Способ передачи электромагнитных сигналов через тонкопленочную среду

 

Изобретение относится к радиотехнике и оптике и может быть использовано в системах передачи-приема электромагнитных сигналов. Цель изобретения - повышение коэффициента передачи и расширение динамического диапазона регулирования уровня принимаемых сигналов за счет эффекта туннельной электромагнитной интерференции . По предлагаемому способу на тонкопленочную среду - пластину 5 (выполненную , например, в виде металлической пленки из титана, напыленного на стеклян-. ную подложку) воздействуют с одной ее стороны электромагнитным полем модулированного сигнала, сформированного источником 1 сигнала (например, лазером), полупрозрачным зеркалом 2, модулятором 3 иполяроидом 4. Сигнал, прошедший через пластину 5, воспринимается фотоприемником 6, уровень принимаемого сигнала характеризуется коэффициентом прозрачности среды. При воздействии с противоположной стороны пластины 5 (со стороны приема) электромагнитным полем дополнительного немодулированного сигнала, сформированного от источника 1 (т.е. с част тотой, равной несущей частоте сигнала передачи ) с помощью зеркал 7, 8 и поляроида 9, в ней в результате перекрытия электромагнитных полей и взаимодействия их волновых векторов, имеющих комплексный или чисто мнимый характер, возникает туннельный поток электромагнитного поля, характеризуемый коэффициентом Т интерференционной прозрачности, причем Т D при толщине среды, большей толщины ds ее скин-слоя. В результате туннельной интерференции среда просветляется и коэффициент передачи через нее электромагнитных сигналов возрастает, кроме того, расширяется динамический диапазон регулирования уровня принимаемых сигналов за счет изменения фазы, амплитуды и поляризации дополнительного сигнала относительно аналогичных параметров несущей сигнала передачи. 2 ил. со с ON 00 Ю О Ю СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709857/10 (22) 26.05,89 (46) 07.11.91. Бюл. ¹ 41 (71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики МГТУ им. Н.Э.Баумана (72) В. В.Толмачев, В.В.Сидорен ков и

В.В.Савичев (53) 621.371,621.383(088.8) (56) Абелес Ф.В. Физика тонких пленок. - M.:

Мир, 1973, т.6, с.197, (54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ ЧЕPЕЗ TOHКОПЛЕНОЧНУЮ СРЕДУ (57) Изобретение относится к радиотехнике и оптике и может быть использовано в системах передачи-приема электромагнитных сигналов. Цель изобретения — повышение коэффициента передачи и расширение динамического диапазона регулирования уровня принимаемых сигналов за счет эффекта туннельной электромагнитной интерференции. По предлагаемому способу на тонкопленочную среду — пластину 5 (выполненную, например, в виде металлической пленки из титана, напыленного на стеклян-. ную подложку) воздействуют с одной ее стороны электромагнитным полем модулированного сигнала, сформированного источником 1 сигнала (например, лазером), полупрозрачным зеркалом 2, модулятором 3 и Ж 1б89925 А1 (я)5 G 05 D 25/00, Н 04 В 13/00 поляроидом 4. Сигнал, прошедший через пластину 5, воспринимается фотоприемником 6, уровень принимаемого сигнала характеризуется коэффициентом прозрачности среды. При воздействии с противоположной стороны пластины 5 (со стороны приема) электромагнитным полем дополнительного немодулированного сигнала, сформированного от источника 1 (т.е, с час-, тотой, равной несущей частоте сигнала передачи) с помощью зеркал 7, 8 и поляроида

9, в ней в результате перекрытия электромагнитных полей и взаимодействия их волновых векторов, имеющих комплексный или чисто мнимый характер, возникает туннельный поток электромагнитного поля, характеризуемый коэффициентом Т интерференционной прозрачности, причем Т >) D npu толщине среды, большей толщины ds ee скин-слоя. В результате туннельной интерференции среда "просветляется" и коэффициент передачи через нее электромаг-. нитных сигналов возрастает, кроме того, расширяется динамический диапазон регулирования уровня принимаемых сигналов за счет изменения фазы, амплитуды и поляризации дополнительного сигнала относительно аналогичных параметров несущей сигнала передачи. 2 ил.

1689925

Изобретение относится к радиотехнике и оптике и может быть использовано в системах приема-передачи электромагнитных сигналов.

Цель изобретения — повышение коэффициента передачи и расширение динамического диапазона регулирования уровня принимаемых сигналов за счет эффекта туннельной электромагнитной интерференции.

Сущность и редл ага е мого способа заключается в следующем, При падении электромагнитной волны на поверхность тонкопленочной среды, например поверхность металлической плоскопараллельной пластинки с толщиной d, электропроводностью О, магнитной проницаемостьюра и диэлектрической проницаемостью я, электромагнитное поле внутри пластинки экспоненциально спадает по ее толщине, а глубина ds скин-слоя (на которой происходит ослабление поля в I раз) определяется выражением

ds = 2// о (7й), где и — круговая частота поля электромагнитной волны.

Для металла a/е<> в » 1, поэтому коэффициент прохождения электромагнитного поля D (коэффициент прозрачности) при толщине пластинки d > ds равен

2d да

D-=Do l (1) где Dp < 1 — постоянная, не зависящая от б.

Пусть на металлическую пластинку с двух ее противоположных сторон воздействуют две электромагнитных волны — сигнала передачи (модулированного сигнала) и дополнительного (немодулированного) сигнала с частотой, равной несущей частоте сигнала передачи, при этом внутри пластинки оба поля пространственно перекрываются и поле в ней складывается из полей обоих электромагнитных сигналов, а именно

Е = Еа + Еь! Н = На + Нь! где индексы а и Ь относятся к разным волнам. Вектор Умова-Пойнтинга направлен перпендикулярно граням пластинки и равен

Р = (ЕЙ).

Кроме потоков энергии Ра = (Еа На) и

Рь = (Еь Hb) от обеих волн, движущихся навстречу одна другой, возникает за счет интерференции перекрывающихся внутри поглощающей тонкопленочной среды электромагнитных полей с комплексными или чисто мнимыми волновыми векторами в туннельной области перекрытия полей дополнительный туннельный интерференционный поток Рп электромагнитной энергии .Рв=(Еа Нь)+(Еь На) (2) который при больших d (d » ds) оказывается много больше потоков Р, и Рь. Нормируя этот дополнительный поток на величину

Фоа Роь, вводят коэффициент прохождения,электромагнитного поля через среду при наличии эффекта туннельной электромагнитной интерференции — коэффициент интерференционной прозрачности Т как

Т— (3)

Фоа Роь з п где Р» и Раь — потоки энергии электромагнитных волн сигнала передачи и дополнительного сигнала на гранях а и b пластинки;

p — разность фаз падающих на пластинку электромагнитных волн, Соотношения между коэффициентом Т интерференционной прозрачности и коэффициентом D (обычной прозрачности) удовлетворяют при d > ds выражению

Т=2Ю (4) при этом интерференционный поток электромагнитной энергии, проходящей через среду(пластинку), может быть много больше (на порядки) потока энергии, проходящей через пластину при прохождении сквозь нее только одной электромагнитной волны.

В результате туннельной электромагнитной интерференции (при этом в среде взаимодействуют электромагнитные волны с чисто мнимыми волновыми векторами) коэффициент передачи (коэффициент усиления пропускаемого сигнала по сравнению со случаем отсутствия интерференции) равен

Pn Pob Т

Р. (d) 2 Р.. О ""

Из выражения (5) вытекает возможность получения К » 1, а также возможность расширения динамического диапазона регулирования К за счет изменения фазы р, амплитуды (интенсивности) Pob и поляризации второй дополнительной волны (дополнительного немодулированного сигнала, воздействующего на тонкопленочную среду со стороны приема).

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, осуществляющего операции предлагаемого способа для оптического диапазона передаваемых электромагнитных сигналов; на фиг,2 — результаты экспериментальной проверки способа на устройстве, Устройство, представляющее собой своеобразный интерферометр, работает следующим образом, Электромагнитная волна источника сигнала (например, гелий-неонового лазера с длиной волны il= 6328) через полупрозрачное зеркало 2 поступает на модулятор 3, где модулируется информационным сигналом спектром частот AQ например низкочастотным сигналом звуковой частоты от соответствующего генератора (не показан).

Модулированный сигнал передачи через поляроид 4, позволяющий регулировать амплитуду этого сигнала, воздействует на тонкопленочную среду 5 (представляющую собой, например, металлическую пленку толщиной 200...800 А из титана, напыленную на стеклянную подложку) и падает на нее под углом а. Электромагнитная волна, прошедшая через пластинку 5, воспринимается фотоприемником 6 (например, фотодиодом).

Электромагнитная волна дополнительного немодулированного сигнала формируется в устройстве из монохроматического

-сигнала источника 1 с частотой несущей а (т.е. с той же частотой, что и несущая сигнала передачи). С помощью двух зеркал 7 и 8, а также, второго поляроида 9, регулирующего амплитуду дополнительного сигнала, этот сигнал воздействует на среду — пластинку 5 со стороны приемника 6 излучения (со стороны Ь пластинки), С выхода фотоприемника сигнал усиливается и поступает на средства индикации (например осциллограф) (элементы усиления и индикации не показаны). Измеряется уровень выходного сигнала и рассчитывается коэффициент прозрачности 0 при закрытом втором канале интерферометра (канале формирования дополнительного сигнала), а затем уровень выходного сигнала и коэффициент интерференционной прозрачности Т при открытом втором канале, т.е. при воздействии на среду второй электромагнитной волны дополнительного сигнала со стороны приема.

Результаты эксперимента (фиг.2) показывают, что во втором случае уровень выходного сигнала резко в десятки раз возрастает, а "просветление" среды за счет эффекта туннельной электромагнитной интерференции возрастает, что характеризуется существенно большими значениями коэффициента Т по сравнению с О, рассчитанными соответственно по формулам

Ра прои ел. т=2К Р-- D.

Роа Роь

5 Положительный эффект предлагаемого способа состоит в повышении эффективности передачи электромагнитных си НВпоВ, например оптического и СВЧ-диапазона радиосигналов, в системах передачи-приема, 10 связанных с прохождением этих сигналов через тонкопленочную среду. Кроме того, способ позволяет расширить динамический диапазон регулирования коэффициента передачи сигналов через среду изменением

15 параметров, например амплитуды, фазы или поляризации, электромагнитной волны дополнительного немодулированного сигнала относительно аналогичных параметров электромагнитной волны несущей

20 сигнала передачи.

Формула изобретения

Способ передачи электромагнитных сигналов через тонкопленочную среду, при

25 котором на эту среду воздействуют электромагнитным полем сигнала передачи, осуществляют прием сигналов, прошедших через среду, и регулирование уровня этих сигналов, отличающийся тем, что, с целью

30 повышения коэффициента передачи и расширения динамического диапазона регулирования уровня принимаемых сигналов за счет эффекта туннельной электромагнитной интерференции, на тонкопленочную среду

35 со стороны приема воздействуют электромагнитным полем дополнительного немодулированного сигнала с частотой, равной несущей частоте сигнала передачи, с возможностью перекрытия в этой среде элект-

40 ромагнитных полей сигнала передачи и дополнительного немодулированного сигнала, при этом регулирование уровня принимаемых сигналов осуществляют изменением амплитуды, фазы или поляризации электро45 магнитной волны дополнительного немодулированного сигнала относительно аналогичных параметров электромагнитной волны несущей сигнала передачи.

1689925

1,0

ЮО dА

600

Редактор И.Шулла

Заказ 3813 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откритиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

r.

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

-2

Составитель А.Луканин

Техред М.Моргентал Корректор С,Шевкун