Введение к работе
Актуальность темы Исследование взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом является одним из интенсивно развивающихся направлений науки и техники. В этой связи весьма важным представляется поиск новых лазерных методов генерации электромагнитных волн и управления ими в средах с переменными параметрами. Экспериментальное исследование радиационных эффектов, рассматриваемых теорией излучения и распространения электромагнитных волн в нестационарных и неоднородных средах, влечет за собой множество различных приложений - от параметрических генераторов, до детекторов элементарных частиц. Среди этих эффектов особый интерес представляет переходное рассеяние (ПР). Явление ПР было предсказано Гинзбургом В.Л. и Цытовичем В.Н. в І973 г. и заключается в следующем: при падении на заряженный источник волны диэлектрической проницаемости (ДП), создаваемой, например, мощным лазерным излучением, должно возникать электромагнитное излучение (ЭМИ). Наиболее важно с точки зрения физики то, что излучать может и неподвижный заряд. Несмотря на значительный научный интерес, явление ПР экспериментально практически не исследовалось. Поэтому задача обнаружения и исследования ПР, по нашему мнению, важна и актуальна.
Причиной испускания электромагнитных волн может являться как создание нестационарности, например, волны ДП в среде (таковым является процесс ПР), так и изменение во времени параметров неоднородных сред (поляризации, намагниченности и т.д.). Так, сравнительно недавно было зарегистрировано ЭМИ СВЧ, возникающее при изменении дипольного момента сегнетоэлектрического образца при его импульсном лазерном нагреве. Однако, полученные экспериментальные данные имели достаточно серьезное расхождение с теоретическими оценками. Так как области применения данного эффекта достаточно широки, - от исследования физических свойств сегнетоэлектриков, до методов регистрации коротких световых импульсов, - особый интерес представляет получение объективных экспериментальных данных. В связи с этим было целесообразно продолжить исследования эффекта.
В последнее время большое внимание уделяется исследованию волновых процессов в магнитоупорядоченных средах, в частности, распространению магнитостатических волн (МСВ) в пленках феррита. Исследования МСВ преимущественно ведутся в области создания пассивных устройств СВЧ, предназначенных для управления параметрами проходящего сигнала СВЧ. Основным функциональным узлом такого устройства - линии передачи на МСВ является пленка железо-иттриевого граната (ЖИГ)- Создавая нестационарность или неоднородность в пленке, можно управлять характеристиками МСВ и. следовательно, параметрами сигнала СВЧ. Несмотря на большое количе-
ство работ в этой области, нигде не затрагивался вопрос о возможности высокоскоростного управления характеристиками МСВ за счет изменения намагниченности пленки ЖИГ линии передачи путем ее импульсного лазерного нагрева, что немаловажно при разработке современных электронных устройств. В связи с этим, задача лазерного управления параметрами сигнала СВЧ в линии передачи на МСВ является также актуальной.
Исходя из вышесказанного, можно сформулировать основные задачи диссертационной работы.
Цель работы
-
Зафиксировать ПР лазерного излучения на источнике электрического поля в нестационарной среде. Исследовать его свойства.
-
Разработать методику измерений и исследовать свойства электромагнитного излучения СВЧ, возникающего при импульсном лазерном нагреве пироэлектриков.
3. Исследовать влияние воздействия лазерного излучения на
пленку ЖИГ линии передачи на МСВ. Осуществить быстрое управле
ние параметрами сигнала СВЧ путем импульсного лазерного нагрева
пленки ЖИГ линии передачи на МСВ.
Защищаемые положения
-
Экспериментальное подтверждение теоретического утверждения о возможности излучения электромагнитных волн неподвижными зарядами в нестационарных и неоднородных средах. Методика регистрации и результаты экспериментальных исследований ПР волны ДП, создаваемой мощным лазерным излучением на протяженном источнике электрического поля в керровской среде.
-
Методика регистрации и результаты исследований магнитной составляющей излучения СВЧ диапазона в средней зоне, возникающего при импульсном лазерном нагреве сегнетоэлектрика LiNbCb.
-
Метод высокоскоростного управления параметрами сигнала СВЧ путем нагрева пленки ЖИГ линии передачи на МСВ.
Научная новизна
В результате проведенных исследований была разработана методика и впервые зарегистрировано ПР волны ДП, создаваемой мощным лазерным импульсом, на неподвижном источнике электрического поля. Исследованы свойства ПР. Исследован процесс испускания электромагнитных волн монодоменными сегнетоэлектрическими кристаллами при их нагреве импульсным лазерным излучением. Разработана методика регистрации ЭМИ СВЧ в средней зоне, экспериментально исследованы свойства магнитной компоненты излучения. Впервые методом
лазерного нагрева пленки ЖИГ линии передачи на МСВ осуществлено быстрое управление параметрами сигнала СВЧ. Экспериментально исследованы изменения характеристик линии передачи при термическом воздействии на пленку феррита (ЖИГ)-
Научная и практическая ценность
Результаты выполненных исследований по регистрации и изучению свойств ПР являются экспериментальным доказательством возможности излучения неподвижными зарядами в нестационарных и неоднородных средах. Процесс ПР лазерного излучения на протяженном источнике электрического поля в керровской жидкости является примером принципиально нового в экспериментальном отношении вида излучения электромагнитных волн в оптическом диапазоне. Представляется, что полученные в ходе экспериментов результаты важны для понимания физических процессов, протекающих в плазме, могут быть использованы при решении задач электродинамики, акустики, теории упругости в области излучения и распространения волн в системах с переменными параметрами.
Разработанная методика получения и регистрации ЭМИ СВЧ се-гнетоэлектрическими материалами при их импульсном лазерном нагреве позволяет исследовать свойства монодоменных пироэлектриков (например, времена релаксации поляризации), кинетику, протекающих в них процессах. Результаты проведенных исследований показьгеают возможность использования рассматриваемого эффекта и методику измерений в качестве основы приемника мощных световых импульсов с повышенным временным разрешением.
Экспериментальные исследования в области управления параметрами СВЧ сигнала путем изменения характеристик линии передачи на МСВ показали эффективность метода изменения намагниченности феррита (пленки ЖИГ линии передачи) импульсным лазерным нагревом, что позволяет использовать линию передачи в сочетании с малогабаритными источниками светового излучения в качестве высокоскоростного управляемого элемента твердотельной электроники.
Апробация работы
Основные результаты работы и отдельные ее разделы докладывались на 15-ой Международной конференции по нелинейной и когерентной оптике (Ст.-Петербург, 1995), XIV-ой Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (Иваново, 1995), Первой объединенной конференции по магнитоэлектронике (Москва, 1995), 6-th European Magnetic Material and Applications Conference (Austria, 1995), на заседании Общемосковского семинара по теоретической физике под
руководством акад. ГинзбургаВЛ., на научном семинаре под руководством профессора Сигова А.С. и опубликованы в работах (1 - 9 ).
Вклад автора
Изложенные в работе результаты исследований получены лично автором и в соавторстве, при непосредственном его участии.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения; изложена на 155 страницах машинописного текста, включая 38 рисунков и библиографию, содержащую 113 наименований.
