На основе планарной световодной структуры кремний-двуокись кремния-нитрид кремния-фосфоросиликатное стекло разработан и изготовлен планарный поляризационный интерферометр для применения в качестве биосенсора. Продемонстрирована высокая чувствительность прибора в режиме рефрактометра, а также возможность его применения для точного определения количества связанных с поверхностью прибора молекулярных слоев на примере неспецифической сорбции альбумина и специфического связывания иммуноглобулина. Предложена качественная и количественная интерпретация экспериментальных результатов с привлечением модели поперечного синхронизма для описания оболочечных мод в сложной слоистой структуре.

Изложены результаты разработки гибридно-интегральной волноводно-планарной схемы миллиметрового диапазона, включающей все основные узлы приемопередатчика цифровой РРЛ. Тщательные электродинамический анализ элементов, измерение параметров полупроводниковых компонентов и моделирование узлов позволили изготовить недорогое устройство, обладающее высокими параметрами, повторяемостью характеристик, надежностью и устойчивостью к внешним воздействиям, что дало возможность использовать его в составе коммерческой цифровой РРЛ миллиметрового диапазона.

Розглянуто методи отримання двомірних інтегральних рівнянь для діелектричного хвилеводу з довільним прозорим середовищем у прямокутному екрані з застосуванням функції Гріна прямокутного хвилеводу. Отримано рівняння без контурних інтегралів з сильною сингулярністю ядер, а також ті, що одержуються з них інтегруванням за частинами (застосуванням формул Гріна) рівняння зі зниженою сингулярністю ядер. Наведено приклади аналізу структур діелектричних хвилеводів із застосуванням кінцевих елементів.

Рассмотрены методы получения двумерных интегральных уравнений для диэлектрического волновода с произвольной прозрачной средой в прямоугольном экране с использованием функции Грина прямоугольного волновода. Получены уравнения без контурных интегралов с сильной сингулярностью ядер, а также получающиеся из них интегрированием по частям (применением формул Грина) уравнения с пониженной сингулярностью ядер. Приведены примеры анализа структур диэлектрических волноводов с использованием конечных элементов.

The methods of construction of two-dimensional integral equations for dielectric waveguides with arbitrary filling media using three-dimensional Green's function of rectangular waveguide have been considered. The two-dimensional integral equations without contour integrals with strong (nonintegrable) singularities in the its kernels have been obtained. Also the equations with reduced singularities have been introduced using the Green's formulas. The numerical results for dielectric waveguides are presented.

Виявлено два нових для оптики лазерів ефекти: кількісну невідповідність кутової структури дальнього поля, що формується малоапертурним одномодовим резонатором, фур'є-перетворенню його основної моди та майже повне гасіння бічних пелюсток дифракції за певної комбінації геометричних параметрів цього резонатора.

Досліджено розповсюдження нелінійних хвиль в ангармонійному середовищі вздовж системи зв'язаних плоскопаралельних оптичних хвилеводів. Запропоновано ефективний метод розв'язання даної задачі у випадку слабкого зв'язку між хвилеводами.

Исследовано распространение нелинейных волн в ангармонической среде вдоль системы связанных плоскопараллельных оптических волноводов. Предложен эффективный метод для решения этой задачи в пределе слабой связи волноводов.

The propagation of nonlinear waves in an anharmonic medium along an array of coupled parallel plane optical waveguides is considered. The effective method for solving this problem is proposed in the limit of weak waveguide coupling.

Викладено алгоритм розрахунку розсіювальних апланатичних лінз, у якому використано принципи графічного методу побудови профілів фокусувальних лінз. Відзначено основні фактори, які визначають точність розрахунків. Потреба в розсіювальних лінзах виникає під час створення пристроїв для сполучення квазіоптичних хвилеводів, які відрізняються робочим діаметром та забезпечують малі втрати основної хвилі.

Изложен алгоритм расчета рассеивающих апланатических линз, в котором использованы принципы графического метода построения профилей фокусирующих линз. Отмечены основные факторы, влияющие на точность расчетов. Необходимость в рассеивающих линзах возникает при создании устройств для соединения квазиоптических волноводов, отличающихся рабочим диаметром, с малыми потерями основной волны.

Diverging aplanatic lens calculation algorithm has been described. In it has used principals of graphical method development of profiles of focusing lens. Main factors affected on accuracy of calculation have shown. Diverging lens are needed at the development of a devices for connecting quasi-optical waveguides which has working diameter with low losses of primary wave.

Виконано статистичний аналіз коливань квазі-оптичного об'ємного НВЧ резонатора, заповненого випадковими діелектричними неоднорідностями. Показано, що неоднорідності, які спричинюють малі дисипативні втрати, призводять до суттєвого зсуву і розширення спектральних ліній. Цей ефект пов'язується нами зі стохастичним міжмодовим розсіюванням хвиль на неоднорідностях і є додатковим до дисипативного розширення, обумовленого омічними втратами. Зсув і розширення кожної спектральної лінії суттєво залежить від частотної відстані між нею і найближчими лініями спектра. За збільшення цієї відстані вплив неоднорідностей різко слабшає. Завдяки цьому відбувається ефективне розріджування спектра резонатора. Розріджування обумовлено тим, що поодинокі спектральні лінії в незначній мірі зазнають впливу неоднорідностей і зберігають свою велику добротність. В той же час, добротність близько розташованих ліній суттєво змінюється. В результаті за збудження резонатора в спектрі домінують нечисленні резонанси з найбільш великою добротністю.

Выполнен статистический анализ колебаний квазиоптического объемного СВЧ резонатора, заполненного случайными диэлектрическими неоднородностями. Показано, что неоднородности, вызывающие пренебрежимо малые диссипативные потери, приводят к существенному смещению и уширению спектральных линий. Этот эффект связывается нами со стохастическим межмодовым рассеянием волн на неоднородностях и является дополнительным к диссипативному уширению, обусловленному омическими потерями. Смещение и уширение каждой спектральной линии существенно зависят от частотного расстояния между нею и ближайшими линиями спектра. При увеличении этого расстояния влияние неоднородностей резко ослабевает. Благодаря этому происходит эффективное разрежение спектра резонатора. Разрежение обусловлено тем, что уединенные спектральные линии в незначительной степени подвержены влиянию неоднородностей и сохраняют свою высокую добротность. В то же время добротность близко расположенных линий существенно изменяется. В результате при возбуждении резонатора в спектре доминируют немногочисленные резонансы с наиболее высокой добротностью.

Statistical analysis of oscillations in SHF cavity resonator filled with random dielectric imperfections is performed. The imperfections have negligibly small dissipative losses and result in essential shift and widening of spectral lines. We relate this effect to stochastic intermode scattering of waves on imperfections. It is supplementary to dissipative widening caused by ohmic losses. The shift and widening of each spectral line depend essentially on frequency interval between this line and nearest lines of the spectrum. On increasing the interval, the influence of imperfections reduces substantially. This results in essential spectrum rarefaction. The rarefaction is due to the fact that solitary spectral lines are to minor extent subjected to the influence of imperfections and preserve their high quality factors. At the same time, the Q-factors of adjacent lines change substantially. As a result, when exciting the resonator, only sparse lines with high Q-factors dominate in the spectrum

Експериментально вивчено вплив випадкових неоднорідностей на спектр квазіоптичного циліндричного об'ємного резонатора міліметрового діапазону. Одержані дані узгоджуються з викладеною раніше спектральною статистичною теорією об'ємного резонатора з випадковими неоднорідностями. Результати експерименту підтверджують, що основним механізмом впливу неоднорідностей на спектр резонатора є міжмодове розсіювання, яке проявляється в зсуві та в збільшенні ширини резонансних ліній. Відповідно до теорії, ефект розсіювання є найбільшим, якщо сусідні лінії спектра знаходяться на близькій відстані одна від одної. Поодинокі лінії, відстань яких від найближчих сусідів є порівняно великою, під впливом слабких неоднорідностей змінюються мало. В результаті такого вибіркового впливу спектр резонатора проріджується. Встановлено, що в квазіоптичному резонаторі з невпорядкованим діелектричним заповненням поряд з регулярными проявляються й хаотичні властивості. Одержані результати можуть служити основою для моделювання впливу випадкових неоднорідностей на електронний спектр замкнутих наноелектронних структур (квантових точок та квантових більярдів).

Экспериментально изучено воздействие случайных неоднородностей на спектр квазиоптического цилиндрического объемного резонатора миллиметрового диапазона. Полученные данные согласуются с ранее изложенной спектральной статистической теорией объемного резонатора со случайными неоднородностями. Результаты эксперимента подтверждают, что основным механизмом этого воздействия является межмодовое рассеяние, которое проявляется в смещении и увеличении ширины резонансных линий. В соответствии с теорией, эффект рассеяния является наибольшим, если соседние линии в спектре находятся на близком расстоянии друг от друга. Одиночные линии, расстояние которых до ближайших соседей сравнительно велико, под действием слабых неоднородностей изменяются мало. В результате такого избирательного влияния неоднородностей спектр резонатора прореживается. Установлено, что в квазиоптическом резонаторе с неупорядоченным диэлектрическим заполнением наряду с регулярными проявляются также и хаотические свойства. Полученные результаты могут служить основой для моделирования влияния случайных неоднородностей на электронный спектр замкнутых наноэлектронных структур (квантовых точек и квантовых биллиардов).

The influence of random imperfections on the quasi-optical cavity cylindrical resonator spectrum was studied experimentally at millimeter wave band. The obtained data are agreed well with the spectral statistical theory of a cavity resonator with random imperfections, which was developed in the previous paper. The results of experiment confirm that the main mechanism of this influence is the intermode scatterng which reveals itself by the frequency shift and widening resonant lines. According to the theory, the scattering effect reaches maximal value when frequency interval between the adjacent resonant lines is minimal. The solitary lines almost are not changed by the influence of small imperfections. As a result of such a selective influence of imperfections, the spectrum of the resonator is rarefied. We found out that there are both the regular and the chaotic properties in the quasi-optical resonator with random imperfections. The obtained experimental results can be the basis for modeling the influence of random imperfections on the electron spectrum of closed nanoelectron structures (quantum dots and quantum billiards)

У лінійному за високочастотним електромагнітним полем наближенні одержано дисперсійне рівняння для довільного хвилеводу з тонким електронним пучком, що розповсюджується у просторово-періодичному поперечному й однорідному поздовжньому магнітних полях планарного убітрону. Незбурені траєкторії електронів, що описуються нелінійною системою рівнянь руху, знайдено шляхом розкладу в асимптотичний ряд за малим відношенням амплітуди магнітного поля ондулятора до величини поздовжнього магнітного поля. У ході розв'язку задачі підсилення біжучих хвиль обчислено смугу підсилення, інкремент просторового наростання амплітуд власних хвиль і проведено оцінку КПД убітрону з урахуванням магнітостатичного резонансу.

В линейном по высокочастотному электромагнитному полю приближении получено дисперсионное уравнение для произвольного волновода с тонким электронным пучком, распространяющимся в пространственно-периодическом поперечном и однородном продольном магнитных полях планарного убитрона. Невозмущенные траектории электронов, описываемые нелинейной системой уравнений движения, найдены путем разложения в асимптотический ряд по малому отношению амплитуды магнитного поля ондулятора к величине продольного магнитного поля. В ходе решения задачи усиления бегущих волн вычислена полоса усиления, инкремент пространственного нарастания амплитуд собственных волн и проведена оценка КПД убитрона с учетом магнитостатического резонанса.

In the linear in the microwave field approximation the dispersion relation for an arbitrary waveguide loaded with a thing electron beam moving in external spatially-periodic magnetostatic field of a planar ubitron and uniform guide magnetic field is obtained. Non-perturbed electron trajectories are found as solutions to a non-linear system of equations via an asymptotic expansion in the small ratio of the amplitude of the undulator magnetic field to the magnitude of the guide magnetic field. As solutions to the traveling wave amplification problem, we calculated the amplification band, spatial growth rate and made an efficiency estimate taking into account magnetostatic resonance

Подано результати теоретичного аналізу електромагнітних властивостей відбивних дифракційних грат, що заповнені середовищем з негативною діелектричною проникливістю. У широкому діапазоні змін параметрів задачі досліджено ефект резонансного поглинання такою структурою енергії збуджуючого електромагнітного поля. Розглянуто ефект розщеплення резонансів поглинання у випадку падіння плоскої хвилі на структуру під нахилом.

Представлены результаты теоретического анализа электромагнитных свойств отражательной дифракционной решетки, заполненной средой с отрицательной диэлектрической проницаемостью. В широком диапазоне изменения параметров задачи исследован эффект резонансного поглощения такой структурой энергии возбуждающего электромагнитного поля. Продемонстрирован эффект расщепления резонансов поглощения в случае наклонного падения плоской волны на структуру.

The theoretical analysis of electromagnetic properties of the reflecting diffraction grate filled by media with negative permittivity is presented. The resonance absorption effect of the excitant electromagnetic field energy by such structure is explored in the wide range of the parameters change. The effect of breaking up of absorption resonances in the case of the sloping falling of plane wave on a structure is shown

Наведено наукові результати дифракційної електроніки, одержані у процесі досліджень дифракційного випромінювання (ДВ), генерації та підсилення електромагнітних хвиль електронним потоком у відкритих електродинамічних структурах з дифракційною граткою. Проаналізовано тонку структуру ДВ (випромінювання Сміта - Парсела) та фізичні процеси перетворення енергії електронного потоку у генераторах дифракційного випромінювання (ГДВ), включаючи відбивний ГДВ, імпульсний ГДВ, малогабаритній ГДВ, ГДВ з дифракційною граткою типу ланцюжка пов'язаних резонаторів та в інших запропонованих і досліджених пристроях зроблено порівняльний аналіз досягнень у дифракційній електроніці в Україні, Росії, США та в інших країнах.

Приведены научные результаты дифракционной электроники, полученные при исследовании дифракционного излучения (ДИ), генерации и усиления электромагнитных волн электронным потоком в открытых электродинамических структурах с дифракционной решеткой. Проанализированы тонкая структура ДИ (излучения Смита - Парселла) и физические процессы преобразования энергии электронного потока в генераторах дифракционного излучения (ГДИ), включая отражательный ГДИ, импульсный ГДИ, малогабаритные ГДИ, ГДИ с дифракционной решеткой типа цепочки связанных резонаторов и в других предложенных и исследованных устройствах. Проведен сравнительный анализ достижений в дифракционной электронике в Украине, России, США и в других странах.

Advancements in diffraction electronics are shown due to studies of diffraction radiation and research into the generation and amplification of electromagnetic waves by an electron beam in open electromagnetic configurations with a diffraction grating. The thin structure of the diffraction (Smith-Purcell) radiation is analyzed together with the physical processes of electron beam energy transformation in the diffraction radiation oscillator (DRO), including reflection DRO, pulsed DRO, small-size DRO,DRO with a diffraction grating like a chain of coupled resonators, and some other devices developed and tested. A comparative analysis is given to the achievements in diffraction electronics in Ukraine, Russia, the USA, etc.

Ключ. слова: планарный оптический волновод, СВЧ-разряд, волноводный СВЧ-плазмотрон.
Індекс рубрикатора НБУВ: З845.79-01

Рубрики:

Оптичні хвилеводи

Шифр НБУВ: Ж14479 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Ключ. слова: спектр интенсивностей, комбинированная перестройка, запрещенная зона
Індекс рубрикатора НБУВ: З845.79-01

Рубрики:

Оптичні хвилеводи

Шифр НБУВ: Ж69398 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Описано спосіб одержання у хвилеводному квазіоптичному резонаторі негауссових світлових пучків з рівномірним профілем інтенсивності, заснований на когерентному підсумовуванні поперечних мод хвилевідного типу за рахунок зміни радіуса кривизни одного з відбивачів. З використанням методу власних коливань розроблені теоретична модель і алгоритм розрахунку характеристик основної моди з однорідним розподілом інтенсивності на вихідному дзеркалі резонатора. У разі зміни параметрів сферичного відбивача і геометрії хвилеводу встановлено умови існування та стійкості характеристик такої резонаторної моди.

Описан способ получения в волноводном квазиоптическом резонаторе негауссовых световых пучков с равномерным профилем интенсивности, основанный на когерентном суммировании поперечных мод волноводного типа за счет изменения радиуса кривизны одного из отражателей. С использованием метода собственных колебаний разработаны теоретическая модель и алгоритм расчета характеристик основной моды с однородным распределением интенсивности на выходном зеркале резонатора. При изменении параметров сферического отражателя и геометрии волновода установлены условия существования и устойчивости характеристик такой резонаторной моды.

A description of a method of forming in a waveguide quasioptical resonator, non-Gaussian light beams with a uniform intensity distribution is given. The mеthod is based on the coherent summation of transverse waveguide modes due to change of radius ofcurvature for one of mirrors. The theoretical model and calculation algorithm for characteristics of the basic mode with the uniform intensity distribution on the resonator output mirror with use of a method of eigenmodes are developed. The conditions ofsuch mode existence and the stability of its characteristics are established by changing the parameters of spherical reflector and the waveguide geometry

Розглянуто (теоретично й експериментально) електронно-хвильовий механізм перетворення енергії електроного потоку у випромінювання Сміта - Парселла в нерелятивістських пристроях типу генератор дифракційного випромінювання (ГДВ). В наближенні заданого падаючого на відбивну гратку ("гребінку") електромагнітного поля вперше одержано та проаналізовано діаграми спрямованості випромінювання Сміта - Парселла (дифракційного випромінювання (ДВ). Показано, що структура та вид (форма) діаграми спрямованості випромінювання переважно визначаються динамічними параметрами електронного потоку (ЕП), якій створюється в процесі взаємодії ЕП з полем поверхневої дифракційної гармоніки гратки. Збудження випромінювння пояснюється електронно-хвильовим механізмом перетворення поля поверхневої дифракційної гармоніки гратки в просторову гармоніку об'ємної хвилі ДВ. Побудовано рівняння збудження ДВ відкритого резонатора (ВР) ГДВ; проаналізовано рішення цього рівняння в лінійному наближенні. Одержані результати пояснюють низку явищ, виявленних в експерименті, зокрема, поглинання та підсилення електромагнітного коливання в ГДВ, биття коливань, збуджуваних у ВР ГДВ і НВЧ сигналом від стороннього джерела.

Рассмотрен (теоретически и экспериментально) электронно-волновой механизм преобразования энергии электронного потока в излучение Смита - Парселла в нерелятивистских приборах типа генератор дифракционного излучения (ГДИ). В рамках заданного падающего на отражательную решетку ("гребенку") электромагнитного поля впервые определены и проанализированы диаграммы направленности излучения Смита - Парселла (дифракционного излучения (ДИ). Показано, что структура и вид (форма) диаграммы направленности излучения преимущественно определяются динамическими параметрами электронного потока (ЭП), который образуется в процессе взаимодействия ЭП с полем поверхностной дифракционной гармоники решетки. Возбуждение излучения объясняется электронно-волновым механизмом преобразования поля поверхностной дифракционной гармоники решетки в пространственную гармонику объемной волны ДИ. Построено уравнение возбуждения ДИ открытого резонатора (ОР) ГДИ; проанализировано решение этого уравнения в линейном приближении. Полученные результаты объясняют ряд явлений, обнаруженных в эксперименте, в частности, поглощение и усиление электромагнитного колебания в ГДИ, биение колебаний, возбуждаемых в ОР ДИ и СВЧ сигналом от внешнего источника.

The electron-wave mechanism of electron beam energy transformation into Smith - Purcell radiation in non-relativistic DRO type devices has been considered theoretically and experimentally. In the context of preset incident on reflecting grating electromagnetic field the directional pattern of Smith-Purcell radiation has been defined and analyzed. It is shown that directional pattern form primarily defined by dynamic parameters of electron beam (EB) which is formed by interaction of EB with grating surface diffraction harmonic field. Radiation excitation is explained by electron-wave mechanism of transformation of grating surface diffraction harmonic into space harmonic of diffraction radiation (DR). The equation of DRO open resonator excitation was constructed; solutions of the equation have been analyzed in linear approximation. The obtained results explain series of facts are visualized in experiment, specifically, the attenuation, amplification and beating of DRO oscillation.

Ключ. слова: лазер, лазерные переходы, зеркало, резонатор.
Індекс рубрикатора НБУВ: З845.79-04-02

Рубрики:

Оптичні хвилеводи

Шифр НБУВ: Ж14479 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Исследована возможность улучшения панорамного приемника, синтезированного на основе особенностей фотоупругого эффекта, в котором многоканальность и формирование гетеродинных полей обеспечивается одной дифракционной решеткой.

Теоретически и экспериментально исследовано влияние плазменных волн пространственного заряда на диаграммы направленности излучения модулированного электронного потока, движущегося вблизи однородной дифракционной решетки ограниченной длины (излучение Смита - Парселла).

Наведено результати розробки та дослідження секційного хвилеводного переходу (СХП), призначеного для зв'язку квазіоптичного тракту, виконаного на базі лінії передачі класу "порожнистий діелектричний хвилевод" (ПДХ), з оптико-акустичним приймачем (ОАП). СХП забезпечує передачу електромагнітної енергії від ПДХ до ОАП у діапазоні частот 600 - 900 ГГц з достатньо малими втратами за суттєвого (до 23 %) скорочення довжини переходу у порівнянні з відповідним лінійним переходом у разі збереження технологічності й економічності.

Розглянуто світлопропускання оптичного хвилеводу, складеного з багатомодової серцевини та тонкої діелектричної плівки з більш високим показником заломлення. Показано, що забезпечення режиму відсікання основної моди плівки призводить до зменшення втрат, пов'язаних з розсіюванням і поглинанням у зовнішньому середовищі.