Когерентный резонанс в управляемых шумом хаотических вакуумных и спин-волновых автогенераторах коротких и ультракоротких импульсов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-22-00274

НазваниеКогерентный резонанс в управляемых шумом хаотических вакуумных и спин-волновых автогенераторах коротких и ультракоротких импульсов

Руководитель Романенко Дмитрий Владимирович,

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" , Саратовская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-402 - Нелинейные колебания и волны

Ключевые слова когерентный резонанс, ультракороткие импульсы, диссипативные солитоны, спиновые волны, шумотрон

Код ГРНТИ29.35.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение одной из фундаментальныхнаучных проблемв области нелинейной физики, связанной с изучением явления когерентного резонанса в динамических системах различной природы. В частности, в проекте предлагается исследовать явление когерентного резонанса в твердотельных и вакуумных хаотических распределенных автогенераторах микроволнового диапазона, способных формировать в отсутствие внешнего шумового воздействия хаотические последовательности «темных» диссипативных солитонов огибающей нано- и субнаносекундной длительности. Актуальность решения данной проблемы обусловлена, во-первых, выбором динамической системы, генерируемой хаотические короткие и ультракороткие импульсы, а, во-вторых, получением из хаотических импульсных последовательностей более регулярных структур при некоторой оптимальной интенсивности внешнего шумового воздействия. Научная новизна подобного рода исследований обусловлена тем, что до настоящего времени когерентный резонанс исследовался, в основном, на модельных системах, к которым относятся возбудимые шумом системы и автогенераторы с бифуркацией Андронова-Хопфа. В распределенных динамических системах, демонстрирующих хаотическую динамику в автономном режиме, явление когерентного резонанса не наблюдалось. В проекте исследуются кольцевые распределенные автогенераторы хаоса микроволнового диапазона, в которых в качестве нелинейных элементов используются либо твердотельные СВЧ усилители и спин-волновая линия передачи, выполненная на основе пленки железо-иттриевого граната (ЖИГ), либо вакуумные СВЧ усилители в виде многорезонаторных пролетных клистронов и ЛБВ-усилителей. Хаотические последовательности «темных» диссипативных солитонов огибающей предполагается получить на двух генераторных схемах, в одной из которых (твердотельной) хаотическая динамика определяется нелинейными процессами трехволнового параметрического взаимодействия спиновых волн в пленке ЖИГ, а в другой (вакуумной) она возникает за счет «падающего» участка на амплитудной характеристике ЛБВ-усилителя и запаздывающей обратной связи. Для ограничения роста амплитуды хаотического сигнала, которое необходимо для получения «темных» импульсов, в первой генераторной схеме используется широкополосный транзисторный усилитель, а во второй схеме – пятирезонаторный пролетный клистрон, работающие в режиме насыщения выходной мощности. Управление режимами хаотической импульсной генерации с помощью внешнего шумового воздействия осуществляется по оригинальной методике, разработанной авторами проекта. Моделирование эффекта когерентного резонанса в генераторах хаотических «темных» диссипативных солитонов огибающей проводится на модификациях известных генераторных моделей (модель Вышкинд-Рабиновича для хаотического спин-волнового генератора и модель ЛБВ-усилителя с запаздывающей обратной связью для схемы «шумотрона»), в которые будут дополнительно введены ограничительные функции усиления без «падающих» участков. Кроме того, ограничительные функции усиления модулируются по случайному закону. Полученные в ходе выполнения проекта результаты будут интересны не только с фундаментальной точки зрения, но и представляют практический интерес, связанный с использованием шумового воздействия для создания источников когерентных ультракоротких импульсов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Бир А.С., Романенко Д.В., Скороходов В.Н., Никитов С.А., Гришин С.В Управление хаотическими темными диссипативными солитонами огибающей в активном кольцевом резонаторе на основе магнонного кристалла с динамическим дефектом Письма в журнал технической физики, Т. 49, вып. 7. С. 28-31 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.07.54918.19509

2. Гришин С.В., Скороходов В.Н. Генерация темных импульсов огибающей в модифицированной схеме шумотрона Письма в журнал технической физики, Т. 49, вып. 18. С. 37-41 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.18.56176.19516

3. Гришин С.В., Скороходов В.Н. Формирование коротких и ультракоротких импульсов в ЛБВ-подавителе, работающем в режиме нелинейного срыва Компфнера Сборник докладов XII Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и микроэлектроника СВЧ", с.296-300 (год публикации - 2023)

4. Романенко Д.В., Гришин С.В. Когерентный резонанс в управляемом шумом хаотическом спин-волновом автогенераторе Сборник докладов XII Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и микроэлектроника СВЧ", c. 358-362 (год публикации - 2023)

5. Романенко Д.В., Гришин С.В. Когерентный резонанс в управляемых шумом хаотических автогенераторах спин-волновой СВЧ электроники Сборник трудов XVIII Всероссийской конференции молодых ученых, С. 153-154 (год публикации - 2023)

6. Д. В. Романенко , С. В. Гришин , П. С. Комков Когерентный резонанс в узкополосном управляемым шумом хаотическом спин-волновом автогенераторе ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ XXI научной школы "НЕЛИНЕЙНЫЕ ВОЛНЫ – 2024" (год публикации - 2024)

7. П. С. Комков, Д. С. Пыхтунов, Д. В. Романенко, В. Н. Скороходов, C. В. Гришин Когерентный резонанс в микроволновых генераторах хаоса Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика, Т. 33, № 3 (год публикации - 2025)
10.18500/0869-6632-003150

8. П.С. Комков, Д.В. Романенко, В.Н. Скороходов, С.В. Гришин Когерентный резонанс в микроволновом вакуумном генераторе хаоса – «шумотроне» Сборник докладов XIII Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и микроэлектроника СВЧ" (год публикации - 2024)

9. Д.В. Романенко, С.В. Гришин Coherent resonance in a narrowband noise-controlled chaotic spin-wave self-oscillator Abstract book Spin Waves 2024 (год публикации - 2024)

10. Д. В. Романенко, С. В. Гришин Когерентный резонанс в модифицированной модели вышкинд-рабиновича Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1) Были созданы экспериментальные макеты автогенераторов светлых и темных солитонов огибающей на основе линии задержки на магнитостатических волнах и твердотельных усилителях при модуляции питания твердотельного усилителя по шумовому закону. В качестве шумового сигнала использовался высокочастотный белый шум. Показано, что шумовое управление питанием усилителя, также, как и модуляция коэффициента усиления твердотельного усилителя внешним СВЧ сигналом приводит к временной фильтрации генерируемой последовательности импульсов, а при определенных условиях и к полному прекращению генерации. Однако в отличии от метода временной фильтрации, предложенного на предыдущем этапе, при модуляции питания не удалось пронаблюдать явления когерентного резонанса, также как и перемежаемость типа «on-off». 2) Для исследования явления когерентного резонанса в модели «шумотрона» была создана модель на основе нелинейной лампы бегущей волны с падающем участком и клистроном усилителем. В качестве внешнего шумового сигнала использовался узкополосный белый шум с различной шириной спектра. Показано, что при воздействии шумового сигнала на нелинейный усилитель наблюдается подавление собственной динамики системе на временных интервалах, где значение внешнего шумового сигнала превышает некоторое пороговое значение, тем самым прерывая генерацию. Построена зависимость времени автокорреляции от интенсивности шумового воздействия при различных ширинах спектра внешнего шумового сигнала. Показано, что при всех ширинах спектра шумового сигнала, данные зависимости носят резонансный характер, что говорит о наличии явления когерентного резонанса в исследуемой модели. При увеличении ширины спектра шумового сигнала максимальное значение времени автокорреляции практически не меняется, а полоса мощностей незначительно уменьшается. Были получены зависимости старшего ляпуновского показателя от амплитуды шумового воздействия. При всех значениях амплитуды воздействия старшие показатели получились положительными. 3)Был создан экспериментальный макет шумотрона на основе клистрона –усилителя и ЛБВ, работающей в нелинейном режиме. В радиофизическом эксперименте были измерены временные зависимости амплитуды и спектры генерируемого в кольцевой автоколебательной системе в зависимости от амплитуды и ширины спектра шумового воздействия. Показано что при ширинах спектра шумового сигнала 1, 10, 15 и 30 МГЦ может наблюдатся полное подавление автогенерации в кольцевой системе при воздействии шума на нелинейную ЛБВ. Также были рассчитаны зависимости времени автокорреляции амплитуды огибающей генерируемого СВЧ сигнала от интенсивности шумового воздействия. Показано, что при увеличении ширины спектра шумового сигнала резонансный характер данной зависимости сохраняется, однако происходит уменьшение ширины мощностоной полосы для наблюдаемого явления. Рассчитанные зависимости числа ламинарных фаз от их длительности, а также средней длительности фаз от параметра надкритичности хорошо согласуются с теоретическими данными, харакетрными для перемежаемости типа «on-off».

Публикации