Автореферат (Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов), страница 4

Нарис. 9(б) показана зависимость абсолютной величины вносимого фактора механических по­терь для этих двух случаев от квадрата амплитуды ВЧ-напряжения на катушках индуктив­ности 10 = 20 ≃ 0 /2. Аналогичная зависимость, рассчитанная по формулам теорети­ческой части, также приведена на рис. 9(б) (сплошная кривая). Можно отметить хорошеесоответствие результатов эксперимента и расчетных данных.Результаты четвертой главы опубликованы в работе [A4].В заключениисформулированы основные результаты и выводы диссертации:1. Экспериментально реализована система управляемого демпфирования колебаний квар­цевой нити, в которой использовались специально разработанные оптический сенсори электростатический актюатор, осуществлявший силовое воздействие на электриче­ски заряженный участок поверхности нити.

Использование этой системы позволяетуправлять добротностью струнных мод колебаний нити из плавленого кварца (макетаподвеса пробной массы гравитационно-волнового детектора) в диапазоне от 2 × 104 до191,2 × 107 . Также проанализирована и экспериментально реализована система демпфи­рования струнных мод колебаний кварцевой нити с использованием промежуточногоосциллятора — изгибной моды колебаний кварцевой пластины с резонансной часто­той, близкой к резонансной частоте демпфируемой моды колебаний кварцевой нити.Показано, что эта система имеет меньшую эффективность по сравнению с системойдемпфирования, включающей оптический сенсор и электростатический актюатор.2.

Экспериментально реализованы различные методы нанесения на участок кварцевойнити поверхностного электрического заряда: посредством контактной электризации,электронной бомбардировки, а также путем перераспределения электрического зарядав электростатическом поле при нагреве нити. Максимальная линейная плотность на­несенного электрического заряда была получена последним из указанных методов, еевеличина составила 2,6 × 10−12 Кл/см для нити диаметром ≈ 240 мкм.3.

Получено приближенное аналитическое решение уравнения движения и проанализиро­вана структура различных мод колебаний с большими значениями углового индексав свободных акустических дисковых резонаторах, рассчитаны их собственные частотыи пространственные распределения амплитуд вектора смещения. Полученные резуль­таты подтверждены экспериментально для квазирэлеевских, квазилэмбовских и квази­клиновых мод колебаний, а также мод шепчущей галереи в дисковом резонаторе издюралюминия.4. Экспериментально получен спектр изгибных мод колебаний для значений углового ин­декса 2 ≤ ≤ 30 в дисковом резонаторе из монокристаллического кремния.

Показано,что для использовавшегося в экспериментах кремниевого дискового резонатора в диа­пазоне значений . 6 основной вклад в фактор механических потерь вносят потери вкреплении резонатора, при 6 . . 26 преобладающими становятся термоупругие по­тери, а при & 26 — поверхностные потери. Показано, что при увеличении амплитудыколебаний в этих модах преобладает геометрическая нелинейность, измеренная вели­чина коэффициента нелинейности для моды колебаний с = 19 составила 3 × 108 м−2 .5. Предложена, теоретически проанализирована и экспериментально реализована схемадемпфирования изгибных мод колебаний дисковых резонаторов из монокристалличе­ского кремния с использованием параметрического емкостного преобразователя с дву­мя радиочастотными электрическими колебательными контурами.

Применение этойсхемы позволило значительно усилить взаимодействие между механическими и элек­20трическими модами колебаний. Полученные экспериментальные данные хорошо согла­суются с результатами расчетов.Список публикаций[A1] A.V. Dmitriev, S.D. Mescheriakov, K.V. Tokmakov, V.P. Mitrofanov. Controllable damp­ing of high-Q violin modes in fused silica suspension fibers // Classical and Quantum Grav­ity. — 2010.

— Vol. 27, no. 2. — P. 025009.[A2] A.V. Dmitriev, D.S. Gritsenko, V.P. Mitrofanov. Surface vibrational modes in disk-shapedresonators // Ultrasonics. — 2014. — Vol. 54, no. 3. — Pp. 905–913.[A3] A.V. Dmitriev, D.S. Gritsenko, V.P. Mitrofanov. Non-axisymmetric flexural vibrationsof free-edge circular silicon wafers // Physics Letters A. — 2014. — Vol. 378, no. 9. —Pp. 673–676.[A4] A.V. Dmitriev, V.P. Mitrofanov. Enhanced interaction between a mechanical oscillatorand two coupled resonant electrical circuits // Review of Scientific Instruments. — 2014. —Vol. 85, no. 8. — P.

085005.[A5] А.В. Дмитриев. Холодное демпфирование струнных мод кварцевых подвесов пробныхмасс гравитационно-волновых детекторов // 13-я российская гравитационная конфе­ренция — международная конференция по гравитации, космологии и астрофизике:тезисы докладов. — Москва: РУДН, 2008. — С. 146–147.[A6] А.В. Дмитриев. Управляемое демпфирование высокодобротных струнных кварцевыхосцилляторов // Материалы докладов XVI Международной конференции студентов,аспирантов и молодых ученых «Ломоносов».

— Москва: МАКС Пресс, 2009.[A7] A.V. Dmitriev, S.D. Mescheryakov, K.V. Tokmakov, V.P. Mitrofanov. Variant of violinmode damping system for fused silica fiber suspension. — Документ LIGO G0900183-v2. —2009. — http://dcc.ligo.org.[A8] A.V. Dmitriev. Damping of high-Q violin modes in fused silica suspension fibers. —Документ LIGO G1000875-v1. — 2010. — http://dcc.ligo.org.[A9] А.В. Дмитриев, Д.С. Гриценко, В.П. Митрофанов. Поверхностные моды упругих ко­лебаний в тонких дисках // Физико-математическое моделирование систем: материалыIX Междунар. семинара.

Часть 1. — Воронеж: ФГБОУ ВПО ВГТУ, 2012. — С. 37–43.21[A10] A.V. Dmitriev, V.P. Mitrofanov. Measurements of mechanical losses in silicon wafers. —Документ LIGO G1300987-v1. — 2013. — http://dcc.ligo.org.Цитированная литература[1] T. Sulchek, G.G. Yaralioglu, C.F. Quate, S.C. Minne. Characterization and optimization ofscan speed for tapping-mode atomic force microscopy // Review of Scientific Instruments.

—2002. — Vol. 73, no. 8. — P. 2928.[2] C. Jeong, S. Seok, B. Lee et al. A study on resonant frequency and Q factor tunings forMEMS vibratory gyroscopes // Journal of Micromechanics and Microengineering. — 2004. —Vol. 14, no. 11. — Pp. 1530–1536.[3] G. Ctistis, E.H. Frater, S.R.

Huisman et al. Controlling the quality factor of a tuning-forkresonance between 9 and 300 K for scanning-probe microscopy // Journal of Physics D:Applied Physics. — 2011. — Vol. 44, no. 37. — P. 375502.[4] I.S. Grudinin, H. Lee, O. Painter, K.J. Vahala. Phonon laser action in a tunable two-levelsystem // Physical Review Letters. — 2010. — Vol. 104, no.

8. — P. 083901.[5] N.A. Robertson, G. Cagnoli, D.R.M. Crooks at al. Quadruple suspension design for advancedLIGO // Classical and Quantum Gravity. — 2002. — Vol. 19, no. 15. — Pp. 4043–4058.[6] M. Pinard, P.F. Cohadon, T. Briant, A. Heidmann. Full mechanical characterization of a colddamped mirror // Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics. — 2001.

—Vol. 63, no. 1. — Pp. 013808–013801.[7] J.D. Teufel, T. Donner, D. Li et al. Sideband cooling of micromechanical motion to thequantum ground state // Nature. — 2011. — Vol. 475, no. 7356. — Pp. 359–363.[8] J. Chan, T.P.M. Alegre, A.H. Safavi-Naeini et al. Laser cooling of a nanomechanical oscillatorinto its quantum ground state // Nature. — 2011. — Vol. 478, no. 7367. — Pp. 89–92.[9] J. Suh, M.D. Lahaye, P.M. Echternach at al. Parametric amplification and back-action noisesqueezing by a qubit-coupled nanoresonator // Nano Letters. — 2010. — Vol. 10, no. 10. —Pp. 3990–3994.[10] H. Okamoto, K. Onomitsu, T.

Sogawa, H. Yamaguchi. Optical control of nanomechanicalvibration in GaAs resonators // NTT Technical Review. — 2011. — Vol. 9, no. 2.22[11] G.M. Harry (for the LIGO Scientific collaboration). Advanced LIGO: The next generation ofgravitational wave detectors // Classical and Quantum Gravity. — 2010. — Vol. 27, no. 8. —P. 084006.[12] G.D. Hammond, A.V. Cumming, J.