Высокодобротные резонаторы в прецизионных измерениях

• Автор: Городецкий, Михаил Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 210 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Сферические микрорезонаторы с модами типа шепчущей галереи
1.1 Моды типа шепчущей галереи в оптических микрорезонаторах
1.1.1 Моды диэлектрического шара
1.1.2 Излучательные потери
1.1.3 Нормировка поля в резонаторе
1.2 Демонстрация предельной добротности в микросферах
1.2.1 Изготовление сферических мини и микрорезонаторов
различного размера
1.2.2 Измерение предельной оптической добротности микросфер
1.2.3 Динамика изменения предельной добротности и резонансной частоты в лабораторной атмосфере
1.3 Моды шепчущей галереи в реальных микросферах с малой не-сферичностью. Теория прецессии фундаментальной моды и ее следствия: связь, излучение, добротность
1.3.1 Прецессионный подход к анализу мод в сфероидальном
резонаторе
1.3.2 Квазигеометрический подход к описанию мод шепчущей
галереи
1.3.3 Частотный спектр сфероидального резонатора
1.3.4 Пространственные спектры переизлучения резонатора с
призменным элементом связи
1.3.5 Экспериментальное исследование угловых спектров переизлучения мод шепчущей галереи в призму
1.4 Теория оптимальной связи с высокодобротными модами типа
шепчущей галереи
1.4.1 Общие соображения
1.4.2 Моделирование связи волноводным ответвителем
1.4.3 Вариационный подход
1.4.4 Приложение теории к ранее продемонстрированным элементам связи
1.4.5 Связь с призмой: экспериментальная проверка
1.5 Рассеяние Рэлея в высокодобротных диэлектрических микрорезонаторах
1.5.1 Рассеяние на термодинамических флуктуациях плотности и добротность микрорезонаторов
1.5.2 Рассеяние на поверхностных неоднородностях
1.5.3 Связь мод: общий подход
1.5.4 Связь мод: обратное рассеяние и резонансное отражение
в элемент связи
1.5-5 Связь мод: расщепление нормальных мод
Глава 2. Квантово-невозмущающие измерения в СВЧ диапазоне
2.1 Квантово-невозмущающие измерения квадратурной амплитуды СВЧ поля
2.1.1 Принципиальная схема измерений
2.1.2 Стробоскопическое квантово-невозмущающее измерение квадратурной амплитуды
2.1.3 Измерение квадратурной амплитуды по отклонению
электронного пучка
2.1.4 Измерение квадратурной амплитуды по малому смещению электрона
2.1.5 Требования, предъявляемые к электронному пучку
2.1.6 Экспериментально достижимая чувствительность
Глава 3. Квантовые и термодинамические флуктуации в резонаторах гравитационных антенн
3.1 Оптически жесткость в гравитационно-волновой антенне
3.1.1 Перераспределение энергии в системе из двух связанных
резонаторов

3.1.2 Динамическое поведения детектора
3.1.3 Пороговая чувствительность новой антенны
3.1.4 Потери в оптических резонаторах
3.1.5 Механические потери в подвесах и зеркалах А и В
3.1.6 Координатные измерители, широкополосный и узкополосный стандартный квантовый предел
3.1.7 Шумы измерителя координаты в новой схеме гравитационной антенны и шумы подвеса в зеркале D
3.1.8 Приложение А. Собственные частоты резонатора
3.1.9 Приложение В. Перераспределение энергии
3.1.10 Приложение С. Динамическое поведение системы
3.1.11 Приложение D. Динамическая устойчивость системы . 143.
3.1.12 Приложение Е. Отношение сигнал/шум
3.1.13 Приложение F. Квантовый измеритель скорости на СВЧ резонаторах
3.2 Квантовые пределы и симфотонные состояния в гравитационно-волновой антенне на свободных массах
3.2.1 Кросс-квадратурная квантовая наблюдаемая и схема
для ее наблюдения
3.2.2 Ограничения чувствительности
3.2.3 Приложение А. Эволюция симфотонного состояния
3.2.4 Приложение В. Отношение сигнал/шум
3.3 Термодинамические флуктуации, фототермический дробо-
вой и терморефрак тивные шумы в зеркалах лазерной гравитационно-волновой антенны
3.3.1 Фототермический дробовой шум в зеркалах антенны
3.3.2 Термодинамические флуктуации температуры, термоупругие потери и флуктуации поверхности
3.3.3 Численные оценки
3.3.4 Приложение А. Вычисление спектральной плотности
флуктуаций термофотонного дробового шума
3.3.5 Приложение В. Вычисление спектральной плотности
термоупругих флуктуаций

полного внутреннего отражения, широко применяемая также в оптоэлектронике для связи с планарными волноводами.
При помощи элемента связи ближнего поля, основанного на эффекте нарушенного полного внутреннего отражения, свет вводится в микросферу через малую область связи. При этом резонатор для обеспечения оптимальной связи помещается на малое расстояние d ~ 0.1 ~ 1А от поверхности элемента связи (Qc ос е2). В дальнейшем для определенности будем говорить лишь о призменном элементе связи. Возбуждающий луч, введенный в призму под оптимальным углом падения и сфокусированный на ее внутренней поверхности, частично туннелирует через малый зазор в резонатор и возбуждает в нем бегущую волну полного внутреннего отражения - моду шепчущей галереи. Естественно ожидать, что сделав несколько оборотов внутри сферы, свет переизлучится в призму под тем же углом и в той же плоскости, что и вошедший луч. Однако в эксперименте часто наблюдается другая картина: свет, соответствующий по частоте наблюдаемой высокодобротной моде может быть переизлучен в призму совсем в другой плоскости, так, как будто орбита света внутри резонатора проворачивается внутри резонатора. Этот эффект имеет ту же природу, что и наблюдавшееся в работе [42] явление прецессии “резонансов, зависящих от морфологии” (morphology-dependent resonances (MDR.) - не вполне удачный термин для обозначения добротных мод микросфер, прижившийся в англоязычной литературе со времени обнаружения острых резонансов при рассеянии света в аэрозолях) при резонансном рассеянии импульсного лазерного излучения на деформированных каплях. Авторы [42] интерпретировали этот эффект в терминах групповой угловой скорости MDR, при этом в результате суперпозиции разных мод со снятым вырождением формируется волновой пакет. Путешествуя по прецессирую-щей орбитальной траектории внутри сферы, волновой пакет последовательно излучает свет в верхнее и нижнее полупространство.
Напрашивается аналогия - раз волновой пакет в деформированной сфере не сохраняет плоскость обращения, то вероятно и наклоненная основная мода типа 1(1 не будет его сохранять. Можно поставить следующие вопросы, ответам на которые посвящена эта глава:
1) Что означает такая прецессия моды на языке электродинамики и как