Лаборатория Колебательных Систем с Нелинейными Диэлектриками

Общая информация

Название "Колебательные системы с нелинейными диэлектриками" является традиционным и лишь частично отражает современное направление деятельности научной группы.

Исследования колебательных систем с нелинейными диэлектриками были начаты на кафедре физики колебаний профессором И.В. Ивановым в 1950 гг. Первоначально предметом изучения явились свойства сегнетоэлектрических материалов и устройств СВЧ на их основе.

В те годы считалось, что устройства СВЧ с сегнетоэлектриками можно легко создавать по образу и подобию ранее освоенных полупроводниковых схем. Оказалось, что это не так. Прежде всего потому, что сегнетоэлектрики по своим электрофизическим свойствам разительно отличаются от классических полупроводников. В частности, в силу высокой диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрические активные элементы на СВЧ являются, как правило, колебательными системами с распределенными параметрами. Оказалось также, что в сегнетоэлектрических элементах, наряду с взаимодействием электромагнитных волн между собой, происходит эффективное взаимодействие электромагнитных волн с ультразвуком и с колебаниями температуры в кристалле. Такие процессы могут быть паразитными, мешающими нормальной работе СВЧ-устройств. С другой стороны, электротепловые и электроакустические взаимодействия могут быть положены в основу новых способов обработки информационных сигналов.

И. В. Ивановым и его учениками были разработаны методики экспериментального изучения и измерения характеристик сегнетоэлектриков (диэлектрической проницаемости, потерь, коэффициентов нелинейности) на СВЧ, в диапазоне длин волн от метра до миллиметра, в том числе при криогенных температурах. Некоторые из этих методик являются уникальными, и остаются непревзойдёнными спустя десятилетия. Накопленный обширный опыт изучения нелинейных взаимодействий в распределенных колебательных системах позволяет теперь делать обоснованные заключения о том, "что можно и чего нельзя" реализовать в сегнетоэлектрических приборах СВЧ. Итоги этого этапа работ отражены в монографии [1] и обзоре [2]. [1] Сегнетоэлектрики в технике СВЧ/Под ред. О. Г. Вендика. М.: Сов. радио, 1979. [2] См. №10 списка публикаций до 2000 г.

В 1980-е-начале 90-х гг. сотрудниками научной группы было открыто и детально изучено явление стрикционного параметрического возбуждения ультразвуковых колебаний СВЧ накачкой в сегнетоэлектрических резонаторах. Оказалось, что этот эффект - близкий родственник известного в нелинейной оптике явления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). Однако специфика сегнетоэлектриков и резонансный характер взаимодействия приводят к тому, что этот эффект наблюдается при напряженности поля порядка единиц В/см, в отличие от оптического диапазона, где требуются поля на 4 - 7 порядков большей напряженности. Удалось создать полную колебательную и электродинамическую теорию нелинейных электромеханических и электроакустических взаимодействий в резонансных системах. Эта теория позволила объяснить широкое многообразие экспериментальных проявлений эффекта стрикционного параметрического возбуждения в колебательных системах СВЧ и оптического диапазона. Основные результаты этого периода были отражены в публикациях [№18, 23, 28, 31, 34, 37]*.

• см. список публикаций до 2000 г.

Сферой современных интересов группы является:

В 90-е годы в силу известных причин пришлось временно свернуть экспериментальную деятельность. Основным направлением работы стало развитие теории взаимодействия электромагнитных, акустических и температурных колебаний в резонансных системах, в том числе оптического диапазона [№45, 50, 57, 58]* и [1, 2]** . Эти исследования продолжаются и в настоящее время.

• см. список публикаций до 2000 г.
  • см. список публикаций после 2000 г.

На современном этапе всё большее место в деятельности группы занимает изучение новых процессов и явлений. Развивается колебательный подход к исследованию электромагнитных характеристик композитных материалов - неоднородных структур.

Исследование композитных материалов ведётся в содружестве с учёными Института теоретической и прикладной электродинамики РАН, выпускниками аспирантуры кафедры разных лет. Такое сотрудничество открывает перспективы возрождения экспериментальной деятельности.

-исследование электродинамических свойств открытых диэлектрических резонаторов, одиночных и образующих регулярные решетки;

-развитие теории нелинейных взаимодействия различных колебаний (электромагнитных, упругих, температурных и др.) в распределенных системах резонаторного типа, включающей исследование многообразных динамических режимов и сочетаний взаимодействующих мод;

-приложение к разнообразным физическим системам: сегнетоэлектрическим резонаторам в устройствах СВЧ, оптическим микрорезонаторам (капли жидкости микронных размеров, шарики из плавленого кварца, газовые пузырьки в жидкости), а также к исследованию процессов автомодуляции в инжекционных полупроводниковых лазерах.

Начато изучение волновых и информационных процессов, лежащих в основе формирования оптического изображения в фотолитографии. Фотолитография - ключевой технологический процесс в производстве интегральных схем и ряда устройств прецизионной механики, электроники и оптики. Исследуются перспективы применения фазово-растровых масок для создания литографических изображений. Первые оригинальные результаты доложены на всероссийских и международных конференциях [21]**.

• • см. список публикаций после 2000 г.

Фундаментальная подготовка по физике распределенных колебательных систем, физике диэлектриков и сегнетоэлектриков, электродинамике и математическому моделированию позволяет ставить перед студентами исследовательские задачи во многих смежных областях.

Ссылки

Сайт лаборатории Колебательных Cистем с Нелинейными Диэлектриками