31.08.2021

Результаты исследований нелинейных передаточных характеристик активных кольцевых резонаторов окажут серьезное влияние на развитие перспективных систем телекоммуникаций, навигации и радиолокации.

В последнее десятилетие все большее внимание ученых привлекает эффект бистабильности, который возникает в различных резонансных системах до порога автогенерации. Это явление обладает огромным потенциалом применения в оптике, спинтронике, радиофотонике и в смежных областях микроэлектроники.

Научная группа кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электрического университета «ЛЭТИ» под руководством доцента Виталия Валерьевича Витько выполняет фундаментальную работу, посвященную формированию нелинейных передаточных характеристик активных кольцевых резонаторов на ферритовых и сегнетоэлектрических структурах. Исследования ведутся с апреля 2020 года на средства гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук, рассчитанного до конца 2021 года.

В рамках первого этапа проекта ученые разработали теорию формирования передаточных характеристик активных кольцевых резонаторов на ферритовых и сегнетоэлектрических волноведущих структурах по отдельности. Апробация теории прошла на специально созданном экспериментальном макете кольцевого резонатора на ферромагнитной пленке, в котором исследователи зарегистрировали нелинейные сдвиги частоты и формирование бистабильной характеристики, а также измерили частотную область бистабильности в зависимости от различных амплитуд входного сигнала и коэффициентов усиления в кольце.

Основная гипотеза, выдвинутая в рамках исследований, – в активном кольцевом резонаторе на феррит-сегнетоэлектрической волноведущей структуре нелинейные эффекты могут возникать как благодаря нелинейности ферритовой пленки, так и благодаря нелинейности сегнетоэлектрика. Таким образом, управляя входными параметрами системы, влияющими на нелинейный отклик ферритов и сегнетоэлектриков, возможно управлять бистабильным поведением кольцевого резонатора. Вторая гипотеза заключается в возможности двойного электронного управления бистабильными характеристиками активных кольцевых резонаторов. Другими словами, бистабильными передаточными характеристиками такого кольцевого резонатора возможно управлять как при помощи электрического, так и при помощи магнитного полей.

«Гипотезы появились потому, что активные кольцевые резонаторы на магнитных пленках имеют две особенности. Во-первых, можно управлять уровнем потерь распространения сигнала и получать различные добротности такого резонатора, а также сильно увеличить амплитуду сигнала, который циркулирует в кольце. Во-вторых, спин-волновая линия задержки обладает различными дисперсионными характеристиками в зависимости от ориентации магнитного поля по отношению к направлению распространения волны», – рассказывает В.В. Витько.

«В ходе исследований выяснилось, что перевести активный кольцевой резонатор в бистабильный режим возможно, не только увеличивая амплитуду входного сигнала, но и компенсируя уровень потерь в резонаторе. Кроме того, при увеличении напряженности магнитного поля нелинейный коэффициент спиновых волн возрастает, что приводит к расширению диапазона бистабильности» - доцент кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Виталий Валерьевич Витько.

С точки зрения вклада в фундаментальную науку данная работа позволит получить новые знания о процессах, предшествующих автогенерации активных кольцевых резонаторов, но непосредственно влияющих на последующие за ними режимы монохроматической генерации сигнала и формирования солитонных импульсов.

Полученные результаты будут использованы для разработки новых электрически управляемых устройств на основе эффекта бистабильности – ключей, триггеров, ячеек памяти – которые найдут свое применение в создании новых СВЧ-приборов с улучшенными характеристиками, что окажет серьезное влияние на развитие перспективных систем телекоммуникаций, навигации и радиолокации.

В 2020 году научная группа опубликовала две статьи по тематике работы, одну из них – в журнале Results in Physics (Q2).

В настоящее время исследователи занимаются построением теории формирования нелинейного спектра активного кольцевого резонатора, в который включена феррит-сегнетоэлектрическая волноведущая структура.