СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 7/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2016 L 0 R C(t) = C 0 ± Δ C(t) Зона обеднения квантово-точечной плотности энергии кристалла Зоны обогащения квантово- точечной энергии кристалла с наличием фотонной лавинизации энергии кристалла: − амфотерной (IV); − оптической (V); − энерго-ионизационной (VI) ε S (i-GaAs) ε S0 ω П ω A ω Eg ω ион. ω 30 20 10 1 I II III IV V VI (SiO) монокристалла с ρ > 10 9 Ом × см, его предполагаемая качественная характе- ристика дисперсии e показана на рисун- ке 2. В зонах I, II скорость электромаг- нитной волны в GaAs возрастает до световой, с возможностьюфазового опе- режения. В зонах III ÷ VI скорость элек- тромагнитной волны в GaAs-резонаторе замедляется из-за экситонного и элек- тронного насыщения кристалла. «С ТАРЫЙ » НОВЫЙ МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ ТЕРАГЕРЦОВОЙ СВЯЗИ И РАДИОЛОКАЦИИ Первое, чем я хотел бы «обрадовать» оппонентов, – это то, что идея стара, доказана полвека назад. Я всего лишь немного её «реставрирую». Суть идеи представлена в работе Кролла [5] и ста- тье наших учёных, лауреатов Ломоно- совской и Ленинской премий С.А. Ахма- нова и Р.В. Хохлова [6]. Работоспособ- ность идеи подтвердили в 1965 г. тот же С.А. Ахманов со своей группой [7], а так- же американские учёные Дж. Джордж- мейн и Р. Миллер [8]. Подробности толкования идеи также очень хорошо описаны в работе «Новые источники и приёмникиИК и терагер- цового диапазона» [9], где показано, что «в основе этого явления лежит воздей- ствие оптической среды с нелинейными свойствами (например, кристаллов KDP и LiNbO 3 ), которая возбуждается мощ- ной световой волной, называемой вол- ной накачки, на две или большее число световых волн при их распространении в этой среде. При параметрическом воз- буждении интенсивный световой пучок вызывает модуляциюпараметров, опре- деляющих развитие других связанных колебаний в системе. В этом процессе правило суперпозиции колебаний не выполняется…Параметрический резо- нанс – явление, приводящее к усилению и генерации электромагнитных колеба- ний за счёт работы, совершённой внеш- ним источником при периодическом изменении во времени реактивных параметров колебательной системы». В приведённой из работы [9] цитате просто и ёмко представлена суть идеи усиления в петадиапазоне длин волн. Прежде чем более подробно довести до читателя эффект параметрическо- го резонанса (усиления, генерации) в петадиапазоне и перевести его в тера- герцовый, субтерагерцовый и дальний СВЧ-диапазон, необходимо сделать сле- дующие допущения: 1. Здесь речь идёт о свойствах нелиней- ных оптических сред, как правило, – диэлектриков, молекулы которых содержат атомы с резко выражен- ной атомной поляризацией, напри- мер, LiNbO 3 или, допустим, KH 2 PO 4 , то есть на химических соединениях ионного типа. 2. В основе идеи лежит фундаменталь- ное явление аккумуляции или обе- днения квантово-точечной энер- гии кристалла вследствие дисперсии важнейших параметров для диэлек- трика, таких как диэлектрическая и магнитная проницаемости кван- тово-точечной системы, поскольку объём частиц атома (ядро из прото- нов и нейтронов, орбитальные элек- троны) составляет мизерные доли общего объёма атома, а остальное пространство – это та же материя в виде энерговакуума в твёрдом теле. 3. Фазовая скорость распространения генерируемой параметрически-резо- нансной электромагнитной волны в кристалле поляризованного диэ- лектрика может быть: а) меньше скорости света в вакууме; б) равной скорости света в вакууме; в) больше скорости света в вакууме. Кристалл может стать «невидимкой» или «антиприёмником» электромаг- нитной волны (упругий «отскок» вол- ны или огибание волной «неприятель- ской» среды). Данное явление ожидае- мо, когда ε < 0. Смысл работы параметрического усилителя раскрывается на примере элементарного контура (см. рис. 3). Если в LC-контуре существуют сла- бые колебания U = U 0 sin ω 0 t c перио- дом и энергией W = q 2 /2C 0 , то – собственная частота коле- баний контура. В нелинейном опти- ческом/терагерцовом диапазоне L 0 не является постоянной величиной. Это связано с тем, что уже с мегагерцовых частот возникает наведённая индук- тивность, но сделаем допущение, что в данном случае субнаногенри являют- ся постоянной величиной. При раздвижении пластин конден- сатора необходимо совершить работу, которая пойдёт на увеличение потен- циальной энергии конденсатора, и нао- борот, при сближении пластин энергия забирается. Если увеличить расстояние между пластинами, то это эквивалент- но изменению Δε среды между пласти- нами и ёмкость , а, следователь- но, и потенциальная энергия конден- сатора, изменится на величину , где , что Андронов А.А., Заха- ров А.А. и др. в своей работе [9] назва- ли глубиной модуляции, а W 0 – началь- ной энергией конденсатора. Если периодически скачкообразно менять расстояние между пластина- ми, то есть ёмкость с частотой ω n = 2 ω 0 (или с периодом ), то энергия в кон- туре будет увеличиваться, и ампли- туда начальных колебаний U 0 (в U = = U 0 sin ω 0 t) – растёт. В реальных конту- рах существуют потери энергии вслед- ствие практически неизбежного сопро- тивления R или , где – добротность контура. Рис. 2. Предполагаемая энергозависимость дисперсии ε в амфотерно-легированном LPE i-GaAs (график демонстрируется впервые) Рис. 3. Колебательный контур: L – индуктивность, С – переменная ёмкость, R – активное сопротивление