Влияние геометрических параметров на нелинейные эффекты в структуре связанных магнонных кристаллов

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СТРУКТУРЕ СВЯЗАННЫХ МАГНОННЫХ КРИСТАЛЛОВ

,

Саратовский государственный университет им.

E-mail: [e-mail]

В настоящее время большой интерес вызывают кристаллы, подобные фотонным, на основе магнитных плёнок – магнонные кристаллы (МК), в которых распространяющимися волнами являются магнитостатические волны (МСВ) [1]. Принципиальной особенностью периодических структур является наличие брэгговских резонансов, которые приводят к возникновению запрещенных зон в спектре МСВ. В периодических структурах при распространении сигналов больших мощностей происходит нелинейный сдвиг запрещённых зон [2], что приводит к эффекту «нелинейного переключения МК», при котором периодическая структура начинает пропускать сигнал большой мощности на частотах, лежащих внутри запрещённой зоны.

Связанные структуры существенно расширяют функциональные возможности радиофизических систем, т. к. появляется дополнительный управляющий параметр – связь. В случае двух связанных волноведущих ферромагнитных структур связь приводит к появлению быстрой и медленной волн, распространяющихся с различными групповыми и фазовыми скоростями, характеристиками которых можно управлять путем изменения величины связи [3,4]. В связанных однородных структурах имеет место эффект «нелинейного переключения», который проявляется в подавлении линейной перекачки между плёнками в структуре при большом уровне мощности. В этом случае наблюдается «заграждающий режим» и сигнал «не замечает» вторую плёнку.

В структуре связанных магнонных кристаллов при распространении импульсов будут проявляться нелинейные особенности, характерные как для МСВ в одиночных МК: в структуре будет наблюдаться двойное нелинейное переключение [5], причем соответствующие пороги переключения сильно зависят от геометрии структуры. Поэтому актуальной задачей является построение карты параметров такой структуры.

На основе подхода, основанного на методе связанных волн, построена нелинейная модель, описывающая распространение магнитостатических волн в структуре связанных МК. Модель представляет систему нелинейных уравнений Шредингера, описывающих поведение амплитуд огибающих для прямых и встречных волн в рассматриваемых связанных структурах с учетом линейной и нелинейной связи между ними. Линейная связь определяется геометрией структуры: связь между прямыми и встречными волнами определяется периодом и толщиной структуры, связь между прямыми волнами определяется расстоянием между магнонными кристаллами.

Таким образом, в структуре связанных МК имеет место эффект «двойного нелинейного переключения» (существует две точки нелинейного переключения - значения входной амплитуды, в которых меняется характер распространения сигнала). Данная особенность даёт возможность использовать связанные МК для осуществления ряда операций по функциональной обработке нелинейных СВЧ сигналов. Например, линия передачи на основе связанных МК может функционировать как нелинейный направленный ответвитель, в котором в зависимости от входной мощности импульс выйдет через один из четырёх портов связанной структуры.

ЛИТЕРАТУРА

1.  Nikitov S. A. , Tailhades Ph., Tsai C. S. Spin waves in periodic magnetic structures - magnonic crystals // JMMMhttp://academic. research. microsoft. com/Journal/8467/j-magn-magn-mater-journal-of-magnetism-and-magnetic-materials, 2001. Vol. 236, no. 3. P. 320-330.

2.  G. P. Agrawal Applications of nonlinear optics. - San Diego: Acad. Рress, 2001.

3.  S. S. Orlov, A. Yariv, S. van Essen Coupled-mode analysis of fiber-optic add–drop filters for dense wavelength-division multiplexing // Optics Letters. 1997. V. 22. No 10. P.688-690

4.  , , Нелинейные эффекты самовоздействия волн в 2D-связанных ферромагнитных структурах // ФТТ. 2010. Т. 52. Вып. 1. С. 76-82

5.  M. A. Morozova , O. V. Matveev Propagation of nonlinear pulses of magnetostatic waves in coupled magnonic crystals // Phys. Wave Phenom., 2015. Vol. 22, no. 2. P. 114-121.

Сведения об авторах

– доцент кафедры нелинейной физики Саратовского госуниверситета им. , к. ф.-м. н., г.

– аспирант кафедры нелинейной физики Саратовского госуниверситета им. , г.

Вид доклада: стендовый