Details

Работа посвящена построению и исследованию модели микроэлектромеханического резонатора, работающего в режиме логического элемента, в котором изгибные колебания упругой балки возбуждаются параметрически за счёт периодического нагрева её поверхности лазерными импульсами. Роль логических входов выполняют постоянные напряжения на двух неподвижных электродах, которые смещают эффективную собственную частоту резонатора и тем самым положение зоны параметрической раскачки. В ходе работы решались следующие задачи: 1. Постановка задачи о колебаниях МЭМС-резонатора и вывод уравнения движения при термооптическом возбуждении с учетом продольной силы, создаваемой лазерным нагревом. 2. Вывод условий возникновения параметрической раскачки и построение границ зон неустойчивости в линейном приближении. 3. Учет влияния управляющих напряжений на электродах и подбор параметров возбуждения для реализации логической функции «И». 4. Аналитическое и численное исследование нелинейного резонатора, включая построение амплитудно-частотной характеристики и моделирование процесса переключения логического элемента. Получено уравнение движения резонатора под действием термооптического возбуждения и управляющих напряжений. Определены границы зон параметрической раскачки. Численное интегрирование исходного нелинейного уравнения подтвердило соответствие работы элемента.

The work is devoted to the development and study of a model of a microelectromechanical resonator operating as a logic element, in which the bending vibrations of an elastic beam are excited parametrically by periodic heating of its surface with laser pulses. The logic inputs are the constant voltages applied to two fixed electrodes, which shift the effective natural frequency of the resonator and thereby the position of the parametric instability zone. The following tasks were addressed: 1. Statement of the problem of MEMS resonator vibrations and derivation of the equation of motion under thermo-optical excitation, considering the longitudinal force produced by laser heating. 2. Derivation of the conditions for parametric instability and construction of the boundaries of the instability zones in the linear approximation. 3. Account of the influence of the control voltages on the electrodes and selection of the excitation parameters for realizing the logical AND function. 4. Analytical and numerical study of the nonlinear resonator, including construction of the amplitude-frequency response and simulation of the switching of the logic element. The equation of motion of the resonator under thermo-optical excitation and control voltages was obtained. The boundaries of the parametric instability zones were determined. Numerical integration of the original nonlinear equation confirmed the correct operation of the element.