ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО НА МАГНИТОСТАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

Полезная модель относится к радиотехнике СВЧ, в частности к приборам на магнитостатических волнах, и может быть использована в качестве демультиплексора.
Известно логическое устройство для обработки сигналов (US 2007230858 G02B6/00, опубл. 04.10.2007), имеющее два оптических канала, расположенных внутри полупроводниковой матрицы. Компоненты оптического сплиттера объединены в конфигурацию интерферометра Маха-Цендера с помощью двух волноводных секций, также расположенных в полупроводниковой матрице. Устройство работает путем расщепления прямых и обратных оптических волн на две части, распространяющихся вдоль первого и второго участков волноводной структуры, расположенных внутри полупроводниковой матрицы. На выходной волноводной секции получается либо конструктивно скомбинированные первая и вторая прямая оптическая волна, либо деструктивно скомбинированные первая и вторая оптическая волна.
Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности управления частотными характеристиками (перестройка частотного диапазона).
Известно логическое устройство (CN 10477934, H01L43/00, опубл. 15.08.2017), основанное на интерференции спиновых волн - поверхностных магнитостатических волн (ПМСВ) в мультиферроидном материале. Логическое устройство состоит из пяти функциональных зон, а именно зоны возбуждения спиновой волны, зоны частотного разделения спиновой волны, зоны регулирования и управления электрическим полем, зоны интерференции спиновых волн и зоны обнаружения спиновой волны. Функционирование логического устройства обеспечивается через среду передачи спиновой волны, регулирования дисперсионного соотношения спиновых волн в среде, направления передачи спиновой волны и изменения модели в случае внешнего магнитного поля или изменения внутреннего поля.
Недостатком данного устройства является сложная конструкция, требующая введения дополнительного пьезоэлектрического слоя для управления электрическим полем.
Известно логическое устройство на магнитостатических волнах (см. патент РФ2690020, МПК H01P1/20, опубл. 30.05.5019), содержащее размещенный на подложке микроволновод из пленки железоиттриевого граната (ЖИГ), имеющий раздвоенную среднюю часть, размещенные на сплошных частях микроволновода входной и выходной преобразователи магнитостатических волн, элементы управления, источник внешнего магнитного поля. Раздвоенная часть микроволновода выполнена в виде интерферометра Маха-Цендера, входной и выходной преобразователи магнитостатических волн в виде микрополосковых антенн размещены на оконечностях сплошных частей микроволновода, внешнее магнитное поле направлено по касательной к пленке из ЖИГ, при этом элементы управления выполнены в виде средств изменения намагниченности указанной пленки ЖИГ путем локального ее нагрева на раздвоенных частях микроволновода.
Недостатком устройства является форма разделительного отверстия, приводящая к некоторым искажениям сигнала в средней части структуры.
Наиболее близким к заявляемому является логическое устройство на магнитостатических волнах (см. патент РФ № 2754126 по кл. МПК H01P1/22, опуб. 27.08.2021), содержащее два микроволновода, выполненных в виде интерферометра Маха-Цендера, имеющих разделитель в виде отверстия восьмиугольной формы, один из микроволноводов размещён на подложке из плёнки железоиттриевого граната (ЖИГ). На сплошных частях микроволноводов размещены входной и выходной преобразователи магнитостатических волн в виде микрополосковых антенн, Логическое устройство содержит источник внешнего магнитного поля с направлением по касательной к микроволноводу. Второй микроволновод расположен над первым, причем микроволноводы разделены слоем диэлектрика, а второй микроволновод снабжен выходной антенной, расположенной над выходной антенной первого микроволновода, при этом источник внешнего магнитного поля выполнен с возможностью изменения величины и полярности магнитного поля.
Недостатком логического устройства является сложность создания многослойной ферромагнитной структуры и размещения антенн на таком устройстве.
Технической проблемой заявляемой полезной модели является расширение арсенала логических устройств на магнитостатических волнах с функцией демультиплексора на основе системы связанных спин-волновых интерферометров, которое позволит реализовать простое управления сигналом за счет изменения величины внешнего магнитного поля.
Технический результат заключается в повышении качества выходного сигнала путём снижения искажений сигнала из-за иного расположения интерферометров в один слой вместо двух и меньшей области связи между волноводами.
Для достижения технического результата в логическом устройстве на магнитостатических волнах, содержащем два микроволновода, каждый из которых выполнен в виде интерферометра Маха-Цендера и имеет разделитель в виде отверстия восьмиугольной формы, один из микроволноводов размещён на подложке из плёнки железоиттриевого граната и имеет расположенный на его сплошной части входной преобразователь магнитостатических волн в виде микрополосковой антенны, каждый из микроволноводов снабжён выходной антенной, устройство содержит источник внешнего магнитного поля, выполненный с возможностью изменения величины и полярности, согласно полезной модели, второй микроволновод также размещён на подложке из плёнки железоиттриевого граната латерально по отношению к первому микроволноводу, параллельно и симметрично первому микроволноводу с зазором между ними 10 мкм
Полезная модель поясняется чертежами, где представлено:
на фиг.1– схематическое изображение предлагаемого устройства, общий вид;
на фиг. 2 – структура из латерально-связанных микроволноводов на подложке, в поперечном сечении;
на фиг. 3 – схематическое изображение структуры, вид сверху;
на фиг. 4 – спектры возбуждения спиновых волн на разных выходных преобразователях;
на фиг. 5 – карта распределения z-компоненты намагниченности в структуре.
Позициями на чертежах обозначены: входной 1 и выходные 2,3 преобразователи магнитостатических волн (антенны); 4 – микроволноводы, имеющие конфигурацию интерферометра Маха-Цендера из пленки ЖИГ; 5 - отверстия; 6 – немагнитная подложка; 7 – направление внешнего магнитного поля; 8 – спектр возбуждения спиновых волн, полученный на выходном преобразователе 2; 9 – спектр возбуждения спиновых волн, полученный на выходном преобразователе 3.
Общие размеры структуры: длина l = 3500 мкм, ширина  w = 3010 мкм, толщина d = 510 мкм. Ширина волновода во входной части и в плечах интерферометров pl – 500 мкм.
0
о
Устройство содержит подложку 6, представляющую собой пленку галлий-гадолиниевого граната (ГГГ) с размерами (ШхДхТ) 500 мкм × 3500 мкм × 3010 мкм. На поверхности пленки ГГГ 6 расположена структура, сформированная из двух латерально-связанных микроволноводов 4 на основе пленки ЖИГ толщиной 10 мкм и намагниченностью насыщения M=139 Гс, имеющих конфигурацию интерферометра Маха-Цендера. Величина зазора между интерферометрами равна 10 мкм в средней части структуры. На микроволноводах 4 расположены микрополосковые антенны 1, 2, 3 шириной 30 мкм, которые обеспечивают прием и возбуждение ПМСВ. При этом входная антенна 1 расположена на одной оконечности сплошной части одного микроволновода, выходная антенна 2 на другой оконечности этого микроволновода, выходная антенна 3 - на другой оконечности сплошной части другого микроволновода. Внешнее магнитное поле Н направлено по касательной к микроволноводам вдоль оси у.
Устройство работает следующим образом.
На входную микрополосковую антенну 1 подается входной сигнал с частотой, зависящей от величины постоянного внешнего магнитного поля. Затем этот сигнал преобразуется в поверхностную магнитостатическую волну (ПМСВ), которая бежит вдоль обоих микроволноводов 4, имеющих конфигурацию интерферометра Маха-Цендера и выполненных в виде нерегулярной структуры с отверстиями 5. Из-за расщепления ПМСВ на две части в области восьмиугольного отверстия каждого микроволновода, в выходной части структуры наблюдается либо деструктивная, либо конструктивная интерференция ПМСВ. Функция демультиплексирования сигнала реализована за счет, так называемого, провисающего магнитного поля в средней части структуры, где зазор между микроволноводами минимален. При возбуждении ПМСВ только на входе 1 сигнал распространяется к обеим выходным антеннам 2 и 3.
На фиг. 3 схематично изображены латерально-связанные микроволноводы, вид сверху. Указанные на фигуре размеры позволяют добиться наиболее оптимального прохождения спиновых волн вдоль структуры с наименьшим числом отражений сигнала, при этом сохраняя общие размеры устройства компактными. Само устройство будет иметь два слоя с зазором между ними 10 мкм. Данная величина зазора обеспечивает оптимальную перекачку сигнала между слоями за счет провисающего поля.
На фиг. 4 изображены спектры возбуждения спиновых волн в системе из двух интерферометров на выходах 2 и 3 при возбуждении волны на входе 1. Заметна разница в амплитуде сигнала на разных выходах, максимумы и минимумы спектра на выходе 2 смещены относительно максимумов и минимумов спектра на выходе 3. В диапазоне частот 5,3 – 5,6 ГГц максимумы графика для выхода 2 примерно соответствуют минимумам графика для выхода 3.
На фиг. 5 показано распределение амплитуды z-компоненты намагниченности для системы из двух латерально-связанных ЖИГ-интерферометров на частоте 5,5 ГГц. Из-за провисающего магнитного поля в средней части структуры, возбуждаемая в одном из интерферометров волна распространяется в обоих интерферометрах.
Таким образом, представленные результаты подтверждают достижение технического результата – демультиплексирование сигнала на основе системы связанных спин-волновых интерферометров с возможностью управления частотным диапазоном и шириной полосы частот посредством воздействия статическим магнитным полем.