Технические науки

Ученые уменьшили размер оптических и микроволновых устройств

Katie Willis/University of Alberta

Российская группа физиков создала сверхрезонатор в микроволновом диапазоне. Разработка позволит производить высокоэффективные компактные элементы для микроволновой техники и оптических компьютеров. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.

Большинство современных бытовых приборов работают по принципу управления радио-, акустическими или оптическими волнами. Резонаторы — важные элементы в таких системах, эти устройства многократно усиливают интенсивность падающей волны. Хороший резонатор, способный эффективно захватывать и удерживать электромагнитное излучение, обычно имеет большие размеры, однако почти всегда к современным устройствам предъявляют требования компактности.

Физики Университета ИТМО, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Австралийского национального университета нашли решение этого противоречия, создав субволновой резонатор с размерами много меньше длины волны, способный максимально эффективно концентрировать электромагнитную энергию. Для решения задачи ученые прибегли к использованию известных из квантовой механики связанных состояний в континууме. Это явление заключается во взаимодействии излучений двух связанных резонансов, существующих в одной системе. Оно может приводить как к усилению, так и к полному подавлению излучения резонатора.

«В нашей работе было показано, что мы можем обеспечить такую геометрию резонатора, при которой излучаемые им колебания в дальней зоне подавляют друг друга, — рассказывает один из авторов исследования Михаил Одит. — Это происходит, когда резонатор формирует два типа колебаний, имеющих схожую форму полей и возникающих на одной частоте. Если колебания взаимно вычитаются, то резонатор перестает излучать энергию, что фактически означает значительное повышение его эффективности. При этом само устройство остается компактным».

Чтобы наблюдать описанный эффект, необходимо правильно выбрать форму, размер и материал резонатора. Исследователи остановились на устройстве цилиндрической формы из микроволной керамики с большой диэлектрической проницаемостью. Чтобы с необходимой точностью подобрать размер нужного цилиндра, исследователи изготовили небольшой набор из цилиндров, высота самого маленького составила всего четверть миллиметра, а самого крупного — 15 мм. Комбинируя набор из этих резонаторов, можно было собрать конечный образец нужной высоты, сохраняя точность подбора высоты всего ¼ мм. В результате ученым удалось найти оптимальные размеры цилиндра и экспериментально наблюдать суперрезонансные состояния. При этом было показано, что уже 5%-е изменение высоты резонатора приводило к стократному увеличению его добротности. Таким образом, ученым удалось добиться максимально высокой добротности резонатора для данного материала. Сделать его более эффективным можно, только предложив еще более совершенный диэлектрик с меньшим уровнем поглощения.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.