Автореферат (1102363), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Ýòî ïîçâîëèò ñîçäàâàòü ýôôåêòèâíûå îïòè÷åñêèå ìîäóëÿòîðû è ïðèåìíèêè.14Òàêæå ìíîãîìîäîâîñòü ñèñòåìû ïðåäîñòàâëÿåò áîãàòûé âûáîð ðåæèìîâ ðîáîòû ìîäóëÿòîðà. 3 ãëàâå ïðîèçâîäèòñÿ ðàñ÷¼ò äàííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ êîíôèãóðàöèé ÑÂ×ïîëÿ.Ïðîèçâåäåíî ïîñòðîåíèå òåîðèè ãàðìîíè÷åñêîé ìîäóëÿöèè â ìíîãîìîäîâîé ñèñòåìå èïîêàçàíî, ÷òî êîëåáàíèå êàæäîé ìîäû ñîñòîèò èç äâóõ ÷àñòåé.
Ïåðâàÿ íåñóùàÿ êîëåáëåòñÿñ ÷àñòîòîé íàêà÷êè ñ ïîñòîÿííîé àìïëèòóäîéíàêà÷êè ñ äàííîé ìîäîé ìîäîébk ,ïðîïîðöèîíàëüíîé èíòåãðàëó ïåðåêðûòèÿXk . Âòîðàÿ ìîäóëèðîâàííàÿ ÷àñòü ñîñòîèò èç êîëåáàíèé íà÷àñòîòàõ ñäâèíóòûõ îòíîñèòåëüíî íàêà÷êè íà±ωRF , c àìïëèòóäàìè a±k , ïðîïîðöèîíàëüíûìèîòíîñèòåëüíîìó ñäâèãó ÷àñòîòû ñèãíàëüíîé ìîäûδω 1=δω =ω2ãäåDW GM ∗èW W GMRDiW GM ∗ rijk EkRF DjW GM dV0 W W GM êîìïëåêñíî-ñîïðÿæ¼ííîå ïîëå ýëåêòðè÷åñêîãî ñìåùåíèÿ è ïîëíàÿýíåðãèÿ (óäâîåííàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ) ñèãíàëüíîé ìîäû èäû íàêà÷êè,rijk(2.3.1)DW GMýëåêòðè÷åñêîå ñìåùåíèå ìî- ýëåêòðîîïòè÷åñêèé òåíçîð.
Òàêàÿ ôîðìóëèðîâêà óäîáíà äëÿ ÷èñëåííîãîìîäåëèðîâàíèÿ, òàê êàê âåêòîð ñìåùåíèÿ ïðîùå âñåãî ïîëó÷èòü èç ìîäåëè. Ïðè ýòîì íåèñïîëüçóåòñÿ òåíçîð äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè, ñèëüíî óñëîæíÿþùèé àíàëèòè÷åñêèåðàñ÷¼òû. Ñëó÷àè ìîäóëÿöèè áåãóùåé è ñòîÿ÷åé âîëíîé (ðàçîìêíóòûé ìèêðîïîëîñîê) ðàçëè÷àþòñÿ òîëüêî òåì, ÿâëÿåòñÿ ëèδωâûðàæåíèåì ñ àçèìóòàëüíûì ÷èñëîì ñîîòâåòñòâóþùåãîçíàêà, èëè æå èõ ïîëóñóììîé.Ââèäó öèëèíäðè÷åñêîé ñèììåòðèè çàäà÷è ôîðìóëà (2.3.1) ÷àñòè÷íî ïðîèíòåãðèðîâàíà.Ïîëó÷åííûå àíàëèòè÷åñêèå ñîîòíîøåíèÿ îïðåäåëÿþò ýôôåêòèâíîñòü ìîäóëÿöèè è ¾ïðàâèëàîòáîðà¿ äëÿ âçàèìîäåéñòâóþùèõ ìîä. Äëÿ àíàëèçà âçàèìîäåéñòâèÿ íåîáõîäèìî ââåñòè îáîáù¼ííîå àçèìóòàëüíîå ÷èñëîM = mp − ms +mRF, ãäålϕmp , msèmRF àçèìóòàëüíûå ÷èñëàíàêà÷êè, ñèãíàëüíîé è ðàäèî÷àñòîòíîé ìîäû, lϕ óãëîâàÿ äëèíà ÑÂ× ðåçîíàòîðà.
Îòìåòèì,÷òî êëàññè÷åñêèå ìîäû ðåçîíàòîðà ñ ñîñðåäîòî÷åííîé ¼ìêîñòüþ áóäóò èìåòümRF = 0,ìîäûêîëüöåâîãî ðåçîíàòîðà öåëûå, à ïîëóâîëíîâîãî ìèêðîïîëîñêîâîãî ðåçîíàòîðà ïîëóöåëûåçíà÷åíèÿ. Ïðè ýòîì âû÷èñëåíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî íåíóëåâîå ýëåêòðîîïòè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèå äëÿlϕ = 1âîçìîæíî òîëüêî â ñëó÷àå åñëèMðàâíî0, ±1, ±2, ±3. ñëó÷àå íèîáàòàëèòèÿ çà ñ÷¼ò åãî âíóòðåííèõ ñèììåòðèé äîïóñòèìûìè M îñòàþòñÿ òîëüêî0, ±3.Äëÿ àíàëèçà êîíôèãóðàöèé ðåçîíàòîðîâ ïðèìåíåíî ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå ìåòîäîìêîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ.
Ýòî ïîçâîëÿåò ñ õîðîøåé òî÷íîñòüþ îöåíèòü ñîáñòâåííûå ÷àñòîòû ðåçîíàòîðîâ ïðîèçâîëüíîé ôîðìû è ìàòåðèàëà è ñîîòâåòñòâóþùèå ðàñïðåäåëåíèÿ ïîëåé. Èñïîëüçóÿ ýòè ðàñïðåäåëåíèÿ ìîæíî ðàññ÷èòàòü ñäâèãè ðåçîíàíñíûõ ÷àñòîò îïòè÷åñêèõ ìîäïîä äåéñòâèåì ðàäèî÷àñòîòíûõ ìîä, èñïîëüçóÿ âûðàæåíèå (2.3.1).15Äëÿ ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ïîëåé èñïîëüçîâàëñÿ ïàêåò ïðîãðàììComsol Multiphysics 4.4 (PDE ìîäóëü) è óðàâíåíèÿ äëÿ ïîëåé â ìåðèäèàëüíîé (x − z ) ïëîñêîñòè (2D ãåîìåòðèÿ, öèëèíäðè÷åñêàÿ ñèììåòðèÿ) â ñëàáîé (èíòåãðàëüíîé) ôîðìå. Äëÿ îòáîðàè ñîðòèðîâêè ðåøåíèé è ïîñëåäóþùåé îáðàáîòêè èñïîëüçîâàëèñü ñêðèïòû íàïèñàííûå íàMatlab R2013b.Äàëåå ðàññ÷èòûâàëàñü ÑÂ× ìîäà â òîì æå ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèèr -zïðè öèëèíäðè÷åñêîéñèììåòðèè. Ñ÷èòàëîñü, ÷òî ïîëå âî âñ¼ì ïðîñòðàíñòâå ïðåäñòàâëÿåòñÿ â âèäå~ RF (r, z)eimrf ϕ .EÏðè ÷èñëåííîì ìîäåëèðîâàíèè íåêîòîðûå çàäà÷è, òàêèå êàê çàäà÷à íà ñîáñòâåííûå çíà÷åíèÿ, èìåþò íåîïðåäåë¼ííóþ àìïëèòóäó.
Ïîýòîìó ðåçóëüòàò ïîäîáíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïîëå, îòíîñèòåëüíî êîòîðîãî ïèñàëàñü ÷èñëåííàÿ ñõåìà íóæíî íîðìèðîâàòü íà ìàêñèìóì. íàøåì ñëó÷àå óäîáíåå íîðìèðîâàòü íà êîðåíü ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè ÑÂ× ðåçîíàòîðà√WRF =qR~ RF |2 /2dV ,0 |Eêàê ôèçè÷åñêè çíà÷èìóþ âåëè÷èíó: â ýêñïåðèìåíòå ìîæíî êîí-òðîëèðîâàòü òîëüêî ÑÂ× ìîùíîñòü, ââîäèìóþ â ðåçîíàòîð è ïåðåñ÷èòàòü â ýíåðãèþ âíóòðè ðåçîíàòîðà.  äèññåðòàöèè ïðåäñòàâëåíû êðèâûå ýôôåêòèâíîñòè ìîäóëÿöèè â çàâèñèìîñòè îò âèäà ÑÂ× ðåçîíàòîðà è àçèìóòàëüíûõ ÷èñåë ó÷àñòâóþùèõ âî âçàèìîäåéñòâèè ìîä.Ïðîàíàëèçèðîâàíû ðåçîíàòîð ñ ñîñðåäîòî÷åííîé ¼ìêîñòüþ, ìèêðîïîëîñêîâûé ðåçîíàòîð (çàìêíóòûé êîëüöåâîé), ìèêðîïîëîñêîâûé ðåçîíàòîð (ðàçîìêíóòûé ïîëóâîëíîâîé), äâóêîëüöåâîé (äâà ìèêðîïîëîñêà), ñêîøåííûé ÌÌØÃ.
Ïîëó÷åíû êâàçè-àíàëèòè÷åñêèå ôîðìóëû äëÿçàâèñèìîñòè ýôôåêòèâíîñòè ìîäóëÿöèè îò ñåêòîðíîé äëèíû ìèêðîïîëîñêîâîãî ÑÂ× ðåçîíàòîðà. Ïîêàçàíî, ÷òî ìàêñèìàëüíîå âçàèìîäåéñòâèå ñ ìèêðîïîëîñêîâîé ìîäîé äîñòèãàåòñÿïðè äëèíå áîëüøåé ïîëóîêðóæíîñòè.Âî âòîðîì ðàçäåëå ãëàâû 3 âåä¼òñÿ îáñóæäåíèå øóìîâ â ÌÌØÃ. Êàê çàÿâëÿëîñü âîââåäåíèè, ïðàêòè÷åñêè âñå èñòî÷íèêè øóìîâ è ìåòîäû èõ ðàñ÷¼òà, ïðèìåíÿâøèåñÿ äëÿ çåðêàë ãðàâèòàöèîííûõ àíòåíí, ñïðàâåäëèâû è äëÿ ìèêðîðåçîíàòîðîâ. Îñíîâíîé íàáëþäàåìîéäëÿ ðåçîíàòîðà ìîæíî ñ÷èòàòü åãî ðåçîíàíñíóþ ÷àñòîòó. Òîãäà, èñïîëüçóÿ ïðèáëèæ¼ííîåðàâåíñòâî äëÿ ÷àñòîòû ìîäûfm =cmïîëó÷èì2πRnδfδn δR≈− −,fnRãäåR ðàäèóñ ìèêðîðåçîíàòîðà,n(2.3.2) åãî íåâîçìóù¼ííûé ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ.
Äàëååïðîèçâîäèòñÿ ðàçäåëåíèå íà áðîóíîâñêóþ è òåïëîâóþ âåòâè, àíàëîãè÷íî ìíîãîñëîéíîìó çåðêàëó. Ïåðâûé ÷ëåí â ïðàâîé ÷àñòè ðàâåíñòâà ïðåäñòàâëÿåò â îáùåì ñëó÷àå íå ÷òî èíîå êàê(2.3.1) ïðè ïîñòîÿííûõˆ è δˆ = ij rjkl ElRF km .âèòü â òàêîì æå âèäå ñ~ ,δˆ = (~u∇)ˆãäå~uÌîæíî ïîêàçàòü, ÷òî âòîðîé ìîæíî ïðåäñòà- ïîëå ìåõàíè÷åñêèõ ñìåùåíèé.Äàëåå íà îñíîâå ôëóêòóàöèîííî-äèññèïàöèîííîé òåîðåìû â ïðåäñòàâëåíèè Ëåâèíà [25,1626] ïðîâîäèòñÿ ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå îñíîâíûõ âíóòðåííèõ øóìîâ (áðîóíîâñêîãî, ôîòîóïðóãîãî, òåðìîóïðóãîãî, òåðìîðåôðàêòèâíîãî) è èõ ñðàâíåíèå ñ ïðèâåä¼ííûìè ðàíåå âûðàæåíèÿìè.
Ïîêàçàíî, ÷òî íå âñå âûðàæåíèÿ ÿâëÿþòñÿ äîñòàòî÷íî òî÷íûìè è ÷òî òåðìîóïðóãèé øóì íå ÿâëÿåòñÿ ïðåíåáðåæèìî ìàëûì. Äëÿ ñëó÷àÿ ìîäóëÿòîðà ðàññìîòðåí äîïîëíèòåëüíûé øóì ÑÂ× ÷àñòè, íàçâàííûé ýëåêòðîííûì. Ïîëó÷åíî àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèåíà îñíîâå êâàçèýìïèðè÷åñêèõ ôîðìóë äëÿ ïàðàìåòðîâ ìèêðîïîëîñêà, ïîêàçàâøåå íåïëîõîåñîâïàäåíèå ñ ìîäåëèðîâàíèåì. êîíöå ãëàâû ðàññìàòðèâàåòñÿ âîïðîñ ÷óâñòâèòåëüíîñòè ìîäóëÿòîðà. Ïðè ýòîì ïîêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïðåäñòàâëåííûå ìåòîäû äåìîíñòðèðóþò õîðîøåå ñîãëàñèå ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìèèññëåäîâàíèÿìè äðóãèõ ãðóïï.Èòîãè ãëàâû 3  ãëàâå ðàññìîòðåíà òåîðèÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ìîäóëÿòîðîâ íà îñíîâåíåëèíåéíûõ ìèêðîðåçîíàòîðîâ ñ ìîäàìè òèïà øåï÷óùåé ãàëåðåè.
Ïîêàçàíî, ÷òî âîçìîæíûðàçëè÷íûå ñïîñîáû îðãàíèçàöèè ðàáîòû ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî ìîäóëÿòîðà. Äëÿ óñèëåíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ âîçìîæíî èñïîëüçîâàòü ìåòàëëè÷åñêèå ðåçîíàòîðû ðàäèî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà.Ïðè ýòîì â ñèëó öèëèíäðè÷åñêîé ñèììåòðèè ðàäèî÷àñòîòíûì ìîäàì ìîæíî òàê æå ïðèïèñàòü àçèìóòàëüíûå ÷èñëà. Âçàèìîäåéñòâèå îêàçàëîñü ìàêñèìàëüíî äëÿ íåáîëüøîãî ÷èñëàêîìáèíàöèé àçèìóòàëüíûõ ÷èñåë ó÷àñòâóþùèõ âî âçàèìîäåéñòâèè ìîä. Äëÿ íèîáàòà ëèòèÿðàçðåøåíû“ êîìáèíàöèè”mRFM = mp − ms ± mRF = 0, ±3,à òàê æå íå öåëî÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ(îçíà÷àþùèå íåçàìêíóòûå ìèêðîïîëîñêè).Ïðîâåä¼ííîå ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïîêàçàëî,÷òî ìåòàëëè÷åñêèé ðàäèî÷àñòîòíûé ðåçîíàòîð ñ ñîñðåäîòî÷åííîé ¼ìêîñòüþ ïðèâîäèò ê íàèáîëåå ñèëüíîìó ýëåêòðîîïòè÷åñêîìó âçàèìîäåéñòâèþ.
Äâóêîëüöåâàÿ ìîäèôèêàöèÿ ìèêðîïîëîñêîâîãî ðåçîíàòîðà ëó÷øå îáû÷íîé ëèíèè íà 812%. Ïðè ýòîì âåëè÷èíà âçàèìîäåéñòâèÿóâåëè÷èâàåòñÿ ñ óìåíüøåíèåì òîëùèíû ìèêðîïîëîñêîâ è ñðàâíèâàåòñÿ ñ âåëè÷èíîé äëÿ ìåòàëëè÷åñêîãî ðåçîíàòîðà ïðè òîëùèíå ìèêðîïîëîñêà ïîðÿäêà 10 ìêì (ïðèM = 0).Ðàçðàáîòàí ÷èñëåííûé ìåòîä îöåíêè âíóòðåííèõ òåïëîâûõ øóìîâ ìèêðîðåçîíàòîðà.Ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå ñóùåñòâóþùèõ ôîðìóë äëÿ ñïåêòðàëüíûõ ïëîòíîñòåé øóìîâ â ðåçîíàòîðàõ ðàçëè÷íîé ôîðìû ñ ðåçóëüòàòàìè ìîäåëèðîâàíèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî çà ñ÷¼ò òåïëîâîãîâçàèìîäåéñòâèÿ ñ îêðóæåíèåì ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü òåðìîðåôðàêòèâíîãî øóìà ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò ôîðìû ðåçîíàòîðà, òî åñòü ñïðàâåäëèâà ôîðìóëà â ïðèáëèæåíèè áåçãðàíè÷íîãî ïðîñòðàíñòâà. Òàêæå ïîêàçàíî, ÷òî â ñëó÷àå ìîäóëÿòîðà åãî ÷óâñòâèòåëüíîñòüáóäåò îïðåäåëÿòüñÿ øóìîì ÑÂ× ðåçîíàòîðà.173.
Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû è âûâîäû1. Ðàçðàáîòàí ìåòîä òî÷íîãî ðàñ÷¼òà ôàçîâûõ øóìîâ â äèýëåêòðè÷åñêèõ ìíîãîñëîéíûõïîêðûòèÿõ ñ ó÷¼òîì ïðîíèêàíèÿ ñâåòà âíóòðü ïîêðûòèÿ è ïðîõîæäåíèÿ ñêâîçü çåðêàëî,à òàêæå ìåòîä ðàñ÷¼òà äëÿ ñðåä ñ ïëàâíî ìåíÿþùèìñÿ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ. Âûäåëåíû äâå âåòâè òåðìîäèíàìè÷åñêèõ øóìîâ áðîóíîâñêèå è òåìïåðàòóðíûå. Øóìûâíóòðè ýòèõ âåòâåé êîððåëèðîâàíû è èõ ðàññìîòðåíèå äîëæíî ïðîâîäèòüñÿ ñîâìåñòíî, òàê êàê âîçìîæíû ýôôåêòû óñèëåíèÿ èëè ñàìîïîäàâëåíèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî çà ñ÷¼òèíòåðôåðåíöèè ïðîíèêàþùåãî ñâåòà âî âíåøíèõ ñëîÿõ ïðîèñõîäèò îñëàáëåíèå áðîóíîâñêîé âåòâè øóìà îò 2% (ïðîñòîå ïîêðûòèå) äî 20 % (ìàëîå ÷èñëî ñëî¼â).2. Íàéäåí êëàññ ïîêðûòèé ñ íåðàâíûìè îïòè÷åñêèìè òîëùèíàìè ñëî¼â, ìàêñèìèçèðóþùèé êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ.
Îïòèìèçàöèÿ òîëùèí ñëî¼â âíóòðè ýòîãî êëàññà ïîçâîëÿåò ñíèçèòü øóìû ïîêðûòèÿ íà 7 %. Äðóãèå ðàññìîòðåííûå ìåòîäû ïîäàâëåíèÿáðîóíîâñêèõ øóìîâ â ìíîãîñëîéíûõ ïîêðûòèÿõ ëèáî íå óñòîé÷èâû, ëèáî íå äàþò ëó÷øåãî ðåçóëüòàòà.3. Ïîñòðîåíû ìîäåëè äâóõ èçáûòî÷íûõ øóìîâ øóìà ñïîíòàííîé êðèñòàëëèçàöèè (ðàññòåêëîâàíèÿ) è øóìà âÿçêîãî òðåíèÿ. Îöåíåíà ïëîòíîñòü ÷àñòîòû ñîáûòèé ðàññòåêëîâàíèÿ äëÿ ïëàâëåííîãî êâàðöà. Ïðîâåäåíû îöåíêè ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè è ïîêàçàíî,÷òî äàííûå øóìû íå ïðåâûøàþò óæå èçâåñòíûå øóìû â ãðàâèòàöèîííûõ àíòåííàõ.4. Ðàçðàáîòàíà ÷èñëåííàÿ ìîäåëü äëÿ îöåíêè è îïòèìèçàöèè ýëåêòðîîïòè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ â ðåçîíàòîðàõ ñ ìîäàìè òèïà øåï÷óùåé ãàëåðåè.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
