Розділ 2
Відновлення сигналу спінових хвиль та коливань під дією параметричної накачки
Побудова теоретичної моделі відновлення сигналу за рахунок використання
паралельної параметричної накачки.
В першому розділі був описаний метод відновлення сигналу методом створення
комплексно-спряженого імпульсу, тобто метод луни магнітостатичних мод. Також
були описані особливості луни при використанні повздовжньої параметричної
накачки, коли змінне магнітне поле накачки на подвоєній частоті напрямлене
паралельно зовнішньому полю підмагнічування. Крім того, в попередньому розділі
був описаний метод обернення імпульсної релаксації, що базується на
частотно-селективному характері параметричного підсилення сигналу накачкою
[87]. Обидва ці методи були реалізовані експериментально та описані
теоретично.
Важливим є те, що при відновленні макроскопічного НВЧ імпульсу за допомогою
паралельної параметричної накачки можуть бути використані обидва описані методи
одночасно. Тобто, подаючи один імпульс накачки можна відновити вхідний сигнал
двічі. З фізичної точки зору обидва методи мають принципово відмінну природу,
що було відзначено вище. Як результат, виникла необхідність в дослідженні
нового методу відновлення сигналу, при якому відновлений сигнал складається не
з одного, а відразу з двох імпульсів, розділених в часі. Така задача має як
загальний фізичний інтерес, так і може складати практичну цінність з точки зору
створення керованих активних ліній затримки НВЧ сигналів.
Експериментальні дослідження згаданого явища проводилися в лабораторії оптичної
та мікрохвильової обробки інформації та теорії середовищ радіофізичного
факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
Теоретичному розгляду представленого комбінованого методу відновлення сигналу
присвячений перший розділ. Експериментальні та теоретичні результати досліджень
представлені в роботі [4].
Перед тим, як розпочати побудову теоретичної моделі, варто ще раз розглянути
фізичну суть методів відновлення сигналу. На рис. 2.1 показані фазові діаграми
методів відновлення. Звернемо увагу на рис. 2.1(а), на якому показано процес
фазової релаксації. В початковий момент часу
Рис. 2.1. Фазові діаграми методів відновлення сигналів.
а – фазова релаксація сигналу;
б – відновлення методом створення луни магнітостатичних мод;
в – відновлення методом селективного підсилення накачкою.
збуджується сигнал і фази всіх хвиль (або осциляторів) однакові. Через деякий
час, за рахунок того, що в системі наявні незалежні хвилі з різними частотами
відбувається розфазування. Вибравши деяке середнє значення частоти (товста
стрілка), „прив’яжемо” систему до фази цієї хвилі. Як результат, фази хвиль з
меншою частотою змістяться проти годинникової стрілки від центральної (суцільні
лінії), а фази хвиль з вищими частотами (пунктирні лінії) змістяться вправо.
Через деякий час в системі не буде існувати макроскопічного сигналу, який є
сумою всіх хвиль з врахуванням фази. При цьому енергія коливань не зникла, а
продовжує існувати в окремих хвилях або коливаннях. Таку релаксацію прийнято
називати фазовою, і вона, на відміну від звичайної (коли енергія переходить в
термодинамічну систему) є оборотною.
Ідея методу відновлення макроскопічного сигналу методом луни магнітостатичних
мод зображена на рис. 2.1(б). Нехай накачка вмикається в момент і діє до
моменту . В момент ввімкнення накачки, в системі створюється набір холостих
хвиль, які мають ті ж самі частоти, що і сигнальні, але спряжену фазу (див.
перший рисунок). Фазова картина не буде мінятися впродовж усього часу дії
накачки, так як всі осцилятори (умовно) коливаються на частоті зовнішньої сили.
Після закінчення дії накачки хвилі продовжують розповсюджуватися з власними
частотами. Як результат, в момент часу знов сформується зфазований сигнал.
Запропоноване пояснення можна застосувати до будь-якого типу луни, і воно є
універсальним.
На рис. 2.2(в) показана ідея відновлення макросигналу методом створення
частотно-селективного підсилення, яке має місце при використанні паралельної
параметричної накачки. Під час своєї дії накачка не лише примушує коливатись
осцилятори на вимушеній частоті, але і підсилює їхні амплітуди за
експоненційним законом. При цьому, коефіцієнт підсилення залежить від частоти,
тобто деякі хвилі підсилюються краще, а деякі гірше. Як результат, з’являється
відмінний від нуля макроскопічний сигнал з максимумом в точці . Очевидно, що
амплітуда такого відновленого сигналу буде визначатись характером
параметричного підсилення і, в загальному випадку, за рахунок лише часткового
фазування має бути меншою в порівнянні з сигналом луни магнітостатичних мод.
Однак це не завжди так, і причиною цьому є те, що луна магнітостатичних мод в
реальних зразках завжди має меншу амплітуду на відміну від описаного ідеального
випадку. Описати обидва методи однією моделлю і порівняти їх між собою є
завданням цього розділу.
Для побудови теоретичної моделі візьмемо за початкову систему рівнянь (1.17) в
яку додатково феноменологічно введемо релаксацію МСХ :
, (2.1)
де , – амплітуди прямої та зворотної хвиль частоти ,
– коефіцієнт параметричного зв’язку, який описує ефективність параметричної
взаємодії,
– частота релаксації МСХ,
, – магнітне поле та частота параметричної накачки.
Амплітуди хвиль та в системі (2.1) це є перенормовані Фур’є компоненти змінної
намагніченості , представленої в виразі (1.15). Як було відмічено вище, системи
(1.17) і (2.1) записані в наближенні плоских хвиль в нескінченному
феромагнетику. В загальному випадку, це наближення не можна використовувати для
довгохвильових МСХ в скінченному феромагнітн
- Київ+380960830922