Головна сторінка  Історія  Навчальний процес  Наукова робота  Відомі вихованці  Фотоматеріали  Програми спецкурсів



Лабораторія функціональної електроніки

Лабораторія радіоспектроскопії магнетиків

Лабораторія інтегральної оптики та ближньопольової мікрохвильової мікроскопії

Лабораторія радіоспектроскопії і спін-хвильової електроніки

Лабораторія методів та приладів НВЧ

Лабораторія акустооптики

Лабораторія лазерної поляриметрії

Лабораторія волоконної оптики

Лабораторія лазерних приладів

Лабораторія голографічних захисних елементів

Лабораторія фотомагнетизму

Лабораторія низькотемпературного доменного резонансу

Науково-дослідні лабораторії кріогенного комплексу



Лабораторія функціональної електроніки

Функціональна електроніка високих та надвисоких частот, як альтернатива схемотехнічній електроніці, почала розвиватися в середині 1950-х років завдяки появі технології якісних монокристалів п’єзоелектриків, ферит-гранатів та напівпровідників. Крім академічних та галузевих інститутів в опануванні таких технологій брали участь декілька вищих навчальних закладів, серед яких був і Київський державний університет.

У 1958 р. на кафедрі радіофізики була сформована група співробітників для створення лабораторної технології вирощування монокристалів феритів-шпінелей та гранатів (В. В. Данилов, Б. М. Молочніков, Ю. Р. Оржеховський, І. В. Сєдов), і в 1959 р. були вирощені перші такі кристали. Дослідження впливу дефектів кристалів ЗІГ на процеси релаксації (В. В. Данилов) дозволило не тільки з’ясувати природу анізотропії ширини лінії феромагнітного резонансу в сферичних ЗІГ резонаторах, але й запропонувати технологічні методи зменшення втрат.

Згодом до вдосконалення програмного керування технології вирощування кристалів та виготовлення сферичних ЗІГ резонаторів та хвилеводів на магнітостатичних хвилях (МСХ) приєдналися В. І. Цимбаревич, Б. М. Трунов, В. О. Рубан, В. І. Штан, Ю. М. Власенко, В. С. Друзенко, що забезпечило створення повного технологічного циклу та суттєве підвищення госпрозрахункового фінансування кафедри.

В свою чергу зміцнення матеріальної та лабораторної бази кафедри дозволило значно розширити спектр та методи досліджень НВЧ ефектів у ЗІГ, у тому числі магнітооптичними методами. Так, у 1971-1973 рр. дослідження ефекту спінового відлуння магнітостатичних коливань в об’ємних структурах ЗІГ різної геометрії дозволило вперше реалізувати ефекти підсилення до 40 дБ НВЧ імпульсних послідовностей за умов накачки на подвійній частоті сигналу (О. В. Тичинський, Ю. О. Нечипорук, В. В. Данилов), а відповідна теорія цього явища була розроблена в співдружності з проф. В. Й. Сугаковим.

Одночасно чудові магнітооптичні властивості монокристалів ЗІГ дозволили провести цикл досліджень НВЧ модуляції лазерного випромінювання на ефекті ФМР та вивчити розподіл амплітуди прецесії магнітного моменту в доменах (Ю. О. Нечипорук, Б. Є. Журиленко, О. В. Тичинський, В. В. Данилов). Матеріали цих досліджень були представлені на Міжнародній конференції з магнетизму МКМ-73 (Москва), яка на той час була першою в СРСР конференцією за повноцінною участю зарубіжних вчених з країн Заходу.

На той період сферичні ЗІГ резонатори вже отримали широке застосування в радіолокаційній та вимірювальній НВЧ техніці для створення фільтрів з електронним керуванням та обмежувачів НВЧ потужності у вхідних колах приймачів. Подальший розвиток радіолокаційних систем був спрямований на ускладнення спектра імпульсних сигналів з відповідною їх кореляційною обробкою на НВЧ дисперсійних лініях затримки. Виявилося, що об’ємні та поверхневі МСХ мають унікальні дисперсійні характеристики, які задовольняють всі вимоги для розробки таких систем.

В лабораторіях перші лінії затримки виготовлялися у вигляді стрижнів та пластин з об’ємних кристалів ЗІГ, а для збудження МСХ, як і зараз, використовувався смужково-коаксіальний перехід. Рекорд ефективності збудження зворотніх об’ємних МСХ та часу затримки в 11 мкс у стрижнях та пластинах ЗІГ реалізував в лабораторії О. В. Тичинський, а лазерне магнітооптичне зондування та реєстрацію амплітуди МСХ в стрижні з неоднорідним полем та доменною структурою вперше зробив Б. Є. Журиленко.

Проте, подальший розвиток НВЧ радіоелектроніки вимагав заміни об’ємних елементів та систем на планарні структури. Почалася розробка промислової технології виробництва епітаксійних гранатових плівок з урахуванням напрацьованого досвіду в технології вирощування монокристалів гранатів з розчину в розплаві РbО+PbF2. Слід зауважити, що весь цей час вирощування та дослідження монокристалів чистого залізоітрієвого, галій-заміщеного та вісмут-кальцій-ванадієвого гранатів в лабораторії не припинялось. Зокрема, було з’ясовано, що найвужчу лінію ФМР мають кристали ЗІГ з частковим заміщенням галієм, іони якого витісняють шкідливі домішки Pb та Pt. Крім того, була розроблена технологія дифузійного легування кристалів ЗІГ іонами галію, яка дозволяє створювати необхідний профіль розподілу намагніченості в об’ємі (В. В. Данилов, В. О. Рубан). Весь цей досвід виявився дуже плідним при співробітництві з науководослідним Інститутом матеріалів електронної техніки Міністерства електронної промисловості СРСР – одним з головних виробників епітаксійних плівок ЗІГ. Результатом такої співдружності було вдосконалення технології та збільшення виходу якісних плівок з відповідним економічним ефектом (Б. П. Нам, А. С. Хе, В. В. Данилов, В. О. Рубан). Цей доробок захищено багатьма авторськими свідоцтвами.

Цікаво також зауважити, що розроблена технологія дифузійного легування кристалів знайшла своє народногосподарське застосування для забарвлення кристалів сапфіру та гранатів у ювелірній промисловості, що було відзначено Золотою медаллю ВДНГ СРСР (В. В. Данилов, В. О. Рубан). В той же час починається розробка ідеї квантового підсилення МСХ парамагнітним кристалом з метою створення мазера біжучої хвилі нового типу (В. В. Данилов, захищено авторським свідоцтвом) та дослідження МСХ у багатошарових структурах, зокрема, метал-діелектрик-ферит-діелектрик-метал (М. Г. Балінський, І. В. Зависляк). Зокрема, М. Г. Балінський вперше розробив теорію згасання всіх типів МСХ у металевих шарах, а згодом підключився до розрахунку втрат у парамагнітній підкладці з галій-гадолінієвого гранату (ГГГ). Оскільки в теорії та експерименті виявилося, що ці втрати суттєво зростають зі зниженням температури, ідея мазера нового типу була реалізована в складній планарній шаруватій структурі з монокристалів ЗІГ-рубін (В. В. Данилов, Е. К. Пархамовський). Проведення експерименту забезпечили співробітники кріогенного комплексу В. І. Цимбаревич, В. А. Келембет, Ю. М. Власенко, які розробили та створили відповідний унікальний гелієвий кріостат. Для детального вивчення взаємодії МСХ з ГГГ та визначення можливості застосування спін-хвильових приладів в умовах кріогенних температур у співдружності з лабораторією чл.-кор. НАН України С. М. Рябченка (Інститут фізики НАНУ) був проведений цикл досліджень статичних та НВЧ магнітних властивостей ГГГ у широкому діапазоні частот та температур (О. Ю. Нечипорук, Л. В. Чевнюк, О. Р. Бедюх, В. Ф. Романюк, В. В. Данилов). Виявилось, що іони Gd3+ забезпечують широку лінію ЕПР, який і відповідає за втрати МСХ, що зростають зі зниженням температури. В свою чергу зростаюча величина намагніченості підкладки створює відповідні поля розмагнічування, які деформують спектр МСХ у плівці ЗІГ. Детальне експериментальне дослідження релаксаційних параметрів спінових хвиль у діапазоні температур 4,2-300 К, яке згодом провів Л. В. Чевнюк, остаточно підтвердили обмеженість застосування епітаксійних структур ЗІГ-ГГГ за умов кріогенних температур.

Пошук діамагнітних підкладок для епітаксійних плівок ЗІГ провів О. Ю. Нечипорук у співдружності зі співробітниками КБ «Домен» Таврійського національного університету (м. Симферополь). В результаті був синтезований кристал ітрій-галієвого гранату (ІГГ) з частковим заміщенням Ca-Mg-Zr для узгодження постійних граток ЗІГ та ІГГ. Всебічне дослідження параметрів вирощеної нової епітаксійної структури ЗІГ-ІГГ, захищеної авторським свідоцтвом, довело її повну відповідність вимогам до спін-хвильових та мазерних елементів у широкому діапазоні температур та частот (Н. В. Проніна, О. Ю. Нечипорук, В. В. Данилов, С. В. Дубінко).

Підкреслимо, що за розробку фізичних засад спін-хвильової електроніки проф. В. В. Данилов і проф. М. І. Ляшенко були відзначені в 1988 р. Державною премією СРСР у галузі науки і техніки в складі колективу вчених з України і Росії.

У той же час розвиток промислової технології стандартних плівок ЗІГ-ГГГ великого діаметра започаткував дослідження квазіоптичних принципів розробки пристроїв спін-хвильової електроніки. Наприклад, співробітниками лабораторії були розроблені фокусуючі перетворювачі МСХ, лінзи, дисперсійні елементи, на базі яких створена низка варіантів просторових аналізаторів спектра та багатоканальних фільтрів, які розміщуються на єдиному «чіпі», що також захищені численними авторськими свідоцтвами (О. Ю. Письменний, В. І. Микитюк, Г. Г. Руденко, П. Л. Кулик, В. В. Данилов). Госпрозрахункове фінансування цих робіт підприємствами Міністерства оборони СРСР суттєво сприяло подальшому розвитку та розширенню фронту досліджень лабораторії. Так, враховуючи попередні результати лабораторії з дослідження спінового відлуння в об’ємних зразках ЗІГ, О. В. Тичинський вперше зареєстрував цей ефект у гранатових плівках, а згодом разом з О. О. Сергою були детально досліджені особливості природи цього ефекту та процеси його регенерації і підсилення. Оскільки явище поляризаційного відлуння у плівках має універсальний характер, у контакті з Інститутом магнетизму НАН України були започатковані дослідження домен-акустичного відлуння (ДАВ) в полікристалічних феритових зразках різної геометрії.

Результати цих досліджень сприяли отриманню міжнародних грантів у рамках проектів УНТЦ у 1998-2001 рр. та 2003-2006 рр. (загальна сума понад 300 тис. доларів, науковий керівник – В. В. Данилов). У процесі виконання програми проектів вперше було встановлено, що найоптимальнішим матеріалом для реалізації ДАВ є залізо-ітрієвий гранат. Цей факт сприяв не тільки розробці ефективних процесорів для кореляційної обробки складних радіосигналів, але й встановленню фізичної природи явища ДАВ, яка полягає в народженні блохівських ліній – носіїв обмінної магнітострикції. Виконання цих проектів забезпечувалось і співробітниками інших лабораторій (В. Ф. Романюк, Л. Л. Стахурський, І. В. Зависляк, В. Б. Бобков), а також всім колективом лабораторії акустооптики, яка створювала найважливіші компоненти процесорів: сучасні програмовані синтезатори та п’єзоакустичні перетворювачі до частот 100 МГц і вище.

Дослідження фотонних кристалів розпочалися в лабораторії з роботи студента магістратури М. В. Бритуна (науковий керівник В. В. Данилов), в якій авторам вперше вдалося реалізувати на практиці хвилевідну бреггівську ферит-діелектричну структуру з електронним керуванням забороненою зоною. Теорія подібних одномірних фотонних структур в оптичному та мм-діапазонах була розвинена також студентом Д. Г. Макаровим (наукові керівники В. Ф. Коваленко, В. В. Данилов), який був відзначений премією Президії НАН України для молодих вчених. Хвилевідні пристрої мм-діапазону з електромагнітною забороненою зоною та з наявністю вузької смуги пропускання в зоні були створені та досліджені В. В. Олійником, який згодом реалізував електронне керування вузькою смугою пропускання за рахунок «дефекту» періодичної структури на основі монокристалу барієвого фериту.

Виходячи з того факту, що аналітичне рішення повної системи рівнянь Максвелла для складних електромагнітних структур неможливе, в лабораторії було започатковано використання методів сучасної комп’ютерної електродинаміки, і, зокрема, методу кінцево-різнецевих різниць (відоме в міжнародній науковій періодичній пресі, як метод FDTD), для проектування планарних хвилеводів та резонаторів терагерцового діапазону. Такі перші структури спроектовані, проаналізовані, виготовлені та експериментально перевірені в 2006 р. (С. Л. Скрипка, М. С. Денисюк, О. Ю. Нечипорук, В. В. Данилов), а у 2007 р. встановлені творчі контакти з НДІ «Оріон», які вже сприяють подальшому розвитку цього перспективного наукового напряму.

В лабораторії функціональної електроніки значна увага приділяється впровадженню наукових і методичних досягнень в навчальний процес кафедри і факультету. Зокрема, розроблені і викладаються наступні лекційні курси: «Основи наукових досліджень», «Фізика активних середовищ», «Функціональна електроніка», «Вибрані розділи квантової радіофізики» (англійською мовою), «Спін-хвильова електродинаміка», «Сучасна радіофізика»; поставлено лабораторній практикум з функціональної електроніки, а з ініціативи викладачів лабораторії (В. В. Данилов, О. Ю. Нечипорук, О. В. Коберідзе, Л. В. Ільченко) здійснено спонсорську підтримку лабораторного циклу із сучасних комунікаційних систем (компанія «Ромсат»).

Науковцями лабораторії встановлено плідні наукові контакти з деякими закордонними науковими установами. Зокрема, з ініціативи О. Ю. Нечипорука започатковано співпрацю з Селфордським університетом м. Манчестер (проф. А. Бордман, проф. Г. Бус), яка сприяла отриманню кафедрою дослідницького гранту НАТО, що згодом реалізувалось також і в тривалому науковому стажуванні асистента кафедри О. В. Колокольцева у Великій Британії. Плідними були контакти і з Версальським університетом (проф. М. Гійо), які були присвячені з’ясуванні фізичної природи явища ДАВ та домен-акустичнолї емісії. Відбувались творчі зв’язки з Севільским університетом (проф. Р. Маркес) по дослідженню електромагнітних хвиль в планарних хвилеведучих структурах з багатошаровим ферит-діелектричним заповненням.


Повернутися до розділу «Кафедри»