Вимірювання тиску мікрохвильового випромінювання на тонкі металеві волокна

Автор(и)

  • Микола Кокодій Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, 61022, Харків, Ukraine
  • Сергій Бердник Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, 61022, Харків, Ukraine
  • Віктор Катрич Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, 61022, Харків, Ukraine
  • Михайло Нестеренко Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, 61022, Харків, Ukraine
  • Іван Приз Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, 61022, Харків, Ukraine
  • Анастасія Натарова Харківський національний університет Повітряних Сил імені І. Кожедуба, вул. Сумська, 77/79, 61023, Харків, Ukraine
  • Вячеслав Маслов Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, 61022, Харків, Ukraine
  • Костянтин Мунтян Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, 61022, Харків, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.24027/2306-7039.4.2021.250413

Ключові слова:

мікрохвильове випромінювання; тонкі волокна; тиск випромінювання; вимірювання

Анотація

Тиск електромагнітного випромінювання в оптичному діапазоні широко застосовується для утримання мікрочастинок і керування ними. Це досягається завдяки можливості фокусування лазерного випромінювання в область розміром у декілька мікрометрів. Інтенсивність випромінювання в ній достатня для утримання мікронних частинок у промені лазера і маніпуляцій з ними. Зараз проводяться інтенсивні дослідження щодо використання мікрохвильового й терагерцового випромінювань та можливості застосування тиску випромінювання в цих діапазонах. Але в мікрохвильовому діапазоні розміри фокальної області набагато більші, ніж в оптичній. Тому для керування об’єктами, розмір яких порівняний із розміром фокальної області, за допомогою тиску випромінювання необхідні дуже великі потужності. При малих розмірах об’єктів на них потрапляє невелика кількість енергії випромінювання, і діюча сила зменшується. Однак, відомо, що тонкі провідникові волокна дуже сильно взаємодіють з мікрохвильовим випромінюванням. Це може бути використано для левітації коротких тонких металевих волокон (вібраторів), утриманні їх у заданому місці та керуванні їхнім положенням у просторі.

У статті описано вимірювання тиску мікрохвильового випромінювання з довжиною хвилі 8 мм на тонкі мідні волокна. Для цього використано крутильні ваги. У металевому корпусі на підвісі з вольфрамового волокна діаметром 8 мкм розташовано коромисло довжиною 50 мм із приймальними елементами у вигляді системи мідних волокон діаметром 300 мкм і довжиною 15 мм. На один із приймальних елементів за допомогою рупора спрямовувалось мікрохвильове випромінювання. Описано калібрування крутильних ваг, процес вимірювань та оцінку похибки результатів. Вимірювання дали значення фактора ефективності тиску випромінювання Qpr = 4.86. Це задовільно узгоджується з результатами розрахунків Qpr = 5.39. Різниця становить 10%.

Посилання

Ashkin A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure. Physical Review Letters, 1970, vol. 24, issue 4, pp. 156‒159. doi: 10.1103/PhysRevLett.24.156

Ashkin A. Davlenie lasernogo izlucheniya [The pressure of laser radiation]. Uspekhi fizicheskikh nauk, 1973, vol. 110, issue 11, pp. 101‒114 (in Russian). doi: 10.3367/UFNr.0110.197305d.0101

Kuz’michev V.M., Kokodii N.G., Safronov B.V., Balkashin V.P. Values of the absorption efficiency factor of a thin metal cylinder in the microwave band. Journal of Communication Technology and Electronics, 2003, vol. 48, no. 11, pp. 1240‒1242.

He Shi, Shulga S.N., Kokodity N.G. et al. Interaction of electromagnetic waves in a waveguide with very thin wires. Journal of Communication Technology and Electronics, 2011, vol. 56, no. 10, pp. 1193‒1196. doi:10.1109/MSMW.2010.5546021

Kokodii N.G., Kaidash M.V., Timaniuk V.A. & Priz I.A. Interaction of electromagnetic radiation with a thin metal wire in the case of a glancing incident wave. Journal of Communication Technology and Electronics, 2017, vol. 62, no. 3, pp. 205‒211. http://dx.doi.org/10.1134/S1064226917030123

H.C. van de Hulst. Light scattering by small particles. New York, John Wiley & Sons, Inc. London, Chapman & Hall, Ltd, 1957. 536 p.

Kerker M. The scattering of light and other electromagnetic radiation. New York, Academic press, 1969. 666 p.

Born M., Wolf E. Principles of Optics. 7th Edition. London, Cambridge University Press, 1999. 926 p. doi: https://doi.org/10.1017/CBO9781139644181

Valitov R.A. (Ed.). Ponderomotornoe deystvie elektromagnitnigo polya (teoriya i primenenie) [Ponderomotive action of electromagnetic field (theory and application)]. Moscow, Sov. Radio, 1975. 232 p. (in Russian).

Опубліковано

2021-12-30

Номер

Розділ

Статті