Интерференционные явления в слоистых структурах и их применение в задачах приема сигналов и диагностики неоднородных сред, страница 2

Полученыпростые аналитические соотношения, позволяющие синтезировать такие структуры сзаданными спектральными характеристиками;3-впервые предложен и экспериментально реализован способ согласования высокоотражающих сред с волноведущими СВЧ-линиями передачи с помощью одногочетвертьволнового или двух тонкослойных (суммарная оптическая толщина меньшечетвертьволновой) диэлектрических слоев, используя явление волноводной дисперсии(зависимость величины импеданса волновода от длины волны и его геометрии);-предсказано теоретически существование нового класса слоисто-неоднородных сред тонкослойных интерференционных структур, отличающихся от известных существенноменьшей (чем четверть длины волны) толщиной слоев и рядом уникальных инвариантныхсвойств;-получены простые аналитические соотношения, позволяющие синтезировать структурытакого класса различной сложности с учетом малых вариаций их электрофизических иструктурных параметров;-проведено обобщение полученных теоретических результатов на апериодическиемногослойные структуры, являющиеся адекватной физической моделью слоя с произвольнымпространственным распределением показателя преломления;-введено понятие и установлены критерии длинноволновой интерференционной границы,начиная с которой в спектрах отражения и пропускания пространственно-неоднородных средотсутствуют интерференционные экстремумы и среду можно рассматривать как сплошную,характеризуемую эквивалентным показателем преломления;-впервые показано, что для слоев со слабой пространственной неоднородностьюпоказателя преломления n(z) в области длинноволновой интерференционной границыэквивалентным является показатель преломления, равный произведению двух глобальныхэкстремальных значений функции n(z), нормированному на показатель преломления среды, изкоторой приходит волна;-впервыеобнаруженоиисследованоявлениенестационарногоотраженияэлектромагнитных волн с изменяющейся амплитудой и (или) фазой от интерференционныхпросветляющих структур;-впервые показана возможность получения сверхкоротких оптических импульсов, сжатияимпульсов и преобразования фазовой модуляции оптического излучения в амплитудную прираспространении оптических импульсов через многослойные интерференционныепросветляющие диэлектрические структуры;-впервые предложены и отработаны экспериментальные методики “переменнойнагрузки” и “полевого зондирования” для диагностики электрофизических параметровматериалов на СВЧ;-впервые теоретически и экспериментально исследовано влияние диффузионногопространственно-неоднородного распределения удельной проводимости в полупроводниковомслое в стационарном и динамическом режимах на эффективность кросс-модуляционногопреобразования сигналов из оптического в СВЧ-диапазон и определены критерииоптимального решения;-впервые предложена, экспериментально исследована и оптимизирована широкополоснаяи чувствительная кросс-модуляционная схема для приема ИК-излучений на основеполупроводникового слоя, включенного в цепь СВЧ-смещения на основе двойноговолноводного Т-моста;4-создан двухволновой ИК-радиометр для контроля глубины структурных измененийметаллов при лазерной закалке;-впервые экспериментально обнаружено, исследовано и объяснено явление лазернойстимуляции нестационарного поглощения СВЧ-энергии в полупроводниках;-впервые предложено и экспериментально исследовано фотоуправление СВЧ-мощностьюна основе эффектов кросс-модуляции и волноводной дисперсии;Основные положения, выносимые на защиту:1.

Анализ и условия оптимального сочетания электрофизических и структурныхпараметров слоистых и слоисто-неоднородных сред при формировании в нихинтерференционной картины электромагнитных волн для решения задач приема,преобразования и диагностики.2. Определение условий, при которых возможно осуществить полное поглощение(концентрацию) энергии электромагнитной волны в слабо поглощающем слое произвольнойтолщины.3. Предложение использовать новую структуру - “многослойный интерференционныйпоглотитель” - для осуществления полного поглощения волновой энергии в тонком слабопоглощающем слое в заданном спектральном диапазоне.4. Предложение способа согласования высокоотражающих нагрузок для СВЧ излучения спомощью согласующей структуры с минимально возможным числом слоев (вплоть до одногослоя) или минимальной суммарной волновой толщиной (меньше четверти длины волны).5. Теоретическое предсказание и обоснование физических принципов, позволяющихсинтезировать, исследовать свойства и развить теорию нового класса многослойных слоистонеоднородных сред - “тонкослойных интерференционных структур”.6.

Определение структурных и волновых критериев эквивалентности слоя снеоднородным пространственным распределением показателя преломления сплошной среде.Введение понятия и определение критериев длинноволновой интерференционной границы.7. Обнаружение и исследование нового явления - нестационарного отраженияэлектромагнитных волн с изменяющейся амплитудой и (или) фазой от интерференционныхпросветляющих структур. Предложение использовать это явление для получениясверхкоротких оптических импульсов и управления их параметрами.8. Обнаружение и исследование нового явления - лазерной стимуляции нестационарногопоглощения СВЧ-энергии в полупроводниках. Обоснование возможности использования этогоявления для диагностики электрофизических параметров полупроводников.9.

Предложение использовать кросс-модуляционную балансную схему приема с СВЧсмещением при волноводном включении фоторезисторной пластины для широкополосного ичувствительного приема ИК-излучений.10. Предложение использовать кросс-модуляционную двухрезонаторную схему с СВЧсмещением на основе эффекта “разогрева” свободных носителей заряда в полупроводниках дляширокополосного и чувствительного приема миллиметровых излучений.11. Разработка и изготовление одно - и двухволновых ИК-радиометрических устройств длядистанционного контроля и измерения температуры и структурных изменений поверхностинагретых тел.Практическая значимость работы определяется тем, что ее выводы, положения ирезультаты вносят существенный вклад в развитие следующих физических представлений: о5формировании интерференционной картины при распространении электромагнитных волнчерез многослойные слоисто-неоднородные структуры; о влиянии электрофизических иструктурных параметров неоднородных и слоисто-неоднородных сред на их волновые,радиометрические характеристики; о природе и физических механизмах взаимодействияэлектромагнитных излучений с носителями заряда в материальных средах; о характере иособенностях кросс-модуляционных процессов, происходящих при одновременном воздействиина полупроводники электромагнитных излучений существенно различных частот.Перечисленные результаты могут служить базой для дальнейших теоретическихпостроений и создают научную основу для их практического применения.

Так, результатыанализа кросс-модуляционных процессов в полупроводниках, в совокупности с новымирезультатами по синтезу многослойных согласующих и фильтрующих структур, даютпрактически готовые решения для создания приемных устройств оптических и СВЧизлучений, приборов для измерения и диагностики электрофизических параметровполупроводников и диэлектриков. Эти решения были частично реализованы в процессевыполнения ряда хоздоговорных работ и работ по научно-техническому сотрудничеству присоздании различных по своему назначению конкретных устройств. Созданные для контроля иизмерения температуры материалов и газовых потоков одно и двухволновые ИК-радиометрытакже были разработаны и внедрены в различных отраслях промышленности.

Ряд результатовиспользован при проведении как физических исследований, так и в других областях науки,например, в биологии и медицине. Некоторые результаты использованы в студенческихспецкурсах и в общем курсе «Теория волн».Апробация работы.Основные результаты работы докладывались на:Международных конференциях: ”Некорректно поставленные задачи в естественныхнауках”, Москва, 1991 г.; ”Оптическиеинтерференционные покрытия”, Туссон, Аризона,США, 1992 г.; ”Оптомикроволновые и фазораспределенные процессы”, США, 1992 г.;”Проектирование оптических приборов”, США, 1992 г.; ”Квантовая электроника”, “Лазеры,применения и технологии”, Москва, 2002 г.; ”Неионизирующие электромагнитные излучения вбиологии и медицине”, Калуга, 2002 г.Международных симпозиумах и конгрессах: ”Прикладная оптика 89”, Прага, 1989 г.;”Тонкие пленки и их применения”, Нидерланды, 1990 г.; ”Проектирование оптическихсистем”, ФРГ, Берлин, 1992 г.; ”Non-Lethal Weapons”, Ettlingen, Germany, 2003.Всесоюзных и Всероссийских конференциях, симпозиумах и семинарах:” 1-я итоговаянаучно-техническая конференция по радиоэлектронике”, НТО им.А.С.Попова, Калуга,1971 г.;Всесоюзный симпозиум по “Приборам, технике и распространению ММ и СубММ волн ватмосфере”, Москва, 1976 г.; ”II Всесоюзный симпозиум по ММ и СубММ волнам”,Харьков,1978 г.; ”I-я Всесоюзная конференция Предприятие-ВУЗ”, Москва,1980 г.; ”Труды VIIпленума Рабочей группы по оптике океана комиссии АН СССР по проблемам мировогоокеана”, Таллин,1980 г.; ”Всесоюзная научно-техническая конференция по интегральнойэлектронике СВЧ”, Новгород,1982 г.; X Всесоюзная научная конференция “Электроника СВЧ”,Минск,1983 г.; Всесоюзная научно-техническая конференция “Проектирование и применениерадиоэлектронных устройств на диэлектрических волноводах и резонаторах”, Саратов,1983 г.;Научно-технический семинар “Диэлектроника-новое перспективное направление вэлектронной технике”, Москва,1983 г.; Всесоюзный научный Семинар “Методы синтеза и6применение многослойных интерференционных систем”, Москва,1984 г.; XI Всесоюзнаянаучная конференция “Электроника СВЧ”,Орджоникидзе,1986г.;Всероссийская Школасеминар “Физика и применение микроволн”, Москва,1993 г., 2001 г.; Всесоюзная конференция“Состояние и разработки препаратов для диагностики вирусных гепатитов и инфекций,управляющихспецификамиилисредствамипрофилактики”,Пермь,1993г.;IV,VIIIВсероссийскаяШкола-семинар“Волновыеявлениявнеоднородныхсредах”,Красновидово,1994 г., 2002 г.; X Всероссийский симпозиум “Миллиметровые волны в медицинеи биологии”, 1995 г.; I Всероссийский Конгресс “Медицинская физика”, Москва, 2001 г.;”Ломоносовские чтения”, Москва, 2004 г.;На научных семинарах кафедр физического факультета МГУ: радиофизики, физикиполупроводников, физики низких температур и сверхпроводимости, математики, общейфизики и волновых процессов, физики атмосферы; на научных семинарах профессораА.В.Тихонравова (Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им.