Диссертация (Анализ тепловых шумов в многослойных диэлектрических зеркалах интерферометров и оптических микрорезонаторах)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Анализ тепловых шумов в многослойных диэлектрических зеркалах интерферометров и оптических микрорезонаторах". PDF-файл из архива "Анализ тепловых шумов в многослойных диэлектрических зеркалах интерферометров и оптических микрорезонаторах", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
ÌÎÑÊÎÂÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒèìåíè Ì. Â. ËÎÌÎÍÎÑÎÂÀÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ ÔÀÊÓËÜÒÅÒÍà ïðàâàõ ðóêîïèñèÊîíäðàòüåâ Íèêèòà Ìèõàéëîâè÷Àíàëèç òåïëîâûõ øóìîâ â ìíîãîñëîéíûõäèýëåêòðè÷åñêèõ çåðêàëàõ èíòåðôåðîìåòðîâ èîïòè÷åñêèõ ìèêðîðåçîíàòîðàõÑïåöèàëüíîñòü 01.04.01 ïðèáîðû è ìåòîäû ýêñïåðèìåíòàëüíîé ôèçèêèÄèññåðòàöèÿ íà ñîèñêàíèå ó÷åíîé ñòåïåíèêàíäèäàòà ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêÍàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü:ä.ô-ì.í., ïðîô. Ãîðîäåöêèé Ìèõàèë Ëåîíèäîâè÷Ìîñêâà 20152ÎãëàâëåíèåÂâåäåíèå150.1.
Àêòóàëüíîñòü òåìû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50.2. Öåëè ðàáîòû. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60.3. Íàó÷íàÿ íîâèçíà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60.4. Ïðàêòè÷åñêàÿ öåííîñòü . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70.5. Àïðîáàöèÿ ðàáîòû . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70.6. Ïóáëèêàöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80.7. Îáú¼ì è ñòðóêòóðà ðàáîòû8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Òåïëîâûå øóìû â ìíîãîñëîéíûõ çåðêàëàõ101.1. Ââåäåíèå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101.1.1. Ëàçåðíûå ãðàâèòàöèîííûå àíòåííû . . . . . . . . . . . . . .
. .101.1.2. Ïðîèñõîæäåíèå øóìîâ â òâ¼ðäîì òåëå . . . . . . . . . . . . . . .121.1.3. Øóìû ôàçû, ñâÿçàííûå ñ ôëóêòóàöèÿìè â çåðêàëå . . . . . . . . .131.1.4. Øóìû, ðàññìàòðèâàåìûå â äàííîé ðàáîòå . . . . . . . . . . . . .201.2. Îòðàæåíèå îò ìíîãîñëîéíîãî ïîêðûòèÿ .
. . . . . . . . . . . . . . . .221.2.1. Ïîêðûòèå ñ ôëóêòóàöèÿìè2. . . . . . . . . . . . . . . . . . .241.2.2. Áðîóíîâñêàÿ âåòâü øóìîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281.2.3. Ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü øóìà . . . . . . . . . . . . . . . . . .331.3. Âàðèàíòû îïòèìèçàöèè .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .381.3.1. Äîïîëíèòåëüíûé êîððåêòèðóþùèé ñëîé . . . . . . . . . . . . .381.3.2. Êîððåêòèðóþùèé ñëîé âíóòðè ïîêðûòèÿ. . . . . . . . . . . . .391.3.3. Äâóñòîðîííåå è äâîéíîå çåðêàëî . . . . . . .
. . . . . . . . . .391.3.4. Èçìåíåíèå òîëùèí ñëî¼â. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .421.3.5. Îïòèìàëüíîå ïîêðûòèå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .421.4. Èòîãè ãëàâû 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46Äîáàâî÷íûå øóìû â ïëàâëåíîì êâàðöå472.1. Øóì êðèñòàëëèçàöèè (ðàññòåêëîâàíèÿ) .
. . . . . . . . . . . . . . . .472.1.1. Ñîáûòèå êðèñòàëëèçàöèè. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .512.1.3. Øóì ðàññòåêëîâàíèÿ â ïîäâåñàõ çåðêàë . . . . . . . . . . . . . .572.1.2. Ïðèáëèæ¼ííàÿ îöåíêà32.2. Øóìû âÿçêîñòè.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .582.2.1. Âÿçêîñòü. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .592.2.2. Ïðîòåêàíèå ïëàñòèí3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .612.2.3. Çàòóõàíèå çâóêà . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .652.2.4. Ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü øóìà . . . . . . . . . . . . . . . . . .662.3. Èòîãè ãëàâû 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67Øóìû â ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ìîäóëÿòîðàõ íà îñíîâå ìèêðîðåçîíàòîðîâ ñìîäàìè øåï÷óùåé ãàëåðåè693.1. Ââåäåíèå . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .693.1.1. Ìîäû øåï÷óùåé ãàëåðåè. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .703.1.2. Øóìû â ÌÌØà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .733.2. Ýëåêòðîîïòè÷åñêèå ìîäóëÿòîðû. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .773.2.1. Çàêîí ìîäóëÿöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .793.2.2. Ýëåêòðîîïòè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèå . . . . . . . . . . . . . . . .853.2.3. Ìîäåëèðîâàíèå. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .903.3. Ìîäåëèðîâàíèå øóìîâ â ìèêðîðåçîíàòîðàõ è ìîäóëÿòîðàõ . . . . . . . . .993.3.1. Ôëóêòóàöèîííî-Äèññèïàöèîííàÿ Òåîðåìà â ýíåðãåòè÷åñêîé ôîðìóëèðîâêå Ëåâèíà. . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .993.3.2. Øóìû îñöèëëÿòîðà è ìîäóëÿòîð . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.3.3. Òåðìîðåôðàêòèâíûé øóì â ÌÌØÃ. . . . . . . . . . . . . . . 1033.3.4. Áðîóíîâñêèå øóìû â ÌÌØÃ. . . . . . . . . . . . . . . .
. . 1043.3.5. Òåðìîóïðóãèé øóì â ÌÌØÃ. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073.3.6. Ýëåêòðîííûå ÑÂ× øóìû â ìîäóëÿòîðå . . . . . . . . . . . . . . 1073.3.7. ×óâñòâèòåëüíîñòü ìîäóëÿòîðà íà îñíîâå ÌÌØà . . . . . . . . . . 1093.4. Èòîãè ãëàâû 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Çàêëþ÷åíèå3.5.
Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû ðàáîòû113. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1133.6. Áëàãîäàðíîñòè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Ñïèñîê îáîçíà÷åíèé115Ñïèñîê îïóáëèêîâàííûõ ñòàòåé119Ëèòåðàòóðà1194Ïðèëîæåíèå129Ï.1. Ê ìåòîäó èìïåäàíñîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 129Ï.2. Ê ðàñ÷¼òó øóìîâàîé äîáàâêè. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Ï.2.1. Óïðîùåíèÿ äëÿ ÷åòâåðòüâîëíîâîãî îòðàæàòåëÿ . . . . . . . . . . . 131Ï.2.2. Ê ðàñ÷¼òó íåîäíîðîäíîãî øóìà â ïîêðûòèè. . . . . . . . . . . . 132Ï.2.3. Îöåíêà ñïåêòðàëüîé ïëîòíîñòè óïðóãèõ øóìîâ . . . . . . . . . . . 134Ï.2.4. Êîððåêòèðóþùèé ñëîé. . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 136Ï.2.5. Ïîñëîéíàÿ êîìïåíñàöèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137Ï.3. Ïðèìåíåíèå ÔÄÒ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Ï.3.1. Ýíåðãåòè÷åñêîå ÔÄÒ è ïðîïóùåííûé øàã ðåøåíèÿ . .
. . . . . . . 141Ï.4. Ó÷¼ò ôîòîóïðóãîñòè. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Ï.4.1. Ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü ïðè ó÷¼òå ôîòîóïðóãîñòèÏ.4.2. Ó÷¼ò ôîòîóïðóãîñòè ñ êîððåêòèóþùèì ñëîåì. . . . . . . . . 145. . . . . . . . . . . 146Ï.5. Ê ðàñ÷¼òó îïòèìàëüíîãî ïîêðûòèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 148Ï.5.1. Îïòèìèçàöèÿ îòðàæåíèÿ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149Ï.5.2. Ôàçîâîå ñîîòíîøåíèå . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149Ï.5.3. Ê ðàçëîæåíèþ êîýôôèöèåíòà ïðîïóñêàíèÿ. . . . . . . . . . . . 150Ï.5.4. Ê îïðåäåëåíèþ ôàçû ïîñëå ñëîÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Ï.6. Ê îöåíêå èíòåãðàëîâ øóìà ðàññòåêëîâàíèÿÏ.6.1. Óêîðà÷èâàíèå çåðêàëà. . .
. . . . . . . . . . . . 152. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Ï.6.2. Ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü øóìà . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154Ï.7. Ê îöåíêå àìïëèòóä ìîäóëÿöèè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154Ï.7.1. Âûñøèå ãàðìîíèêè . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 156Ï.8. Ê ôèíàëüíîìó ïðåîáðàçîâàíèþ êîýôôèöèåíòà ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1585Ââåäåíèå0.1.Àêòóàëüíîñòü òåìûÑîâðåìåííàÿ íàóêà è òåõíèêà äâèæóòñÿ ïî ïóòè âñåîáùåé ìèíèàòþðèçàöèè è ïîâûøå-íèè òî÷íîñòè èçìåðåíèé. Ìåíüøèå ðàçìåðû èçó÷àåìûõ îáúåêòîâ, ïðèáîðîâ, ìåíüøèå äëèíûâîëí, ìåíüøèå âåëè÷èíû ñèãíàëîâ. Áîëüøîé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò èçìåðåíèÿ íà êâàíòîâîìóðîâíå. Öåëüþ ìíîãèõ èññëåäîâàòåëåé ÿâëÿåòñÿ ïðèãîòîâëåíèå è íàáëþäåíèå ìàêðîñêîïè÷åñêèõ òåë â êâàíòîâûõ ñîñòîÿíèÿõ.
Âñ¼ ýòî òðåáóåò òùàòåëüíîé ðàçðàáîòêè ïðèáîðîâ èïîäãîòîâêè ýêñïåðèìåíòîâ, òàê êàê ïðèâîäèò ê âîçðàñòàíèþ ðîëè ðàçëè÷íûõ øóìîâ.Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü îäíèì èç ñàìûõ òî÷íûõ ôèçè÷åñêèõ ïðèáîðîâ ÿâëÿåòñÿ ëàçåðíàÿ ãðàâèòàöèîííàÿ îáñåðâàòîðèÿ (LIGO) [1]. Ãðàâèòàöèîííûå âîëíû íàñòîëüêî ìàëû, ÷òîíåñìîòðÿ íà èõ êîñâåííîå îáíàðóæåíèå â 1974, èõ ïðÿìîå äåòåêòèðîâàíèå íå ìîãëî ïðîèçîéòèäî íàñòîÿùåãî âðåìåíè â òå÷åíèå ýòîãî ãîäà Advanced LIGO âûøåë íà ïðîåêòíóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, êîòîðîé äîëæíî áûòü, íàêîíåö, äîñòàòî÷íî [2, 3]. Äðóãèìè ñëîâàìè, äëÿ óñïåøíîãî ïðè¼ìà íåîáõîäèìî èçìåðÿòü îòíîñèòåëüíûå ñìåùåíèÿ ïðîáíûõ ìàññ íà óðîâíå 10−20ìåòðà.
Íàñòîëüêî âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê òî÷íîñòè ïðèâîäÿò ê òîìó, ÷òî äàæå áðîóíîâñêîåäâèæåíèå ÷àñòèö ïîâåðõíîñòè çåðêàëà ìåøàåò ýôôåêòèâíîé ðàáîòå ïðèáîðà. Ñóùåñòâóåòìíîæåñòâî èñòî÷íèêîâ äîïîëíèòåëüíûõ ïîìåõ [4], íî íà íàñòîÿùåå âðåìÿ îñíîâíûì ôàêòîðîì ñíèæàþùèì ÷óâñòâèòåëüíîñòü ÿâëÿþòñÿ òåïëîâûå ôëóêòóàöèè ïîêðûòèÿ è ïîäëîæêèçåðêàë.
Âàæíîé çàäà÷åé ÿâëÿåòñÿ òî÷íûé ðàñ÷¼ò è ïîèñê ïóòåé èõ ñíèæåíèÿ.Èñòî÷íèêè øóìîâ è ìåòîäû èõ ðàñ÷¼òîâ ìîãóò áûòü îäèíàêîâûìè äëÿ ðàçëè÷íûõ îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ. Ôëóêòóàöèè â ñîðîêà êèëîãðàììîâûõ çåðêàëàõ LIGO è â ìèêðîñêîïè÷åñêèõ äèýëåêòðè÷åñêèõ ðåçîíàòîðàõ ìîãóò èìåòü îáùèå ïðè÷èíû. Ñåé÷àñ ïîÿâëÿåòñÿ ìíîæåñòâî íîâûõ îïòè÷åñêèõ èçìåðèòåëüíûõ ñèñòåì. Ìíîãèå ïðîðî÷àò â ñêîðîì âðåìåíè ïåðåõîäîò êëàññè÷åñêîé ýëåêòðîíèêè ê ôîòîíèêå êîãäà îñíîâíûì íîñèòåëåì ýíåðãèè è èíôîðìàöèè áóäåò ñâåòîâîå èçëó÷åíèå. Âîëîêîííî-îïòè÷åñêèå ëèíèè ïåðåäà÷è äàííûõ óæå àêòèâíîèñïîëüçóþòñÿ â ñèñòåìàõ ñâÿçè, òàê êàê ñïîñîáíûå ïåðåäàâàòü áîëüøèå ìàññèâû äàííûõñ ìåíüøèìè ïîòåðÿìè è ïðàêòè÷åñêè íåâîñïðèèì÷èâû ê ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîëÿì. Ðàçâèòèå äàííîé îáëàñòè òðåáóåò ñîçäàíèÿ ýôôåêòèâíûõ óñòðîéñòâ ñîïðÿæåíèÿ ðàäèî ñèãíàëîâñ îïòè÷åñêèìè ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ìîäóëÿòîðîâ è îïòîýëåêòðîííûõ ãåíåðàòîðîâ. Ïåðñïåêòèâíûì áàçèñíûì ýëåìåíòîì äëÿ ýòèõ óñòðîéñòâ ÿâëÿþòñÿ íåëèíåéíûå ìèêðîðåçîíàòîðû ñìîäàìè òèïà øåï÷óùåé ãàëåðåè (ÌÌØÃ) [5, 6, 7, 8].
 ÷àñòíîñòè, èõ èñïîëüçîâàíèå ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü îïòè÷åñêèå ãðåá¼íêè èçëó÷åíèå, ñîñòîÿùåå èç î÷åíü áîëüøîãî ÷èñëà îòäåëüíûõ6ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé, ðàâíîîòñòîÿùèõ äðóã îò äðóãà íà ôèêñèðîâàííóþ ÑÂ× èëè ðàäèî÷àñòîòó. Íåäàâíî áûëî ïîêàçàíî [9][A3], ÷òî íåñòàáèëüíîñòü â òàêèõ ãðåá¼íêàõ âîçíèêàåò íå âñëåäñòâèå êàêèõ-ëèáî ôóíäàìåíòàëüíûõ îãðàíè÷åíèé è ñ íåé ìîæíî áîðîòüñÿ.
Áîëåå òîãîýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë îò ïðÿìîãî äåòåêòèðîâàíèÿ òàêîé ãðåáåíêè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé î÷åíü÷èñòûé ÑÂ×-ñèãíàë, íåîáõîäèìûé âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ. Ïîýòîìó èññëåäîâàíèå øóìîâ âýòîé ñèñòåìå ïðåäñòàâëÿþò áîëüøîé èíòåðåñ.0.2.Öåëè ðàáîòû• Ïîñòðîåíèå ìåòîäà òî÷íîãî ðàñ÷¼òà ôàçîâîãî øóìà ìíîãîñëîéíûõ çåðêàë è ïîèñê ïóòèåãî ïîäàâëåíèÿ• Ïîèñê èñòî÷íèêîâ äîïîëíèòåëüíûõ øóìîâ â ìíîãîñëîéíûõ çåðêàëàõ• Ðàçðàáîòêà è îïòèìèçàöèÿ ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ìîäóëÿòîðîâ íà îñíîâåÌÌØÕ Ðàñ÷¼ò øóìîâ â îïòè÷åñêèõ ìèêðîðåçîíàòîðàõ ñ ÌØÃ0.3.Íàó÷íàÿ íîâèçíàÐàññìîòðåíû êëàññè÷åñêèå èñòî÷íèêè øóìîâ â ìíîãîñëîéíûõ çåðêàëàõ è âûÿâëåí ôî-òîóïðóãèé øóì, íå ó÷èòûâàâøèéñÿ ðàíåå. Ðàçðàáîòàíû ìåòîäû ðàñ÷¼òà øóìîâ ñ ó÷¼òîìïðîíèêíîâåíèÿ ñâåòà â ãëóáü çåðêàëà è ïîêàçàíî, ÷òî ïîïðàâêà çà ñ÷¼ò èíòåðôåðåíöèè ââåðõíèõ ñëîÿõ çåðêàëà íå äîñòèãàåò 10%.
Íåîáû÷íûì îêàçàëîñü òî, ÷òî ýòà ïîïðàâêà èìååòîáðàòíûé çíàê (ò.å. ïðîèñõîäèò íåáîëüøîå ñàìîïîäàâëåíèå øóìà).Ïðîàíàëèçèðîâàíû ðàçëè÷íûå ìåòîäû ïîäàâëåíèÿ ôàçîâîãî øóìà â ìíîãîñëîéíûõ çåðêàëàõ. Ïîêàçàíî, ÷òî îáùåïðèíÿòîå óòâåðæäåíèå îá îïòèìàëüíîñòè ïîëóâîëíîâîé ñóììàðíîéòîëùèíû ïàð ñëî¼â â îáùåì ñëó÷àå íåâåðíî.Ïðåäëîæåíû è èññëåäîâàíû íîâûå âèäû øóìîâ êðèñòàëëèçàöèè (ðàññòåêëîâàíèÿ) èâÿçêîãî òðåíèÿ. Âïåðâûå ïðîèçâåäåíà îöåíêà ïëîòíîñòè ÷àñòîòû ñîáûòèé êðèñòàëëèçàöèè íàîñíîâå ëèòåðàòóðíûõ äàííûõ îá óêîðà÷èâàíèè ñòåðæíåé, ÷òî ïîçâîëèëî äàòü êîëè÷åñòâåííóþ îöåíêó øóìà ðàññòåêëîâàíèÿ â çåðêàëå è åãî ïîäâåñàõ.Èññëåäîâàíà âîçìîæíîñòü ïîñòðîåíèÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ìîäóëÿòîðîâ íà îñíîâå ÌÌØà è ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü îïòèìèçàöèè ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïóò¼ì âûáîðàôîðìû ðàäèî÷àñòîòíîãî ðåçîíàòîðà.
