отзыв оппонента Манукина (Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов)

Отзыв официального оппонента на диссертацию Дмитриева Артемия Владимировича «Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов». представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математическпх наук по специальности 01.04.01 — приборы и методы экспериментальной физики. Высокодобротные механические резонаторы находят широкое применение в устройствах для стабилизации частоты и обработки сигналов, в приборах инерционной навигации, в различных сенсорах. В некоторых случаях очень важно уметь управлять их добротностью.

В настоящее время большое внимание уделяется так называемому холодному демпфированию колебаний механических резонаторов, при котором удается значительно снизить нх тепловой шум. Различные реализации холодного демпфирования колебаний механических осцилляторов в микро- и наноэлектромеханических системах позволяют охладить их вплоть до состояний„близких к основному квантовому и таким образом приблизиться к созданию макрос конических систем, поведение которых определяется законами квантовой механики. Другая фундаментальная проблема физики связана с созданием детекторов для поиска гравитационного излучения от космических источников.

Для решения этой проблемы созданы крупные международные проекты. В одном из таких проектов участвует группа МГУ, в которой выполнялась диссертационная работа А.В. Дмитриева. Его исследование посвящено разработке систем демпфирования струнных мод колебаний в кварцевых подвесах пробных масс ннтерферометрнческих гравитационно-волновых детекторов. Вторая часть его работы также связана с разработкой подвесов пробных масс для детекторов следующего поколения, которые предполагается изготавливать нз монокристаллического кремния. Дисковые кремниевые резонаторы позволяют проводить исследования механизмов потерь и искать методы их снижения.

Для демпфирования колебаний дисковых резонаторов автором предложено оригинальное усовершенствование существующей стандартной электромеханической системы демпфирования, работающей в режиме разрешенной боковой полосы, позволяющее увеличить ее эффективность. Таким образом, актуальность темы диссертационного исследования А.В. Дмитриева не вызывает сомнений. Диссертация состоит из введения, четырех глав. основных результатов и выводов, а также списка цитируемой литературы. Во введении продемонстрированы актуальность и практическая значимость работы, сформулированы основные пели и задачи исследования, а также положения, выносимые на защиту, показана научная новизна и обоснована достоверность полученных результатов.

В первой главе представлен обзор литерагуры по теме диссертационной работы, анализируются различные системы управляемого демпфирования механических осцилляторов, а также их флуктуационное влияние на демпфируемые объекты. Сформулированы проблемы, связанные с необходимостью демпфирования струнных мод колебаний в подвесах пробных масс интерферометрических гравитационно-волновых детекторов. Вторая глава посвящена описанию разработанной автором системы демпфирования струнных мод колебаний кварцевых нитей подвеса пробных масс. Она была реализована на специально изготовленном монолитном кварцевом макете.

Для нее был сделан оригинальный оптический датчик смещений кварцевой нити и электростатический актюатор силового воздействия на заряженный участок кварцевой нити. Подробно и обстоятельно описаны исследованные автором различные способы нанесения электрического заряда на поверхность нити. Созданная система демпфирования позволила изменять добротность струнных мод колебаний кварцевой нити в широком диапазоне от 2х10 до 1,2х10'. Третья глава состоит из двух разделов, в первом из которых осуществлен теоретический расчет собственных частот и формы мод механических колебаний свободных дисковых резонаторов с произвольным отношением толщины к диаметру.

Основное внимание уделено модам колебаний свободного однородного дискового резонатора с отличными от нуля значениями углового ~азимутального) индекса. Проведенные автором экспериментальные исследования показали хорошее совпадение с теоретическими расчетами. Во втором разделе третьей главы представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований диссипации в изгибных модах механических колебаний кремниевых монокристаллических дисков.

Они интересны тем, что, как показано автором, для различных значений углового индекса превалируют различные механизмы диссипацни: в креплении резонатора, термоупругие, обусловленные поверхностными потерями. Прн увеличении амплитуды колебаний этих мод проявляются нелинейные эффекты, которые, как указывает автор, связаны с геометрической нелинейностью. Коэффициент нелинейности был получен на основе экспериментальных измерений.

Дисковые резонаторы из кремния были использованы А.В. Дмитриевым для экспериментального исследования разработанной им второй системы демпфирования механических колебаний, Этому посвящена четвертая глава диссертационной работы. В основе предлагаемой системы лежит параметрическое взаимодействие, осуществляемое посредством емкостного преобразователя, между механическим осцнллятором и двумя нндуктнвно связанными между собой электрическими радиочастотными колебательнымп контурами. Реализуется режим разрешенной боковой полосы, когда частота механических колебаний много больше полосы пропускания каждого из электрических контуров, Теоретический анализ поведения такой трехмодовой системы выполнен методом разложения по малому параметру.

Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами расчетов, Использование трехмодовой системы позволило автору значительно усилить взаимодействие между механической н электрическими подсистемами. Основные результаты, представленные в диссертационной работе А.В. Дмитриева, являются новыми. Они представляют интерес не только для исследователей, занимающихся разраооткой приемных элементов для гравитационно-волновых детекторов, но также для специалистов, разрабатывающих электромеханнческие колебательные систем для различных применений. В качестве несомненных достоинств диссертационной работы следует отметить то, что для решения поставленных задач автором были разработаны специальные методики исследования и созданы экспериментальные установки с использованием современной аппаратуры и компьютерных методов получения и обработки экспериментальных данных. Результаты проведенных кропотливых экспериментов сравнивались с теоретическими расчетами, которые также были выполнены автором на высоком уровне.

Получено хорошее согласие между расчетами и экспериментом. Все это подтверждает достоверность полученных результатов и надежную обоснованность защищаемых научных положений. Уровень проведенных исследований свидетельствует о высокой квалификации автора. Вместе с тем можно сделать ряд замечаний по диссертации: 1. Для возбуждения колебаний в струнном осцилляторе, описанном во второй главе диссертационной работы, автор использует гребенчатый электрод, изображение которого приводится на рис. 2.2.

Для возбуждения колебаний в дисковых резонаторах он также использует электрод, называемый гребенчатым, хотя по смыслу и судя по рнс. 4.2, электрод имеет иную конструкцию. Во избежание путаницы было бы целесообразно четко определить конструкцию н принцип работы электродов для электростатического возбуждения колебаний в двух рассмотренных случаях.

2. На рис. 3.15 представлены измеренные и рассчитанные резонансные частоты дискового резонатора. Можно видеть пересечения различных семейств мод. Не ясно, возникает лн при этом связь между разлпчными модами колебаний и как она проявляется. 3. При исследовании вынужденных колебаний в дисковых резонаторах из кремния автор обнаружил значительную нх нелинейность, проявляющуюся при увеличении амплитуды вынуждающей силы, н делает вывод о том, что она имеет геометрическузо природу, не давая никакого обоснования такому заключению.

Замечания не снижают общую высокую оценку диссертационной работы А.В. Дмитриева, в которой решена научная задача управления затуханием в высокодобротных механических колебательных системах. В целом диссертация А.В. Дмитриева представляет собой содержательную завершенную научную работу, в которой разработаны н экспериментально реализованы системы управляемого демпфирования колебаний высокодобротных механических резонаторов. Автором проведен обстоятельный теоретический анализ процессов в этих системах.

Сравнение расчетов с экспериментальными данными показали их хорошее соответствие. Работа важна для создания различных устройств с использованием электромеханических колебательных систем. Тема и содержание работы соответствуют специальности 01.04,01 — Приборы и методы экспериментальной физики. Результаты диссертации опубликованы в ведущих научных журналах. Автореферат диссертации правильно и полно отражает ее содержание. Диссертационная работа А.В. Дмитриева отвечает всем требованиям ВАК РФ, предьявляемым к кандидатским диссертациям, а ее автор, безусловно, заслуживает присвоения ему искомой ученой степени кандидата физико-математических наук.

Официальный оппонент Д.ф.-м,н., профессор. Главный научный сотрудник института ф ки Земли им. О.К). Шмидта РАН Манукин Анатолий Борисович Почтовый адрес: 123995, ГСП-5, Москва Д-242, Б,Грузинская ул,, 10, стр. 1. тел.: +7-499-254-23-50 яяй~~;;; е-шарк аптапйг Подпись А.Б.

.