Управляемое демпфирование колебаний высокодобротных механических резонаторов

• Автор: Дмитриев, Артемий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Управляемое демпфирование высокодобротных механических осцилляторов
1.2. Интерферометрические гравитационно-волновые детекторы и проблема демпфирования струнных мод колебаний подвесов их пробных масс
Глава 2. Разработка и реализация системы демпфирования струнных мод колебаний кварцевых нитей для подвесов пробных
масс гравитационно-волновых детекторов
2.1. Модель кварцевого подвеса
2.2. Демпфирование через промежуточный осциллятор
2.3. Демпфирование с использованием оптического сенсора и электростатического актюатора
2.4. Результаты измерений
2.5. Исследование возможностей применения различных способов нанесения на поверхность нити электрического заряда
2.6. Заключение
Глава 3. Моды колебаний дисковых резонаторов с большим
значением углового индекса
3.1. Резонансные частоты и форма мод колебаний акустических дисковых резонаторов с большим значением углового индекса
3.2. Изгибные моды колебаний кремниевых дисковых резонаторов .

Глава 4. Трехмодовая электромеханическая система управляемого демпфирования изгибных мод колебаний дисковых ре-
зонаторов
4.1. Теоретическое описание
4.2. Экспериментальная установка
4.3. Результаты и выводы
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы исследования
Управляемое демпфирование высокодобротных механических мод колебаний физических систем используется в различных областях физики и техники. В частности можно отметить управление добротностью рабочей механической моды кантилеверов в атомно-силовой микроскопии для повышения скорости сканирования в режиме амплитудной модуляции [1]; управление добротностью детектирующей моды микроэлектромеханических гироскопов для увеличения их чувствительности [2]; компенсацию температурной зависимости добротности и резонансной частоты в механических устройствах, работающих в широком диапазоне температур [3]; создание фононных лазеров [4]. Особо можно выделить создание систем холодного демпфирования колебаний механических осцилляторов, не вносящих дополнительных шумов в демпфируемый осциллятор. Таким образом удается значительно снизить эффективную шумовую температуру механического осциллятора. В качестве примеров можно привести демпфирование струнных мод колебаний подвесов пробных масс интерферометрических гравитационно-волновых детекторов [5]; холодное демпфирование колебаний зеркал лазерных интерферометров [6]; различные реализации холодного демпфирования колебаний механических осцилляторов в микро- и наноэлектромеханических системах (МЭМС и НЭМС) для их охлаждения вплоть до состояний, близких к основному квантовому [7, 8] и приготовления сжатых состояний МЭМС-осцилляторов [9].
В основе принципа работы существующих систем управляемого демпфирования, как правило, лежит силовое воздействие на демпфируемый осциллятор на его резонансной частоте со стороны некоторой демпфирующей подсистемы. Это воздействие эквивалентно внесению в осциллятор дополнительной жесткости и дополнительного затухания, величины которых зависят

Экспериментальное значение коэффициента а определялось как
a = (2.14)
Qpi Qpi
где Q~a и Q:,)l обозначают факторы потерь для пластинки и нити соответственно в случае отсутствия электрического поля, аналогичные символы с «волной» относятся к случаю поданного на гребенчатые электроды постоянного напряжения.
Описание эксперимента
При параллельно расположенных кварцевой пластинке и пластине с электродами емкость при небольших зазорах (< 100 мкм) линейно уменьшается с расстоянием между электродами и пластинкой. В ходе работы была экспериментально получена зависимость емкости от этого расстояния. Характерное значение d,C/dx составило
dC п г Л .
= 2,5 нФ/м.

Пластина с гребенчатыми электродами была установлена параллельно кварцевой пластинке с зазором около 100 мкм на то же кварцевое основание. Для контроля величины зазора была использована зависимость добротности струнной моды кварцевой нити от расстояния между кварцевой пластинкой и пластиной с электродами при атмосферном давлении. Эта зависимость была получена экспериментально перед окончательной установкой электродов на образец, для чего пластинка с электродами приклеивалась к подвижному основанию, положение которого относительно образца регулировалось с помощью микрометрического винта.
Эксперименты по демпфированию проводились при остаточном давлении в вакуумной камере р ~ 3 • IO-6 Topp. На электроды подавалось постоянное электрическое напряжение через резистор с сопротивлением R = 9 МОм.