WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 5 01;05;09 Распространение прямоугольных импульсов магнитостатических волн в пленках железоиттриевого граната 1 © А.А. Галишников,1 А.В. Кожевников,1 Р. Марчелли,2 С.А. Никитов,3 Ю.А. Филимонов 1 Саратовский филиал Института радиотехники и электроники РАН, 410019 Саратов, Россия e-mail: fil@soire.renet.ru 2 Institute for Microelectronics and Microsystems CNR, Rome Section, 00133 Roma, Italy 3 Институт радиотехники и электроники РАН, 103907 Москва, Россия (Поcтупило в Редакцию 29 августа 2005 г.) Исследовано влияние дисперсии на распространение линейных прямоугольных импульсов магнитостатических волн в пленках железоиттриевого граната (ЖИГ). На примере поверхностных магнитостатических волн, распространяющихся в пленках ЖИГ и структурах феррит-диэлектрик-металл, показано, что для входных импульсов без начальной фазовой модуляции, близких по форме к прямоугольным, длительность выходного импульса по полувысоте достигает 50-60% от первоначальной, если расстояние между входным и выходным преобразователями составляет примерно половину от дисперсионной длины импульса. Этот факт может быть использован для оценки коэффициента дисперсии магнитостатических волн.

PACS: 75.70.-i, 75.50.-y Введение волн (ПМСВ), распространяющихся в пленках ЖИГ и структурах феррит-диэлектрик-металл (ФДМ), выРаспространение в пленках железоиттриевого граната явить основные особенности в поведении пиковой мощ(ЖИГ) прямоугольных импульсов магнитостатических ности и длительности T1/2 импульса ПМСВ, прошедшего волн (МСВ) малой длительности T0 (T0 10-100 ns) в пленке расстояние x = S, при подаче на вход импульса активно исследуется как с точки зрения поведения длительностью T0 и формой огибающей, близкой к импульсов в линейных диспергирующих средах [1–5], прямоугольной.

так и в связи с проблемами формирования солитонов Отметим, что задача о распространении прямоугольогибающей МСВ [6–11] и параметрического возбужденого импульса в дисперсионной среде аналогична зания спиновых волн [12]. В линейном режиме, когда даче о дифракции волновых пучков [13,14]. При этом амплитуда МСВ |(x, t)| меньше порога формировадлительность входного импульса следует сопоставить с ния солитона или развития параметрической неустойшириной щели, пройденное расстояние — с расстояничивости, распространение таких импульсов определяем до экрана, на котором наблюдается дифракционная ется, в основном, дисперсионными свойствами, котокартина, а огибающую импульса — с распределением рые принято характеризовать коэффициентом дисперсии интенсивности в плоскости экрана, в направлении, пер = 2/k2, где — частота, k — волновое число.

пендикулярном щели. Используя данную аналогию, в В экспериментах с МСВ, как правило, наибольший поведении главной части импульса, в зависимости от соинтерес представляет главная часть импульса, распроотношения пройденного расстояния x и дисперсионной страняющаяся с групповой скоростью Vg = d/dk. При длины импульса этом в качестве основных характеристик импульса, про- T02Vg Ld, (1) шедшего некоторое расстояние x, используют пиковое 8|| значение мощности Pmax |max(x, t)|2 и длительность можно выделить ближнюю (x Ld) и дальнюю (x > Ld) импульса T1/2 по уровню Pmax/2 [5–12]. Однако в известзоны [13,14]. В дальней зоне поведение импульса слабо ной нам литературе, посвященной как исследованиям связано с формой огибающей на входе и соответствует прохождения через пленки ЖИГ импульсов МСВ, так и картине дисперсионного расплывания, характерной для поведению импульсов в диспергирующих средах вообще гауссова импульса. В ближней зоне имеет место интер(см. например, [13,14]), указанные характеристики для ференция главной части импульса и волн, отвечающих импульсов по форме, близкой к прямоугольной, не высокочастотным и низкочастотным спектральным сообсуждались. Между тем из-за резких фронтов поведеставляющим импульса. Эта интерференция будет приние пиковой амплитуды и длительности по полувысоте водить с изменением расстояния x (x < Ld) к осцилдля таких импульсов в средах с дисперсией должно ляциям пиковой мощности импульса, а следовательно, существенно отличаться от обычно рассматриваемого примера гауссова импульса [13,14]. Цель данной рабо- На длине Ld входной гауссовский импульс, имевший длитель ты — на примере поверхностных магнитостатических ность T0 по уровню e-1, уширяется в 2 раз [13].

Распространение прямоугольных импульсов магнитостатических волн в пленках... и его ширины по полувысоте, аналогично тому, как ведет себя интенсивность дифракционного максимума.

Поскольку интенсивность дифракционного максимума может превышать интенсивность падающего пучка и иметь при этом ширину по уровню 1/2 меньше ширины щели [15], то для интересующих нас пиковой мощности и длительности T1/2 импульса следует ожидать аналогичного поведения. В данной работе мы покажем, что длительность импульса T1/2 может составлять 50-60% от первоначальной длительности T0 при условии, что расстояние между микрополосковыми преобразователями составляет примерно половину дисперсионной длины (S Ld(T0)/2). При этом связь такого эффекта дисперсионного „сжатия“ прямоугольного импульса с условием S Ld/2 позволяет оценить коэффициент дисРис. 1. Зависимости нормированных пиковой мощности персии.

P (1 ) и длительности импульса W (1,2) от длительности max входного импульса T0 на расстоянии S = 11 mm от входного преобразования, H0 = 721 Oe. Кривые 1,1 — эксперимент, 1. Результаты эксперимента 2 — расчет на основе параболического приближения.

Экспериментально исследовалось распространение импульсов ПМСВ различной длительности T0 в маНа рис. 1 приведены зависимости W (T0) и P (T0) для кетах линии задержки на основе одиночной пленки max импульсов ПМСВ с центральной частотой f = 4.1GHz ЖИГ и ФДМ-структуры. При фиксированных значе- при расстоянии между антеннами S = 11 mm и велиниях расстояния между преобразователями S измерячине магнитного поля H0 720 Oe. На вставке покались зависимости пиковой мощности Pmax(T0) и шизаны серии осциллограмм для огибающих входного и рины по полувысоте T1/2(T0) для выходного сигнала выходного импульсов для различных T0. Точками на ПМСВ от длительности входного СВЧ-импульса T0. Порис. 1 отмечены значения, соответствующие огибающим лученные значения Pmax(T0) и T1/2(T0) использовались на вставке. Можно видеть, что в диапазоне значений для построения зависимостей относительной ширины T0 7-60 ns зависимости W (T0) и P (T0) демонстриmax W (T0) =T1/2(T0)/T0 и приведенной пиковой амплитуды руют немонотонный характер. По мере уменьшения P (T0) =Pmax(T0)/Pmax(T0max), где Pmax(T0max) — пиmax длительности входного импульса амплитуда выходного ковое значение амплитуды импульса, отвечающего наиимпульса растет, а его длительность по уровню 1/большей использованной в экспериментах длительности уменьшается. При значении T0 = T0c 18 ns длительвходного импульса T0.

ность выходного импульса составляет T 11.5ns, что 1.1. М а к е т л и н и и з а д е р ж к и н а о с н о в е и з осоответствует W 64%. При этом пиковая амплитуда лированной пленки ЖИГ.

импульса вырастает в 1.1 раза относительно уровня Рассмотрим результаты исследования прохождения сигнала Pmax(T0 = 60 ns). При длительности входных импульсов ПМСВ через макет линии задержки на импульсов T0 < T0c 18 ns ширина выходных импульсов основе пленки ЖИГ толщиной d 19 µm, шириной по уровню 1/2 резко возрастает, а пиковая амплитуда w = 5 mm, длиной l 25 mm, намагниченностью на- убывает.

сыщения 4M0 1750 G и шириной линии ферромаг- При изменении расстояния S или магнитного поля Hхарактер зависимостей W (T0) и P (T0) не менялся нитного резонанса H 0.35 Oe. Для возбуждения и max приема ПМСВ использовались микрополосковые преоб- и был аналогичен показанному на рис. 1. При посторазователи шириной 30 µm и длиной 5 mm, выполнен- янных значениях f и H0 уменьшение расстояния S приводило к снижению значений T0c(S), при которых ные фотолитографически на раздельных поликоровых в зависимости W (T0) наблюдается минимум (кривая подложках толщиной b 0.5 mm и с металлизированна рис. 2). Наоборот, снижение величины поля подмагным основанием. Расстояние S между микрополосками ничивания H0 при неизменных f и S сопровождалось могло изменяться в диапазоне S 0.4-1.2cm, за счет ростом значений T0c(H0) (кривая 1 на рис. 3).

перемещения одной из микрополосок. Внешнее магнитное поле H0 прикладывалось вдоль микрополосковых 1.2. М а к е т л и н и и з а д е р ж к и н а о с н о в е с т р у кпреобразователей. Подаваемые на вход макета импультуры феррит-диэлектрик-металл.

сы СВЧ получались модуляцией непрерывного сигнала Рассмотрим теперь поведение импульсов ПМСВ СВЧ-мощностью P 7 mW и частотой f = /2 с в ФДМ структуре, образованной пленкой ЖИГ помощью скоростного pin-диодного переключателя. Дли- с параметрами d 14 µm, w 2 mm, l 18 mm, тельности фронта f и среза t импульса не превышали 4M0 1750 G, H 0.3 Oe, разделенной с металf 5 и t 2 ns соответственно. лическим экраном воздушным зазором толщиной Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 64 А.А. Галишников, А.В. Кожевников, Р. Марчелли, С.А. Никитов, Ю.А. Филимонов зависимость ( f ) разделена на три участка дисперсии, обозначенных I, II, III. Видно, что зависимость ( f ) на участке дисперсии II имеет аномальный характер — время задержки уменьшается с ростом частоты. На частотах, отвечающих участку II, коэффициент дисперсии >0. На границах участка II в точках „A“ и „B“ коэффициент дисперсии = 0, а на участках дисперсии I и III значения <0. Нас интересовал вид зависимостей W (T0) при выборе центральной частоты импульса f на участках дисперсии I, II и III.

На рис. 5 цифрами 1 показаны измеренные зависимости W (T0) для частот f 1 4430, f 2 4532 и f 3 4630 MHz, принадлежащих соответственно участкам дисперсии I, II и III (см. точки на зависимости ( f ) на рис. 4). Из рис. 5, c можно видеть, что для частоты Рис. 2. Зависимости длительности T0c, на которой наблюдает- f 3 4630 MHz в зависимости W (T0) наблюдается мися минимум ширины выходного импульса от расстояния между нимум при значениях длительности входного импульса c преобразователями S. Кривые 1 — эксперимент, 2 —расчет на T0 = T0 30 ns. При этом характер зависимости W (T0) основе параболического приближения. H0 = 721 Oe.

в целом аналогичен случаю распространения ПМСВ в изолированной пленке, представленному на рис. 1.

Зависимости W (T0), показанные на рис. 5,a,b не содержат ярковыраженного минимума. Однако можно видеть, что для частоты f 1 4430 MHz ширина выходного импульса начинает заметно расти при длительноc стях входного импульса T0 < T0 50 ns. Для импульса с частотой несущей f 4532 MHz заметный рост шири ны выходного импульса происходит при T0 < T0c 25 ns.

Отметим, что при изменении частоты несущей f в пределах участков дисперсии I, II и III принципиальных изменений в поведении зависимостей W (T0), относительно показанных на рис. 5, не наблюдалось. Следует также отметить, что при выбранных уровнях мощности входного СВЧ-сигнала P 10 mW влияние нелинейных эффектов на распространение импульсов ПМСВ длительностью T0 100 ns не наблюдалось. Для достижения Рис. 3. Зависимости длительности T0c, на которой наблюпорога параметрического возбуждения спиновых волн дается минимум ширины выходного импульса от внешнего или проявления эффектов самовоздействия мощность намагничивающего поля H0 при фиксированном расстоянии входного сигнала требовалось увеличить до P 40 mW.

между преобразователями S = 11 mm. Кривые 1 — экспериПри этом для импульсов максимальных длительностей мент, 2 — расчет на основе параболического приближения.

h 100 µm [10]. Для возбуждения и приема импульсов ПМСВ использовались микрополоски шириной 30 µm и длиной 4 mm. Расстояние между микрополосками бралось равным S 8 mm. На входную микрополоску поступали импульсы СВЧ мощностью P 10 mW, длительностью T0 20-100 и f,t 5ns, полученные модуляцией синтезатора частот HP8510 с помощью генератора импульсов HP8112A. С выходной микрополоски импульсы поступали на цифровой осциллограф HP54120A.

Следует отметить, что частотная зависимость времени задержки ПМСВ ( f ) в ФДМ-структуре имеет аномальный участок на частотах, отвечающих возбуждению ПМСВ с длиной волны h [10]. На рис. 4 приведена Рис. 4. Зависимость времени задержки от частоты для струкзависимость ( f ) в рассматриваемой структуре при туры феррит-диэлектрик-металл. Кривая 1 — эксперимент, величине внешнего поля H0 897 Oe. Точками A и B 2 — получена из дисперсионного уравнения (7).

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Распространение прямоугольных импульсов магнитостатических волн в пленках... 2. Результаты расчета зависимостей W(T0) Сопоставим теперь результаты измерений с расчетами зависимостей W (T0) для импульсов ПМСВ в рассмотренных структурах. Будем считать, что в точке расположения входного преобразователя x = 0 задан импульс ПМСВ вида (x = 0, t) =0(t)e-i t, (2) где 0(t) — комплексная медленно меняющаяся амплитуда. Предположим, что волновой пакет спектрально узкий, (3a) k k, (3b) где k — волновое число ПМСВ на частоте несущей, определяемое законом дисперсии k = k(). Во втором приближении теории дисперсии эволюция комплексной огибающей волнового пакета (3) описывается линейным параболическим уравнением, которое в движущейся системе координат (x, = t - x/Vg) имеет вид [13] i = -, (4) x где = -/Vg = 2k/2. Такой подход к описанию импульсов МСВ применялся в работе [3]. Однако для рассматриваемых здесь экспериментов условия применимости (4) могут нарушаться. Действительно, в ФДМ структуре на частотах, отмеченных точками A и B на рис. 4, коэффициент дисперсии 0 и необходим следующий порядок в разложении закона дисперсии по и k, как это делалось, например, в [3]. Кроме того, при уменьшении длительности импульсов T0 ширина k пространственного спектра импульса может оказаться одного порядка или даже больше (например, при выборе частоты вблизи длинноволновой границы спектра) волнового числа несущей k, что означает нарушение условия (3b). Наконец, на участках сильной дисперсии коэффициент может значительно изменяться в полосе Рис. 5. Зависимости нормированной длительности выходного частот f 1/T0, отвечающей ширине центрального импульса W от длительности входного T0 на расстоянии максимума в спектре импульса, что также требует S = 8 mm при значении несущей частоты. a — f 1 = 4430, аппроксимации закона дисперсии полиномами порядка b — f 2 = 4532, c — f 3 = 4630 MHz, H0 = 897 Oe. Крине ниже третьего.

вые 1 получены экспериментально, 2 — из расчета на основе Известен [1,2] также подход к анализу распространеквадратичного приближения дисперсии, 3 — из расчета на основе (5), (6) с учетом дисперсионного уравнения в виде (7). ния волнового пакета МСВ, основанный на разложении входного сигнала по плоским волнам. При этом не делается никаких ограничений на ширину временного и пространственного k спектров плоских волн.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.