РОЗДІЛ 2
ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Експериментальна установка для дослідження взаємодії спінових хвиль в плівках ЗІГ з електромагнітною накачкою
Для експериментальних досліджень взаємодії імпульсів МСХ і ДОСХ з потужною електромагнітною накачкою була створена багатофункціональна експериментальна установка, спрощена блок-схема якої наведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Блок-схема експериментальної установки.
1, 2 - полюси магніту;
3 - вимірювальна секція для ЗОМСХ.
Використання даної установки дозволяє забезпечити детальне дослідження процесів параметричної взаємодії магнітних хвиль із потужною електромагнітною накачкою. Зокрема, установка модернізована для вивчення обернення хвильового фронту та підсилення як ПМСХ або ЗОМСХ так і дипольно-обмінних хвиль, що утворені в результаті пружного розсіяння магнітостатичних хвиль.
Дана установка дозволяє одночасно подавати в область взаємодії у плівку ЗІГ як поодинокі імпульси сигналу і накачки так і невеликі (? 10) послідовності цих імпульсів. При цьому можна встановлювати незалежно усі тривалості імпульсів та часові відстані між ними. Крім цього існує можливість подачі великої кількості імпульсів накачки, з однаковою тривалістю та затримкою між імпульсами.
Експериментальна установка складається з таких функціональних частин: тракт сигналу, тракт накачки, магнітна система і вимірювальна секція, система синхронізації. Додатково використовується комплекс допоміжного устаткування для спрощення налагодження та експлуатації експериментальної установки.
Принцип роботи установки можна пояснити на прикладі обернення хвильового фронту магнітостатичних хвиль. За допомогою НВЧ генератора і швидкісного модулятора створюється надвисокочастотний сигнальний імпульс з несучою частотою , що надходить на вхідну антену-перетворювач. Ця мікросмужкова антена збуджує у намагніченій до насичення в зовнішньому магнітному полі епітаксійній плівці ЗІГ магнітостатичні хвилі, що розповсюджуються із певним затуханням і через деякий час приймається вихідною антеною-перетворювачем. Через деякий проміжок часу після запуску сигнального імпульсу подається потужній електромагнітний імпульс накачки подвоєної частоти . Якщо це відбувається під час проходження магнітостатичної хвилі по плівці ЗІГ , то внаслідок параметричної взаємодії МСХ з накачкою вихідною антеною реєструється підсилений затриманий сигнал, а на вхідній антені з'являється сигнал обернення хвильового фронту магнітостатичних хвиль.
Розглянемо детальніше експериментальне обладнання, що використовується в дослідженнях.
Тракт сигналу. забезпечує формування і подачу на вхідну антену-перетворювач сигнальних імпульсів НВЧ та прийом, підсилення і детектування вихідних сигналів. Джерелом НВЧ випромінювання виступає генератор Г4-81 ( = 4,0 - 5,6 ГГц) з вихідною потужністю до 30 мВт, який працює в неперервному режимі генерації. Для формування з неперервного НВЧ сигналу вхідного імпульсу використано швидкісний p-i-n модулятор діапазону 4,55 ? 4,75 ГГц, який дозволяє отримати імпульси тривалістю від 10 нс і вище з шириною фронтів у 2 нс. Пропускні втрати модулятора не більше 0,65 дБ, а подавлення залишкового сигналу 58 дБ на частоті 4,7 ГГц.
Регулювання потужності вхідного сигналу здійснюється за допомогою прецизійного поляризаційного атенюатора хвилеводного типу Д3-31.
Для розділення сигналів, що поступають на антену-перетворювач, і приймаються нею використовується Y-циркулятор. Він дозволяє отримати відбитий від антени електромагнітний сигнал, який може бути використаний для встановлення моменту запуску сигнального імпульсу, а також сигнали обернення хвильового фронту, перевипромінювання та інші, які повертаються із плівки ЗІГ на вхідну антену. Мінімальні втрати енергії сигналу від генератора до вхідної антени складають 7 дБ.
Зареєстровані антенами вихідні сигнали подаються на приймальну частину тракту сигналу. Їх потужність регулюється за допомогою прецизійного атенюатора Д3-19.
При дослідженні амплітудних залежностей спін-хвильових процесів, які найчастіше проводилися, вклад в похибку вимірювань вносять атенюатори, покази ослаблення яких знімаються. Для вимірів залежностей потужності вихідного сигналу від потужності чи тривалості вхідного, використовувався досить точний компенсаційний метод. При цьому сигнал, який спостерігався на осцилографі за допомогою вихідного атенюатора завжди виводився на певний рівень, змінюючи затухання, яке вносить атенюатор.
Основну похибку при таких вимірюваннях вносив саме атенюатор приймального тракту. В проведених вимірах абсолютна похибка атенюатора Д3-19 визначення потужності вихідного сигналу рівна: ? (0,01+0,004·А) дБ при А < 60 дБ, де А - встановлене по шкалі приладу ослаблення в дБ. У вимірюваному діапазоні ослаблень відносна похибка не перевищувала 2%.
Слід відзначити, що ефективність перетворення НВЧ електромагнітного випромінювання в МСХ і навпаки досить низька (для ЗОМСХ приблизно 10%), тому необхідні чутливі підсилювачі при роботі зі слабкими сигналами. В експериментальній установці реалізована комбінація напівпровідникового підсилювача сигналів діапазону 4,0 ? 5,6 ГГц з підсиленням до 30 дБ та коефіцієнтом шуму 1 дБ і підсилювача УК3-18 на базі лампи біжучої хвилі. Разом вони забезпечують підсилення вихідних сигналів до 50 дБ.
Реєстрація огинаючих підсилених сигналів здійснюється за допомогою швидкісних детекторів коаксіального типу, що працюють в режимі квадратичного детектування без зміщення з ефективністю 20-30 мВ/мВт, і осцилографа С1-75 зі смугою 250 МГц і чутливістю до 10 мВ/под.
Тракт накачки використовується для формування і подачі потужних електромагнітних імпульсів НВЧ. Генератором імпульсів надвисокої частоти є магнетрон М 857 з максимальною вихідною потужністю 15 Вт, при постійній напрузі =600 В і струмі =85 мА, ефективність якого досягає 30%. В даній експериментальній установці живлення магнетрона побудовано на