Просмотр кода страницы Колебательные системы с малой дисипацией

5 курс, 9 семестр, 36 часов<br>
Лектор: профессор [[Митрофанов Валерий Павлович|В.П. Митрофанов]]

__NOTOC__

==КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С МАЛОЙ ДИССИПАЦИЕЙ==

[[Медиа:Колебательные системы1.pdf | Конспект лекций можно скачать здесь]]

===Краткая аннотация===

Целью курса является изучение механических, электромагнитных и оптических, колебательных систем с точки зрения достижения максимальной добротности таких систем. Анализируются фундаментальные, принципиально неустранимые механизмы потерь энергии в них, а также механизмы, имеющие технический характер. Специальное внимание уделяется изучению физических механизмов диссипации энергии в колебательных наносистемах, как общих для  макро- и наносистем, так и специфических, связанных с их малыми размерами.  Рассмотрены вопросы технологии изготовления высокодобротных колебательных систем, методики измерения их параметров, их роль и применение в экспериментальной физике и технике, в частности, в прецизионных измерительных системах. Студенты обучаются прове-дению теоретических расчетов потерь энергии в различных колебательных системах, экспериментальным методам изучения диссипации в таких системах.

===Разделы курса===
# Высокодобротные механические, электромагнитные и оптические колебательные системы.  Их роль в фундаментальных и прикладных исследованиях. Наноскопические колебательные системы. Колебательные системы с линейным и нелинейным диссипативным членом. Экспериментальные методы определения  добротности колебательной системы.
# Наноэлектромеханические системы (НЭМС) на основе полупроводниковых структур, углеродных нанотрубок и графена. Базовая конструкция наномеханического осциллятора. Технология изготовления наномеханических осцилляторов. Структура НЭМС. Резонансные частоты типовых конфигураций НЭМС. Управление резонансной частотой. Границы применимости континуального приближения при расчете резонансных частот НЭМС.
# Механизмы потерь энергии в НЭМС. Общее уравнение, связывающее напряжение и деформацию для неупругой среды. Модель стандартного неупругого тела. Термоупругая релаксация как источник неупругости. Вычисление потерь при гармоническом воздействии на неупругое тело. Уравнения Дебая. Угол механических потерь.
# Комплексный модуль Юнга. Связь между добротностью осциллятора и тангенсом угла механических потерь материала. Термоупругие потери при изгибных колебаниях стержней. Термоупругие потери в нано-механических осцилляторах. 
# Диссипация упругой энергии, обусловленная механизмом фонон-фононных взаимодействий. Затухание Ахиезера. Затухание Ландау-Румера. Нелинейность как основной фактор, определяющий фундаментальные процессы диссипации энергии упругих колебаний. Затухание упругих колебаний, обусловленное фонон-электронными взаимодействиями в проводящих материалах.
# Точечные дефекты в кристаллах и связанные с ними релаксационные процессы. Уравнение Аррениуса для времени релаксации процесса, связанного с движением атомов в кристаллической решетке. Зависимость потерь упругой энергии от температуры. 
# Диссипация, обусловленная движением дислокаций в твердом теле. Дислокационная релаксация. Амплитудно-независимое и амплитудно-зависимое внутренне трение. Барьер Пайерлса и его влияние на уровень диссипации энергии упругих колебаний. 
# Потери в креплении механических колебательных систем. Потери из-за взаимодействия с молекулами газа, окружающего осциллятор. Поверхностные потери как преобладающие в наномеханических осцилляторах. Диссипативные механизмы, связанные с дефектами поверхности и адсорбированными молекулами Методы уменьшения поверхностных потерь. 
# Сенсоры и актюаторы для возбуждения механических колебаний НЭМС и их преобразования в электрические сигналы. Обратное динамическое и флуктуационное влияние сенсоров и вносимая ими диссипация. Подавление теплового шума НЭМС посредством нетеплового охлаждения. Квантовое поведение НЭМС. Области применения НЭМС.
# Диссипация энергии электромагнитных колебаний в различных резонансных системах. Колебательный контур. Расчет потерь в катушке индуктивности и конденсаторе колебательного контура. Собственная и нагруженная добротность. Радиационные потери.
# Объемные металлические резонаторы. Расчет потерь в стенках резонаторов. Поверхностное сопротивление. Сверхпроводящие  резонаторы. Диэлектрические резонаторы. 
# Диэлектрические резонаторы с модами типа шепчущей галереи. Механизмы потерь в диэлектрических резонаторах. Температурная зависимость потерь в кольцевых диэлектрических резонаторах. 
# Открытые оптические резонаторы, их характеристики. Добротность и резкость оптического резонатора. Дифракционные потери. Оптические микрорезонаторы с модами шепчущей галереи. Механизмы потерь в оптических микрорезонаторах. 
# Оптический нанорезонатор (λ = 1,5μm) на основе двумерного фотонного кристалла из кремния как базовый элемент для анализа диссипации в оптических нанорезонаторах. Технология изготовления. Механизмы потерь в оптических нанорезонаторах. Области применения оптических микро- и нанорезонаторов.

[[Медиа:Program SC1.pdf |Программа курса в формате PDF]]