HLBE, длина головы за глазом; CPL – длина хвостового стебля; CPD – глубина хвостового стебля; DprD – ​​расстояние до плавников; DPrP1 – расстояние перед грудным плавником; P1, грудной плавник; ДПрП2, расстояние до предплечья; P2, тазовый плавник; DPrA – расстояние до анального плавника; BW, ширина корпуса; ED, расстояние между глазами; CPW – ширина хвостового стебля; LD – длина спинного плавника; LP1 – длина грудного плавника; LP2 – длина брюшного плавника; ЛА, длина анального плавника.

    Генетическое разнообразие

    Из каждого образца иссекали ткани спинных мышц. Мышечные ткани консервировали в 95% спирте для экстракции ДНК. ДНК экстрагировали в соответствии со стандартным протоколом фенол / хлороформ (Kocher et al., 1989), как описано Tang et al. (2008). Ген cyt b мтДНК амплифицировали с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР) с наборами праймеров L14724 и h25915 (Xiao et al., 2001). ПЦР-амплификацию проводили в общем объеме 30 мкл.Продукты ПЦР были отправлены в Shanghai DNA Biotechnologies Company для очистки и секвенирования. Все последовательности, полученные в ходе этого исследования, депонированы в GenBank (номера доступа: MN696802 – MN696989). Генетическое разнообразие в нашем исследовании измерялось с помощью двух показателей: гаплотипического разнообразия ( H d) и нуклеотидного разнообразия ( P i).

    Анализ стабильных изотопов

    Maldonado et al. (2017) протестировали NVH, проанализировав данные по стабильным изотопам от 7 до 14 особей каждого вида воробьиных птиц.В других подобных исследованиях также использовались сопоставимые размеры выборки для анализа значений стабильных изотопов в различных популяциях (11–22 образца в исследовании Кука и др., 2007 г.; 7–21 образец в исследовании Райана и др., 2013 г.). Таким образом, в этом исследовании мы отобрали по 13 образцов с каждого участка для анализа стабильных изотопов. Сначала мы сгруппировали собранные образцы в соответствии с BL, а затем отобрали образцы из каждой группы BL в эквивалентных пропорциях. Таким образом, средний BL отобранных образцов был аналогичен для образцов, собранных на каждом участке (Таблица 1).Одна дорсальная мышечная ткань (около 0,3 мг), иссеченная для каждого образца, была высушена в печи при 60 ° C в течение не менее 48 ч до достижения постоянного веса, а затем измельчена в гомогенный порошок с помощью ступки и пестика (Xu et al. др., 2012). Порошок хранили в герметичных контейнерах для анализа стабильных изотопов (SIA).

    Составы стабильных изотопов углерода и азота (δ 13 C и δ 15 N) были измерены с использованием непрерывного масс-спектрометра для определения соотношения изотопов Delta Plus (Финниган, Бремен, Германия), подключенного к элементному анализатору Carlo Erba NA2500 ( Карло Эрба Реагенти, Милан, Италия) в Институте гидробиологии Китайской академии наук.Соотношения стабильных изотопов выражали в обозначении δ как отклонение от международных стандартов в частях на тысячу (‰) отклонение согласно уравнению: δ X = [(R образец / R стандарт ) – 1] × 1000, где X равно 15N или 13C, а R – соответствующее отношение 15 N / 14 N или 13 C / 12 C; δ – мера от тяжелого к легкому. Стандартными эталонами для углерода и азота были венский белемнит Pee Dee и атмосферный N 2 , соответственно (Yao et al., 2016). В общем, четыре внутренних рабочих стандарта (USGS40, USGS41, UREA-Thermo и UREA-Wuhan) использовались для каждых семи образцов для калибровки полученных значений. Двадцать процентов образцов были проанализированы в двух экземплярах; средние стандартные ошибки повторных измерений для δ 13 C и δ 15 N были менее 0,3 ‰. После получения значений δ 13 C и δ 15 N для каждого образца мы скорректировали их в соответствии с функцией аппроксимации, полученной из значений четырех рабочих стандартов.

    Статистический анализ

    Были рассчитаны параметры морфологической изменчивости, связанные с шириной трофической ниши и генетическим разнообразием для каждой популяции, использованной в анализе. Диаграмма Q-Q и тест Колмогорова-Смирнова использовались для определения того, были ли данные каждого морфологического признака в каждой локальной популяции нормально распределенными. Регрессия BL по каждому морфологическому признаку была проведена, чтобы исключить влияние вариации, зависящей от размера. Стандартные отклонения остатков регрессий в каждой популяции были рассчитаны для представления морфологической вариации.Анализ главных компонентов (PCA) использовался для уменьшения размерности сохраненных морфологических признаков, преобразования взаимозависимых переменных в значимые и независимые компоненты (Brosse et al., 2001; Wang et al., 2015), уточнения большей части вариации, и извлекать новые составные переменные (Samaee et al., 2009). Чтобы избежать суперфакторизации и выбрать переменные, которые лучше представляют морфологию, мы использовали компоненты с оценкой собственных значений> 1 в соответствии с критериями Кайзера – Гуттмана (Kaiser, 1960).Извлеченные главные компоненты (ПК) были повернуты с использованием метода вращения варимакс для упрощения факторов. В этом исследовании показатели ПК в каждой популяции использовались для представления морфологической вариации и использовались для последующего анализа.

    MEGA 7 использовали для выравнивания и уточнения нуклеотидных последовательностей вручную, обращаясь к картам секвенирования (Kumar et al., 2016). H d и P i были рассчитаны с использованием программного обеспечения DnaSP (версия 5.10) (Librado and Rozas, 2009).

    Мы рассчитали скорректированную площадь стандартного эллипса (SEAc) как ширину трофической ниши (Jackson et al., 2011, 2012; Syväranta et al., 2013). Метрики рассчитывались с помощью пакета «SIBER» (Jackson et al., 2011) в программе R (версия 3.5.1).

    Отношения между скорректированной стандартизованной площадью эллипса, морфологической изменчивостью и генетическим разнообразием на уровне популяции были проанализированы с использованием корреляционного анализа Пирсона (Hsu et al., 2014). A P значение <0.05 считалось показателем статистической значимости. Статистический анализ проводился с помощью программного обеспечения SPSS (версия 20.0, SPSS Inc, Чикаго, Иллинойс, США).

    Результаты

    Морфологическая вариация

    Диаграмма

    Q-Q и критерий Колмогорова – Смирнова показали, что морфологический признак каждой популяции соответствует нормальному распределению. PCA произвел пять факторов; однако в этом исследовании использовались только первые три основных компонента (PC), поскольку на них приходилось почти 80% общей дисперсии (таблица 2).Пятнадцать морфологических признаков имели значение нагрузок на оси ПК более 0,5 (табл. 2). Показатели ПК варьировались среди местного населения (Таблица 3). Баллы PC1 варьировались от -0,918 до 1,831; Баллы PC2 варьировались от -0,826 до 1,924; Показатели PC3 варьировались от -1,206 до 1,805. В следующем анализе оценки PC1, PC2 и PC3 относятся к параметрам, измеряющим параметры морфологической изменчивости (MV1, MV2 и MV3), соответственно.

    Таблица 2. Нагрузки по осям основных компонентов морфометрических признаков в Hemiculter leucisculus на шести участках исследования в Китае.

    Таблица 3. Ширина трофической ниши, морфологическая изменчивость (MV1, MV2 и MV3 относятся к баллам PC1, PC2 и PC3 соответственно) и генетическое разнообразие (разнообразие гаплотипов и разнообразие нуклеотидов) H. leucisculus в изученные популяции.

    Генетическое разнообразие

    Выравнивание последовательностей cyt b дало область длиной 1140 п.н. H d варьировался от 0,775 до 0,989, а P i – от 0.00256 до 0,00652. Минимальные и максимальные значения этих двух показателей наблюдались в популяциях Тонглин и Фаншань соответственно (Таблица 3).

    Ширина трофической ниши

    Скорректированные стандартные площади эллипса (SEAc) на основе значений δ 13 C и δ 15 N шести популяций H. leucisculus показали, что ширина трофических ниш в этих популяциях была различной. Значения ширины трофической ниши (SEAc) варьировались от 0,548 до 4,788. SEAc в популяции мудонг был самым высоким (4.788), а в популяции тонглингов – самый низкий (0,548). Значения SEAc в популяциях Фаншань, Юган, Синцзы и Лоян составляли 0,568, 0,744, 1,449 и 1,237 соответственно (Таблица 3).

    Ширина трофической ниши, генетическое разнообразие и морфологическая изменчивость

    Корреляционный анализ Пирсона показал значительную корреляцию между оценками SEAc и PC3 ( R = 0,897, P <0,05, n = 6) (Таблица 4). Не было отмечено корреляции между SEAc и PC1 и PC2 и генетическим разнообразием ( P > 0.05). Генетическое разнообразие, включая H d и P i, значимо коррелировало с баллами PC1 ( P <0,05) (таблица 4).

    Таблица 4. Корреляции Пирсона между шириной трофической ниши (скорректированные стандартные площади эллипса, SEAc), морфологической изменчивостью (MV1, MV2 и MV3 относятся к баллам PC1, PC2 и PC3 соответственно) и генетическим разнообразием ( H d и P i).

    Обсуждение

    Взаимосвязь между шириной трофической ниши и морфологической изменчивостью

    Наши результаты текущего исследования с участием H.leucisculus продемонстрировали, что ширина трофической ниши положительно связана с морфологической изменчивостью на межпопуляционном уровне, что поддерживает NVH. Морфологические черты, касающиеся способностей к добыванию пищи и плавания, которые способствуют конкуренции за ресурсы, играют важную роль в влиянии на ширину трофической ниши (Таблица 2). Рыбы соревнуются за пищу и пространство и избегают хищников в основном в зависимости от их зрения и плавательных способностей (Fulton et al., 2001; Andrew et al., 2002; Онсруд и др., 2005). Например, люди с большими глазами могут искусно находить пищевые ресурсы (Wikramanayake, 1990; Pouilly et al., 2003). Размеры хвостового стебля и анального плавника были связаны с плавательными способностями, включая скорость и маневренность (Bellwood, Wainwright, 2001; Breda et al., 2005; Oliveira et al., 2010; Sampaio et al., 2013).

    Пластичность плавания рыб может меняться в зависимости от изменений окружающей среды (Oufiero and Whitlow, 2016).Способность к плаванию может помочь людям получить преимущества в борьбе за еду и побудить их иметь потенциал для расширения спектра своего рациона и ареала обитания (Winemiller, 1991; Onsrud et al., 2005; Oliveira et al., 2010). Это также было подтверждено в нескольких отчетах. Бут и Беретта (2004) обнаружили, что коралловые рифовые рыбы с высокими физиологическими условиями, включая скорость плавания, доминировали в сообществе рыб и потребляли значительную часть ограниченного ресурса добычи.Эндрю и др. (2002) показали, что атлантический лосось, дорада и европейский морской окунь увеличивают скорость плавания, чтобы найти больше корма. Однако в исследовании воды вокруг острова Тайшань в Китае Ян и др. (2016) утверждали, что в данном пространственном масштабе рыба с более сильными плавательными способностями имеет меньшую ширину ниши.

    Наши результаты также предполагают, что неоднородность местообитаний может играть роль в ширине ниши H. leucisculus , при этом популяции, живущие в более гетерогенных средах обитания, демонстрируют более широкую нишу.Sexton et al. (2017) на основе метаанализа обнаружили, что неоднородность окружающей среды в пространстве, времени или и в том, и в другом могут повлиять на изменение ширины ниши. Например, в данном исследовании популяция на стоянке Мудонг показала максимальное значение ширины трофической ниши. Уровень воды изменяется от 145 до 175 м каждый год на участке Мудонг, который находится в переходной зоне водохранилища Трех ущелий (TGR), что приводит к смещению потока между лоточным и проточным режимами. Внутригодовая изменчивость численности населения в районе Синьцзы, который находится в русле между рекой Янцзы и озером Поянху, составляет 11.01 м на среднем уровне воды и имеет второе по величине значение ширины трофической ниши. Видовой состав и плотность зоопланктона и фитопланктона в Мудонг и Синьцзы существенно различаются из-за колебаний уровня воды (Song et al., 2015; Li et al., 2019; Wang et al., 2020). Согласно теории экологических возможностей (Nosil and Reimchen, 2005; Parent and Crespi, 2009; Araújo et al., 2011), высокое разнообразие ресурсов увеличивает степень индивидуальной специализации, что может увеличить ширину ниши на уровне популяции.

    Взаимосвязь между генетическим разнообразием, шириной трофической ниши и морфологической изменчивостью

    Наши результаты показали, что ширина трофической ниши не коррелирует с генетическим разнообразием. Более того, точка зрения на корреляцию между шириной трофической ниши и генетическим разнообразием является просто продолжением NVH, а не основным предположением, и поэтому является спорной. В последние годы в этом отношении было проведено всего несколько исследований. Например, Noy et al. (1987) обнаружили, что популяция Littorina neritoides с более широкой нишей имела большее генетическое разнообразие, чем Littorina punctate с более узкой нишей на средиземноморском побережье в Израиле, тогда как Миттер и Футуйма (1979) обнаружили, что генетический полиморфизм был выше. у специализированных видов геометрического подсемейства Ennominae в лесах Лонг-Айленда, Нью-Йорк.Генетическое разнообразие может отражать межличностные различия в морфологии, физиологии, экологии и привычках (Moritz and Hillis, 1990). Генетические различия между индивидуумами, вызванные вариацией нуклеотидной последовательности, могут влиять на ширину популяционной ниши за счет повышения фенотипической пластичности (Herrera et al., 2012). Однако в дополнение к генетическим различиям, вызванным вариациями нуклеотидной последовательности, эпигенетические изменения, вызванные окружающей средой, могут способствовать пластичности и расширять использование ресурсов и ширину ниши организмов (Herrera et al., 2012; Мейер, 2015; Sexton et al., 2017). Настоящее исследование предполагает, что ширина трофической ниши H. leucisculus может зависеть от эпигенетической изменчивости, а не вариации нуклеотидной последовательности.

    В этом исследовании было обнаружено, что морфологические вариации в значительной степени связаны с генетическим разнообразием. Морфологическая изменчивость часто сопровождается генетическими различиями, хотя иногда они не синхронны (Bell et al., 1982; Derkarabetian et al., 2011). Однако в некоторых случаях большее фенотипическое разнообразие связано с большим количеством генотипов.Тем не менее, некоторые наблюдения предполагают, что более высокие уровни гетерозиготности обеспечивают гомеостаз развития, приводя к более низким уровням фенотипической дисперсии (Mitton, 1978). Эти два, на первый взгляд, противоречивые результаты представляют две ситуации: внутри и внутри популяций, подразумевая, что в любой популяции наиболее гетерозиготные особи, как правило, имеют наименьшее фенотипическое разнообразие, но при тех же условиях популяции с более высоким генетическим разнообразием будут иметь больший фенотип. вариация.Более того, высокое генетическое разнообразие указывает на то, что популяция обладает высоким генетическим разнообразием и потенциалом генетической изменчивости, что способствует адаптации данного вида. Адаптация в отношении морфологии, воспроизводства и пищевых предпочтений / поведения в ответ на изменения окружающей среды способствует долгосрочному выживанию (Honjo et al., 2004; Allendorf et al., 2008). Следовательно, морфологическая изменчивость объяснялась либо генетическими факторами, либо неоднородностью окружающей среды (Mitton, 1978).

    Таким образом, ширина трофической ниши положительно коррелировала с морфологической изменчивостью в нашем анализе географических популяций H. leucisculus . Этот вывод согласуется с NVH. Мы пришли к выводу, что диетическая ниша H. leucisculus может измениться из-за пластической реакции на изменения окружающей среды, а не из-за генетической изменчивости. Мы предлагаем количественно оценить влияние окружающей среды и наследственности на нишу пресноводных рыб в дальнейших исследованиях.

    Заявление о доступности данных

    Наборы данных, представленные в этом исследовании, можно найти в онлайн-репозиториях. Названия репозиториев и регистрационные номера можно найти ниже: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/, MN696802 – MN696989; и https://doi.org/10.6084/m9.figshare.16435623.v1.

    Заявление об этике

    Исследование на животных было рассмотрено и одобрено Комитетом по этике экспериментов на животных Института гидробиологии Китайской академии наук.

    Авторские взносы

    WL участвовал в отборе образцов, проведении экспериментов, анализе данных и написании рукописи. DZ и CW внесли свой вклад в анализ данных. XG, HL и WC внесли свой вклад в дизайн исследования и рецензирование рукописи. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

    Финансирование

    Эта работа финансировалась Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (2018YFD04), Программой стратегических приоритетных исследований Китайской академии наук (XDB31040000), Программой исследований (2014) и Sino BON – Сетью наблюдения за разнообразием рыб во внутренних водоемах.

    Конфликт интересов

    WL использовался компанией China Three Gorges Corporation.

    Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Примечание издателя

    Все утверждения, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно отражают претензии их дочерних организаций или издателей, редакторов и рецензентов.Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.

    Благодарности

    Мы благодарим Pengcheng Lin, Ning Qiu, Zheng Gong, Huangming Hu и других коллег за их помощь с полевыми пробами, составлением карты и фотографированием.

    Сноски

    Список литературы

    Allendorf, F. W., England, P. R., Luikart, G., Ritchie, P. A., and Ryman, N.(2008). Генетические эффекты урожая на популяции диких животных. Trends Ecol. Evol . 23, 327–337. DOI: 10.1016 / j.tree.2008.02.008

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эндрю, Дж. Э., Нобл, К., Кадри, С., Джуэлл, Х., и Хантингфорд, Ф. А. (2002). Влияние потребности в кормлении на скорость плавания и реакцию кормления атлантического лосося Salmo salar L., морского леща Sparus aurata L. и морского окуня Dicentrarchus labrax L.в морских садках. Aquac. Res. 33, 501–507. DOI: 10.1046 / j.1365-2109.2002.00740.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Белл, Л. Дж., Мойер, Дж. Т., и Нумачи, К. (1982). Морфологические и генетические вариации в японских популяциях анемоновых рыб Amphiprion clarkii . Mar. Biol. 72, 99–108. DOI: 10.1007 / bf00396909

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Беллвуд, Д. Р. и Уэйнрайт, П. С. (2001). Передвижение лабридовых рыб: значение для использования среды обитания и межшельфовой биогеографии Большого Барьерного рифа. Коралловые рифы 20, 139–150. DOI: 10.1007 / s003380100156

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Bison, M., Ibanez, S., Redjadj, C., Boyer, F., Coissac, E., Miquel, C., et al. (2015). Повышение уровня гипотезы нишевой вариации с внутривидового до межвидового уровня. Oecologia 179, 835–842. DOI: 10.1007 / s00442-015-3390-7

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Блондель, Дж., Перре, П., Анстетт, М. К., и Тебо, К.(2002). Эволюция полового размерного диморфизма у птиц: проверка гипотез с использованием голубых синиц в контрастируемых средиземноморских местообитаниях. J. Evol. Биол. 15, 440–450. DOI: 10.1046 / j.1420-9101.2002.00397.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Болник Д., Сванбэк Р., Араужо М. и Перссон Л. (2007). Сравнительная поддержка гипотезы нишевой вариации о том, что более обобщенные популяции также более разнородны. Proc. Natl. Акад. Sci. США 104, 10075–10079.DOI: 10.1073 / pnas.0703743104

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Болник, Д. И., Ингрэм, Т., Штутц, В. Э., Сноуберг, Л. К., Лау, О. Л., и Пол, Дж. С. (2010). Экологическое освобождение от межвидовой конкуренции приводит к несвязанным изменениям в популяции и ширине индивидуальной ниши. Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 277, 1789–1797. DOI: 10.1098 / rspb.2010.0018

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Болник, Д.И., Янг, Л. Х., Фордайс, Дж. А., Дэвис, Дж. М., и Сванбэк, Р. (2002). Измерение специализации ресурсов на индивидуальном уровне. Экология 83, 2936–2941. DOI: 10.2307 / 3072028

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Бут, Д. Дж., И Беретта, Г. А. (2004). Влияние условий пополнения на пищевую конкуренцию и риск нападения хищников у рыб коралловых рифов. Oecologia 140, 289–294. DOI: 10.1007 / s00442-004-1608-1

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Бреда, Л., Оливейра, Э. Ф., и Гуларт, Э. (2005). Ecomorfologia de locomoção de peixes com enfoque para espécies neotropicais. Acta Sci. Биол. Sci. 27, 371–381. DOI: 10.4025 / actascibiolsci.v27i4.1271

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Brosse, S., Giraudel, J. l, and Lek, S. (2001). Использование неконтролируемых нейронных сетей и анализа главных компонентов для изучения сообществ рыб. Ecol. Модель. 146, 159–166.

    Google Scholar

    Клавель, Дж., Джуллиард Р., Девиктор В. (2011). Мировой упадок специализированных видов: к глобальной функциональной гомогенизации? Фронт. Ecol. Environ. 9: 222–228. DOI: 10.1890 / 080216

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кук Б. Д., Банн С. Э. и Хьюз Дж. М. (2007). Молекулярно-генетические сигнатуры и сигнатуры стабильных изотопов выявляют дополнительные модели связности популяций уязвимого в регионе южного карликового окуня ( Nannoperca australis ). Biol. Консерв. 138, 60–72. DOI: 10.1016 / j.biocon.2007.04.002

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Коста, Г. К., Мескита, Д. О., Колли, Г. Р., и Витт, Л. Дж. (2008). Расширение ниши и гипотеза изменчивости ниши: увеличивается ли степень индивидуальной изменчивости в депоуперентных сообществах? Am. Nat. 172, 868–877. DOI: 10.1086 / 592998

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Дай Ю. Г., Янг Дж.X. (2003). Филогения и зоогеография карповой группы Hemicultrine (Cyprinidae: Cultrinae). Zool. Stud. 42, 73–92. DOI: 10.2307 / 1447701

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Деркарабетян С., Ледфорд Дж. И Хедин М. (2011). Генетическая диверсификация без очевидной генитальной морфологической дивергенции у сборщиков урожая (Opiliones, Laniatores, Sclerobunus robustus ) с островов горного неба в западной части Северной Америки. Мол. Филогенет. Evol. 61, 844–853. DOI: 10.1016 / j.ympev.2011.08.004

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Диас, М. (1994). Различия в выборе размера семян зерноядных воробьиных: влияние размера птицы, изменчивости размера птицы и экологической пластичности. Oecologia 99, 1–6. DOI: 10.1007 / BF00317076

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Дин Р. (1994). Рыбы Сычуани, Китай. Чэнду: Сычуаньский издательский дом науки и технологий.

    Google Scholar

    Эдвардс, С., Толли, К. А., Ванхойдонк, Б., Мизи, Г. Дж., И Херрел, А. (2013). Связана ли ширина диетической ниши с морфологией и производительностью у ящериц Сандвельда Nucras (sauria: lacertidae)? Biol. J. Linnean Soc. 110, 674–688. DOI: 10.1111 / bij.12148

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эсмаили, Х. Р., и Голамифард, А. (2011). Расширение ареала и транслокация для Hemiculter leucisculus (Basilewsky, 1855) (Cyprinidae) в западном и северо-западном Иране. J. Appl. Ихтиол. 27, 1394–1395. DOI: 10.1111 / j.1439-0426.2011.01813.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Фултон, К. Дж., Беллвуд, Д. Р. и Уэйнрайт, П. С. (2001). Взаимосвязь между способностями плавания и использованием среды обитания губанов (Labridae). Mar. Biol. 139, 25–33. DOI: 10.1007 / s002270100565

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Гиллер П. С. (1984). Структура сообщества и ниша. Лондон: Чепмен и Холл.

    Google Scholar

    Гриффен Б. Д., Мосблак Х. (2011). Прогнозирование различий в рационе питания и уровне потребления между видами и внутри видов с использованием экоморфологии кишечника. J. Anim. Ecol. 80, 854–863. DOI: 10.1111 / j.1365-2656.2011.01832.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эррера, К. М., Посо, М. И., и Базага, П. (2012). Джек из всех нектаров, мастер большинства: метилирование ДНК и эпигенетическая основа ширины ниши в цветочных дрожжах. Мол. Ecol. 21, 2602–2616. DOI: 10.1111 / j1365-294X.2011.05402.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хондзё, М., Уэно, С., Цумура, Ю., Вашитани, И., и Осава, Р. (2004). Филогеографические исследования, основанные на внутривидовых вариациях последовательности ДНК хлоропластов для сохранения генетического разнообразия исчезающих видов Японии Primula sieboldii . Biol. Консерв. 120, 211–220. DOI: 10.1016 / j.biocon.2004.02.016

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сюй, Ю.К., Шанер, П. Дж., Чанг, К. И., Кэ, Л. Х., и Као, С. Дж. (2014). Ширина трофической ниши увеличивается с изменением размера клюва у воробьиных птиц широкого профиля: проверка гипотезы изменения ниши. J. Anim. Ecol. 83, 450–459. DOI: 10.1111 / 1365-2656.12152

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Джексон А. Л., Ингер Р., Парнелл А. К. и Беархоп С. (2011). Сравнение ширины изотопных ниш между сообществами и внутри них: SIBER – стабильные изотопные байесовские эллипсы в R. J. Anim. Ecol. 80, 595–602. DOI: 10.1111 / j.1365-2656.2011.01806.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Джексон, М. К., Донохью, И., Джексон, А. Л., Бриттон, Дж. Р., Харпер, Д. М., и Грей, Дж. (2012). Популяционные метрики трофической структуры на основе стабильных изотопов и их применение в экологии инвазии. PLoS One 7: e31757. DOI: 10.1371 / journal.pone.0031757

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кайзер, Х.Ф. (1960). Применение электронно-вычислительных машин для факторного анализа. Educ. Psychol. Измер. 20, 141–151. DOI: 10.1177 / 001316446002000116

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кохер, Т. Д., Томас, В. К., Мейер, А., Эдвардс, С. В., Паабо, С., Виллабланка, Ф. X. и др. (1989). Динамика эволюции митохондриальной ДНК у животных: амплификация и секвенирование с консервативными праймерами. Proc. Natl. Акад. Sci. США 86, 6196–6200. DOI: 10.1073 / PNAS.86.16.6196

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Колпаков Н., Барабанщиков Е., Чепурной А. Ю. (2010). Видовой состав, распространение и биологические условия некоренных рыб в устье реки Раздольная (залив Петра Великого, Японское море). Русс. J. Biol. Вторжения 1, 87–94. DOI: 10.1134 / s2075111710020062

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кумар, С., Стечер, Г., Тамура, К.(2016). MEGA7: анализ молекулярной эволюционной генетики версии 7.0 для больших наборов данных. Мол. Биол. Evol. 33, 1870–1874. DOI: 10.1093 / molbev / msw054

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Лави Б., Ачитув Ю. и Нево Э. (1993). Гипотеза вариации ширины ниши подтвердилась: подтверждение генетического разнообразия у сидячих литоральных усоногих chthamalus stellatus и euraphia depressa (ракообразных, chthamalidae). J. Zool. Syst. Evol. Res. 31: 110–118. DOI: 10.1111 / j.1439-0469.1993.tb00183.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ли, К., Лю, Х. Дж., Чжоу, Ю., Сюй, Ю., Львов, К., Оуян, С., и др. (2019). Временные и пространственные изменения разнообразия макрозообентоса в бассейне озера Поянху, Китай. Ecol. Evol. 9, 6353–6365. DOI: 10.1002 / ece3.5207

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Лю Ф., Ван Дж. К., Лю Дж. Л. и Син З.Ю. (2016). Пилотное исследование роста и привычек питания Hemiculter leucisculus в Лулунском водохранилище. Рыба Хэнань. 5, 18–20.

    Google Scholar

    Мальдонадо, К., Божинович, Ф., Ньюсом, С. Д., и Сабат, П. (2017). Проверка гипотезы нишевой изменчивости в сообществе воробьиных птиц. Экология 98, 903–908. DOI: 10.1002 / ecy.1769

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Маршалл, Х. Х., Ингер, Р., Джексон, А. Л., Макдональд, Р. А., Томпсон, Ф. Дж., И Кант, М. А. (2019). Стабильные изотопы – количественные индикаторы трофической ниши. Ecol. Lett. 22, 1990–1992. DOI: 10.1111 / ele.13374

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мейри, С., Даян, Т., и Симберлофф, Д. (2005). Изменчивость и диморфизм полового размера у хищников: проверка гипотезы нишевой вариации. Экология 86, 1432–1440.

    Google Scholar

    Миттер, К.и Футуйма Д. Дж. (1979). Популяционно-генетические последствия пищевых привычек некоторых лесных чешуекрылых. Генетика 92, 1005–1021.

    Google Scholar

    Миттон, Дж. Б. (1978). Связь между гетерозиготностью по локусам ферментов и изменчивостью морфологических признаков в природных популяциях. Nature 273, 661–662. DOI: 10.1038 / 273661a0

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мориц, К., Хиллис, Д. М. (1990).«Молекулярная систематика: контекст и противоречия», в Molecular systematics , ред. Д. М. Хиллис и К. Мориц (Сандерленд, Массачусетс: Sinauer), 1–10.

    Google Scholar

    Ньюсом, С. Д., дель Рио, К. М., Беархоп, С., и Филлипс, Д. Л. (2007). Ниша для изотопной экологии. Фронт. Ecol. Environ. 5: 429–436. DOI: 10.1890 / 060150.0

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Носил П. и Реймхен Т. Э. (2005). Экологические возможности и уровни морфологической изменчивости пресноводных популяций колюшки. Biol. Дж. Линн. Soc. 86, 297–308. DOI: 10.1111 / j.1095-8312.2005.00517.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ной Р., Лави Б. и Нево Э. (1987). Пересмотр гипотезы об изменении ширины ниши: генетическое разнообразие морских брюхоногих моллюсков littorina punctata (gmelin) и L. neritoides (L.). J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 109, 109–116. DOI: 10.1016 / 0022-0981 (87) -4

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Оливейра, Э.Ф., Гуларт, Э., Бреда, Л., Минте-Вера, К. В., Пайва, Л. Р., де, С. и др. (2010). Экоморфологические закономерности сообщества рыб в тропической пойме: влияние трофических, пространственных и филогенетических структур. Neotrop. Ихтиол. 8, 569–586. DOI: 10.1590 / s1679-62252010000300002

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Онсруд, М. С., Каартведт, С., Брайен, М. Т. (2005). Скорость плавания in situ и поведение рыб, питающихся крилем meganyctiphanes norvegica . Банка. J. Fish. Акват. Sci. 62, 1822–1832. DOI: 10.1139 / f05-090

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Родитель К. Э. и Креспи Б. Дж. (2009). Экологические возможности в адаптивной радиации эндемичных наземных улиток Галапагосских островов. Am. Nat. 174, 898–905. DOI: 10.2307 / 27735903

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Павличек Т., Смуха Г. и Нево Э. (2000). Пересмотр гипотезы вариации ширины ниши: микромасштабное тестирование дождевого червя bimastos syriacus (Rosa) и сравнение нескольких видов. Zool. Anz. 239, 21–26. DOI: 10.1890 / 04-1503

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Пуйи, М., Лино, Ф., Бретену, Дж. Г. и Розалес, К. (2003). Диетико-морфологические взаимоотношения в сообществе рыб боливийской поймы Амазонки. J. Fish Biol. 62, 1137–1158. DOI: 10.1046 / j.1095-8649.2003.00108.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Пауэлл, Дж. Р., и Вистранд, Х. (1978). Влияние гетерогенной среды и конкурента на генетическую изменчивость Drosophila . Am. Nat. 112, 935–947. DOI: 10.2307 / 2460168

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рафгарден, Дж. (1974). Ширина ниши: биогеографические закономерности среди популяций ящериц Anolis . Am. Nat. 108, 429–442. DOI: 10.1086 / 282924

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Райан К., МакХью Б., Труман К. Н., Сабин Р., Девилль Р., Харрод К. и др. (2013). Стабильный изотопный анализ китового уса показывает распределение ресурсов между симпатрическими китами и структуру популяции финвалов. Mar. Ecol. Прог. Сер. 479, 251–261. DOI: 10.3354 / meps10231

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Самаи, С. М., Пацнер, Р., Мансур, Н. (2009). Морфологическая дифференциация в популяции Siah Mahi, Capoeta capoeta gracilis , (Cyprinidae, Teleostei) в реке южного бассейна Каспийского моря: пилотное исследование. J. Appl. Ихтиол. 25, 583–590. DOI: 10.1111 / j.1439-0426.2009.01256.x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сампайо, А.Л. А., Паготто, Дж. П. А., и Гуларт, Э. (2013). Взаимосвязь между морфологией, диетой и пространственным распределением: тестирование эффектов внутривидовых и межвидовых морфологических вариаций на модели использования ресурсов у двух неотропических цихлид. Neotrop. Ихтиол. 11, 351–360. DOI: 10.1590 / s1679-62252013005000001

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Санторо Д., Полидори К., Асис Дж. Д. и Тормос Дж. (2011). Сложные взаимодействия между компонентами индивидуальной специализации жертвы влияют на механизмы изменения ниши у осы, охотящейся на кузнечиков. J. Anim. Ecol. 80, 1123–1133. DOI: 10.1111 / j.1365-2656.2011.01874.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шиндлер Д. Э., Ходжсон Дж. Р. и Китчелл Дж. Ф. (1997). Зависимые от плотности изменения индивидуальной кормовой специализации большеротого окуня. Oecologia 110, 592–600. DOI: 10.1007 / s004420050200

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Секстон, Дж. П., Монтьель, Дж., Шэй, Дж. Э., Стивенс, М. Р., Слейер, Р. А. (2017). Эволюция расширения экологической ниши. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 48, 183–206. DOI: 10.1146 / annurev-ecolsys-110316-023003

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шугарт, Х. Х., и Блейлок, Б. Г. (1973). Гипотеза нишевой вариации: экспериментальное исследование популяций дрозофилы. Am. Nat. 107, 575–579. DOI: 10.2307 / 2459828

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Смит, М.Ф. (1981). Связь между генетической изменчивостью и размерами ниши среди сосуществующих видов Peromyscus . J. Mammal. 62, 273–285. DOI: 10.2307 / 1380704

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сноуберг, Л. К., Хендрикс, К. М., и Болник, Д. И. (2015). Вариативность ковариации: более морфологически изменчивые популяции также демонстрируют большее разнообразие рациона. Oecologia 178, 89–101. DOI: 10.1007 / s00442-014-3200-7

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Песня, М.Дж., Дэн, Х. Т., Чжу, Ф. Ю., Лю, С. П., Дуань, X. Б., и Чен, Д. К. (2015). Сезонная динамика структуры сообществ макробеспозвоночных в реке Данинг после водохранилища на глубине 175 м в водохранилище Трех ущелий. Acta Hydrobiol. Sinica 39, 1046–1053. DOI: 10.7541 / 2015.137

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Суле, М., и Янг, С. Ю. (1973). Генетическая изменчивость ящериц с боковыми пятнами на островах в Калифорнийском заливе. Evolution 27, 593–600.DOI: 10.1111 / j.1558-5646.1973.tb00708.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Штайнер, В. В. М. (1977). Ширина ниши и генетическая изменчивость у гавайских дрозофил. Am. Nat. 111, 1037–1045. DOI: 10.2307 / 2460254

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Syväranta, J., Lensu, A., Marjomäki, T.J., Oksanen, S., and Jones, R.I. (2013). Эмпирическая оценка полезности выпуклой оболочки и площади стандартного эллипса для оценки ширины ниши населения на основе данных по стабильным изотопам. PLoS ONE 8: e56094. DOI: 10.1371 / journal.pone.0056094

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тан, К. Дж., Фрейхоф, Б., Сюн, Б. X., и Лю, Х. (2008). Многократные вторжения в Европу восточноазиатских кобитидных вьюнов ( Teleostei : Cobitidae). Hydrobiologia 605, 17–28. DOI: 10.1007 / s10750-008-9296-1

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ван М. Р., Лю Ф., Линь П. К., Ян С. Р. и Лю Х.З. (2015). Эволюционная динамика экологической ниши у трех рыб Rhinogobio из верховьев реки Янцзы, определенная по морфологическим признакам. Ecol. Evol. 5, 567–577. DOI: 10.1002 / ece3.1386

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ван С. Т., Лей, Дж. С., Цзя, Х. Ю. и Ян, К. Г. (2020). Характеристики сообщества фитопланктона и оценка эвтрофикации водохранилища Трех ущелий. Ecol. Environ. Монит. Три ущелья 5, 32–41.DOI: 10.19478 / j.cnki.2096-2347.2020.01.05

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Викраманаяке, Э. Д. (1990). Экоморфология и биогеография сообщества тропических речных рыб: эволюция структуры сообщества. Экология 71, 1756–1764. DOI: 10.2307 / 1937583

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Винмиллер, К. О. (1991). Экоморфологическая диверсификация сообществ пресноводных рыб в низинах из пяти биотических регионов. Ecol.Monogr. 61, 343–365. DOI: 10.2307 / 2937046

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сяо В., Чжан Ю. и Лю Х. (2001). Молекулярная систематика Xenocyprinae (Teleostei: Cyprinidae): таксономия, биогеография и коэволюция особой группы, ограниченной в Восточной Азии. Мол. Филогенет. Evol. 18, 163–173. DOI: 10.1006 / mpev.2000.0879

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сюй, Дж., Вэнь, З., Гун, З., Чжан, М., Се, П., и Ханссон, Л. А. (2012). Сезонный сдвиг трофической ниши и каскадный эффект универсальной хищной рыбы. PLoS One 7: e49691. DOI: 10.1371 / journal.pone.0049691

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ян, Л., Чен, Дж., Ян, С. Ю., Чжун, Х. К., Цзюй, П. Л., Ян, С. Л. и др. (2016). Ниши доминирующих рыб в водах, окружающих острова Тайшань, Китай. Подбородок. J. Oceanol. Лимнол. 34, 697–708. DOI: 10.1007 / s00343-016-5047-8

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Яо, X.Ю., Хуанг, Г. Т., Се, П., и Сюй, Дж. (2016). Различия в трофических нишах сосуществующих всеядных толстолобиков и толстолобиков в пелагической пищевой сети. Ecol. Res. 31, 831–839. DOI: 10.1007 / s11284-016-1393-4

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    AH-D7 – техническая версия – Поделиться проектом

    Teensy 3.2 – отличная плата микроконтроллера, и это одна из самых популярных плат для разработки в мире Arduino.Вдохновленный проектом пользователя на форуме PJRC https://forum.pjrc.com/threads/33347-Tiniest-Teensy, я уменьшил доску Teensy 3.2. Плата Mini T3.2 – это небольшая совместимая с Teensy 3.2 плата, основанная на том же микроконтроллере MK20DX256VLH7, что и Teensy 3.2. Он будет работать с Teensyduino как с обычным Teensy 3.2. Примечание: плата Mini T3.2 включает встроенный загрузчик, который необходимо купить на сайте PJRC.com. С помощью этого встроенного загрузчика мы сможем сделать этот проект OSH.Без установленного чипа загрузчика изготовление этой платы является незаконным, если вы не получите специального разрешения от PJRC.com. Меньший размер (30,48 мм x 12,98 мм) полезен для создания таких проектов, как Hula Hoops, переносные световые мечи и даже носимые приложения. когда обычный Teensy 3.2 слишком велик. Он удобен для макетной платы, а распиновка предназначена для TFT и OLED-дисплеев, на макетной плате не требуются перемычки, оставляя больше места для ваших схем. Инструкции по ручной пайке SMD-деталей: для домашних мастеров правильный метод выполнения SMD-сборки – это нанести паяльную пасту на плату с помощью трафарета, затем вручную разместить все SMD-детали и использовать печь для оплавления или термофен для их нагрева.На You Tube доступно множество демонстрационных видеороликов, но по какой-то причине: если вам нужно припаять его вручную, это немного сложнее, но все же выполнимо. Я надеюсь, что следующие шаги помогут вам немного легче достичь своей цели. Шелкография с номерами деталей: U2: MK20DX256VLH7 U3: Загрузчик от PJRC.com 1. Пустая печатная плата Mini T3.2. 2. Перетащите припой U2. 3. Припаяйте в порядке D1, C1, U1, B1, C2, C3. Когда части расположены близко друг к другу, это не проблема для пикировщика. разместить машину, но это создает проблемы для ручной пайки, поэтому порядок пайки важен.Например, если вы припаяете C3 перед C2, будет сложнее припаять C2 вручную. Если вы припаяете U1 перед C1, будет труднее припаять C1 вручную. 4. Припаяйте R1, B2 и C6, затем R4 и R5, затем C5 и C4. 5. Припаяйте C7, R3, C9 и C8. Оловите четыре контактных площадки Y1, нанесите больше припоя на контакт 1 и контакт 3, поэтому, когда припой расплавляется горячим воздухом, кристалл Y1 сначала соединяется с контактными площадками 1 и 3. 6. Равномерно залудите Y1 и U3 (загрузчик) и добавьте немного флюса на контактные площадки печатной платы для Y1 и U3, прежде чем поместить их на контактные площадки на печатной плате.Убедитесь, что ориентация U3 правильная. Если она распаяна с маленькой платы, а не с новой, вы можете использовать спирт, чтобы очистить верхнюю часть, чтобы увидеть крошечную точку на контакте 1. У меня плохое зрение, поэтому я использовал лупу, чтобы увидеть точку на булавке 1. 7. Используйте термофен, чтобы нагреть Y1 и U3. 8. Визуально проверьте соединения U3. Если есть контакт, который не выглядит идеально припаянным, повторно припаяйте его флюсом. Необходимо проверить только контакты 1, 2, 4, 6, 7, 8, 9,10 и 13, остальные контакты не используются.9. Залудите контактные площадки 5 разъемов USB на печатной плате, затем припаяйте все 5 контактов. С достаточным потоком это можно сделать проще, чем вы думаете. Припаяйте R2, LED1 и S1.Если вы используете неочищенный флюс, перед промывкой удалите остатки припоя спиртом. Тщательно промойте его небольшой щеткой или даже зубной щеткой. После мытья и чистки высушите его с помощью воздуходувки или фена. Если у вас нет под рукой неочищенного флюса, вы можете заменить его 91% -ным изопропиловым спиртом от Wal-Mart, он может оказаться непригодным. как и флюс, результат может быть достаточно хорошим.Инструкции по сборке для пайки двух штыревых разъемов: Перед пайкой всех штыревых контактов убедитесь, что модуль может мигать светодиодом D13. Протестируйте его, как если бы вы тестировали Teensy 3.2. Если он не может, сначала устраните проблему, прежде чем идти дальше. 1. Необходимые детали: один из модуля Mini T3.2. Два 12-контактных прямоугольных разъема с вилкой, шаг 0,1 дюйма. 2. Согните 6 внешних контактов вверх. 3. Надавите на средние 6 контактов, насколько это возможно. используя плоскую отвертку, по одному 4. Все средние 6 штифтов нажимаются вниз.5. Если не надавить на них, окончательно собранный модуль будет таким. Большой разрыв между модулем и заголовками. 6. Отрежьте 6 средних булавок примерно до половины длины. Вы можете использовать печатную плату 1,2 мм в качестве эталона или просто оценить, сколько отрезать. Это не обязательно должно быть очень точным. ВНИМАНИЕ: обязательно наденьте защитные очки или используйте палец, чтобы отрезанный кусок не разлетелся. 7. После резки. 8. Средние 6 контактов короче. 9. Затем наденьте штыревые разъемы на модуль, вы увидите, что есть много места для добавления припоя.10. Если их не обрезать, контакты будут слишком длинными и их сложнее припаять к контактным площадкам. 11. Вставьте два контактных разъема на макетную плату на расстоянии 0,4 дюйма друг от друга. Убедитесь, что расстояние между ними составляет 0,4 дюйма, а не 0,5 дюйма. 12. Поместите модуль Mini T3.2 на два штыревых разъема. Начните пайку 2 контактов, контакта 1 и контакта 13. Припаяйте контакты нажимая на плату. После того, как эти 2 контакта будут припаяны, убедитесь, что между модулем и штыревыми разъемами имеется ровный зазор. Если нет, у вас еще есть шанс исправить это.См. Рисунок ниже. Затем припаяйте все остальные контакты. Будьте осторожны при пайке, так как некоторые контакты расположены близко к компонентам, не создавайте перемычки при пайке. 13. Вид сбоку на картинку выше. Между модулем и штыревыми разъемами должен быть очень маленький зазор. 14. После пайки всех контактов на верхней стороне переверните модуль. 15. Припаяйте все 12 контактов с нижней стороны. 16. Это последний собранный модуль. Средние 6 контактов с каждой стороны немного длинноваты, но их все равно можно вставить в макетную плату.Так что обрезать их или нет – это ваш выбор. 17. Модуль небольшой, и нет места для размещения всех названий контактов вверху. Без имен контактов сложнее макетировать. Вы можете сделать печатную плату 0,8 мм в качестве этикеточного листа.

    Д-р Вольфганг Хаак | Институт истории человечества Макса Планка

    Главный фокус

    Руководитель группы молекулярной антропологии

    Моя группа работает на стыке генетики человека, медицинских наук, археологии, антропологии и лингвистики.Наша главная цель – исследовать и оценивать данные всего генома древнего человека в свете данных из соседних дисциплин, чтобы создать подробный и всеобъемлющий портрет предыстории человека за последние 20 000 лет. Наше портфолио варьируется от глобальных взглядов на родство населения, миграции и демографию в прошлом до внутригрупповых отношений, а также включает взаимодействие и реакцию на изменяющиеся факторы окружающей среды, такие как климат, диета и болезни.

    Curriculum Vitae

    • Бакалавриат и аспирантура по антропологии, пред- и протоистории и палеонтологии в Университете Йоханнеса-Гутенберга в Майнце, Германия.
    • Кандидатская диссертация «Популяционная генетика первых фермеров Центральной Европы» (2006)
    • Постдок в области ДНК древнего человека в Институте антропологии Университета Дж. Дж. Майнца, Германия (2006-2007 гг.)
    • Постдок в National Geographics «Генографический проект» (узел ДНК, Аделаида; 2007-2011)
    • Руководитель группы «Древняя человеческая ДНК» в Австралийском центре древней ДНК в Аделаиде, Австралия (2007-2015)
    • с апреля 2015 г. Руководитель группы «Молекулярная антропология» в MPI-SHH, см. Выше

    Выберите публикации:
    • Schiffels S, Haak W , Paajanen P, Llamas B, Popescu E, Loe L, Clarke R, Lyons A, Mortimer R, Sayer D, Tyler-Smith C, Cooper A, Дурбин Р. (2016) Железный век и англосаксонские геномы из Восточной Англии раскрывают историю британской миграции. Nature Communications 7: 10408. DOI: 10,1038 / ncomms10408.
    • Mathieson I, Lazaridis I, [33 автора], Haak W , Pinhasi R, Reich D (2015) Полногеномные модели отбора у 230 древних евразийцев. Природа 528: 499-503. DOI: 10,1038 / природа16152.
    • Haak W , Lazaridis I , [33 автора], Cooper A, Alt KW, Reich D (2015) Массовая миграция из степи является источником индоевропейских языков в Европе. Nature 522: 207-211. DOI: 10,1038 / природа14317.
    • Brandt G, Szécsényi-Nagy A, Roth C, Alt KW, Haak W (2015) Палеогенетика человека в Европе – известные и известные неизвестные. Журнал эволюции человека 79: 73-92. DOI: 10.1016 / j.jhevol.2014.06.017.
    • Lazaridis I, Patterson N, [16 авторов], Haak W, , [77 авторов], Reich D, Krause J (2014) Древние человеческие геномы предполагают наличие трех предковых популяций современных европейцев. Nature 513: 409–413. DOI: 10,1038 / природа13673.
    • Fehren-Schmitz L, Haak W , Mächtle B, Masch F, Llamas B, Tomasto Cagigao E, Sossna V, Schittek K, Isla Cuadrado, Eitel B, Reindel M (2014) Изменение климата лежит в основе глобальной демографической, генетические и культурные переходы в доколумбовом южном Перу. PNAS 111: 9443-9448. DOI / 10.1073 / pnas.1403466111
    • Brandt G, Haak W , Adler CJ, Roth C, Szécsényi-Nagy A, Karimnia S, Möller-Rieker S, Meller H, Ganslmeier R, Friederich S, Dresely V, Nicklisch N, Pickrell J, Nicklisch N, Pickrell J, Ф., Райх Д., Купер А., Альт К. В., Генографический консорциум (2013) Древняя ДНК выявляет ключевые этапы формирования митохондриального генетического разнообразия Центральной Европы. Наука 342: 257-261. DOI: 10.1126 / science.1241844.
    • Brotherton P, Haak W , Templeton J, Brandt G, Soubrier J, Adler CJ, Richards SM, Der Sarkissian C, Ganslmeier R, Friederich S, Dresely V, van Oven M, Kenyon R, Van der Hoek M, Korlach J, Luong K, Ho SYW, Quintana-Murci L, Behar DM, Meller H, Alt KW, Cooper A, The Genographic Consortium1 (2013) Геномы митохондриальной гаплогруппы H неолита и генетическое происхождение европейцев. Nature Communications 4 (1764).DOI: 10,1038 / ncomms2656.
    • Адлер С.Дж., Добни К., Вейрих Л., Кайдонис Дж., Уокер А.В., Хаак В. , Брэдшоу С.Я., Таунсенд Г., Солтысяк, А., Альт К.В., Паркхилл Дж., Купер, А. (2013). Древняя ДНК фиксирует влияние неолита и промышленной революции на микробиоту полости рта и болезни человека. Nature Genetics 45 (4): 450-455. DOI: 10,1038 / нг.2536.
    • Дер Саркисян C, Балановский O, Брандт G, Хартанович V, Бужилова A, Кошель S, Запорожченко V, Моисеев V, Гроненборн D, Колпаков E, Шумкин V, Alt KW, Balanovska E, Cooper A, Haak W , The Генографический консорциум1 (2013 г.).Древняя ДНК выявляет доисторический поток генов из Сибири в сложной истории человеческого населения Северо-Восточной Европы. PLoS Genetics 9 (2): e1003296. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1003296.
    • Haak W , Balanovsky O, Sanchez JJ, Koshel S, Zaporozhchenko V, Adler CJ, Der Sarkissian CSI, Brandt G, Schwarz C, Nicklisch N, Dresely V, Fritsch B, Balanovska E, Villems R, Meller H, Alt KW , Купер А., Генографический консорциум (2010). Древняя ДНК европейских фермеров эпохи раннего неолита раскрывает их ближневосточное родство. PLoS Biology 8 (11): e1000536.
    • Haak W , Brandt G , De Jong HN, Meyer C, Ganslmeier R, Heyd V, Hawkesworth C, Pike AWG, Meller H, Alt KW (2008) Древняя ДНК, изотопы стронция и остеологические анализы проливают свет о социальной и родственной организации позднего каменного века. PNAS 105 (47): 18226-18231.

    Нелинейная оптика и приложения X | (2017) | Публикации

    Совместное напыление аморфных тонких пленок Ge-Sb-Se: оптические свойства и структура
    Авторы): Томаш Галенкович; Петр Немец; Ян Гутвирт; Эмелин Боде; Марион Шпехт; Янн Геген; Дж.-C. Sangleboeuf; Виржини Назабал

    Показать аннотацию

    Уникальные свойства аморфных халькогенидов, такие как широкая прозрачность в инфракрасной области, низкая энергия фононов, светочувствительность и высокий линейный и нелинейный показатель преломления, делают их перспективными материалами для устройств фотоники. Важный вопрос заключается в том, достаточно ли стабильны халькогениды или как можно повысить светочувствительность для требуемых применений.С этой точки зрения система Ge-Sb-Se, несомненно, представляет собой интересную стеклообразную систему, учитывая антиномное поведение германия и сурьмы в отношении фоточувствительности. Аморфные тонкие пленки Ge-Sb-Se были изготовлены методом высокочастотного магнетронного совместного распыления с использованием следующих катодов: GeSe 2 , Sb 2 Se 3 и Ge 28 Sb 12 Se 60 . Радиочастотное напыление широко используется для изготовления пленок из-за его относительной простоты, легкости управления и часто стехиометрического переноса материала от мишени к подложке.Преимущество этого метода заключается в возможности исследовать широкий диапазон состава халькогенидных пленок посредством регулировки вклада каждой мишени. Это делает методику значительно эффективной для исследования свойств, упомянутых выше. В настоящей работе изучено влияние состава, определенного методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, на оптические свойства. Энергия оптической запрещенной зоны E g opt была определена с помощью спектроскопической эллипсометрии с переменным углом.Морфология и топография напыленных пленок селенидов изучались методами растровой электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Структура пленок определялась с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света.

    Определение коэффициентов Керра и двухфотонного поглощения производных индандиона
    Авторы): Артурс Бундулис; Игорь Михайлов; Эдгарс Нитисс; Янис Бузенбергс; Мартиньш Руткис

    Показать аннотацию

    Мы исследовали нелинейно-оптические свойства двух различных производных аминобензилиден-1,3-индандиона – DDMABI и DMABI-OH, используя метод Z-сканирования.В нем мы описали, как разные донорные и акцепторные группы влияют на нелинейные оптические свойства третьего порядка, такие как эффект Керра и двухфотонное поглощение. При экспериментальных измерениях использовался Nd: YAG-лазер 1064 нм с длительностью импульса 30 пс и частотой следования 10 Гц. По полученным значениям коэффициентов Керра и двухфотонного поглощения были рассчитаны значения действительной и мнимой частей восприимчивости третьего порядка, а также гиперполяризуемости второго порядка. Квантово-химические расчеты были проведены для гиперполяризуемости второго порядка, чтобы изучить, насколько хорошо расчеты коррелируют с экспериментальными значениями.Полученные данные для DDMABI и DMABI-OH сравнивали с данными для других производных ABI, изученных ранее.

    Исследование нелинейных искажений в фотополимерных материалах
    Авторы): Раед Малаллах; Дерек Кэссиди; Инбарасан Мунирадж; Лян Чжао; Джеймс П.Райл; Джон Т. Шеридан

    Показать аннотацию

    Распространение и дифракция светового луча через нелинейные материалы эффективно компенсируются эффектом самозахвата. Лазерный луч, распространяющийся через фоточувствительный полимер PVA / AA, может генерировать волновод с более высоким показателем преломления в направлении распространения света. Для исследования этого явления, происходящего в светочувствительных фотополимерных средах, исследуется поведение одиночного светового луча, сфокусированного на передней поверхности объема фотополимера.В рамках данной работы исследуется самоизгиб параллельных пучков, разделенных пространством при самозаписывающихся волноводах. Показано, что существует сильная корреляция между интенсивностью входных пучков и их разделительным расстоянием, а также результирующей деформацией траектории волновода при формировании каналов. Это самоканалирование может быть смоделировано численно с использованием трехмерной модели для описания того, что происходит внутри объема фотополимерной среды. Соответствующее численное моделирование показывает хорошее согласие с экспериментальными наблюдениями, которые подтверждают достоверность численной модели, которая использовалась для моделирования этих экспериментов.

    Нелинейно усиленное линейное поглощение при филаментации в среднем инфракрасном диапазоне (презентация на конференции)
    Авторы): Даниил Шипило; Николай Панов; Вера Андреева; Ольга Григорьевна Косарева; Александр М. Салецкий; Хуай-Лян Сюй; Павел Полынкин

    Показать аннотацию

    Лазерные установки на базе OPCPA среднего инфракрасного диапазона недавно достигли критической мощности для самофокусировки в воздухе [1].Это обеспечивает демонстрацию основной разницы между филаментацией в среднем и ближнем инфракрасном диапазоне в воздухе: нечетные оптические гармоники, резко подавляемые материальной дисперсией и фазовым рассогласованием в ближнем инфракрасном диапазоне (800 нм), получают надежную энергию в ближнем инфракрасном диапазоне (800 нм). нить среднего инфракрасного диапазона (3,9 мкм) [1,2]. Еще одна проблема, которая отличает филаментацию в среднем инфракрасном диапазоне от филаментации в ближнем инфракрасном диапазоне, – это наличие множества молекулярных колебательных линий, принадлежащих компонентам атмосферы и расположенных в среднем инфракрасном диапазоне [3].В результате интересующая нас область среднего инфракрасного диапазона разделяется на полосы нормальной и аномальной дисперсии, первая из которых приводит к разделению импульса во временной области, а вторая – к световой пуле с ограничением. Мы моделируем филаментацию 3,9 мкм, используя прямое уравнение Максвелла. Мы включаем туннельную ионизацию и кратковременный фототок в качестве механизма остановки коллапса, который динамически уравновешивает мгновенный отклик среды третьего порядка (аналогично филаментации 800 нм).Ключевой особенностью, позволяющей количественно оценить потери из-за полос поглощения, является точный учет комплексного линейного показателя поглощения. Показатель поглощения, полученный из модели Матара [3], интерполируется на точную сетку частот (шаг около 0,1 ТГц), а показатель преломления согласовывается в соответствии с соотношениями Крамерса-Кренига [4]. Если исходный гауссов импульс имеет центральную длину волны 3,9 мкм и длительность 80 фс на полувысоте, потеря энергии в полосе поглощения диоксида углерода (CO_2) равна 4.3 мкм составляет около 1% в режиме линейного распространения. Но когда мы берем импульс 80 мДж (около 3 критических мощностей для самофокусировки), керровское спектральное уширение значительно развивается до того, как достигается ограничивающий уровень интенсивности. В геометрии коллимированного пучка около 2% энергии начального импульса поглощается полосой CO_2 до формирования нити. В развитой нити все парциальные потери из-за плазмы, генерации и поглощения гармоник на колебательных линиях быстро растут с увеличением расстояния распространения, а поглощение на колебательных линиях преобладает над всеми остальными.Действительно, обнаружен новый механизм – линейное поглощение усиливается за счет нелинейного уширения спектра. Таким образом, формируется нелинейно усиленное линейное поглощение (NELA). По оценкам, вращательные переходы потребляют столько же энергии, сколько и механизм генерации свободных электронов [5], что меньше, чем NELA для филамента 3,9 мкм. В заключение, в филаменте 3,9 мкм возбуждения линий поглощения молекул оцениваются как основные оптические потери в атмосфере по сравнению с плазмой и высокочастотным преобразованием.[1] А.В. Митрофанов и др., Sci. Отчет 5, 8368 (2015). [2] P. Panagiotopoulos et al., Nat. Фотоника 9, 543 (2015). [3] R. J. Mathar, Appl. Опт. 43, 928 (2004). [4] Н.А. Панов и др., Phys. Ред. A 94, 041801 (2016). [5] S. Zahedpour et al., Phys. Rev. Lett. 112, 143601 (2014).

    Генерация оптических гармоник усилена за счет сверхбыстрых флуктуаций интенсивности (презентация на конференции)
    Авторы): Денис А.Копылов; Кирилл Юрьевич Спасибко; Виктор Леонидович Крутянский; Татьяна В. Мурзина; Герд Лейкс; Чехова Мария Васильевна

    Показать аннотацию

    Влияние квантовых свойств света на нелинейные процессы хорошо изучено теоретически. Было показано, что эффективность n-фотонных нелинейных процессов во многих случаях масштабируется как нормированная корреляционная функция n-го порядка.Для света с корреляционной функцией высокой интенсивности эффективность генерации n-й гармоники будет значительно выше, чем для когерентного света. Экспериментальное наблюдение этого эффекта до недавнего времени оставалось затруднительным из-за отсутствия ярких источников с сильными и быстрыми флуктуациями интенсивности. Для экспериментальной демонстрации статистических эффектов при генерации оптических гармоник в качестве накачки используется излучение параметрического преобразования с понижением частоты с высоким коэффициентом усиления. Такой свет проявляет квантовые свойства (например,г. квадратурное или двухмодовое сжатие) и имеет большое количество фотонов в одной моде. Нормированная корреляционная функция n-го порядка для этого света равна (2n – 1) !!, что делает его более привлекательным для нелинейных процессов, чем когерентный и тепловой свет. Для генерации оптических гармоник мы использовали широкополосное параметрическое преобразование с понижением частоты вокруг частотно-вырождения (1600 нм), полученное в кристалле BBO толщиной 1 см из титан-сапфирового лазера (800 нм, 1,6 пс, 5 кГц, средняя интенсивность 3 Вт). Благодаря спектральной фильтрации и технике пост-селекции мы могли изменять статистику света от когерентного до суперсгруппированного, что позволило нам продемонстрировать повышение эффективности для генерации второй, третьей и четвертой гармоник.Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теорией.

    Формирование суперконтинуума в видимом диапазоне при филаментации фемтосекундного импульса в воздухе
    Авторы): Иванов Н.Г .; В. Ф. Лосев; Лубенко Д. М. Старший; Прокопьев В.Е .; К. А. Ситник

    Показать аннотацию

    Приведены результаты исследования условий формирования высоконаправленного суперконтинуума (СК) в видимой области спектра, полученные при аберрационной фокусировке сферическим зеркалом импульса излучения с длиной волны 940 нм, длительностью 70 фс и энергией 8–15 мДж. представлен.Показано, что после видимой нити накала идут два направленных луча белого света, расходящихся друг относительно друга под углом 1,4 0 . Формирование каждого светового луча происходит путем постепенного преобразования спектрального состава от длинноволнового к коротковолновому (до 350 нм) в пространственно устойчивую структуру, подобную солитону с поперечным размером ≤ 300 мкм. Природа появления этих лучей обусловлена ​​образованием перед меридиональной пластиной двух зон повышенной интенсивности из-за искажения волнового фронта лазерного луча в условиях астигматизма и эффекта Керра.В результате реализуются два минимума в распределении фазы, расположенные вне оси пучка, которые приводят к появлению двух внеосевых областей с большей интенсивностью излучения и, как следствие, формированию двух высоконаправленных лазерных пучков.

    Самозахват изменяющихся интенсивностей при ГВГ и КВГ для высокоинтенсивного фемтосекундного лазерного импульса
    Авторы): Вячеслав А.Трофимов; Дмитрий Михайлович Харитонов; Михаил Васильевич Федотов

    Показать аннотацию

    SHG и SFG (SWG) и THG широко используются во многих практических приложениях, таких как диагностика веществ и визуализация различных физических, химических и биологических процессов, а также для преобразования частоты лазерного излучения. Одно из очень интересных явлений при преобразовании частоты имеет место, если интенсивность падающей основной волны достаточно велика: при определенных условиях возникает синхронный режим изменения интенсивностей лазерных импульсов по координате распространения.Прежде всего, мы исследуем это явление в рамках приближения большой длительности импульса и приближения плоской волны без применения базового приближения неистощения энергии волны. Применяя оригинальный подход, мы получаем решение уравнений Шрёдингера, описывающих ГТГ через процесс ГВГ и процесс генерации волны суммарной частоты (ГСЧ) для фемтосекундных импульсов. Среди многих режимов рассматриваемого процесса преобразования частоты аналитически обнаружен режим, соответствующий синхронному изменению интенсивностей взаимодействующих волн.Выведены условия реализации такого режима в зависимости от параметров задачи. После этого мы проверяем наше аналитическое рассмотрение с помощью компьютерного моделирования задачи на основе соответствующих уравнений Шрёдингера. Компьютерное моделирование показало также новое явление при трехволновом взаимодействии: интенсивности взаимодействующих волн меняются с двумя (или более) периодами колебаний.

    Анализ режимов ГТГ для фемтосекундного лазерного импульса
    Авторы): Вячеслав А.Трофимов; Сидоров Павел Сергеевич

    Показать аннотацию

    В настоящее время ГТГ используется во многих практических приложениях, таких как диагностика веществ, визуализация биологических объектов и т. Д. С развитием новых материалов и технологий (например, фотонного кристалла) растет внимание к анализу процессов THG. Поэтому понимание особенностей THG – это современная проблема. Ранее мы разработали новый аналитический подход, основанный на использовании инварианта задачи для построения аналитического решения процесса THG.Следует подчеркнуть, что мы не использовали базовое приближение волнового недеплетения. Тем не менее применялось приближение большой длительности импульса и приближение плоской волны. Аналитическое решение демонстрирует, в частности, свойство оптической бистабильности (и, возможно, другие режимы утроения частоты) для процесса генерации третьей гармоники. Но, очевидно, такой подход не отражает влияния дисперсии среды на утроение частоты. Поэтому в данной статье мы анализируем эффективность ГТГ фемтосекундного лазерного импульса с учетом влияния дисперсии второго порядка, а также влияния самомодуляции и кроссмодуляции взаимодействующих волн на процесс преобразования частоты.Анализ проводится с помощью компьютерного моделирования на основе уравнений Шредингера, описывающих рассматриваемый процесс.

    Нелинейные эффекты при взаимодействии фемтосекундных лазерных импульсов в форме пончика со стеклами: преодоление ограничения интенсивности
    Авторы): Надежда М. Булгакова; Владимир Петрович Жуков; Михаил Петрович Федорук; Александр М.Рубенчик

    Показать аннотацию

    Взаимодействие фемтосекундных лазерных импульсов с объемным стеклом (например, плавленым кварцем) исследовано численно на основе нелинейных уравнений Максвелла, дополненных уравнениями гидродинамического типа для плазмы свободных электронов для случаев гауссовой линейно-поляризованной и кольцевой формы. радиально-поляризованные лазерные пучки. Для гауссовых импульсов, сфокусированных внутри стекла (длина волны 800 нм, длительность 45 фс, числовая апертура 0.25), концентрация свободных электронов в области лазерного возбуждения остается докритической, а плотность локально поглощенной энергии не превышает ~ 2000 Дж / см 3 в диапазоне энергий импульсов 200 нДж – 2 мкДж. Для импульсов в форме пончика исходное кольцо света высокой интенсивности сжимается при фокусировке. Достигнув на своем пути определенного уровня ионизации, световое кольцо распадается на две ветви, одна из которых быстро сжимается к оси пучка задолго до геометрического фокуса, что приводит к генерации сверхкритической плотности свободных электронов.Вторая ветвь представляет собой лазерный свет, рассеянный электронной плазмой вдали от оси луча. Конечный объем, возбужденный лазером, представляет собой трубку радиусом 0,5–1 мкм и длиной 10–15 мкм. Локальный максимум поглощенной энергии может быть более чем в 10 раз выше по сравнению со случаем гауссовых пучков той же энергии. Соответствующие уровни давления были оценены. Ожидается, что в случае импульсов в форме пончика, трубчатая форма выделяемой энергии должна привести к сжатию материала, который можно использовать для улучшения прямой записи оптических структур с высоким показателем преломления внутри стекла или для достижения экстремальные термодинамические состояния вещества.

    Асимметрия поглощения света при распространении сфокусированных фемтосекундных лазерных импульсов с пространственно-временной связью через стеклянные материалы
    Авторы): Владимир Петрович Жуков; Надежда Михайловна Булгакова

    Показать аннотацию

    Ультракороткие лазерные импульсы обычно описываются в терминах временной и пространственной зависимости их электрического поля, предполагая, что пространственная зависимость отделима от временной.Однако в большинстве ситуаций это предположение неверно, поскольку генерация ультракоротких импульсов и манипуляции с ними приводят к связям между пространственными и временными координатами, что приводит к различным эффектам, таким как наклон фронта импульса и пространственный чирп. Один из наиболее интригующих эффектов пространственно-временной связи – это так называемый «эффект маяка», вращение фазового фронта в зависимости от расстояния распространения луча [Akturk et al., Opt. Express 13, 8642 (2005)]. Взаимодействие пространственно-временных лазерных импульсов с прозрачными материалами имеет интересные особенности, такие как эффект невзаимной записи, который можно использовать для облегчения микротехнологии фотонных структур внутри оптических стекол.В данной работе предпринята попытка численного исследования влияния наклона фронта импульса и эффекта маяка на поглощение лазерной энергии внутри кварцевого стекла. Применяется модель, основанная на нелинейных уравнениях Максвелла, дополненных уравнениями гидродинамики для плазмы свободных электронов. Поскольку трехмерное решение такой проблемы потребует огромных вычислительных ресурсов, была предложена упрощенная двумерная модель. Это позволило качественно понять особенности распространения ультракоротких лазерных импульсов с наклонным фронтом в режимах объемной лазерной модификации прозрачных материалов, в том числе направленную асимметрию при прямой лазерной записи в стеклянных материалах.

    Моделирование кремния в режимах модификации фемтосекундным лазером: учет амбиполярной диффузии
    Авторы): Тибо Ж.-Й. Дерриен; Надежда Михайловна Булгакова

    Показать аннотацию

    За последние десятилетия фемтосекундное лазерное облучение материалов привело к появлению различных приложений, основанных на функционализации поверхностей в нано- и микромасштабе.Посредством периодической модификации поверхности материала (модификация запрещенной зоны, формирование наноструктуры, кристаллизация или аморфизация) можно изменять оптические и механические свойства, что делает фемтосекундный лазер ключевой технологией для развития нанофотоники, бионаноинженерии и наномеханики. Хотя модификация поверхности полупроводников с помощью фемтосекундных лазерных импульсов изучается более двух десятилетий, динамика взаимодействия интенсивного лазерного света с возбужденным веществом остается не совсем понятной.В частности, быстрое образование переходной сверхплотной электронно-дырочной плазмы динамически изменяет оптические свойства в поверхностном слое материала и вызывает большие градиенты горячих носителей заряда, что приводит к явлениям сверхбыстрого переноса заряда. В данной работе на примере кремния теоретически исследована динамика сверхбыстрого лазерного возбуждения полупроводникового материала. Особое внимание уделяется динамике электронно-дырочной пары с учетом эффектов амбиполярной диффузии. Результаты сравниваются с ранее разработанными имитационными моделями, а также обсуждается роль динамики носителей заряда в локализации модификации материала.

    Сужение спектра в газах с помощью фемтосекундных лазерных импульсов
    Авторы): Танви Карпате; А. К. Дхармадхикари; Дж. А. Дхармадхикари; Д. Матур

    Показать аннотацию

    Филаментация в газах из-за мощных фемтосекундных импульсов является результатом совместного действия оптического эффекта Керра (вызывающего самофокусировку) и образования плазмы (вызывающего дефокусировку), которая ограничивает оптическую энергию в небольшой области на расстоянии, превышающем Диапазон Рэлея.С момента открытия N 2 в качестве потенциальной усиливающей среды, что впоследствии привело к созданию азотных лазеров, он вызвал большой интерес из-за его потенциала в достижении генерации путем дистанционного возбуждения. Недавно Яманучи и его коллеги продемонстрировали действие генерации в N 2 как в прямом, так и в обратном направлениях вдоль распространения фемтосекундного импульса. В настоящей работе мы сосредоточились на возбуждении N 2 + (что соответствует спектральной особенности 391 нм) и измерили спектральное сужение.Мы исследовали влияние, оказываемое мощностью падающего импульса и давлением газа для падающих импульсов длительностью 40 и 10 фс в прямом и обратном режимах регистрации. Сужение спектра, которое происходит для газа N 2 при длине волны 391 нм, показывает зависимость от длительности падающего импульса. Установлен порог давления для различных падающих мощностей генерации. Увеличение интенсивности сигнала при изменении падающей мощности связывают с усиленным спонтанным излучением (УСИ). Генерация белого света в N 2 + генерируется фемтосекундным лазером на сапфировом титане для различной фокусировки.Линии генерации достигают максимума по шлейфу широкополосных спектров падающего излучения.

    Мультимодальная нелинейная нанофотоника (доклад на конференции)
    Авторы): Юрий Сергеевич Кившарь

    Показать аннотацию

    Нелинейная нанофотоника – это быстро развивающаяся область исследований с множеством потенциальных приложений для разработки нелинейные наноантенны, источники света, нанолазеры и сверхбыстрые миниатюрные метаустройства.Плотное ограничение локальные электромагнитные поля в резонансных фотонных наноструктурах могут усиливать нелинейно-оптические эффекты, тем самым предлагая разнообразные возможности субволнового управления светом. Для достижения желаемых функциональных возможностей важно для получения гибкого управления свойствами наноструктур в ближнем и дальнем поле. Чтобы спроектировать нелинейное рассеяние от резонансные наноразмерные элементы, как модальное, так и многополярное управление нелинейным откликом, широко используются для усиление ближнепольного взаимодействия и оптимизация направленности излучения.На почве недавнего прогресса полностью диэлектрическая нанофотоника, где электрический и магнитный мультиполярные вклады могут стать сопоставимыми, здесь мы делаем обзор достижений в недавно появившейся области мультиполярной нелинейной нанофотоники, начиная с более ранних соответствующие исследования металлических и металл-диэлектрических структур, поддерживающих локализованные плазмонные резонансы, чтобы затем обсуждение последних результатов для полностью диэлектрических наноструктур, основанных на мультиполярных резонансах типа Ми и оптических индуцированный магнитный отклик.Эти недавние разработки предлагают интригующие возможности для дизайна нелинейных субволновые источники света с реконфигурируемыми характеристиками излучения и конструкцией больших эффективных оптических нелинейности на наномасштабе, которые могут иметь важное значение для новых нелинейных фотонных устройств, работающих за пределами дифракционного предела.

    Направленная генерация второй гармоники наночастицами AlGaAs (презентация на конференции)
    Авторы): Мария дель Росио Камачо Моралес; Мохсен Рахмани; Сергей С.Крук; Лэй Ван; Лэй Сюй; Дарья Анатольевна Смирнова; Александр Сергеевич Солнцев; Андрей Э. Мирошниченко; Hark Hoe Tan; Фуад Карута; Шагуфта Наурин; Каушал Д. Вора; Лука Карлетти; Константино Де Анжелис; Ченнупати Джагадиш; Юрий С.Кившар; Драгомир Н. Нешев

    Показать аннотацию

    Металлические наноантенны обладают разнообразными рассеивающими свойствами, что позволяет проектировать направленность излучения в наномасштабе. Однако из-за их омических потерь и низкой жаропрочности они не могут быть практически применены в нелинейно-оптических процессах для оптического преобразования частоты.Диэлектрические наночастицы, например кремний и германий – хорошие кандидаты для преодоления этих ограничений [1, 2]. Тем не менее, центросимметричный характер этих материалов исключил генерацию второй гармоники (ГВГ). Альтернативно, использование полупроводников AIIIBV на основе GaAs с нецентросимметричной структурой может преодолеть эту трудность [3,4]. Однако изготовление полупроводниковых наноантенн III-V на подложках с низким показателем преломления остается очень сложной задачей, блокируя возможность исследования направленности ГВГ как в прямом, так и в обратном направлении.Здесь мы впервые, насколько нам известно, проектируем и производим высококачественные наноструктуры AlGaAs на стеклянной подложке. С помощью этой новой платформы нам удается возбуждать, контролировать и обнаруживать обратные и прямые нелинейные сигналы от ГВГ в нанодисках AlGaAs [5,6]. В частности, мы наблюдаем, что для определенного размера наноантенны излучение ГВГ имеет сложное состояние поляризации пространственного распределения, соответствующее радиальной поляризации в прямом направлении и состоянию поляризации более общего характера в обратном направлении.Кроме того, мы демонстрируем беспрецедентную эффективность преобразования ГВГ 10-4. Наш прорыв может открыть новые возможности для повышения эффективности фотодетектирования, излучения света и зондирования.

    Нелинейные оптические эффекты в органических микроструктурах
    Авторы): Владимир Б. Новиков; Евгений А. Мамонов; Денис А.Копылов; Николай В. Митетело; Д. Венкатакришнарао; YSLV Narayana; Р. Чандрасекар; Татьяна Васильевна Мурзина

    Показать аннотацию

    Органические микроструктуры привлекают большое внимание благодаря своим уникальным свойствам, обусловленным их формой и оптическими параметрами. В этой работе мы обсуждаем линейные, нелинейные оптические эффекты второго и третьего порядка в массивах и в отдельных органических микроструктурах, составленных методом самосборки и случайно сформированных на твердой подложке.Исследуемые структуры состоят из микросфер, -полушарий или -frustums, сделанных из красного лазерного красителя и обнаруживают интенсивную флуоресценцию (FL) в видимой области спектра. Важно отметить, что из-за высокого значения показателя преломления и ограниченной геометрии такие микроструктуры поддерживают возбуждение мод шепчущей галереи (WGM), что приводит к сильной и спектрально выбранной локализации света. Показано, что для этих структур наблюдается усиление нелинейно-оптических эффектов по сравнению с однородной пленкой красителя аналогичного состава.Полученные данные согласуются с результатами FDTD-расчетов, выполненных для структур различных размеров. Обсуждаются перспективы использования органических нелинейных микрорезонаторов такого типа в оптических устройствах.

    Полностью оптически настраиваемые диэлектрические метаповерхности, подобные EIT, гибридизованные с тонкими слоями материала с фазовым переходом
    Авторы): Эмилия Петрониевич; Консита Сибилия

    Показать аннотацию

    Электромагнитно-индуцированная прозрачность (EIT), узкое окно прозрачности, вызванное накачкой в ​​области поглощения зонда, открыла новые перспективы в управлении медленным светом в атомной физике.Для приложений в нанофотонике реализация на устройствах с масштабированием микросхемы позже была получена путем имитации этого эффекта металлическими метаматериалами. Высокие потери в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне метаматериалов на основе металлов недавно открыли новую область полностью диэлектрических метаматериалов; Правильная конфигурация диэлектрических нанорезонаторов с высоким показателем преломления может имитировать этот эффект без потерь, чтобы получить высокую добротность и отклик на медленный свет. Следующим шагом будет возможность настроить их оптический отклик, и в этой работе мы исследуем тонкие слои материалов с фазовым переходом (PCM) для полностью оптического управления полностью диэлектрическими метаматериалами, подобными EIT.PCM может быть неполярно и обратимо переключаться между двумя стабильными фазами, которые различаются по оптическим свойствам, путем применения видимого лазерного импульса. В основе прибора лежат кремниевые нанорезонаторы, покрытые тонким слоем ПКМ GeTe; оптическое и нестационарное тепловое моделирование было выполнено для поиска и оптимизации параметров изготовления и параметров переключения, таких как интенсивность и длительность импульса. Мы обнаружили, что отклик, подобный EIT, можно включать и выключать, применяя лазерный импульс 532 нм для изменения фазы верхнего слоя GeTe.Мы твердо верим, что такой подход может открыть новые перспективы в полностью оптически контролируемых метаматериалах с медленным светом.

    Генерация второй гармоники на самоорганизующихся нанопроволоках GaAs / Au с градиентом толщины
    Авторы): А. Белардини; Г. Ляху; М. Чентини; Р. Ли Воти; Э. Фацио; С.Сибилия; Д. Репетто; Ф. Буатье де Монжео

    Показать аннотацию

    Здесь мы исследовали генерацию ВГ на длине волны 400 нм (лазер накачки на 800 нм, импульсы 120 фс) «метаповерхности», состоящей из чередования наноканавок GaAs и нанопроволок Au, закрывающих участки плоского GaAs. Глубина наноканавок и толщина нанопроволок Au постепенно меняются по образцу.Образцы были получены ионной бомбардировкой под углом на маске Au 150 нм, напыленной на плоскую пластину GaAs. В процессе облучения поверхность вызывает анизотропную эрозию, создавая нанопроволоки Au и, при высокой дозе ионов, бороздки в подстилающей подложке GaAs (перенос рисунка). Измерения ГВГ выполняются для разных углов линейной поляризации накачки в разных положениях на «метаповерхности», чтобы исследовать области с оптимальными условиями для эффективности ГВГ. Угол поляризации накачки сканируется вращением полуволновой пластины-замедлителя.В то время как выходной сигнал SH при отражении анализируется путем установки поляризатора в конфигурации «s» или «p» перед детектором. Наилучшие поляризационные условия для ГВГ достигаются в конфигурации, в которой поля накачки и второй гармоники поляризованы как ‘p’, а эксперименты показывают зависимость поляризации SH с той же симметрией, что и объемный GaAs. Таким образом, присутствие золота вносит вклад только как эффект локализации поля, но не дает прямого вклада как генератор ВГ.

    Путь к высокоэнергетическому диссипативному солитонному резонансному импульсу в волоконном лазере в форме восьмерки с двумя усилителями
    Авторы): М.Салхи; Г. Семаан; Ф. Бен Брахам; Дж. Фурмонт; Ф. Бахлул; Ф. Санчес

    Показать аннотацию

    Мы представляем широко регулируемый высокоэнергетический прямоугольный импульсный лазер, работающий в режиме DSR в F8L с пассивной синхронизацией мод с использованием двойных усилителей с двойной оболочкой, легированных Er: Yb. Путем ручного управления мощностью каждого усилителя ширину импульса можно изменять в диапазоне 360 нс без создания многоимпульсных нестабильностей.Чтобы гарантировать, что DSR будет доминировать в механизме синхронизации мод, мы используем стандартное одномодовое волокно длиной 1,5 км в резонаторе. При максимальной мощности накачки лазер генерировал прямоугольные импульсы длительностью 416 нс и средней выходной мощностью около 1,33 Вт с частотой повторения 133 кГц, что соответствует рекордной энергии импульса 10 мкДж.

    Ярко-темная волна-убийца в волоконном лазере с синхронизацией мод (презентация на конференции)
    Авторы): Хани Кбаши; Станислав Колпаков; Амос Мартинес; Чэнбо Моу; Сергей В.Сергеев

    Показать аннотацию

    Ярко-темная нелепая волна в волоконном лазере с синхронизацией режима Хани Кбаши1 *, Амос Мартинез1, С.А. Колпаков1, Ченгбо Моу, Алекс Рожин1, Сергей В. Сергеев1 1 Астонский институт фотонных технологий, Школа инженерии и прикладных наук Астонский университет, Бирмингем, B4 7ET , UK [email protected], 0044 755 3534 388 Ключевые слова: оптическая волна-убийца, ярко-темная волна-убийца, волна-убийца, волоконный лазер с синхронизацией мод, поляризационная нестабильность.Аннотация: Волны-убийцы (RW) – это статистически редкие локализованные волны с высокой амплитудой, которые внезапно появляются и исчезают в океанах, резервуарах с водой и оптических системах [1]. Исследование этих явлений в оптике, оптических волнах-убийцах, представляет интерес как для фундаментальных исследований, так и для прикладной науки. Недавно мы показали, что регулировка двулучепреломления в резонаторе и поляризации накачки приводит к возникновению оптических RW-событий [2-4]. В настоящей работе мы сообщаем о первом экспериментальном наблюдении векторных ярко-темных RW в волоконном лазере с вытянутыми импульсами, легированным эрбием, с синхронизацией мод.Изменение наведенного двулучепреломления в резонаторе дает возможность наблюдать события ВП при мощности накачки, немного превышающей порог генерации. Поляризационные нестабильности в лазерном резонаторе приводят к взаимодействию двух ортогональных линейно поляризованных компонентов, что приводит к появлению ярко-темных RW. Наблюдаемые кластеры относятся к классу медленных оптических RW, поскольку их время жизни составляет порядка тысячи периодов обхода лазерного резонатора. Ссылки: 1. Д. Р. Солли, К. Роперс, П.Кунат, Б. Джалали, Оптические волны-убийцы, Nature, 450, 1054–1057, 2007. 2. Сергеев С.В., Колпаков С.А., Моу К., Дж. Якобсен, С. Попов, В. Калашников, «Медленные детерминированные векторные волны-убийцы, Proc. SPIE 9732, 97320K (2016). 3. Колпаков С. А., Кбаши Х., Сергеев С. В. Динамика векторных волн-убийц в волоконном лазере с кольцевым резонатором // Оптика. 870, (2016). 5. С. Колпаков, Х. Кбаши, С. Сергеев, «Медленные оптические волны-убийцы в однонаправленном волоконном лазере», in Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest (online) (Optical Общество Америки, 2016), статья JW2A.56.

    Волны-убийцы, вызванные нестабильностью поляризации в генераторе с длинным кольцевым волокном
    Авторы): Колпаков С.А.; Хани Кбаши; Сергей Сергеев

    Показать аннотацию

    Представлены экспериментальные и теоретические результаты исследования сложной нелинейной поляризационной динамики в легированном эрбием волоконном генераторе с пассивной автосинхронизацией мод, реализованном в кольцевой конфигурации и работающем вблизи порога генерации.Теоретическая модель состоит из семи связанных нелинейных уравнений и учитывает оба ортогональных состояния поляризаций в волокне. Эксперимент подтвердил существование семи собственных частот, предсказываемых моделью из-за поляризационной нестабильности вблизи порога генерации. Регулируя состояние поляризации накачки и двулучепреломления в резонаторе, мы изменили некоторые собственные частоты с различных (невырожденное состояние) на согласованные (вырожденное состояние). Невырожденные состояния осциллятора приводят к L-образной функции распределения вероятностей и истинному режиму волны-убийцы с положительным доминирующим значением показателя Ляпунова между 1.4 и 2.6. Небольшая отстройка от частично вырожденного случая также приводит к L-образной функции распределения вероятностей с хвостом, превышающим порог восьми стандартных отклонений, что дает периодические шаблоны импульсов вместе с положительным доминирующим показателем Ляпунова отфильтрованного сигнала между 0,6 и 3,2. Частичное вырождение, в свою очередь, приводит к квазисимметричному распределению и значению доминирующего показателя Ляпунова 42, которое является типичным значением для систем с источником сильно неоднородного внешнего шума.

    Фотоиндуцированная χ (2) для генерации второй гармоники в волноводах из стехиометрического нитрида кремния
    Авторы): Марко А.Г. Порсел; Джесси Мак; Катерина Табаллионе; Виктория К. Шермерхорн; Йорн П. Эппинг; Питер Дж. М. ван дер Слот; Клаус-Дж. Боллер

    Показать аннотацию

    Мы впервые представляем генерацию второй гармоники в аморфных стехиометрических волноводах Si 3 N 4 , выращенных методом химического осаждения из паровой фазы при низком давлении.Эффективная восприимчивость второго порядка (χ (2) ) устанавливается с помощью когерентного фотогальванического эффекта. Волновод был разработан для согласования фаз горизонтально (параллельно ширине волновода) поляризованной гибридной моды EH 00 на длине волны 1064 нм с гибридной поперечной модой EH 02 более высокого порядка на длине волны 532 нм. В качестве накачки использовался лазер с синхронизацией мод, дающий импульсы длительностью 6,2 пс на длине волны 1064 нм с частотой повторения 20 МГц. При накачке с постоянной средней мощностью было обнаружено, что фотоиндуцированное χ (2) устанавливается за время порядка 1000 с в заводских волноводах, в течение которого сигнал второй гармоники нарастает от уровня ниже шума до уровня насыщения. ценность.Время жизни фотоиндуцированного χ (2) составляет не менее недели. В установившемся режиме мы получаем максимальную эффективность преобразования, близкую к 0,4% при средней мощности накачки 13 мВт внутри волновода. Эффективная восприимчивость второго порядка оказалась равной 8,6 пм / В.

    Применение микроскопии вынужденного комбинационного рассеяния для анализа отдельных клеток
    Авторы): Анналиса Д’Арко; Мария Антониетта Феррара; Маурицио Индольфи; Виталиано Туфано; Луиджи Сирлето

    Показать аннотацию

    В этой работе мы представляем успешную реализацию нелинейного микроскопа, не продаваемого в торговле, на основе вынужденного комбинационного рассеяния света.Это достигается путем интеграции фемтосекундной спектроскопической установки ВКР с инвертированным исследовательским микроскопом, оснащенным сканирующим устройством. Принимая во внимание силу вибрационного контраста SRS, он обеспечивает безметочную визуализацию анализа отдельных клеток. Сообщается, что валидационные испытания изображений шариков из полистирола демонстрируют осуществимость этого подхода. Чтобы проверить микроскоп на биологических структурах, мы сообщаем и обсуждаем изображения липидных капель без меток внутри фиксированных клеток адипоцитов.

    Лазерно-индуцированное формирование периодических поверхностных структур: исследование эффекта нелинейного поглощения лазерной энергии в различных материалах
    Авторы): Йоанн Леви; Надежда М. Булгакова; Томаш Мочек

    Показать аннотацию

    Чтобы получить представление о формировании лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур (LIPSS), релаксация модуляции температурного профиля численно исследуется на поверхностях двух различных типов материалов (металлов и диэлектриков; например, золота и плавленого кварца) при облучении ультракороткие лазерные импульсы.Предполагается, что температурная модуляция возникает из-за интерференции между входящим лазерным импульсом и поверхностной электромагнитной волной, что считается основным механизмом формирования LIPSS. Для сравнительных исследований диссипации лазерной энергии используется упрощенный 2D-подход. Он основан на двухтемпературной модели (ТТМ) и рассматривает механизмы нелинейного поглощения лазерного света (многофотонная ионизация в плавленом кварце; зависящие от температуры теплофизические и оптические свойства золота) и релаксации (захват электронов в экситонные состояния в плавленом кварце). ).TTM сочетается с моделью Друде, учитывающей эволюцию оптических свойств в зависимости от плотности свободных носителей и / или температуры. Развитие и спад температурной модуляции решетки, которая может управлять формированием LIPSS, отслеживается во время термализации электронной решетки и после нее. Показано, что на поверхностях обоих типов исследуемых материалов могут образовываться сильные температурные градиенты в диапазоне флюенса, характерном для формирования LIPSS. Обнаружены значительные изменения оптических свойств этих материалов в зависимости от времени, включая металлы, для которых обычно предполагается постоянная отражательная способность.Сообщается о влиянии нелинейного поглощения на динамику температуры поверхности.

    Параметрический рамановский антистоксов лазер на длине волны 503 нм с синхронизированным коллинеарным лучевым взаимодействием ортогонально поляризованных рамановских компонент в кальците при лазерной накачке 532 нм, 20 пс
    Авторы): Сергей Сметанин; Michal Jelínek Jr .; Вацлав Кубечек

    Показать аннотацию

    Лазеры, основанные на процессе вынужденного комбинационного рассеяния света, могут использоваться для преобразования частоты в длины волн, которые недоступны для твердотельных лазеров.Параметрические рамановские лазеры позволяют генерировать не только стоксовы, но и антистоксовы компоненты. Однако практически все известные кристаллические параметрические рамановские антистоксовы лазеры имеют очень низкую эффективность преобразования около 1% при теоретически предсказанных значениях до 40% из-за относительно небольшого углового допуска фазового синхронизма по сравнению с угловой расходимостью взаимодействующих пучков. В нашем исследовании для расширения углового допуска четырехволнового смешения и получения высокой эффективности преобразования в антистоксову волну мы предлагаем и исследуем новую схему параметрического рамановского антистоксова лазера на длине волны 503 нм с синхронизированным коллинеарным взаимодействием пучков ортогонально поляризованных пучков. Компоненты комбинационного рассеяния в кальците при лазерной накачке 532 нм и 20 пс.Мы используем только один 532-нм лазерный источник для накачки рамановского кристалла кальцита, ориентированного под фазовым согласованным углом для четырехволнового смешения ортогонально поляризованных рамановских компонентов. Кроме того, мы разделяем лазерное излучение с длиной волны 532 нм на ортогонально поляризованные компоненты, поступающие в кристалл кальцита с активным комбинационным излучением при определенных углах падения, чтобы выполнить тангенциальный фазовый синхронизм, компенсирующий расхождение необыкновенных волн для коллинеарного взаимодействия пучка в кристалле с излучением. самый широкий угловой допуск четырехволнового смешения.Впервые наивысшая эффективность антистоксова преобразования 503 нм, составляющая 30%, близкая к теоретическому пределу около 40% при общей оптической эффективности параметрической рамановской антистоксовой генерации до 3,5% в кальците, получена благодаря реализации тангенциального фазового синхронизма, нечувствительного к угловой расстройке.

    Численное моделирование и сравнение нелинейной самофокусировки на основе итераций и трассировки лучей
    Авторы): Сяотун Ли; Хао Чен; Вэйвэй Ван; Ванчао Руань; Лювэй Чжан; Чжаофэн Цен

    Показать аннотацию

    Самофокусировка наблюдается в нелинейных материалах из-за взаимодействия между лазером и веществом при распространении лазерного луча.Некоторые из стратегий численного моделирования, такие как метод распространения луча (BPM), основанный на нелинейном уравнении Шредингера, и метод трассировки лучей, основанный на принципе Ферма, были применены для моделирования процесса самофокусировки. В этой статье мы представляем итерационный метод нелинейной трассировки лучей, в котором нелинейный материал также разрезается на массивные срезы, как и существующие подходы, но вместо параксиального приближения и преобразования Фурье с разделенными шагами трассируется большое количество дискретизированных реальных лучей. пошагово по системе с изменением показателя преломления и интенсивности лазера по итерациям.В этом процессе используется плавная обработка для создания распределения плотности лазерного излучения в каждом срезе, чтобы уменьшить ошибку, вызванную недостаточной выборкой. Особенностью этого метода является то, что нелинейные показатели преломления точек на текущем срезе вычисляются путем итерации, чтобы решить проблему неизвестных параметров в материале, вызванную причинной связью между интенсивностью лазера и нелинейным показателем преломления. По сравнению с методом распространения луча, этот алгоритм больше подходит для инженерных приложений с меньшими временными сложностями и имеет вычислительные возможности для численного моделирования процесса самофокусировки в системах, включающих как линейные, так и нелинейные оптические среды.Если отобранные лучи прослеживаются с их комплексными амплитудами и световыми путями или фазами, можно будет смоделировать эффекты суперпозиции различных лучей. В конце статьи обсуждаются достоинства и недостатки этого алгоритма.

    Полностью оптический маршрутизатор пакетов переменной длины с разрешением конфликтов на основе преобразования длины волны
    Авторы): Р.Фархат; А. Фархат; М. Мениф

    Показать аннотацию

    Мы предложили новую архитектуру полностью оптического маршрутизатора с коммутацией пакетов 2×2, поддерживающую асинхронные пакеты переменной длины. Чтобы справиться с проблемой конкуренции, мы применяем стратегию преобразования длины волны. Подтверждение концепции посредством моделирования Optiwave подтверждается.Мы показали, что конкурирующий пакет обнаруживается и пересылается согласно стратегии FIFO (First In First Out) на другой длине волны. Безошибочная функциональность достигается при высоких скоростях передачи данных (до 100 Гбит / с).

    Значительное улучшение процесса термического отжига оптических резонаторов.
    Авторы): Патрис Зальценштейн; Михаил Зарубин

    Показать аннотацию

    Термический отжиг, выполняемый во время процесса, улучшает качество шероховатости оптических резонаторов, снижая напряжения на периферии их поверхности, что позволяет повысить добротность.После предварительной реализации конструкция печи и электронный метод были значительно улучшены благодаря использованию проволоки из нихром-стойкого сплава и рубленых базальтовых волокон для термической изоляции в процессе отжига. Тогда добротность может быть улучшена.

    Оптимизация сопряженного устройства на основе оптического волокна с кристаллическим и интегрированным резонаторами.
    Авторы): Дэвид Бассир; Патрис Зальценштейн; Минцзюнь Чжан

    Показать аннотацию

    Из-за преимуществ с точки зрения воспроизводимости для оптических резонаторов на кристалле, которые имеют различную топологию и интеграцию с оптическими устройствами.Для увеличения добротности от нижнего диапазона [10 4 – 10 6 ] к более высокому [10 8 -10 10 ] [1-4] используются кристаллические резонаторы. Передать оптический сигнал от сужающегося волокна к кристаллическому резонатору гораздо сложнее, чем от определенного выступа к резонатору, спроектированному на кристалле. В этой работе мы сосредоточимся на оптимизации кристаллических резонаторов под прямым волноводом (на основе мультифизического программного обеспечения COMSOL) [5-7], а также с учетом технологических ограничений производства.Проблема связи в масштабе Nano делает нашу проблему оптимизации более динамичной с точки зрения пространства проектирования.

    Спектр излучения туннельного тока смещенной примеси при электрон-фононном взаимодействии
    Авторы): Владимир Николаевич Манцевич; Наталья С. Маслова; Петр Иванович Арсевей

    Показать аннотацию

    Теоретический анализ спектров шума туннельного тока через одноуровневую примесь при наличии электрон-фононного взаимодействия выполнен с помощью формализма неравновесной функции Грина.Выявлена ​​фундаментальная связь между квантовым шумом при туннельном контакте и процессами излучения света. Спектры шума туннельного тока через одноуровневый примесный атом идентифицированы как источник экспериментально наблюдаемого излучения света от смещенных контактов СТМ.

    Динамическая настройка размерности фотонных кристаллов изменением поляризации лазерных пучков
    Авторы): Анастасия Д.Голинская; Юлия В. Стебакова; Яна Васильевна Вальчук; Александр М. Смирнов; Манцевич Владимир Николаевич

    Показать аннотацию

    Продемонстрирован простой способ создания динамических фотонных кристаллов с различной симметрией решетки путем интерференции некопланарных лазерных лучей в коллоидном растворе квантовых точек. С помощью предложенной методики мы создали микропериодическую динамическую полупроводниковую структуру с сильным нелинейным изменением преломления и поглощения и проанализировали процессы самодифракции двух, трех и четырех некопланарных лазерных лучей на динамическом фотонном кристалле (дифракционной решетке) с гексагональной решеткой. решетчатая структура.Для достижения наилучшего равномерного контраста структуры и лучшего понимания проблем, специально возникающих из-за интерференции нескольких лазерных лучей, были выполнены теоретические расчеты периодического поля напряженности в решении квантовых точек. Было продемонстрировано, что динамическая структура фотонного кристалла и даже ее размер могут быть легко настроены с высокой скоростью путем изменения поляризации лазерных лучей без изменения геометрии экспериментальной установки.

    Взаимодействие между конвекцией и бистабильностью в системе формирования рисунка
    Авторы): Н.Марсал; Л. Вайкер; Д. Вольферсбергер; M. Sciamanna

    Показать аннотацию

    Мы численно и экспериментально исследуем переход от конвективной к абсолютной динамической неустойчивости в оптической системе, состоящей из объемного фоторефрактивного кристалла с однократной оптической обратной связью. Мы демонстрируем, что конвективный режим напрямую связан с областью бистабильности, в которой однородное установившееся состояние сосуществует с решением паттерна Тьюринга.Вне этой области система демонстрирует либо однородное установившееся состояние, либо абсолютный динамический режим. Кроме того, внешняя фоновая подсветка, приложенная к нелинейной среде, используется в качестве внешнего параметра для управления размером области бистабильности. Мы ставим под сомнение роль этого параметра и показываем, как фоновая подсветка увеличивает область бистабильности.

    Фотоиндуцированное нелинейное поглощение в углеродных наноструктурах
    Авторы): Римма Ш.Затрудина; Владислав Ю. Грибков

    Показать аннотацию

    Исследовано фотоиндуцированное нелинейное поглощение новых углеродных наночастиц – астраленов и двух типов углеродных нанокластеров. Нелинейное поглощение водных суспензий астраленов и растворов углеродных нанокластеров исследовали методом z-сканирования с помощью лазера на стекле Nd 3+ (длина волны λ = 1064 нм) в режимах модуляции добротности.Создана численная модель распространения лазерного импульса в среде с обратным насыщающимся поглощением. Путем численного моделирования определены время релаксации первого возбужденного состояния и соотношение сечений поглощения первого возбужденного и основного состояний для исследованных типов углеродных наночастиц.

    Модуляционная неустойчивость волновых пакетов, распространяющихся в неоднородном нелинейном волокне
    Авторы): В.А. Лапин; А. А. Фотиади

    Показать аннотацию

    Исследованы условия формирования и эффективный коэффициент усиления частотно-модулированных солитонных волновых пакетов в неоднородных по длине активных световодах. Для пакетов модулированной волны, распространяющейся в нелинейной зависимости волокон с дисперсией длины волокна, мощность генерируемых импульсов может быть значительно увеличена по сравнению с однородными волокнами.Из-за постоянного роста спектральной ширины генерируемая импульсная последовательность больше не может вернуться в состояние модулированной непрерывной волны. В результате длительность импульса с некоторыми колебаниями неуклонно сокращается. Амплитуда и период этих колебаний также уменьшаются.

    Влияние дисперсии ультракоротких световых импульсов на формирование ТГц излучения асимметричной воздушной плазмы
    Авторы): Р.Флендер; К. Сароши; А. Борзоньи; В. Чикан

    Показать аннотацию

    Один из новых методов генерации широкополосных терагерцовых импульсов основан на фокусировке двухцветных ультракоротких импульсов (например, комбинации пучков основной и второй гармоник) в воздух. Дисперсия этих коротких лазерных импульсов определяет их временную форму; следовательно, это влияет на величину и спектральное качество генерируемого терагерцового (ТГц) излучения.Цель данной работы – лучше понять роль дисперсии импульсов ТГц излучения асимметричной плазмы. Наш ключевой вывод состоит в том, что пиковую интенсивность ТГц импульсов можно значительно контролировать с помощью дисперсии групповой задержки (GDD) основного импульса. Пик огибающей ТГц импульса показывает вполне регулярные колебания в зависимости от GDD с периодичностью примерно 1000 фс 2 . Было обнаружено, что колебания не связаны с количеством генерируемой плазмы, но пропорциональны асимметрии электрических зарядов, присутствующих в плазме.Еще одно интересное наблюдение заключается в том, что величина дисперсии для наиболее интенсивного терагерцового импульса смещена от ограничиваемой преобразованием длительности основного импульса, что является результатом рассогласования групповой задержки между импульсами основной гармоники и второй гармоники. Мы ожидаем, что спектральный контроль широкополосных ТГц импульсов может быть использован в ТГц спектроскопии.

    Техника создания и нелинейная оптика динамических одномерных фотонных кристаллов в коллоидном растворе квантовых точек
    Авторы): А.М. Смирнов; Голинская А.Д .; К. Ежова; М. Козлова; Ю. В. Стебакова; Ю. В. Вальчук

    Показать аннотацию

    Одномерный динамический фотонный кристалл был сформирован путем периодической пространственной модуляции диэлектрической проницаемости, индуцированной интерференцией двух ультракоротких лазерных импульсов в полупроводниковых квантовых точках CdSe / ZnS (QDs), пересекающихся под углом θ.Принципиальные отличия динамических фотонных кристаллов от статических, определяющие свойства этих переходных структур, заключаются в следующем. I. Времена жизни динамических фотонных кристаллов определяются характером нелинейных изменений диэлектрической проницаемости. II. Изменение показателя преломления определяется интенсивностью максимумов наведенной стоячей волны и нелинейной восприимчивостью образца. Мы используем метод накачки и зонда для создания динамического одномерного фотонного кристалла и анализа его свойств.Два сфокусированных лазерных луча – это лучи накачки, которые образуются в коллоидном растворе квантовых точек динамического одномерного фотонного кристалла. Пикосекундный континуум, генерируемый первой гармоникой лазера (1064 нм), проходящей через тяжелую воду, используется в качестве зондирующего луча. Самодифракция пучков накачки на самоиндуцированном динамическом одномерном фотонном кристалле дает информацию о пространственном объединении лазерных пучков.

    Автоматический метод выделения признаков из изображений, полученных с помощью микроскопии вынужденного комбинационного рассеяния.
    Авторы): Надя Бранкати; Анналиса Д’Арко; Мария Антониетта Феррара; Маурицио Индольфи; Виталиано Туфано; Луиджи Сирлето; Мария Фруччи

    Показать аннотацию

    В настоящей работе предлагается методика анализа субклеточной морфологии с химической специфичностью для изображений, полученных с помощью вынужденного комбинационного рассеяния света.В частности, предлагается метод сегментации, основанный на пороговом алгоритме и процессе роста области, для обнаружения микроструктур внутри ячеек. Кроме того, количественные характеристики сегментированных объектов извлекаются, чтобы предоставить информацию о возможных морфологических вариациях микроструктур на изображениях, полученных с помощью техники SRS.

    История Группы НЛМК

    В 2011 году на Липецкой площадке была запущена новая ТЭЦ-утилизатор мощностью 150 МВт.Он был разработан для переработки доменного газа доменной печи №7.

    С запуском новой ТЭЦ-утилизатора на Липецкой площадке генерирующая мощность НЛМК увеличилась на 45% до 482 МВт, в результате чего уровень самообеспеченности энергией увеличился с 47% до 56%, независимо от расширения доменной и сталеплавильные мощности. Инвестиции в проект составили 6,8 млрд руб.

    Общий объем инвестиций в строительство доменной печи, ТЭЦ и инфраструктуры доменной печи составил 43 млрд рублей.

    Европейский банк реконструкции и развития (ЕБРР) наградил проект призом за его модельную интегрированную стратегию энергосбережения, продвижение передовых методов управления и навыков, связанных с инновационными экологическими технологиями и решениями по управлению энергопотреблением, что позволило сократить валовые выбросы на 15. раз по сравнению со старой техникой.

    В 2011 году НЛМК завершил сделку по приобретению оставшихся 50% акций Steel Invest and Finance (SIF) у Duferco Group.В результате сделки SIF стала 100% дочерней компанией НЛМК. После приобретения НЛМК создал новые бизнес-подразделения – NLMK Europe и NLMK USA, в которые вошли все международные активы Группы.

    Подразделение NLMK Europe консолидировало активы Группы в Европейском Союзе. В его состав входят шесть предприятий по производству стали, в том числе горячекатаного, в том числе толстолистового, холодной прокатки, цинкования и предварительной окраски, а также сеть сервисных и распределительных центров.В дивизионе работает 3000 человек. Бизнес-модель НЛМК уникальна для Европы и основана на стабильных поставках полуфабрикатов (слябов) из России на европейские предприятия, расположенные рядом с потребителями, которые производят плоский прокат с высокой добавленной стоимостью.

    В состав НЛМК США входят три завода по производству плоского проката – NLMK Indiana, NLMK Pennsylvania (ранее Duferco Farrell) и Sharon Coating. Дивизион имеет электродуговую печь (ЭДП) на NLMK Indiana мощностью 730 тыс. Тонн и сталеплавильное производство на 2 единицы.Мощность 7 млн ​​тонн по производству слябов, горячекатаного, холоднокатаного и оцинкованного проката. Новое подразделение принесло дополнительные преимущества за счет общей системы распределения в США, в частности, для производства труб и труб, а также в машиностроении.

    В 2011 году на Стойленском ГОК введена в эксплуатацию четвертая технологическая установка. После запуска производство железорудного концентрата увеличилось на 2 миллиона тонн, в результате чего общая годовая мощность производства концентрата составила 14 миллионов тонн.

    28 октября 2011 года на заводе NLMK Clabecq состоялась официальная церемония ввода в эксплуатацию новой линии закалки и отпуска. Реализация проекта помогла обеспечить устойчивое развитие NLMK Clabecq и преодолеть последствия мирового экономического кризиса. Годовая мощность линии составляет 250 000 тонн, что означает, что треть продукции NLMK Clabecq будет проходить через линию закалки и отпуска.

    NLMK Clabecq производит широкий ассортимент толстых листов, в том числе легких, которые отличаются высоким качеством обработки поверхности, регулируемой плоскостностью и толщиной.

    В 2011 году CCL-3 увеличила выпуск готовых окрашенных лент толщиной 0,3–0,8 мм и шириной 700–1250 мм. Эта продукция пользуется стабильным спросом в России, поскольку используется при производстве строительных конструкций, в том числе металлочерепицы, профилированных панелей, сэндвич-панелей, внутренней и внешней облицовки. Полосы, производимые на новой линии, стали тоньше, чем когда-либо прежде.

    В 2011 году НЛМК получил право на разработку третьего шахтного поля Усинского угольного месторождения (Усинский-3), расположенного в северной части Республики Коми.Усинское месторождение расположено в северо-западной части Печорского угольного бассейна, в 45 км к юго-западу от Воркутинского месторождения в Коми. Промышленные запасы месторождения Усинск-3 составляют более 227 млн ​​тонн высококачественного каменного коксующегося угля марок Ж и КЖ категорий С1 + С2.

    В 2011 году на Липецкой площадке завершена модернизация машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ-8) мощностью 2,5 млн тонн в год. CCM-8 стала пятой машиной, ремонтируемой на липецкой площадке.

    Его ввод в эксплуатацию позволил наладить выпуск слябов толщиной 355 мм, тогда как слябы, производимые на МНЛЗ в России, обычно имеют толщину 300 мм. Реконструкция позволила НЛМК оптимизировать производство толстолистового проката, в частности на дочерних европейских компаниях – DanSteel и Clabecq. Толстый лист востребован в машиностроении и энергетике.

    В рамках проекта была проведена полная реконструкция ЦКМ с заменой литейных клетей и установкой замкнутых систем водяного охлаждения.CCM-8 – первая в России модель динамического вторичного охлаждения для улучшения качества поверхности и внутренней структуры заготовок. Объект полностью оборудован современной системой автоматизации и КИПиА.

    В 2011 году в Липецке был введен в эксплуатацию новый 300-тонный конвертерный конвертер НЛМК. Наряду с другими мероприятиями Программы технического перевооружения запуск нового конвертерного конвертера позволил на 36% увеличить производственные мощности по производству стали на Липецкой площадке до 12,4 млн тонн в год.

    В 2011 году НЛМК приобрел National Laminations Group, сервисный центр в Индии, специализирующийся на резке и сбыте электротехнической стали с ориентированной зернистой структурой.

    National Laminations Group – это компания по переработке и сбыту анизотропной (ориентированной зерна) стали, расположенная в Мумбаи.

    Вам может понравится

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *