ડીસી

તે કઈ તરંગલંબાઈથી ઉત્સર્જન કરે છે તેના પર આધાર રાખે છે ક્વોન્ટમ જનરેટર, તેને અલગ રીતે કહી શકાય:

લેસર (ઓપ્ટિકલ શ્રેણી);

મેઝર (માઈક્રોવેવ રેન્જ);

રેઝર (એક્સ-રે રેન્જ);

ગેસર (ગામા શ્રેણી).

ડીસી

વાસ્તવમાં, આ ઉપકરણોનું સંચાલન બોહરના પોસ્ટ્યુલેટ્સના ઉપયોગ પર આધારિત છે:

અણુ અને પરમાણુ પ્રણાલીઓ માત્ર ખાસ સ્થિર અથવા ક્વોન્ટમ અવસ્થામાં જ લાંબા સમય સુધી રહી શકે છે, જેમાંની દરેક ચોક્કસ ઉર્જા ધરાવે છે. સ્થિર સ્થિતિમાં, અણુ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો ઉત્સર્જન કરતું નથી.

પ્રકાશ ઉત્સર્જન ત્યારે થાય છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન સ્થિર સ્થિતિમાંથી ઉચ્ચ ઊર્જા સાથે સંક્રમણ કરે છે સ્થિર સ્થિતિઓછી ઉર્જા સાથે. ઉત્સર્જિત ફોટોનની ઊર્જા સ્થિર અવસ્થાઓ વચ્ચેના ઊર્જા તફાવત જેટલી છે.

આજે સૌથી સામાન્ય લેસરો છે, એટલે કે, ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર. બાળકોના રમકડાં ઉપરાંત, તેઓ દવા, ભૌતિકશાસ્ત્ર, રસાયણશાસ્ત્ર, કમ્પ્યુટર ટેકનોલોજી અને અન્ય ઉદ્યોગોમાં વ્યાપક બન્યા છે. લેસરોએ " તરીકે કામ કર્યું તૈયાર સોલ્યુશન» ઘણી સમસ્યાઓ.

ચાલો લેસરના ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત પર નજીકથી નજર કરીએ.

ડીસી4-14

લેસર - એક ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર જે એક શક્તિશાળી, સંકુચિત રીતે નિર્દેશિત સુસંગત મોનોક્રોમેટિક પ્રકાશનું બીમ બનાવે છે. (સ્લાઇડ્સ 1, 2)

( 1. સ્વયંસ્ફુરિત અને ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન.

જો ઇલેક્ટ્રોન નીચલા સ્તરે હોય, તો અણુ ઘટના ફોટોનને શોષી લેશે, અને ઇલેક્ટ્રોન સ્તર E પરથી આગળ વધશે. 1 થી લેવલ E 2 . આ સ્થિતિ અસ્થિર છે, ઇલેક્ટ્રોનસ્વયંભૂ E લેવલ પર જશે 1 ફોટોન ઉત્સર્જન સાથે. સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન સ્વયંભૂ થાય છે, તેથી, અણુ અસંગત રીતે, અસ્તવ્યસ્ત રીતે પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરશે, તેથી પ્રકાશ તરંગો એકબીજા સાથે અસંગત છે ન તો તબક્કામાં, ન ધ્રુવીકરણમાં, ન દિશામાં. આ કુદરતી પ્રકાશ છે.

પરંતુ પ્રેરિત (બળજબરીથી) ઉત્સર્જન પણ શક્ય છે. જો ઈલેક્ટ્રોન ઉપલા સ્તર E માં હોય 2 (એક ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં એક અણુ), પછી જ્યારે ફોટોન પડે છે, ત્યારે બીજા ફોટોનને ઉત્સર્જિત કરીને નીચલા સ્તરે ઇલેક્ટ્રોનનું દબાણપૂર્વક સંક્રમણ થઈ શકે છે.

ડીસી

બાહ્ય પ્રભાવ હેઠળ ફોટોનના ઉત્સર્જન સાથે અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનના ઉપલા ઉર્જા સ્તરથી નીચલા સ્તરમાં સંક્રમણ દરમિયાન રેડિયેશન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર(ઘટના ફોટોન) કહેવાય છેદબાણ અથવા પ્રેરિત .

ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનના ગુણધર્મો:

પ્રાથમિક અને ગૌણ ફોટોનની સમાન આવર્તન અને તબક્કો;

પ્રચારની સમાન દિશા;

સમાન ધ્રુવીકરણ.

પરિણામે, ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન બે સરખા જોડિયા ફોટોન ઉત્પન્ન કરે છે.

ડીસી

2. સક્રિય મીડિયાનો ઉપયોગ.

માધ્યમમાં પદાર્થની સ્થિતિ કે જેમાં અડધાથી ઓછા અણુ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં હોય તેને કહેવામાં આવે છે.ઊર્જા સ્તરની સામાન્ય વસ્તી ધરાવતું રાજ્ય . આ પર્યાવરણની સામાન્ય સ્થિતિ છે.

ડીસી

એક પર્યાવરણ કે જેમાં અડધાથી વધુ અણુઓ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં હોય તેને કહેવામાં આવે છેઊર્જા સ્તરોની વ્યસ્ત વસ્તી સાથે સક્રિય માધ્યમ . (સ્લાઇડ 9)

ઊર્જા સ્તરોની વ્યસ્ત વસ્તી ધરાવતા માધ્યમમાં, પ્રકાશ તરંગ એમ્પ્લીફાઇડ થાય છે. આ એક સક્રિય વાતાવરણ છે.

પ્રકાશની તીવ્રતાને હિમપ્રપાતની વૃદ્ધિ સાથે સરખાવી શકાય છે.

ડીસી

સક્રિય માધ્યમ મેળવવા માટે, ત્રણ-સ્તરની સિસ્ટમનો ઉપયોગ થાય છે.

ત્રીજા સ્તર પર, સિસ્ટમ ખૂબ જ સંક્ષિપ્તમાં રહે છે, જે પછી તે સ્વયંભૂ રીતે રાજ્ય E માં જાય છે 2 ફોટોનના ઉત્સર્જન વિના. રાજ્યમાંથી સંક્રમણ2 એક રાજ્યમાં 1 ફોટોનના ઉત્સર્જન સાથે, જેનો ઉપયોગ લેસરોમાં થાય છે.

વિપરિત સ્થિતિમાં મધ્યમ સંક્રમણની પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છેપમ્પ કરેલ . મોટેભાગે, આ માટે પ્રકાશ ઇરેડિયેશન (ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગ) નો ઉપયોગ થાય છે. વિદ્યુત સ્રાવ, વિદ્યુત પ્રવાહ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ. ઉદાહરણ તરીકે, શક્તિશાળી દીવો ચમક્યા પછી, સિસ્ટમ રાજ્યમાં જાય છે3 , રાજ્યમાં થોડા સમય પછી2 , જેમાં તે પ્રમાણમાં લાંબા સમય સુધી રહે છે. આ સ્તરે વધુ પડતી વસ્તી બનાવે છે2 .

ડીસી

3. સકારાત્મક પ્રતિસાદ.

લેસરમાં લાઇટ એમ્પ્લીફિકેશન મોડમાંથી લેસિંગ મોડ પર સ્વિચ કરવા માટે, ઉપયોગ કરો પ્રતિસાદ.

પ્રતિસાદ ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટરનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે, જે સામાન્ય રીતે સમાંતર અરીસાઓની જોડી હોય છે. (સ્લાઇડ 11)

ઉપલા સ્તરથી નીચલા તરફના સ્વયંસ્ફુરિત સંક્રમણોમાંથી એકના પરિણામે એક ફોટોન દેખાય છે. જ્યારે અરીસાઓમાંથી એક તરફ આગળ વધે છે, ત્યારે ફોટોન ફોટોનનું હિમપ્રપાતનું કારણ બને છે. અરીસામાંથી પ્રતિબિંબિત થયા પછી, ફોટોનનો હિમપ્રપાત અંદર જાય છે વિરુદ્ધ દિશામાં, વારાફરતી તમામ નવા અણુઓને ફોટોન ઉત્સર્જિત કરવા માટેનું કારણ બને છે. જ્યાં સુધી તે અસ્તિત્વમાં છે ત્યાં સુધી પ્રક્રિયા ચાલુ રહેશેવ્યસ્ત વસ્તી સ્તર

વ્યસ્ત વસ્તી ઉર્જા સ્તરો - પર્યાવરણની અસંતુલિત સ્થિતિ, જેમાં ઉપલા ઉર્જા સ્તરો પર સ્થિત કણો (અણુઓ, પરમાણુઓ) ની સંખ્યા, એટલે કે, ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં, નીચલા ઉર્જા સ્તરો પર સ્થિત કણોની સંખ્યા કરતા વધારે છે. .

સક્રિય તત્વ

પંપીંગ

પંપીંગ

ઓપ્ટિકલ રિઝોનેટર

બાજુની દિશામાં આગળ વધતા પ્રકાશના પ્રવાહો નોંધપાત્ર ઊર્જા મેળવવા માટે સમય વિના સક્રિય તત્વને ઝડપથી છોડી દે છે. રેઝોનેટરની ધરી સાથે પ્રસરી રહેલા પ્રકાશ તરંગને ઘણી વખત વિસ્તૃત કરવામાં આવે છે. અરીસાઓના તળિયે અર્ધપારદર્શક બનાવવામાં આવે છે, અને તેમાંથી લેસર તરંગપર્યાવરણમાં બહાર આવે છે.

ડીસી

4. રૂબી લેસર .

રૂબી લેસરનો મુખ્ય ભાગ છેરૂબી લાકડી. રૂબી અણુઓનું બનેલું છેઅલઅને ઓઅણુઓના મિશ્રણ સાથેક્ર. તે ક્રોમિયમ અણુઓ છે જે રૂબીને તેનો રંગ આપે છે અને મેટાસ્ટેબલ સ્થિતિ ધરાવે છે.

ડીસી

ગેસ-ડિસ્ચાર્જ લેમ્પની નળી, જેને કહેવાય છેપંપ લેમ્પ . દીવો થોડા સમય માટે ઝળકે છે અને પમ્પિંગ થાય છે.

રૂબી લેસર પલ્સ્ડ મોડમાં કામ કરે છે. અન્ય પ્રકારના લેસર છે: ગેસ, સેમિકન્ડક્ટર... તેઓ સતત મોડમાં કામ કરી શકે છે.

ડીસી

5. લેસર રેડિયેશનના ગુણધર્મો :

સૌથી શક્તિશાળી પ્રકાશ સ્ત્રોત;

સૂર્યનો P = 10 4 W/cm 2 , લેસરનો P = 10 14 W/cm 2 .

અસાધારણ મોનોક્રોમેટિટી(મોનોક્રોમેટિક તરંગો – એક ચોક્કસ અને સખત રીતે સતત આવર્તનના અવકાશી રીતે અમર્યાદિત તરંગો) ;

એંગલ ડિવર્જન્સની ખૂબ જ નાની ડિગ્રી આપે છે;

સુસંગતતા ( તે અનેક ઓસીલેટરી અથવા તરંગ પ્રક્રિયાઓની સમય અને અવકાશમાં સંકલિત ઘટના) .

DC3

લેસર ઓપરેશન માટે

પમ્પિંગ સિસ્ટમ જરૂરી છે. એટલે કે, આપણે અણુ અથવા પરમાણુ પ્રણાલીને થોડી ઉર્જા આપીશું, પછી, બોહરની 2જી ધારણા મુજબ, અણુ વધુ આગળ વધશે. ઉચ્ચ સ્તરઘણી ઊર્જા સાથે. આગળનું કાર્ય અણુને તેના પાછલા સ્તર પર પરત કરવાનું છે, જ્યારે તે ઊર્જા તરીકે ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરે છે.

પર્યાપ્ત લેમ્પ પાવર સાથે, મોટાભાગના ક્રોમિયમ આયનો ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.

અણુઓને ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં પરિવર્તિત કરવા માટે લેસરના કાર્યકારી શરીરને ઊર્જા પ્રદાન કરવાની પ્રક્રિયાને પમ્પિંગ કહેવામાં આવે છે.

આ કિસ્સામાં ઉત્સર્જિત ફોટોન વધારાના ફોટોનના ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનું કારણ બની શકે છે, જે બદલામાં ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનું કારણ બનશે)

ડીસી15

ભૌતિક આધારલેસરની કામગીરી એક અસાધારણ ઘટના તરીકે સેવા આપે છે. ઘટનાનો સાર એ છે કે ઉત્તેજિત વ્યક્તિ તેના શોષણ વિના બીજા ફોટોનના પ્રભાવ હેઠળ ઉત્સર્જિત કરવામાં સક્ષમ છે, જો બાદમાં ઊર્જા તફાવત સમાન હોય.

મેસર ઉત્સર્જન કરે છે માઇક્રોવેવ, કદ - એક્સ-રે , અને ગેસર - ગામા રેડિયેશન.

ડીસી16

મેસર - ક્વોન્ટમ જનરેટર ઉત્સર્જન

સેન્ટીમીટર રેન્જમાં સુસંગત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો (માઇક્રોવેવ્સ).

મેસરનો ઉપયોગ ટેકનોલોજીમાં (ખાસ કરીને, અવકાશ સંચારમાં), ભૌતિક સંશોધનમાં અને પ્રમાણભૂત આવર્તનના ક્વોન્ટમ જનરેટર તરીકે પણ થાય છે.

ડીસી

તેના બદલે (એક્સ-રે લેસર) - ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનની અસરના આધારે એક્સ-રે શ્રેણીમાં સુસંગત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનો સ્ત્રોત. તે લેસરનું શોર્ટ-વેવ એનાલોગ છે.

ડીસી

સુસંગત એક્સ-રે કિરણોત્સર્ગના કાર્યક્રમોમાં ગાઢ પ્લાઝ્મા, એક્સ-રે માઇક્રોસ્કોપી, ફેઝ-રિઝોલ્યુશન મેડિકલ ઇમેજિંગ, સામગ્રીની સપાટીની શોધ અને શસ્ત્રોમાં સંશોધનનો સમાવેશ થાય છે. સોફ્ટ એક્સ-રે લેસર પ્રોપલ્શન લેસર તરીકે સેવા આપી શકે છે.

ડીસી

ગેસર ક્ષેત્રમાં કામ ચાલુ છે, કારણ કે અસરકારક પમ્પિંગ સિસ્ટમ બનાવવામાં આવી નથી.

લેસરોનો ઉપયોગ ઉદ્યોગોની સંપૂર્ણ સૂચિમાં થાય છે :

6. લેસરોની અરજી : (સ્લાઇડ 16)

રેડિયો ખગોળશાસ્ત્રમાં મહત્તમ ચોકસાઈ (પ્રકાશ લોકેટર) સાથે સૌરમંડળના શરીરનું અંતર નક્કી કરવા માટે;

મેટલ પ્રોસેસિંગ (કટીંગ, વેલ્ડીંગ, ગલન, ડ્રિલિંગ);

શસ્ત્રક્રિયામાં સ્કેલ્પેલને બદલે (ઉદાહરણ તરીકે, નેત્રરોગવિજ્ઞાનમાં);

ત્રિ-પરિમાણીય છબીઓ (હોલોગ્રાફી) મેળવવા માટે;

સંચાર (ખાસ કરીને અવકાશમાં);

રેકોર્ડિંગ અને માહિતી સંગ્રહિત;

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં;

અમલ કરવા થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓપરમાણુ રિએક્ટરમાં;

પરમાણુ શસ્ત્રો.

ડીસી

આમ, ક્વોન્ટમ જનરેટર્સે માનવજાતના રોજિંદા જીવનમાં નિશ્ચિતપણે પ્રવેશ કર્યો છે, જે તે સમયે દબાયેલી ઘણી સમસ્યાઓનું નિરાકરણ શક્ય બનાવે છે.

ક્વોન્ટમ જનરેટરનો ઉપયોગ કરે છે આંતરિક ઊર્જામાઇક્રોસિસ્ટમ્સ - અણુઓ, પરમાણુઓ, આયનો.

ક્વોન્ટમ જનરેટરને લેસર પણ કહેવામાં આવે છે. લેસર શબ્દ પ્રારંભિક અક્ષરોથી બનેલો છે અંગ્રેજી નામક્વોન્ટમ જનરેટર્સ - ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન બનાવીને પ્રકાશ એમ્પ્લીફાયર.

ક્વોન્ટમ જનરેટરના સંચાલનનો સિદ્ધાંત નીચે મુજબ છે. દ્રવ્યની ઉર્જા રચનાની વિચારણા કરતી વખતે, તે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે સૂક્ષ્મ કણો (અણુઓ, પરમાણુઓ, આયનો, ઇલેક્ટ્રોન) ની ઊર્જામાં પરિવર્તન સતત થતું નથી, પરંતુ સ્પષ્ટ રીતે - ક્વોન્ટા તરીકે ઓળખાતા ભાગોમાં (લેટિન ક્વોન્ટિમ - જથ્થામાંથી).

માઇક્રોસિસ્ટમ જેમાં પ્રાથમિક કણોએકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ કહેવામાં આવે છે.

સંક્રમણ ક્વોન્ટમ સિસ્ટમએક ઉર્જા અવસ્થામાંથી બીજી ઉર્જા અવસ્થામાં વિદ્યુતચુંબકીય ઉર્જાના જથ્થાના ઉત્સર્જન અથવા શોષણ સાથે હોય છે. hv: E 2 - Ei=hv, જ્યાં ઇ 1 અને ઇ 2 - ઊર્જા રાજ્યો: h - પ્લાન્કનું સતત; v - આવર્તન.

તે જાણીતું છે કે અણુ અને પરમાણુ સહિત કોઈપણ સિસ્ટમની સૌથી સ્થિર સ્થિતિ એ સૌથી ઓછી ઉર્જાવાળી સ્થિતિ છે. તેથી, દરેક સિસ્ટમ સૌથી ઓછી ઉર્જા સાથે રાજ્યને કબજે કરવા અને જાળવી રાખવાનું વલણ ધરાવે છે. પરિણામે, સામાન્ય સ્થિતિમાં, ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની સૌથી નજીકની ભ્રમણકક્ષામાં ફરે છે. અણુની આ સ્થિતિને જમીન અથવા સ્થિર કહેવામાં આવે છે.

પ્રભાવ હેઠળ બાહ્ય પરિબળો- હીટિંગ, લાઇટિંગ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડ - અણુની ઊર્જા સ્થિતિ બદલાઈ શકે છે.

જો હાઇડ્રોજનનો અણુ, ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તો તે ઊર્જાને શોષી લે છે ઇ 2 -E 1 = hv અને તેનું ઈલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર પર જાય છે. અણુની આ સ્થિતિને ઉત્તેજિત કહેવામાં આવે છે. એક અણુ તેમાં થોડા સમય માટે રહી શકે છે, જેને ઉત્તેજિત અણુનું જીવનકાળ કહેવામાં આવે છે. આ પછી, ઇલેક્ટ્રોન નીચલા સ્તરે, એટલે કે, જમીનની સ્થિર સ્થિતિમાં પરત આવે છે, ઉત્સર્જિત ઊર્જા ક્વોન્ટમ - ફોટોન સ્વરૂપમાં વધારાની ઊર્જા છોડી દે છે.

બાહ્ય પ્રભાવ વિના ઉત્તેજિત અવસ્થામાંથી ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં ક્વોન્ટમ સિસ્ટમના સંક્રમણ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાના ઉત્સર્જનને સ્વયંસ્ફુરિત અથવા સ્વયંસ્ફુરિત કહેવામાં આવે છે. સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જનમાં, ફોટૉન અવ્યવસ્થિત સમયે, મનસ્વી દિશામાં, મનસ્વી ધ્રુવીકરણ સાથે ઉત્સર્જિત થાય છે. તેથી જ તેને અસંગત કહેવાય છે.

જો કે, બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં અણુના જીવનકાળ સમાપ્ત થાય તે પહેલાં પણ ઇલેક્ટ્રોન નીચલા ઊર્જા સ્તર પર પાછા આવી શકે છે. જો, ઉદાહરણ તરીકે, બે ફોટોન ઉત્તેજિત અણુ પર કાર્ય કરે છે, તો પછી ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં અણુનું ઇલેક્ટ્રોન નીચલા સ્તર પર પાછા ફરે છે, ફોટોનના સ્વરૂપમાં ક્વોન્ટમ ઉત્સર્જન કરે છે. આ કિસ્સામાં, ત્રણેય ફોટોન એક સામાન્ય તબક્કો, દિશા અને રેડિયેશનનું ધ્રુવીકરણ ધરાવે છે. પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની ઊર્જા વધે છે.

ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાનું ઉત્સર્જન જ્યારે બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ તેનું ઊર્જા સ્તર ઘટે છે ત્યારે તેને ફરજિયાત, પ્રેરિત અથવા ઉત્તેજિત કહેવામાં આવે છે.

પ્રેરિત રેડિયેશન બાહ્ય કિરણોત્સર્ગ સાથે આવર્તન, તબક્કા અને દિશામાં એકરુપ થાય છે. તેથી આવા કિરણોત્સર્ગને સુસંગત કહેવામાં આવે છે (સુસંગતતા - લેટિન કોજેરેન્શિયામાંથી - સુસંગતતા, જોડાણ).

સિસ્ટમના નીચા ઉર્જા સ્તર પર સંક્રમણને ઉત્તેજીત કરવા માટે બાહ્ય ક્ષેત્રની ઊર્જા ખર્ચવામાં આવતી ન હોવાથી, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર ઉન્નત થાય છે અને ઉત્સર્જિત ક્વોન્ટમની ઊર્જાના મૂલ્ય દ્વારા તેની ઊર્જા વધે છે. આ ઘટનાનો ઉપયોગ ક્વોન્ટમ ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરીને ઓસિલેશનને વિસ્તૃત કરવા અને પેદા કરવા માટે થાય છે.

હાલમાં, લેસર સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીમાંથી બનાવવામાં આવે છે.

સેમિકન્ડક્ટર લેસર એ સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જેમાં ઓપ્ટિકલ રેન્જમાં વિદ્યુત ઊર્જા સીધી રેડિયેશન ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.

લેસર કામ કરવા માટે, એટલે કે, લેસર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન બનાવવા માટે, તે જરૂરી છે કે તેના પદાર્થમાં ઉત્તેજિત કણો કરતાં વધુ ઉત્તેજિત કણો હોય.

પરંતુ માં સારી સ્થિતિમાંકોઈપણ તાપમાને ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર પર સેમિકન્ડક્ટરમાં નીચલા સ્તરની સરખામણીમાં ઓછા ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. તેથી, તેની સામાન્ય સ્થિતિમાં, સેમિકન્ડક્ટર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાને શોષી લે છે.

ચોક્કસ સ્તર પર ઇલેક્ટ્રોનની હાજરીને સ્તરની વસ્તી કહેવામાં આવે છે.

સેમિકન્ડક્ટરની સ્થિતિ કે જેમાં નીચલા સ્તર કરતાં ઊંચા ઉર્જા સ્તરે વધુ ઈલેક્ટ્રોન હોય છે તે સ્થિતિ કહેવાય છે વ્યસ્ત વસ્તી. ઊંધી વસ્તી વિવિધ રીતે બનાવી શકાય છે: p-n જંકશન પર સીધા સ્વિચ કરતી વખતે ચાર્જ કેરિયર્સના ઇન્જેક્શનનો ઉપયોગ કરીને, સેમિકન્ડક્ટરને પ્રકાશ સાથે ઇરેડિયેટ કરીને, વગેરે.

ઉર્જા સ્ત્રોત, વસ્તી વ્યુત્ક્રમ બનાવે છે, ઊર્જાને પદાર્થમાં અને પછી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડમાં સ્થાનાંતરિત કરીને કાર્ય કરે છે. ઊંધી વસ્તીવાળા સેમિકન્ડક્ટરમાં, ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન મેળવી શકાય છે, કારણ કે તેમાં મોટી સંખ્યામાં ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન હોય છે જે તેમની ઊર્જા છોડી શકે છે.

જો ઊંધી વસ્તીવાળા સેમિકન્ડક્ટરને આવર્તન પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન સાથે ઇરેડિયેટ કરવામાં આવે તો સમાન આવર્તનઉર્જા સ્તરો વચ્ચે સંક્રમણ, પછી ઉપલા સ્તરથી ઇલેક્ટ્રોનને નીચલા સ્તર પર જવા માટે ફરજ પાડવામાં આવે છે, ફોટોન ઉત્સર્જન કરે છે. આ કિસ્સામાં, ઉત્તેજિત સુસંગત ઉત્સર્જન થાય છે. તે ઉન્નત છે. આવા ઉપકરણમાં હકારાત્મક પ્રતિસાદ સર્કિટ બનાવીને, અમે લેસર મેળવીએ છીએ - ઓપ્ટિકલ શ્રેણીમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશનનું સ્વ-ઓસિલેટર.

લેસરોના ઉત્પાદન માટે, ગેલિયમ આર્સેનાઇડનો મોટાભાગે ઉપયોગ થાય છે, જેમાંથી મિલીમીટરના થોડા દસમા ભાગની બાજુઓ સાથેનો સમઘન બનાવવામાં આવે છે.

પ્રકરણ 4. ટ્રાન્સમિટર ફ્રીક્વન્સીનું સ્થિરીકરણ

સંકેતો પ્રાપ્ત કરવા અને રૂપાંતરિત કરવા માટેનાં ઉપકરણો
વિષય પર અભ્યાસક્રમ
« ક્વોન્ટમ જનરેટર »

પૂર્ણ:
પેરેડેલસ્કી ઓલેગ
ગ્રુપ I471
તપાસેલ:
તારાસોવ એ.આઈ.

સેન્ટ પીટર્સબર્ગ
2010

1. પરિચય
આ પેપર ક્વોન્ટમ જનરેટરના સંચાલનના સિદ્ધાંતો, જનરેટર સર્કિટ, તેમની ડિઝાઇન સુવિધાઓ, જનરેટરની આવર્તન સ્થિરતાના મુદ્દાઓ અને ક્વોન્ટમ જનરેટરમાં મોડ્યુલેશનના સિદ્ધાંતોની ચર્ચા કરે છે.
1.1 સામાન્ય માહિતી
ક્વોન્ટમ જનરેટર્સનો ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત અણુઓ અથવા પદાર્થના પરમાણુઓ સાથે ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે. તેઓ નોંધપાત્ર રીતે ઉચ્ચ આવર્તન અને ઉચ્ચ સ્થિરતાના ઓસિલેશનના ઉત્પાદનને મંજૂરી આપે છે.
ક્વોન્ટમ જનરેટર્સનો ઉપયોગ કરીને, આવર્તન ધોરણો બનાવવાનું શક્ય છે જે ચોકસાઈમાં તમામ હાલના ધોરણો કરતાં વધી જાય. લાંબા ગાળાની આવર્તન સ્થિરતા, એટલે કે. લાંબા ગાળામાં સ્થિરતા 10 -9 - 10 -10 અંદાજવામાં આવે છે, અને ટૂંકા ગાળાની સ્થિરતા (મિનિટ) 10 -11 સુધી પહોંચી શકે છે.

હાલમાં માંઆજકાલ, સમય સેવા પ્રણાલીઓમાં ક્વોન્ટમ ઓસિલેટરનો આવર્તન ધોરણો તરીકે વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. વિવિધ ઉપકરણો પ્રાપ્ત કરવા માટે વપરાયેલ ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયર રેડિયો સિસ્ટમો, સાધનોની સંવેદનશીલતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરી શકે છે અને આંતરિક અવાજનું સ્તર ઘટાડી શકે છે.
ક્વોન્ટમ જનરેટર્સની એક વિશેષતા જે તેમના ઝડપી સુધારણાને નિર્ધારિત કરે છે તે ખૂબ ઊંચા સ્તરે કાર્યક્ષમ રીતે કાર્ય કરવાની તેમની ક્ષમતા છે. ઉચ્ચ આવર્તન, ઓપ્ટિકલ રેન્જ સહિત, એટલે કે લગભગ 10 9 ના ઓર્ડરની ફ્રીક્વન્સી સુધી MHz
ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટર પ્રકાશ બીમ (લગભગ 10 12 -10 13) માં ઉચ્ચ રેડિયેશન ડાયરેક્ટિવિટી અને ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા મેળવવાનું શક્ય બનાવે છે ડબલ્યુ/એમ 2 ) અને વિશાળ ફ્રિક્વન્સી રેન્જ, મોટી માત્રામાં માહિતીના પ્રસારણ માટે પરવાનગી આપે છે.
સંદેશાવ્યવહાર, સ્થાન અને નેવિગેશન સિસ્ટમ્સમાં ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટર્સનો ઉપયોગ સંચારની શ્રેણી અને વિશ્વસનીયતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરવા, રેન્જ અને એંગલમાં રડાર સિસ્ટમ્સનું રિઝોલ્યુશન, તેમજ ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળી નેવિગેશન સિસ્ટમ્સ બનાવવા માટેની સંભાવનાઓ માટે નવી સંભાવનાઓ ખોલે છે.
ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટરનો ઉપયોગ વૈજ્ઞાનિક સંશોધનમાં થાય છે
સંશોધન અને ઉદ્યોગ. સાંકડી બીમમાં ઊર્જાની અત્યંત ઊંચી સાંદ્રતા શક્ય બનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, સૌથી સખત ખનિજ, હીરા સહિત સુપરહાર્ડ એલોય અને ખનિજોમાં ખૂબ જ નાના વ્યાસના છિદ્રોને બાળી નાખવું.
ક્વોન્ટમ જનરેટર્સ સામાન્ય રીતે અલગ પડે છે:

સ્વભાવથી સક્રિય પદાર્થ(ઘન અથવા વાયુયુક્ત), ક્વોન્ટમ અસાધારણ ઘટના જેમાં ઉપકરણોનું સંચાલન નક્કી થાય છે.
ઓપરેટિંગ આવર્તન શ્રેણી દ્વારા (સેન્ટીમીટર અને મિલીમીટર શ્રેણી, ઓપ્ટિકલ શ્રેણી - સ્પેક્ટ્રમના ઇન્ફ્રારેડ અને દૃશ્યમાન ભાગો)
સક્રિય પદાર્થના ઉત્તેજના અથવા ઊર્જા સ્તરો દ્વારા પરમાણુઓને અલગ કરવાની પદ્ધતિ દ્વારા.

1.2 સર્જનનો ઇતિહાસ
મેસરની રચનાનો ઇતિહાસ 1917 માં શરૂ થવો જોઈએ, જ્યારે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને પ્રથમ ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનો ખ્યાલ રજૂ કર્યો હતો. લેસર તરફ આ પહેલું પગલું હતું. આગળનું પગલું ભરવામાં આવ્યું છે સોવિયત ભૌતિકશાસ્ત્રીવી.એ. ફેબ્રિકન્ટ, જેમણે 1939 માં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનને વિસ્તૃત કરવા માટે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનો ઉપયોગ કરવાની શક્યતા દર્શાવી હતી કારણ કે તે પદાર્થમાંથી પસાર થાય છે. વી.એ.એ વ્યક્ત કરેલ વિચાર. ફેબ્રિકન્ટે, સ્તરોની વ્યસ્ત વસ્તી સાથે માઇક્રોસિસ્ટમનો ઉપયોગ ધારણ કર્યો. પાછળથી, મહાન દેશભક્તિ યુદ્ધના અંત પછી, વી.એ. ઉત્પાદક આ વિચાર પર પાછો ફર્યો અને, તેના સંશોધનના આધારે, 1951 માં (એમ.એમ. વુડિન્સ્કી અને એફ.એ. બુટાએવા સાથે મળીને) ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનો ઉપયોગ કરીને રેડિયેશનને વિસ્તૃત કરવા માટેની પદ્ધતિની શોધ માટે અરજી સબમિટ કરી. આ એપ્લિકેશન માટે એક પ્રમાણપત્ર જારી કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં "શોધનો વિષય" શીર્ષક હેઠળ લખ્યું છે: "ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન (અલ્ટ્રાવાયોલેટ, દૃશ્યમાન, ઇન્ફ્રારેડ અને રેડિયો તરંગલંબાઇ) એમ્પ્લીફાઇંગ કરવાની પદ્ધતિ, જેમાં લાક્ષણિકતા છે કે એમ્પ્લીફાઇડ રેડિયેશન એક માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે જેમાં, સહાયક કિરણોત્સર્ગની મદદથી અથવા બીજી રીતે તેઓ સંતુલનની તુલનામાં ઉત્તેજિત અવસ્થાઓને અનુરૂપ ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરો પર અણુઓ, અન્ય કણો અથવા તેમની સિસ્ટમોની વધુ સાંદ્રતા બનાવે છે."
શરૂઆતમાં, રેડિયેશનને એમ્પ્લીફાઇંગ કરવાની આ પદ્ધતિ રેડિયો શ્રેણીમાં અથવા વધુ ચોક્કસ રીતે શ્રેણીમાં લાગુ કરવામાં આવી હતી. અતિ ઉચ્ચ આવર્તન(માઈક્રોવેવ શ્રેણી). મે 1952 માં, રેડિયો સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી પર ઓલ-યુનિયન કોન્ફરન્સમાં, સોવિયેત ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ (હવે શિક્ષણવિદો) એન.જી. બાસોવ અને એ.એમ. પ્રોખોરોવે માઇક્રોવેવ રેન્જમાં રેડિયેશન એમ્પ્લીફાયર બનાવવાની મૂળભૂત સંભાવના પર અહેવાલ આપ્યો. તેઓ તેને "મોલેક્યુલર જનરેટર" કહે છે (તે એમોનિયાના પરમાણુઓના બીમનો ઉપયોગ કરવા માટે માનવામાં આવતું હતું). લગભગ તે જ સમયે, અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી ચાર્લ્સ ટાઉન્સ દ્વારા યુએસએમાં કોલંબિયા યુનિવર્સિટીમાં મિલિમીટર તરંગોને વિસ્તૃત કરવા અને ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂકવામાં આવ્યો હતો. 1954 માં, એક મોલેક્યુલર ઓસિલેટર, જેને ટૂંક સમયમાં મેસર કહેવામાં આવે છે, તે વાસ્તવિકતા બની ગયું. તે વિશ્વમાં બે સ્થળોએ સ્વતંત્ર રીતે અને એક સાથે વિકસિત અને બનાવવામાં આવ્યું હતું - માં ભૌતિક સંસ્થાપી.એન. યુએસએસઆરની લેબેડેવ એકેડેમી ઓફ સાયન્સિસ (એન.જી. બાસોવ અને એ.એમ. પ્રોખોરોવના નેતૃત્વમાં જૂથ) અને યુએસએમાં કોલંબિયા યુનિવર્સિટીમાં (સી. ટાઉન્સના નેતૃત્વમાં જૂથ). ત્યારબાદ, શબ્દ "લેસર" શબ્દ "મેસર" શબ્દ પરથી આવ્યો છે પરિણામે અક્ષર "M" ( પ્રારંભિકશબ્દો માઇક્રોવેવ - માઇક્રોવેવ) અક્ષર "L" સાથે (શબ્દનો પ્રારંભિક અક્ષર પ્રકાશ - પ્રકાશ). મેસર અને લેસર બંનેની કામગીરી એ જ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે - જે સિદ્ધાંત 1951માં V.A. દ્વારા ઘડવામાં આવ્યો હતો. ઉત્પાદક. મેસરના દેખાવનો અર્થ એ થયો કે વિજ્ઞાન અને તકનીકીમાં એક નવી દિશાનો જન્મ થયો. શરૂઆતમાં તેને ક્વોન્ટમ રેડિયોફિઝિક્સ કહેવામાં આવતું હતું, અને પછીથી તે ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ તરીકે જાણીતું બન્યું હતું.

2. ક્વોન્ટમ જનરેટરના સંચાલન સિદ્ધાંતો.

ક્વોન્ટમ જનરેટરમાં, ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં, અણુઓ અથવા પરમાણુઓની આંતરિક ઊર્જાનું ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની ઊર્જામાં સીધું રૂપાંતર જોવા મળે છે. આ ઊર્જા પરિવર્તન ક્વોન્ટમ સંક્રમણોના પરિણામે થાય છે - ઊર્જાના ક્વોન્ટા (ભાગો) ના પ્રકાશન સાથે ઊર્જા સંક્રમણો.
ગેરહાજરીમાં બાહ્ય પ્રભાવપદાર્થના પરમાણુઓ (અથવા અણુઓ) વચ્ચે ઊર્જાનું વિનિમય થાય છે. કેટલાક પરમાણુઓ ઈલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પંદનો ઉત્સર્જિત કરે છે, ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરથી નીચલા સ્તરે જાય છે, જ્યારે અન્ય તેમને શોષી લે છે, જેનાથી વિપરીત સંક્રમણ થાય છે. સામાન્ય રીતે, સ્થિર પરિસ્થિતિઓમાં, વિશાળ સંખ્યામાં પરમાણુઓ ધરાવતી સિસ્ટમ ગતિશીલ સંતુલનમાં હોય છે, એટલે કે. ઊર્જાના સતત વિનિમયના પરિણામે, ઉત્સર્જિત ઊર્જાની માત્રા શોષાયેલી રકમ જેટલી હોય છે.
ઊર્જા સ્તરોની વસ્તી, એટલે કે. વિવિધ સ્તરો પર સ્થિત અણુઓ અથવા પરમાણુઓની સંખ્યા પદાર્થના તાપમાન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. એનર્જી W 1 અને W 2 સાથે સ્તર N 1 અને N 2 ની વસ્તી બોલ્ટ્ઝમેન વિતરણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:

(1)

જ્યાં k- બોલ્ટ્ઝમેન સતત;
ટી- પદાર્થનું સંપૂર્ણ તાપમાન.

થર્મલ સંતુલનની સ્થિતિમાં, ક્વોન્ટમ પ્રણાલીઓમાં ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરે ઓછા અણુઓ હોય છે, અને તેથી તેઓ ઉત્સર્જન કરતા નથી, પરંતુ જ્યારે બાહ્ય ઇરેડિયેશનના સંપર્કમાં આવે છે ત્યારે જ ઊર્જાને શોષી લે છે. તે જ સમયે, પરમાણુઓ (અથવા અણુઓ) ઉચ્ચ તરફ જાય છે ઊર્જા સ્તરો.
પરમાણુ ઓસિલેટર અને એમ્પ્લીફાયર કે જે ઉર્જા સ્તરો વચ્ચે સંક્રમણનો ઉપયોગ કરે છે, તે દેખીતી રીતે કૃત્રિમ પરિસ્થિતિઓ બનાવવા માટે જરૂરી છે કે જેના હેઠળ ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તરની વસ્તી વધુ હશે. આ કિસ્સામાં, ચોક્કસ આવર્તનના બાહ્ય ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, ક્વોન્ટમ સંક્રમણની આવર્તનની નજીક, ઉચ્ચથી નીચા ઊર્જા સ્તરના સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલ તીવ્ર રેડિયેશન અવલોકન કરી શકાય છે. આ કિરણોત્સર્ગને કારણે બાહ્ય ક્ષેત્ર, પ્રેરિત કહેવાય છે.
ક્વોન્ટમ ટ્રાન્ઝિશન ફ્રિકવન્સી (આ આવર્તનને રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી કહેવામાં આવે છે) ને અનુરૂપ મૂળભૂત આવર્તનનું બાહ્ય ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર માત્ર તીવ્ર ઉત્તેજિત વિકિરણનું કારણ નથી, પરંતુ વ્યક્તિગત પરમાણુઓના રેડિયેશનને પણ તબક્કાવાર કરે છે, જે સ્પંદનોનો ઉમેરો અને એમ્પ્લીફિકેશન અસરનું અભિવ્યક્તિ પ્રદાન કરે છે.
જ્યારે ઉપલા સ્તરની વસ્તી નીચલા સંક્રમણ સ્તરની વસ્તી કરતાં વધી જાય ત્યારે ક્વોન્ટમ સંક્રમણની સ્થિતિને ઊંધી કહેવામાં આવે છે.
ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરો (વસ્તી વ્યુત્ક્રમ) ની ઊંચી વસ્તી મેળવવાની ઘણી રીતો છે.
એમોનિયા જેવા વાયુયુક્ત પદાર્થોમાં, બાહ્ય સ્થિર વિદ્યુત ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ ઊર્જા અવસ્થાઓમાં અણુઓને અલગ (સૉર્ટ) કરવાનું શક્ય છે.
ઘન પદાર્થોમાં, આવા વિભાજન મુશ્કેલ છે, તેથી પરમાણુઓના ઉત્તેજનાની વિવિધ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે, એટલે કે. બાહ્ય ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર સાથે ઇરેડિયેશન દ્વારા ઊર્જા સ્તરોમાં પરમાણુઓને ફરીથી વિતરણ કરવાની પદ્ધતિઓ.

સ્તરોની વસ્તીમાં ફેરફાર (સ્તરની વસ્તીનું વ્યુત્ક્રમ) પર્યાપ્ત તીવ્રતાના રેઝોનન્ટ આવર્તનના ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર સાથે સ્પંદિત ઇરેડિયેશન દ્વારા ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. પલ્સ અવધિની યોગ્ય પસંદગી સાથે (પલ્સનો સમયગાળો આરામના સમય કરતાં ઘણો ઓછો હોવો જોઈએ, એટલે કે, ગતિશીલ સંતુલન પુનઃસ્થાપિત કરવાનો સમય), ઇરેડિયેશન પછી કેટલાક સમય માટે બાહ્ય ઉચ્ચ-આવર્તન સિગ્નલને વિસ્તૃત કરવું શક્ય છે.
સૌથી અનુકૂળ ઉત્તેજના પદ્ધતિ, જે હાલમાં જનરેટરમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, તે બાહ્ય ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર સાથે ઇરેડિયેશનની પદ્ધતિ છે, જે ઉત્પન્ન થયેલા સ્પંદનોથી આવર્તનમાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે, જેના પ્રભાવ હેઠળ ઊર્જા સ્તરોમાં પરમાણુઓનું જરૂરી પુનઃવિતરણ થાય છે.
મોટાભાગના ક્વોન્ટમ જનરેટર્સનું સંચાલન ત્રણ અથવા ચાર ઊર્જા સ્તરોના ઉપયોગ પર આધારિત છે (જોકે સૈદ્ધાંતિક રીતે વિવિધ સ્તરોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે). ચાલો ધારીએ કે સ્તરથી પ્રેરિત સંક્રમણને કારણે પેઢી થાય છે 3 સ્તર દીઠ 2 (ફિગ. 1 જુઓ).
સંક્રમણ આવર્તન પર સક્રિય પદાર્થ વધારવા માટે 3 -> 2, વસ્તી સ્તર બનાવવાની જરૂર છે 3 વસ્તી સ્તર ઉપર 2. આ કાર્ય આવર્તન સાથે સહાયક ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર દ્વારા કરવામાં આવે છે ? vsp જે સ્તર પરથી કેટલાક અણુઓને "ફેંકી દે છે". 1 સ્તર દીઠ 3. ક્વોન્ટમ સિસ્ટમના ચોક્કસ પરિમાણો અને પૂરતી સહાયક રેડિયેશન પાવર સાથે વસ્તી વ્યુત્ક્રમ શક્ય છે.
એક જનરેટર જે ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તરની વસ્તી વધારવા માટે સહાયક ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર બનાવે છે તેને પંપ અથવા બેકલાઇટ જનરેટર કહેવામાં આવે છે. છેલ્લો શબ્દ દૃશ્યમાન અને જનરેટર સાથે સંકળાયેલ છે ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રા જેમાં પ્રકાશ સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ પંમ્પિંગ માટે થાય છે.
આમ, ક્વોન્ટમ જનરેટરની અસરકારક કામગીરી હાથ ધરવા માટે, એક સક્રિય પદાર્થ પસંદ કરવો જરૂરી છે કે જેમાં ઉર્જા સ્તરોની ચોક્કસ સિસ્ટમ હોય જેની વચ્ચે ઊર્જા સંક્રમણ થઈ શકે, અને ઉત્તેજના અથવા અલગ કરવાની સૌથી યોગ્ય પદ્ધતિ પણ પસંદ કરવી. ઊર્જા સ્તરોમાં પરમાણુઓ.

આકૃતિ 1. ઊર્જા સંક્રમણોનો આકૃતિ
ક્વોન્ટમ જનરેટરમાં

3. ક્વોન્ટમ જનરેટરના સર્કિટ
ક્વોન્ટમ જનરેટર અને એમ્પ્લીફાયર તેમાં વપરાતા સક્રિય પદાર્થના પ્રકાર દ્વારા અલગ પડે છે. હાલમાં, મુખ્યત્વે બે પ્રકારના ક્વોન્ટમ ઉપકરણો વિકસાવવામાં આવ્યા છે, જે વાયુયુક્ત અને ઘન સક્રિય પદાર્થોનો ઉપયોગ કરે છે.
તીવ્ર પ્રેરિત રેડિયેશન માટે સક્ષમ.

3.1 ઉર્જા સ્તરો દ્વારા પરમાણુઓના વિભાજન સાથે મોલેક્યુલર જનરેટર.

ચાલો સૌ પ્રથમ વાયુયુક્ત સક્રિય પદાર્થ સાથેના ક્વોન્ટમ જનરેટરને ધ્યાનમાં લઈએ, જેમાં ઇલેક્ટ્રિકનો ઉપયોગ કરીને ક્ષેત્રો, ઉચ્ચ અને નીચા ઉર્જા સ્તરો પર સ્થિત પરમાણુઓનું વિભાજન (સૉર્ટિંગ) હાથ ધરવામાં આવે છે. આ પ્રકારના ક્વોન્ટમ ઓસીલેટરને સામાન્ય રીતે મોલેક્યુલર બીમ ઓસીલેટર કહેવામાં આવે છે.

આકૃતિ 2. એમોનિયા બીમનો ઉપયોગ કરીને મોલેક્યુલર જનરેટરનું ડાયાગ્રામ
1 - એમોનિયાનો સ્ત્રોત; 2- જાળીદાર; 3 - ડાયાફ્રેમ; 4 - રિઝોનેટર; 5 - વર્ગીકરણ ઉપકરણ

વ્યવહારિક રીતે અમલમાં મૂકાયેલા મોલેક્યુલર જનરેટરમાં, એમોનિયા ગેસ (રાસાયણિક સૂત્ર NH 3) નો ઉપયોગ થાય છે, જેમાં વિવિધ ઊર્જા સ્તરો વચ્ચેના સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલ મોલેક્યુલર રેડિયેશન ખૂબ જ ઉચ્ચારવામાં આવે છે. અતિઉચ્ચ આવર્તન શ્રેણીમાં, આવર્તનને અનુરૂપ ઉર્જા સંક્રમણ દરમિયાન સૌથી વધુ તીવ્ર રેડિયેશન જોવા મળે છે. f n= 23,870 MHz ( ? n=1.26 સેમી). વાયુયુક્ત અવસ્થામાં એમોનિયા પર કાર્યરત જનરેટરનું સરળ ચિત્ર આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.
ઉપકરણના મુખ્ય ઘટકો, આકૃતિ 2 માં ડોટેડ લાઇનમાં દર્શાવેલ છે, કેટલાક કિસ્સાઓમાં પ્રવાહી નાઇટ્રોજન સાથે ઠંડુ કરવામાં આવેલી વિશિષ્ટ સિસ્ટમમાં મૂકવામાં આવે છે, જે સક્રિય પદાર્થનું નીચું તાપમાન અને નીચા અવાજનું સ્તર અને ઉચ્ચ સ્તર મેળવવા માટે જરૂરી તમામ ઘટકોની ખાતરી કરે છે. જનરેટરની આવર્તનની સ્થિરતા.
એમોનિયાના પરમાણુઓ બહુ ઓછા દબાણે જળાશયને છોડી દે છે, જે પારાના મિલીમીટરના એકમોમાં માપવામાં આવે છે.
રેખાંશ દિશામાં લગભગ સમાંતર આગળ વધતા પરમાણુઓનો બીમ મેળવવા માટે, એમોનિયાને ડાયાફ્રેમમાંથી મોટી સંખ્યામાં સાંકડી અક્ષીય નિર્દેશિત ચેનલો સાથે પસાર કરવામાં આવે છે. આ ચેનલોનો વ્યાસ સરખામણીમાં તદ્દન નાનો હોવાનું પસંદ કરવામાં આવ્યું છે મધ્યમ લંબાઈપરમાણુઓનો મુક્ત માર્ગ. પરમાણુઓની હિલચાલની ઝડપને ઘટાડવા અને તેથી, અથડામણ અને સ્વયંસ્ફુરિત, એટલે કે, બિનપ્રેરિત, રેડિયેશન જે વધઘટના અવાજ તરફ દોરી જાય છે, તેની સંભાવનાને ઘટાડવા માટે, ડાયાફ્રેમને પ્રવાહી હિલીયમ અથવા નાઇટ્રોજનથી ઠંડુ કરવામાં આવે છે.
પરમાણુઓની અથડામણની સંભાવનાને ઘટાડવા માટે, કોઈ વ્યક્તિ ઘટતા તાપમાનના માર્ગ સાથે નહીં, પરંતુ ઘટતા દબાણના માર્ગ પર જઈ શકે છે, જો કે, આ રેઝોનેટરમાં પરમાણુઓની સંખ્યામાં ઘટાડો કરશે જે એક સાથે ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. બાદમાં, અને રિઝોનેટરના ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્રને ઉત્તેજિત અણુઓ દ્વારા આપવામાં આવતી શક્તિમાં ઘટાડો થશે.
પરમાણુ જનરેટરમાં સક્રિય પદાર્થ તરીકે ગેસનો ઉપયોગ કરવા માટે, આપેલ તાપમાને ગતિશીલ સંતુલન દ્વારા નિર્ધારિત તેમની સંખ્યા સામે ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તર પર સ્થિત પરમાણુઓની સંખ્યામાં વધારો કરવો જરૂરી છે.
આ પ્રકારના જનરેટરમાં, કહેવાતા ક્વાડ્રપોલ કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરીને મોલેક્યુલર બીમમાંથી નીચા ઉર્જા સ્તરના પરમાણુઓને સૉર્ટ કરીને આ પ્રાપ્ત થાય છે.
ક્વાડ્રુપોલ કેપેસિટર એક વિશિષ્ટ પ્રોફાઇલ (આકૃતિ 3a) ના ચાર ધાતુના રેખાંશ સળિયા દ્વારા રચાય છે, જે જોડીમાં એક દ્વારા હાઇ-વોલ્ટેજ રેક્ટિફાયર સાથે જોડાયેલ છે, જે સમાન સંભવિત છે પરંતુ સાઇન ઇન વૈકલ્પિક છે. જનરેટરના રેખાંશ અક્ષ પર આવા કેપેસિટરનું પરિણામી ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર, સિસ્ટમની સપ્રમાણતાને કારણે, શૂન્ય બરાબર છે અને અડીને આવેલા સળિયા (આકૃતિ 3b) વચ્ચેની જગ્યામાં તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે.

આકૃતિ 3. ક્વાડ્રુપોલ કેપેસિટર સર્કિટ

પરમાણુઓના વર્ગીકરણની પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે આગળ વધે છે. તે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં સ્થિત પરમાણુઓ તેમની આંતરિક ઊર્જામાં વધારો કરે છે અને ઉપલા સ્તરની ઊર્જા વધે છે (આકૃતિ 4).

આકૃતિ 4. વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિ પર ઊર્જા સ્તરોની અવલંબન:

ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તર
નીચું ઊર્જા સ્તર

આ ઘટનાને સ્ટાર્ક અસર કહેવામાં આવે છે. સ્ટાર્ક અસરને લીધે, એમોનિયાના પરમાણુઓ, જ્યારે ક્વાડ્રપોલ કેપેસિટરના ક્ષેત્રમાં આગળ વધે છે, તેમની ઊર્જા ઘટાડવાનો પ્રયાસ કરે છે, એટલે કે, વધુ સ્થિર સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરે છે, અલગ પડે છે: ઉપલા ઊર્જાના અણુઓસ્તરો મજબૂત વિદ્યુત ક્ષેત્રના ક્ષેત્રને છોડી દે છે, એટલે કે, તેઓ કેપેસિટરની અક્ષ તરફ જાય છે, જ્યાં ક્ષેત્ર શૂન્ય છે, અને નીચલા સ્તરના પરમાણુઓ, તેનાથી વિપરીત, મજબૂત ક્ષેત્રના ક્ષેત્રમાં જાય છે, એટલે કે, તેઓ કેપેસિટરની ધરીથી દૂર ખસી જાય છે, બાદમાંની પ્લેટની નજીક આવે છે. આના પરિણામે, મોલેક્યુલર બીમ માત્ર નીચા ઉર્જા સ્તરના પરમાણુઓથી મોટા પ્રમાણમાં મુક્ત થતો નથી, પણ ખૂબ સારી રીતે કેન્દ્રિત પણ છે.
સૉર્ટિંગ ડિવાઇસમાંથી પસાર થયા પછી, મોલેક્યુલર બીમ જનરેટરમાં વપરાતી ઊર્જા સંક્રમણની આવર્તન સાથે ટ્યુન કરેલા રેઝોનેટરમાં પ્રવેશ કરે છે. f n= 23,870 MHz .
કેવિટી રિઝોનેટરનું ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર ઉપલા ઊર્જા સ્તરથી નીચલા સ્તરમાં સંક્રમણ સાથે સંકળાયેલા અણુઓના ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનું કારણ બને છે. જો પરમાણુઓ દ્વારા ઉત્સર્જિત ઊર્જા રેઝોનેટરમાં ખર્ચવામાં આવતી ઊર્જા જેટલી હોય અને બાહ્ય ભારમાં સ્થાનાંતરિત થાય, તો સિસ્ટમમાં સ્થિર સ્થિતિ સ્થાપિત થાય છે. ઓસીલેટરી પ્રક્રિયાઅને માનવામાં આવેલ ઉપકરણનો ઉપયોગ ફ્રીક્વન્સી-સ્થિર ઓસિલેશન જનરેટર તરીકે થઈ શકે છે.

જનરેટરમાં ઓસિલેશન સ્થાપિત કરવાની પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે આગળ વધે છે.
રેઝોનેટરમાં પ્રવેશતા પરમાણુઓ, જે મુખ્યત્વે ઉપલા ઉર્જા સ્તર પર હોય છે, સ્વયંસ્ફુરિત રીતે (સ્વયંસ્ફુરિત રીતે) નીચલા સ્તર પર સંક્રમણ કરે છે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાના ઊર્જા ક્વોન્ટાને ઉત્સર્જન કરે છે અને રેઝોનેટરને ઉત્તેજિત કરે છે. શરૂઆતમાં, રેઝોનેટરની આ ઉત્તેજના ખૂબ નબળી છે, કારણ કે પરમાણુઓનું ઊર્જા સંક્રમણ રેન્ડમ છે. રેઝોનેટરનું ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર, બીમના પરમાણુઓ પર કાર્ય કરે છે, પ્રેરિત સંક્રમણોનું કારણ બને છે, જે બદલામાં રેઝોનેટરના ક્ષેત્રમાં વધારો કરે છે. તેથી, ધીમે ધીમે વધતા, રેઝોનેટર ક્ષેત્ર બધું જ હશે વધુ હદ સુધીમોલેક્યુલર બીમને પ્રભાવિત કરે છે, અને પ્રેરિત સંક્રમણો દરમિયાન છોડવામાં આવતી ઊર્જા રેઝોનેટર ક્ષેત્રને વધારશે. સંતૃપ્તિ ન થાય ત્યાં સુધી ઓસિલેશનની તીવ્રતા વધારવાની પ્રક્રિયા ચાલુ રહેશે, તે સમયે રિઝોનેટર ક્ષેત્ર એટલું મોટું હશે કે રેઝોનેટર દ્વારા અણુઓના પસાર થવા દરમિયાન તે માત્ર ઉપલા સ્તરથી નીચલા સ્તર સુધી પ્રેરિત સંક્રમણોનું કારણ બનશે નહીં, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાના શોષણ સાથે સંકળાયેલા આંશિક રીતે વિપરીત સંક્રમણો પણ. આ કિસ્સામાં, એમોનિયાના અણુઓ દ્વારા છોડવામાં આવતી શક્તિ હવે વધતી નથી અને તેથી, કંપનના કંપનવિસ્તારમાં વધુ વધારો અશક્ય બની જાય છે. સ્થિર જનરેશન મોડ સ્થાપિત થયેલ છે.
તેથી, આ રેઝોનેટરની સરળ ઉત્તેજના નથી, પરંતુ સ્વ-ઓસીલેટરી સિસ્ટમ છે, જેમાં પ્રતિસાદ શામેલ છે, જે રેઝોનેટરના ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે. રેઝોનેટર દ્વારા ઉડતા પરમાણુઓનું રેડિયેશન ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્રને ઉત્તેજિત કરે છે, જે બદલામાં પરમાણુઓના ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન, આ કિરણોત્સર્ગના તબક્કાવાર અને સુસંગતતાને નિર્ધારિત કરે છે.
એવા કિસ્સાઓમાં કે જ્યાં સ્વ-ઉત્તેજનાની શરતો પૂરી થતી નથી (ઉદાહરણ તરીકે, રેઝોનેટરમાંથી પસાર થતા પરમાણુ પ્રવાહની ઘનતા અપૂરતી છે), આ ઉપકરણનો ઉપયોગ એમ્પ્લીફાયર તરીકે ખૂબ જ નીચા સ્તરના આંતરિક અવાજ સાથે થઈ શકે છે. આવા ઉપકરણનો ફાયદો મોલેક્યુલર ફ્લક્સ ડેન્સિટીને બદલીને એડજસ્ટ કરી શકાય છે.
મોલેક્યુલર જનરેટરના કેવિટી રેઝોનેટરમાં ખૂબ જ ઉચ્ચ ગુણવત્તાનું પરિબળ હોય છે, જે હજારોની સંખ્યામાં માપવામાં આવે છે. આવા ઉચ્ચ ગુણવત્તા પરિબળ મેળવવા માટે, રેઝોનેટર દિવાલો કાળજીપૂર્વક પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે અને સિલ્વર-પ્લેટેડ છે. પરમાણુઓના પ્રવેશ અને બહાર નીકળવા માટેના છિદ્રો, જેનો વ્યાસ ખૂબ જ નાનો હોય છે, તે સાથે સાથે ઉચ્ચ-આવર્તન ફિલ્ટર તરીકે સેવા આપે છે. તે ટૂંકા વેવગાઇડ્સ છે, જેની જટિલ તરંગલંબાઇ રેઝોનેટરની કુદરતી તરંગલંબાઇ કરતાં ઓછી છે, અને તેથી રેઝોનેટરની ઉચ્ચ-આવર્તન ઊર્જા વ્યવહારીક રીતે તેમના દ્વારા છટકી શકતી નથી.
રેઝોનેટરને ટ્રાન્ઝિશન ફ્રીક્વન્સીમાં ફાઇન-ટ્યુન કરવા માટે, બાદમાં અમુક પ્રકારના ટ્યુનિંગ એલિમેન્ટનો ઉપયોગ કરે છે. સૌથી સરળ કિસ્સામાં, તે એક સ્ક્રુ છે, જેનું રેઝોનેટરમાં નિમજ્જન પછીની આવૃત્તિમાં સહેજ ફેરફાર કરે છે.
ભવિષ્યમાં, તે બતાવવામાં આવશે કે જ્યારે રેઝોનેટર ટ્યુનિંગ આવર્તન બદલાય છે ત્યારે મોલેક્યુલર ઓસિલેટરની આવર્તન કંઈક અંશે "વિલંબિત" છે. સાચું, આવર્તન વિલંબ નાની છે અને 10 -11 ના ક્રમના મૂલ્યો પર અંદાજવામાં આવે છે, પરંતુ મોલેક્યુલર જનરેટર પર મૂકવામાં આવેલી ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓને કારણે તેની અવગણના કરી શકાતી નથી. આ કારણોસર, સંખ્યાબંધ મોલેક્યુલર જનરેટરમાં, માત્ર ડાયાફ્રેમ અને સૉર્ટિંગ સિસ્ટમને પ્રવાહી નાઇટ્રોજન (અથવા પ્રવાહી હવા) સાથે ઠંડુ કરવામાં આવે છે, અને રિઝોનેટરને થર્મોસ્ટેટમાં મૂકવામાં આવે છે, જેમાં તાપમાન સ્વચાલિત ઉપકરણ દ્વારા સતત જાળવવામાં આવે છે. ડિગ્રીના અપૂર્ણાંકની ચોકસાઈ. આકૃતિ 5 યોજનાકીય રીતે આ પ્રકારના જનરેટરનું ઉપકરણ બતાવે છે.
એમોનિયાનો ઉપયોગ કરીને મોલેક્યુલર જનરેટર્સની શક્તિ સામાન્ય રીતે 10 -7 થી વધુ હોતી નથી ડબલ્યુ,
તેથી, વ્યવહારમાં તેઓ મુખ્યત્વે ઉચ્ચ સ્થિર આવર્તન ધોરણો તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આવા જનરેટરની આવર્તન સ્થિરતા મૂલ્ય દ્વારા અંદાજવામાં આવે છે
10 -8 – 10 -10. એક સેકન્ડની અંદર, જનરેટર 10 -13 ના ક્રમની આવર્તન સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.
માનવામાં આવેલ જનરેટર ડિઝાઇનના નોંધપાત્ર ગેરફાયદામાંનું એક સતત પંમ્પિંગ અને પરમાણુ પ્રવાહની જાળવણીની જરૂરિયાત છે.

આકૃતિ 5. મોલેક્યુલર જનરેટરની ડિઝાઇન
રેઝોનેટર તાપમાનના સ્વચાલિત સ્થિરીકરણ સાથે:
1- એમોનિયાનો સ્ત્રોત; 2 - કેશિલરી સિસ્ટમ; 3- પ્રવાહી નાઇટ્રોજન; 4 - રિઝોનેટર; 5 - પાણીનું તાપમાન નિયંત્રણ સિસ્ટમ; 6 – ક્વાડ્રુપોલ કેપેસિટર.

3.2 બાહ્ય પમ્પિંગ સાથે ક્વોન્ટમ જનરેટર

વિચારણા હેઠળના ક્વોન્ટમ જનરેટરના પ્રકારમાં, ઘન અને વાયુઓ બંનેનો સક્રિય પદાર્થો તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે, જેમાં બાહ્ય ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્ર દ્વારા ઉત્તેજિત અણુઓ અથવા અણુઓના ઊર્જા-પ્રેરિત સંક્રમણોની ક્ષમતા સ્પષ્ટ રીતે વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. ઓપ્ટિકલ શ્રેણીમાં, સક્રિય પદાર્થને ઉત્તેજિત કરવા (પમ્પ) કરવા માટે પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગના વિવિધ સ્ત્રોતોનો ઉપયોગ થાય છે.
ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટર્સની શ્રેણી છે સકારાત્મક ગુણો, અને વિવિધ રેડિયો કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સ, નેવિગેશન વગેરેમાં વ્યાપક એપ્લિકેશન મળી છે.
સેન્ટીમીટર- અને મિલિમીટર-વેવ ક્વોન્ટમ જનરેટરની જેમ, લેસરો સામાન્ય રીતે ત્રણ-સ્તરની સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરે છે, એટલે કે, સક્રિય પદાર્થો જેમાં ત્રણ ઊર્જા સ્તરો વચ્ચે સંક્રમણ થાય છે.
જો કે, ઓપ્ટિકલ રેન્જના જનરેટર અને એમ્પ્લીફાયર માટે સક્રિય પદાર્થ પસંદ કરતી વખતે એક વિશેષતા ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ.
સંબંધમાંથી ડબલ્યુ 2 -ડબલ્યુ 1 =h?તે અનુસરે છે કે જેમ જેમ ઓપરેટિંગ આવર્તન વધે છે? ઓસિલેટર અને એમ્પ્લીફાયર્સમાં ઉર્જા સ્તરોમાં ઊંચા તફાવતનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે. ફ્રિક્વન્સી રેન્જ 2 10 7 -9 10 8 ને અનુરૂપ ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટર માટે MHz(તરંગલંબાઇ 15-0.33 mk),ઊર્જા સ્તર તફાવત ડબલ્યુ 2 -ડબલ્યુ 1 સેન્ટીમીટર રેન્જ જનરેટર કરતા 2-4 ની તીવ્રતાના ઓર્ડર વધારે હોવા જોઈએ.
ઘન અને વાયુઓ બંનેનો ઉપયોગ ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટરમાં સક્રિય પદાર્થો તરીકે થાય છે.
કૃત્રિમ રૂબીનો વ્યાપકપણે નક્કર સક્રિય પદાર્થ તરીકે ઉપયોગ થાય છે - ક્રોમિયમ આયનો (Cr) ના મિશ્રણ સાથે કોરન્ડમ ક્રિસ્ટલ્સ (A1 2 O 3). રૂબી ઉપરાંત, નિયોડીમિયમ (Nd) સાથે સક્રિય ચશ્મા, નિયોડીમિયમ આયનોના મિશ્રણ સાથે કેલ્શિયમ ટંગસ્ટેટ (CaWO 4) ના સ્ફટિકો, કેલ્શિયમ ફ્લોરાઈડ (CaF 2) ના સ્ફટિકો જેમાં ડિસ્પ્રોસિયમ (Dy) અથવા યુરેનિયમ અને અન્ય સામગ્રીના મિશ્રણ સાથે. પણ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
ગેસ લેસરો સામાન્ય રીતે બે કે તેથી વધુ વાયુઓના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરે છે.

3.2.1 ઘન સક્રિય પદાર્થ સાથે જનરેટર

ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટરનો સૌથી વ્યાપક પ્રકાર જનરેટર છે જેમાં ક્રોમિયમ (0.05%) ના મિશ્રણ સાથે રૂબીનો સક્રિય પદાર્થ તરીકે ઉપયોગ થાય છે. આકૃતિ 6 રૂબીમાં ક્રોમિયમ આયનોના ઉર્જા સ્તરોની ગોઠવણીનું સરળ ચિત્ર બતાવે છે. શોષણ બેન્ડ કે જેના પર પંપ (ઉત્તેજિત) કરવું જરૂરી છે તે સ્પેક્ટ્રમના લીલા અને વાદળી ભાગો (તરંગલંબાઇ 5600 અને 4100A) ને અનુરૂપ છે. સામાન્ય રીતે, ગેસ-ડિસ્ચાર્જ ઝેનોન લેમ્પનો ઉપયોગ કરીને પમ્પિંગ હાથ ધરવામાં આવે છે, જેનું ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમ સૂર્યની નજીક છે. ક્રોમિયમ આયનો, લીલા અને વાદળી પ્રકાશના ફોટોનને શોષી લે છે, સ્તર I થી આગળ વધે છે સ્તર IIIઅને IV. આ સ્તરોમાંથી કેટલાક ઉત્તેજિત આયનો ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ (લેવલ I સુધી) પર પાછા ફરે છે, અને તેમાંના મોટા ભાગના મેટાસ્ટેબલ સ્તર P સુધી ઊર્જા ઉત્સર્જન કર્યા વિના પસાર થાય છે, જે બાદની વસ્તીમાં વધારો કરે છે. ક્રોમિયમ આયનો જે લેવલ II પર ગયા છે લાંબો સમયઆ ઉત્સાહિત સ્થિતિમાં રહો. તેથી, બીજા સ્તર પર
સંચિત કરી શકાય છે વધુસ્તર I કરતાં સક્રિય કણો. જ્યારે સ્તર II ની વસ્તી સ્તર I ની વસ્તી કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે પદાર્થ II-I સંક્રમણની આવર્તન પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશનને વિસ્તૃત કરવામાં સક્ષમ છે. જો પદાર્થને રેઝોનેટરમાં મૂકવામાં આવે છે, તો દૃશ્યમાન સ્પેક્ટ્રમના લાલ ભાગમાં સુસંગત, મોનોક્રોમેટિક સ્પંદનો ઉત્પન્ન કરવાનું શક્ય બને છે. (? = 6943 એ ). ઓપ્ટિકલ શ્રેણીમાં રેઝોનેટરની ભૂમિકા એકબીજાની સમાંતર પ્રતિબિંબીત સપાટીઓ દ્વારા કરવામાં આવે છે.

આકૃતિ 6. રૂબીમાં ક્રોમિયમ આયનોનું ઉર્જા સ્તર

ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગ હેઠળ શોષણ બેન્ડ
બિન-કિરણોત્સર્ગી સંક્રમણો
મેટાસ્ટેબલ સ્તર

આકૃતિ 7. રૂબી લેસરની કામગીરી સમજાવતા ઓસિલોગ્રામ્સ:
a) પમ્પિંગ સ્ત્રોતની શક્તિ
b) સ્તર II વસ્તી
c) જનરેટર આઉટપુટ પાવર

રૂબી ઉપરાંત, અન્ય પદાર્થોનો ઉપયોગ ઓપ્ટિકલ રેન્જ જનરેટરમાં થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, કેલ્શિયમ ટંગસ્ટેટ ક્રિસ્ટલ અને નિયોડીમિયમ-સક્રિય કાચ.
કેલ્શિયમ ટંગસ્ટેટ સ્ફટિકમાં નિયોડીમિયમ આયનોના ઉર્જા સ્તરોનું સરળ માળખું આકૃતિ 8 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.
પમ્પિંગ લેમ્પમાંથી પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ, સ્તર I ના આયનોને આકૃતિ III માં દર્શાવેલ ઉત્તેજિત અવસ્થામાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે. પછી તેઓ કિરણોત્સર્ગ વિના લેવલ II પર જાય છે, અને ઉત્તેજિત આયનો તેના પર એકઠા થાય છે. તરંગલંબાઇ સાથે ઇન્ફ્રારેડ શ્રેણીમાં સુસંગત રેડિયેશન ?= 1,06 mkજ્યારે આયનો સ્તર II થી સ્તર IV તરફ જાય છે ત્યારે થાય છે. આયનો કિરણોત્સર્ગ વિના સ્તર IV થી ભૂમિ અવસ્થામાં સંક્રમણ કરે છે. હકીકત એ છે કે રેડિયેશન થાય છે
જ્યારે આયનો સ્તર IV તરફ જાય છે, જે જમીનના સ્તરથી ઉપર આવેલું છે, તે નોંધપાત્ર રીતે છે
જનરેટરના ઉત્તેજનાની સુવિધા આપે છે. સ્તર IV ની વસ્તી સ્તર P કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી છે [આ સૂત્ર 1 માંથી અનુસરે છે] અને આમ, સ્તર II સુધી ઉત્તેજના થ્રેશોલ્ડ હાંસલ કરવા માટે, ઓછા આયનો સ્થાનાંતરિત થવું જોઈએ, અને તેથી ઓછી પમ્પિંગ ઊર્જા ખર્ચ કરવી જોઈએ.

આકૃતિ 8. કેલ્શિયમ ટંગસ્ટેટ (CaWO) માં નિયોડીમિયમ આયન સ્તરોનું સરળ માળખું 4 )

નિયોડીમિયમ સાથે ડોપ્ડ ગ્લાસમાં પણ સમાન ઊર્જા સ્તરની આકૃતિ છે. સક્રિય કાચનો ઉપયોગ કરતા લેસરો સમાન તરંગલંબાઇ પર ઉત્સર્જન કરે છે = 1.06 માઇક્રોન?
સક્રિય ઘન લાંબા ગોળ (ઓછી વખત લંબચોરસ) સળિયાના સ્વરૂપમાં બનાવવામાં આવે છે, જેનો છેડો કાળજીપૂર્વક પોલિશ્ડ હોય છે અને ખાસ ડાઇલેક્ટ્રિક મલ્ટિલેયર ફિલ્મોના રૂપમાં તેમના પર પ્રતિબિંબીત કોટિંગ્સ લાગુ કરવામાં આવે છે. પ્લેન-સમાંતર અંતિમ દિવાલો એક રેઝોનેટર બનાવે છે જેમાં ઉત્સર્જિત ઓસિલેશનના બહુવિધ પ્રતિબિંબનું શાસન સ્થાપિત થાય છે (સ્થાયી તરંગોના શાસનની નજીક), જે પ્રેરિત રેડિયેશનને વધારે છે અને તેની સુસંગતતાને સુનિશ્ચિત કરે છે. રેઝોનેટર પણ બાહ્ય અરીસાઓ દ્વારા રચી શકાય છે.
મલ્ટિલેયર ડાઇલેક્ટ્રિક મિરર્સમાં આંતરિક શોષણ ઓછું હોય છે અને તે રેઝોનેટરનું ઉચ્ચતમ ગુણવત્તા પરિબળ મેળવવાનું શક્ય બનાવે છે. રચના મેટલ મિરર્સ સરખામણીમાં પાતળું પડચાંદી અથવા અન્ય ધાતુ, મલ્ટિલેયર ડાઇલેક્ટ્રિક અરીસાઓનું ઉત્પાદન કરવું વધુ મુશ્કેલ છે, પરંતુ ટકાઉપણુંમાં તે ઘણા શ્રેષ્ઠ છે. ધાતુના અરીસાઓ અનેક ઝબકારા પછી નિષ્ફળ જાય છે અને તેથી આધુનિક લેસર મોડલમાં તેનો ઉપયોગ થતો નથી.
પ્રથમ લેસર મોડલ્સમાં સર્પાકાર આકારના પલ્સ્ડ ઝેનોન લેમ્પ્સનો ઉપયોગ પંમ્પિંગ સ્ત્રોત તરીકે થતો હતો. દીવાની અંદર સક્રિય પદાર્થનો સળિયો હતો.
આ જનરેટર ડિઝાઇનનો ગંભીર ગેરલાભ એ પંમ્પિંગ સ્ત્રોતની પ્રકાશ ઊર્જાનો ઓછો ઉપયોગ દર છે. આ ખામીને દૂર કરવા માટે, જનરેટર્સ ખાસ લેન્સ અથવા રિફ્લેક્ટરનો ઉપયોગ કરીને પમ્પિંગ સ્ત્રોતની પ્રકાશ ઉર્જા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. બીજી પદ્ધતિ વધુ સરળ છે. રિફ્લેક્ટર સામાન્ય રીતે લંબગોળ સિલિન્ડરના રૂપમાં બનાવવામાં આવે છે.
આકૃતિ 9 રૂબી ઓસિલેટરનું સર્કિટ બતાવે છે. બેકલાઇટ લેમ્પ, પલ્સ મોડમાં કાર્યરત છે, તે લંબગોળ પરાવર્તકની અંદર સ્થિત છે જે રૂબી સળિયા પર દીવા પ્રકાશને કેન્દ્રિત કરે છે. દીવો હાઇ-વોલ્ટેજ રેક્ટિફાયર દ્વારા સંચાલિત છે. કઠોળ વચ્ચેના અંતરાલોમાં, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ સ્ત્રોતની ઊર્જા લગભગ 400 ની ક્ષમતાવાળા કેપેસિટરમાં સંચિત થાય છે. mkf. 15 ના વોલ્ટેજ સાથે પ્રારંભિક ઇગ્નીશન પલ્સ લાગુ કરવાના ક્ષણે kV, સ્ટેપ-અપ ટ્રાન્સફોર્મરના સેકન્ડરી વિન્ડિંગમાંથી દૂર કરવામાં આવે છે, જ્યાં સુધી હાઇ-વોલ્ટેજ રેક્ટિફાયરના કેપેસિટરમાં સંચિત ઊર્જાનો ઉપયોગ ન થાય ત્યાં સુધી દીવો પ્રગટે છે અને બળતો રહે છે.
પમ્પિંગ પાવર વધારવા માટે, રૂબી સળિયાની આસપાસ ઘણા ઝેનોન લેમ્પ્સ ઇન્સ્ટોલ કરી શકાય છે, જેનો પ્રકાશ રિફ્લેક્ટરનો ઉપયોગ કરીને રૂબી સળિયા પર કેન્દ્રિત થાય છે.
ફિગમાં બતાવેલ એક માટે. 23.10 જનરેટર થ્રેશોલ્ડ પમ્પિંગ એનર્જી, એટલે કે જે ઉર્જાથી જનરેશન શરૂ થાય છે તે લગભગ 150 છે જે. ડાયાગ્રામ પર દર્શાવેલ સંગ્રહ ક્ષમતા સાથે સાથે = 400 mkf આવી ઉર્જા લગભગ 900 ના સ્ત્રોત વોલ્ટેજ પર પૂરી પાડવામાં આવે છે IN.

આકૃતિ 9. પમ્પિંગ લેમ્પના પ્રકાશને ફોકસ કરવા માટે લંબગોળ પરાવર્તક સાથે રૂબી ઓસિલેટર:

પરાવર્તક
ઇગ્નીશન સર્પાકાર
ઝેનોન લેમ્પ
રૂબી

પંમ્પિંગ સ્ત્રોતોનું સ્પેક્ટ્રમ ક્રિસ્ટલના ઉપયોગી શોષણ બેન્ડ કરતાં ઘણું વિશાળ છે તે હકીકતને કારણે, પંમ્પિંગ સ્ત્રોતની ઊર્જા ખૂબ જ નબળી રીતે વપરાય છે અને તેથી પૂરતા પ્રમાણમાં પ્રદાન કરવા માટે સ્રોતની શક્તિમાં નોંધપાત્ર વધારો કરવો જરૂરી છે. એક સાંકડી શોષણ બેન્ડમાં ઉત્પાદન માટે પમ્પિંગ પાવર. સ્વાભાવિક રીતે, આ ક્રિસ્ટલના તાપમાનમાં મજબૂત વધારો તરફ દોરી જાય છે. ઓવરહિટીંગને રોકવા માટે, તમે ફિલ્ટર્સનો ઉપયોગ કરી શકો છો જેની બેન્ડવિડ્થ લગભગ સક્રિય પદાર્થના શોષણ બેન્ડ સાથે સુસંગત હોય, અથવા ક્રિસ્ટલ માટે ફરજિયાત ઠંડક પ્રણાલીનો ઉપયોગ કરો, ઉદાહરણ તરીકે, પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ કરીને.
પંપ ઊર્જાનો બિનકાર્યક્ષમ ઉપયોગ લેસરોની પ્રમાણમાં ઓછી કાર્યક્ષમતાનું મુખ્ય કારણ છે. પલ્સ મોડમાં રૂબી પર આધારિત જનરેટર 1% ના ઓર્ડરની કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરવાનું શક્ય બનાવે છે, કાચ પર આધારિત જનરેટર - 3-5% સુધી.
રૂબી લેસરો મુખ્યત્વે સ્પંદનીય સ્થિતિમાં કામ કરે છે. રૂબી ક્રિસ્ટલ અને પંમ્પિંગ સ્ત્રોતોના પરિણામી ઓવરહિટીંગ તેમજ મિરર્સ બર્નઆઉટ દ્વારા સતત મોડમાં સંક્રમણ મર્યાદિત છે.
સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને લેસરોમાં સંશોધન હાલમાં ચાલી રહ્યું છે. તેઓ સક્રિય તત્વ તરીકે ગેલિયમ આર્સેનાઇડથી બનેલા સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડનો ઉપયોગ કરે છે, જેનું ઉત્તેજના (પમ્પિંગ) પ્રકાશ ઊર્જા દ્વારા નહીં, પરંતુ ડાયોડમાંથી પસાર થતા ઉચ્ચ-ઘનતા પ્રવાહ દ્વારા કરવામાં આવે છે.
લેસર સક્રિય તત્વની ડિઝાઇન ખૂબ જ સરળ છે (આકૃતિ 10 જુઓ) તેમાં સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના બે ભાગોનો સમાવેશ થાય છે. p- અને n-પ્રકાર. n-પ્રકારની સામગ્રીનો નીચેનો અડધો ભાગ p-પ્રકારની સામગ્રીના ઉપરના અડધા ભાગથી પ્લેન દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે р-એન સંક્રમણ દરેક પ્લેટ ડાયોડને પંમ્પિંગ સ્ત્રોત સાથે જોડવા માટે સંપર્કથી સજ્જ છે, જેનો ઉપયોગ સ્ત્રોત તરીકે થાય છે. ડીસી. ડાયોડના અંતિમ ચહેરાઓ, સખત સમાંતર અને કાળજીપૂર્વક પોલીશ્ડ, 8400 A ની તરંગલંબાઇને અનુરૂપ જનરેટ કરેલા ઓસિલેશનની આવર્તન સાથે ટ્યુન કરેલ રેઝોનેટર બનાવે છે. ડાયોડના પરિમાણો 0.1 છે. x 0.1 x 1,25 મીમી. ડાયોડ સાથે ક્રાયોસ્ટેટમાં મૂકવામાં આવે છે પ્રવાહી નાઇટ્રોજનઅથવા હિલીયમ અને પંપ પ્રવાહ તેમાંથી પસાર થાય છે, જેની ઘનતા છે р-એન સંક્રમણ 10 4 -10 6 a/cm 2 ના મૂલ્યો સુધી પહોંચે છે આ કિસ્સામાં, ની તરંગલંબાઇ સાથે ઇન્ફ્રારેડ શ્રેણીના સુસંગત ઓસિલેશન ? = 8400A.

આકૃતિ 10. સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડ લેસરના સક્રિય તત્વનું માળખું.

પોલિશ્ડ ધાર
સંપર્ક
pn જંકશન પ્લેન
સંપર્ક

3.2.2 વાયુયુક્ત સક્રિય પદાર્થ સાથે જનરેટર

ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટરમાં, સક્રિય પદાર્થ સામાન્ય રીતે બે વાયુઓનું મિશ્રણ હોય છે. હિલીયમ (He) અને નિયોન (Ne) ના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરીને ગેસ લેસર સૌથી સામાન્ય છે.
હિલીયમ અને નિયોનના ઉર્જા સ્તરોનું સ્થાન આકૃતિ 11 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ગેસ લેસરમાં ક્વોન્ટમ સંક્રમણોનો ક્રમ નીચે મુજબ છે. માં ઉચ્ચ-આવર્તન જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશનના પ્રભાવ હેઠળ ગેસ મિશ્રણ, ક્વાર્ટઝ ગ્લાસ ટ્યુબમાં બંધ, વિદ્યુત સ્રાવ થાય છે, જે હિલીયમ અણુઓનું ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ I થી સ્ટેટ્સ II (2 3 S) અને III (2 1 S) માં સંક્રમણ તરફ દોરી જાય છે. જ્યારે ઉત્તેજિત હિલીયમ પરમાણુ નિયોન અણુઓ સાથે અથડાતા હોય છે, ત્યારે તેમની વચ્ચે ઊર્જા વિનિમય થાય છે, જેના પરિણામે ઉત્તેજિત હિલીયમ અણુઓ નિયોન પરમાણુમાં ઊર્જા સ્થાનાંતરિત કરે છે અને નિયોનના 2S અને 3S સ્તરોની વસ્તી નોંધપાત્ર રીતે વધે છે.
વગેરે.............

કોલિયર ડિક્શનરીમાં ક્વોન્ટમ જનરેટર્સ અને એમ્પ્લીફાયરનો અર્થ

ક્વોન્ટમ જનરેટર અને એમ્પ્લીફાયર

દબાણયુક્ત (પ્રેરિત) રેડિયેશનની ઘટના પર આધારિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના જનરેટર અને એમ્પ્લીફાયર. માઇક્રોવેવ ક્વોન્ટમ જનરેટરનો ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત જેને મેસર કહેવાય છે (તેનું સંક્ષેપ અંગ્રેજી શબ્દોસ્ટીમ્યુલેટેડ એમિશન ઓફ રેડિયેશન દ્વારા માઇક્રોવેવ એમ્પ્લીફિકેશન, જેનો અર્થ થાય છે "ઉત્તેજિત રેડિયેશનને કારણે માઇક્રોવેવ એમ્પ્લીફિકેશન"), ચાર્લ્સ ટાઉન્સ દ્વારા 1954 માં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. (આ જ સિદ્ધાંત ઓપ્ટિકલ અંતર્ગત છે ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયરઅને લેસર જનરેટર.) કારણ કે ક્વોન્ટમ જનરેટરના આઉટપુટ પર રેડિયેશન ફ્રીક્વન્સી આવા જનરેટરમાં વપરાતા સક્રિય માધ્યમના અણુઓ અથવા અણુઓના સખત નિશ્ચિત, અલગ ઊર્જા સ્તરો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, તે ચોક્કસ રીતે વ્યાખ્યાયિત અને સતત મૂલ્ય ધરાવે છે.

સ્વયંસ્ફુરિત અને ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની ઉર્જા ક્વોન્ટા અથવા ફોટોન તરીકે ઓળખાતા અલગ "ભાગો" ના સ્વરૂપમાં મુક્ત થાય છે અથવા શોષાય છે, અને એક ક્વોન્ટમની ઉર્જા h? જેટલી છે?, જ્યાં h પ્લાન્કનો સ્થિરાંક છે, અને? - રેડિયેશન આવર્તન. જ્યારે અણુ ઊર્જા ક્વોન્ટમને શોષી લે છે, ત્યારે તે ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તર પર જાય છે, એટલે કે. તેનું એક ઈલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસથી આગળ ભ્રમણકક્ષામાં જાય છે. એવું કહેવાનો રિવાજ છે કે આ કિસ્સામાં અણુ ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં જાય છે.

એક અણુ જે પોતાને ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં શોધે છે તે તેની સંગ્રહિત ઊર્જાને મુક્ત કરી શકે છે અલગ અલગ રીતે. એક સંભવિત રીત એ છે કે સમાન આવર્તન સાથે ક્વોન્ટમનું સ્વયંભૂ ઉત્સર્જન કરવું, જે પછી તે તેની મૂળ સ્થિતિમાં પાછું આવે છે. આ સ્વયંસ્ફુરિત રેડિયેશન (ઉત્સર્જન) ની પ્રક્રિયા છે, જે ફિગમાં યોજનાકીય રીતે દર્શાવવામાં આવી છે. 1, બી. ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર, એટલે કે. દૃશ્યમાન પ્રકાશને અનુરૂપ ટૂંકી તરંગલંબાઇ પર, સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન ખૂબ જ ઝડપથી થાય છે. ઉત્સાહિત અણુ ફોટોનને શોષી લે છે દૃશ્યમાન પ્રકાશ, સામાન્ય રીતે સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન દ્વારા તેની હસ્તગત ઊર્જા એક સેકન્ડના દસ લાખમા ભાગથી ઓછા સમયમાં ગુમાવે છે. ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જનની પ્રક્રિયામાં વિલંબ થાય છે. વધુમાં, એક અણુ અમુક મધ્યવર્તી અવસ્થામાં જઈ શકે છે, તેના દ્વારા ઉત્સર્જિત નીચી ઊર્જાના ફોટોનના સ્વરૂપમાં તેની ઊર્જાનો માત્ર એક ભાગ ગુમાવે છે.

એક બીજી પ્રક્રિયા છે જેના કારણે ઉત્તેજિત અણુ આ સંગ્રહિત ઊર્જાને મુક્ત કરે છે. જો ચોક્કસ આવર્તનનું રેડિયેશન અણુ પર પડે છે (જેમ કે ફિગ. 1, c), તો તે અણુને ફોટોન ઉત્સર્જન કરવા અને નીચલા સ્તર પર જવા દબાણ કરે છે. આમ, એક ફોટોન આવે છે અને બે નીકળી જાય છે. ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન હંમેશા સમાન આવર્તન પર અને આવનારા તરંગ જેવા જ તબક્કા સાથે થાય છે, અને તેથી, ઉત્તેજિત અણુ દ્વારા પસાર થતાં, તરંગ તેની તીવ્રતામાં વધારો કરે છે.

તેથી, અનુરૂપ આવર્તનની એક તરંગ, એક માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે જેમાં ઉત્તેજિત અણુઓ વધુ હોય છે, આ અણુઓના ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનની ઊર્જાને કારણે વિસ્તૃત થાય છે. જો કે, જો માધ્યમમાં ઉત્તેજિત અણુઓ હોય, તો તેઓ તરંગની ઊર્જાને શોષી શકે છે. તે સ્પષ્ટ છે કે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનને કારણે એમ્પ્લીફિકેશન શોષણની વિરુદ્ધ છે, અને અન્ય પ્રક્રિયાઓમાંથી એકનું વર્ચસ્વ તરંગના માર્ગમાં કયા અણુઓ વધુ છે તેના પર નિર્ભર છે - ઉત્તેજિત અથવા ઉત્તેજિત.

હકીકત એ છે કે સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જનની સાથે બળજબરીથી ઉત્સર્જન પણ હોવું જોઈએ તે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા 1916 માં પોસ્ટ્યુલેટ કરવામાં આવ્યું હતું, સ્વીકાર્યું હતું કે ત્રણેય પ્રક્રિયાઓ થાય છે - શોષણ, ઉત્તેજિત અને સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન. આંકડાકીય વિચારણાઓના આધારે, તેમણે વર્ણન કરતું સૂત્ર મેળવ્યું આવર્તન સ્પેક્ટ્રમપદાર્થ દ્વારા ઉત્સર્જિત રેડિયેશન. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક વેવ જનરેટર બનાવવા માટે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનો ઉપયોગ યુએસએમાં ચાર્લ્સ ટાઉન્સ દ્વારા અને સ્વતંત્ર રીતે, રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ એન.જી. બાસોવ અને એ.એમ. આ કાર્ય માટે ત્રણેયને ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર (1964) એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.

ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયર. ઉપર ચર્ચા કર્યા મુજબ, કિરણોત્સર્ગને યોગ્ય સક્રિય માધ્યમમાંથી પસાર કરીને તેને વિસ્તૃત કરી શકાય છે. જો કે, લાભ ઘણીવાર નજીવો હોય છે - લગભગ 1%. ગેઇન વધારવા માટે, રેડિયેશનને સક્રિય માધ્યમ સાથે લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં રાખવું જરૂરી છે. આ કરવા માટે, તમે સક્રિય માધ્યમને પ્રતિબિંબીત દિવાલો સાથે ચેમ્બરમાં બંધ કરી શકો છો. પછી ટ્રાંસવર્સ તરંગ દિવાલથી દિવાલ સુધી પ્રતિબિંબિત થશે, દરેક પાસ સાથે સહેજ વધશે. જ્યારે તે પૂરતા પ્રમાણમાં તીવ્ર બને છે, ત્યારે કિરણોત્સર્ગનો ભાગ આઉટપુટ તરીકે ચેમ્બરમાંથી મુક્ત થઈ શકે છે.

માઇક્રોવેવ (સુપર ઉચ્ચ આવર્તન) શ્રેણીમાં, એટલે કે. જ્યારે તરંગલંબાઇ 0.1 થી 100 સે.મી.ની રેન્જમાં હોય છે, ત્યારે કેમેરાના પરિમાણો સામાન્ય રીતે તરંગલંબાઇ સાથે તુલનાત્મક હોય છે. એક ચેમ્બર કે જે તેના પરિમાણોને બદલીને ઇચ્છિત આવર્તન સાથે ટ્યુન કરે છે (તેની લંબાઈ તરંગલંબાઇ જેટલી હોવી જોઈએ) તેને કેવિટી રેઝોનેટર કહેવામાં આવે છે.

જો રેડિયેશન તરંગલંબાઇ આશરે 1 મીમી અથવા ઓછી હોય, તો આવા રેઝોનેટરનું ઉત્પાદન કરવું પણ મુશ્કેલ છે. જો કે, ઇન્ફ્રારેડ અથવા શોર્ટ-વેવ દૃશ્યમાન પ્રકાશ માટે કેવિટી રિઝોનેટર બનાવવું શક્ય છે જેથી તેની લંબાઈ તરંગલંબાઇ કરતાં ઘણી લાંબી હોય, ઉદાહરણ તરીકે, બે સમાંતર મિરર પ્લેટ (ફિગ. 2) ના સ્વરૂપમાં. આવા ઉપકરણમાં, અરીસાઓમાંથી વૈકલ્પિક રીતે પ્રતિબિંબિત, પ્લેટો પર એક તરંગ ટ્રાંસવર્સ, સક્રિય માધ્યમમાં રહેશે અને ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનને કારણે વધશે. કોઈપણ અન્ય દિશામાં પ્રસરી રહેલ તરંગ લગભગ કોઈ એમ્પ્લીફિકેશન વિના રેઝોનેટરને ઝડપથી છોડી દે છે.

બે સમાંતર પ્લેટોની સિસ્ટમની આ દિશાત્મક ક્રિયા ખૂબ જ ટૂંકી તરંગલંબાઇવાળા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનના ક્વોન્ટમ જનરેટર્સ માટે ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે. આ કિસ્સામાં, સક્રિય માધ્યમમાં લાભ એટલો મોટો હોવો જોઈએ કે જ્યારે કોઈ તરંગ એક પ્લેટમાંથી બીજી પ્લેટમાં જાય છે, ત્યારે તે અરીસામાંથી પ્રતિબિંબિત થાય ત્યારે તે અનિવાર્ય નુકસાનની ભરપાઈ કરે છે. તરંગની સતત વૃદ્ધિ અરીસાઓ વચ્ચેના અંતરમાં રેઝોનન્ટ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશનની સ્થાપના તરફ દોરી જાય છે. અન્ય કોઈપણ દિશામાં પ્રસરી રહેલા તરંગો નુકસાનની ભરપાઈ કરવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં વિસ્તૃત નથી. અને તેમ છતાં આ કદનો બંધ ચેમ્બર લાખો લોકોને ઇન્સ્ટોલ અને સપોર્ટ કરી શકે છે વિવિધ પ્રકારોસ્પંદનો અને તેમના ઝડપથી બદલાતા સંયોજનો, બે સમાંતર પ્લેટોની સિસ્ટમ જ પસંદ કરે છે ત્રાંસી તરંગો(બાકીના લુપ્ત થઈ જાય છે). આવી સિસ્ટમ ખાસ કરીને ચોક્કસ ટૂંકી તરંગલંબાઇ સાથે ઓસિલેશનને અલગ કરવા માટે યોગ્ય હોવાથી, તે ઇન્ફ્રારેડ અને દૃશ્યમાન પ્રકાશ શ્રેણી - લેસર્સમાં ક્વોન્ટમ જનરેટરમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

લેસર પોલાણમાંથી અમુક પ્રકાશ છટકી જવા માટે, પ્લેટોમાંથી એક અર્ધપારદર્શક હોવી જોઈએ, એટલે કે. તેના પર પ્રકાશની ઘટનાનો ભાગ પ્રસારિત કરવો અને અન્ય તરંગલંબાઇ સાથે પ્રકાશને પ્રતિબિંબિત કરવું. અર્ધપારદર્શક પ્લેટમાંથી પસાર થતો પ્રકાશ સાંકડી રીતે નિર્દેશિત બીમ બનાવે છે. આવા લેસર ઉપકરણની દરખાસ્ત ટાઉન્સ અને એ. શાવલોવ દ્વારા કરવામાં આવી હતી.

પ્રતિબિંબિત દિવાલોમાંના એકમાં નાના છિદ્ર દ્વારા રેડિયેશન આઉટપુટ કરવું પણ શક્ય છે. આ સર્કિટનો ઉપયોગ ઘણીવાર સેન્ટીમીટર-તરંગલંબાઇ (માઈક્રોવેવ) ક્વોન્ટમ ઓસિલેટરમાં થાય છે. લેસરોમાં, તે આઉટપુટ બીમની આટલી ઊંચી ડાયરેક્ટિવિટી પ્રદાન કરતું નથી.

સક્રિય વાતાવરણ. ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનને કારણે રેઝોનન્ટ શોષણ અને એમ્પ્લીફિકેશન માટે, તે જરૂરી છે કે તરંગ એવી સામગ્રીમાંથી પસાર થાય કે જેના પરમાણુ અથવા અણુઓની સિસ્ટમ ઇચ્છિત આવર્તન સાથે "ટ્યુન" હોય. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સામગ્રીના અણુઓ માટે ઊર્જા સ્તર E2 - E1 માં તફાવત આવર્તન સમાન હોવો જોઈએ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ, પ્લાન્કના સ્થિરાંક દ્વારા ગુણાકાર:

વધુમાં, ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન શોષણ પર જીતવા માટે, નીચલા સ્તર કરતાં ઉપરના ઉર્જા સ્તરે વધુ અણુઓ હોવા જોઈએ. આ સામાન્ય રીતે થતું નથી. તદુપરાંત, પરમાણુઓની કોઈપણ પ્રણાલી, પૂરતા લાંબા સમય સુધી પોતાને માટે છોડી દેવામાં આવે છે, તે નીચા તાપમાને તેના પર્યાવરણ સાથે સંતુલનમાં આવે છે, એટલે કે. ન્યૂનતમ ઊર્જાની સ્થિતિમાં પહોંચે છે. એલિવેટેડ તાપમાને, સિસ્ટમના કેટલાક અણુઓ થર્મલ ગતિ દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે. અનંત પર ઉચ્ચ તાપમાનતમામ ક્વોન્ટમ સ્ટેટ્સ સમાન રીતે ભરવામાં આવશે. પરંતુ તાપમાન હંમેશા મર્યાદિત હોવાથી, અણુઓનું મુખ્ય પ્રમાણ સૌથી નીચી સ્થિતિમાં હોય છે, અને અવસ્થાઓ જેટલી ઊંચી હોય છે, તે ઓછી ભરેલી હોય છે. જો ખાતે સંપૂર્ણ તાપમાન T સૌથી નીચી અવસ્થામાં n0 અણુઓ હોય છે, પછી ઉત્તેજિત અવસ્થામાં અણુઓની સંખ્યા, જેની ઉર્જા સૌથી નીચી સ્થિતિની ઉર્જા કરતાં E રકમથી વધી જાય છે, તે બોલ્ટ્ઝમેન વિતરણ દ્વારા આપવામાં આવે છે:

જ્યાં k એ બોલ્ટ્ઝમેનનું સ્થિરાંક છે.

ઉચ્ચ રાજ્યો કરતાં સંતુલન સ્થિતિમાં નીચા રાજ્યોમાં હંમેશા વધુ અણુઓ હોવાથી, આવી પરિસ્થિતિઓમાં ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનને કારણે એમ્પ્લીફિકેશનને બદલે શોષણ હંમેશા પ્રભુત્વ ધરાવે છે. ચોક્કસ ઉત્તેજિત અવસ્થામાં વધારે પડતા પરમાણુઓને કૃત્રિમ રીતે આ સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત કરીને જ બનાવી શકાય છે અને જાળવી શકાય છે, અને તેઓ પાછા ફરે છે તેના કરતાં વધુ ઝડપથી થર્મલ સંતુલન. એક સિસ્ટમ કે જેમાં ઉત્તેજિત અણુઓ વધુ હોય છે તે થર્મલ સંતુલન તરફ વલણ ધરાવે છે, અને તેમાં આવા અણુઓ બનાવીને તેને બિનસંતુલિત સ્થિતિમાં જાળવવું આવશ્યક છે.

ત્રણ-સ્તરનું ક્વોન્ટમ જનરેટર. ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં પરમાણુઓ બનાવવાની અને જાળવવાની પદ્ધતિ (ત્રણ-સ્તરની સિસ્ટમ પદ્ધતિ) એન.જી. બાસોવ અને એ.એમ સખત સામગ્રી- એન. બ્લોમ્બર્ગન. પ્રથમ ત્રણ-સ્તરનું ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયર ડી. સ્કોવિલે, જે. ફીર અને જી. સીડેલ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. ત્રણ-સ્તરની સિસ્ટમ ફિગમાં યોજનાકીય રીતે રજૂ કરવામાં આવી છે. 3. શરૂઆતમાં, બધા અણુઓ સૌથી નીચલા સ્તર E1 પર છે, અને સ્તર E2 અને E3 ખાલી છે. સ્તર E2 અને E3 વચ્ચેનું ઊર્જા અંતર E1 અને E2 સ્તરો વચ્ચેના અંતર જેટલું નથી. "પમ્પિંગ" લેમ્પ અથવા જનરેટર (આપણે કઈ શ્રેણી વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ તેના આધારે - ઓપ્ટિકલ અથવા રેડિયો આવર્તન) નીચલા સ્તરથી ઉપલા સ્તરમાં સંક્રમણને અનુરૂપ આવર્તન સાથે રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે. આ કિરણોત્સર્ગને શોષીને, પરમાણુ ઉત્તેજિત થાય છે અને નીચલા સ્તરથી ઉપરના સ્તરે જાય છે. શરૂઆતમાં મધ્યવર્તી સ્તર E2 પર કોઈ પરમાણુ ન હોવાથી, E3 સ્તર પર તેમાંથી વધુ છે. જ્યારે E3 સ્તર પર ઘણા બધા અણુઓ એકઠા થાય છે, ત્યારે ઉપલા સ્તરથી મધ્યવર્તી સ્તરના સંક્રમણને અનુરૂપ આવર્તનથી જનરેશન શરૂ થાય છે. ક્વોન્ટમ જનરેશન સતત થાય તે માટે, E2 સ્તર ઝડપથી ખાલી થઈ જવું જોઈએ, એટલે કે. E3 સ્તરમાંથી ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનને કારણે અણુઓને તેમાંથી બનાવેલ કરતાં વધુ ઝડપથી દૂર કરવા જોઈએ. E2 સ્તરને વિવિધ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ખાલી કરી શકાય છે, જેમ કે અન્ય અણુઓ સાથે અથડામણ અને ઊર્જા સ્થાનાંતરણ સ્ફટિક જાળી(જો સક્રિય માધ્યમ નક્કર હોય તો). બધા કિસ્સાઓમાં, ઊર્જા ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે, તેથી ઉપકરણને ઠંડુ કરવું જરૂરી છે.

પંપીંગ દ્વારા, અડધાથી વધુ અણુઓને E1 થી E3 સ્તર સુધી સ્થાનાંતરિત કરી શકાતા નથી, ત્યારથી ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનની અસર તેમને નીચલા સ્તર પર પાછા ફરવા દબાણ કરે છે. પરંતુ જો, અથડામણ અથવા અન્ય પ્રક્રિયાઓને લીધે, E3 સ્તરના અણુઓ ઝડપથી E2 સ્તર પર જાય છે, તો પછી મધ્યવર્તી સ્તરના અનુગામી સંક્રમણ સાથે તેમને ઉપલા સ્તર પર પમ્પ કરવાનું ચાલુ રાખી શકાય છે. આ રીતે, અડધાથી વધુ અણુઓ (અને બધા પણ) E3 સ્તર પર પમ્પ કરી શકાય છે. પછી મધ્યવર્તી સ્તરે તે બહાર વળે છે વધુ અણુઓ, નીચલા એક કરતાં, અને સંક્રમણને અનુરૂપ આવર્તન પર જનરેશન શરૂ થાય છે, ત્રણ-સ્તરના ક્વોન્ટમ ઓસિલેટર અને એમ્પ્લીફાયરના બંને સર્કિટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, અને પ્રતિધ્વનિ સાથે ઉપલબ્ધ સામગ્રીના ગુણધર્મોને આધારે એક અથવા અન્ય પસંદ કરવામાં આવે છે. ઇચ્છિત ફ્રીક્વન્સીઝ. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, તે ઇચ્છનીય છે કે સક્રિય માધ્યમ, અન્ય તમામ જરૂરિયાતોને સંતોષતી વખતે, ઉચ્ચ પડઘો હોવો જોઈએ. જો ક્વોન્ટમ જનરેટરનો ઉપયોગ ફ્રીક્વન્સી સ્ટાન્ડર્ડ તરીકે થવાનો હોય, તો રેઝોનન્સ પણ તીક્ષ્ણ હોવા જોઈએ. આવા પડઘો વાયુઓમાં મુક્ત અણુઓ અને પરમાણુઓના સ્પેક્ટ્રાની લાક્ષણિકતા છે. ઘન પદાર્થોના પડઘો સામાન્ય રીતે ખૂબ વ્યાપક હોય છે, જો કે દુર્લભ પૃથ્વી તત્વો અને સંક્રમણ ધાતુઓ, જેમ કે ક્રિસ્ટલ્સમાં, આ પ્રકારની કેટલીક સામગ્રીઓ માઇક્રોવેવ અને ઓપ્ટિકલ બંને શ્રેણીમાં ઉચ્ચ અને તીક્ષ્ણ રેઝોનન્સ ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, રૂબી (એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ), જેમાં એલ્યુમિનિયમ આયનોની ચોક્કસ ટકાવારી ક્રોમિયમ આયનો દ્વારા બદલવામાં આવે છે, તે માઇક્રોવેવ શ્રેણીમાં ત્રણ-સ્તરના ક્વોન્ટમ જનરેટર માટે સક્રિય માધ્યમ તરીકે સેવા આપી શકે છે. મેમને બતાવ્યું કે રૂબી લેસર બનાવવા માટે પણ યોગ્ય છે. બંને કિસ્સાઓમાં, ક્રોમિયમ આયનોના ઊર્જા સ્તરોનો ઉપયોગ થાય છે.

લેસર. લેસરો ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર છે જે સ્પેક્ટ્રમના દૃશ્યમાન અને ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશોમાં રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે (જ્યાં તરંગલંબાઇ 1 mm કરતાં ઓછી હોય છે). તીવ્રતામાં, આવા જનરેટર સમાન કિરણોત્સર્ગના અન્ય તમામ પ્રકારના સ્ત્રોતો કરતા ઘણા શ્રેષ્ઠ છે. વધુમાં, તેમનું આઉટપુટ રેડિયેશન ખૂબ જ સાંકડી ફ્રીક્વન્સી બેન્ડ પર પડે છે અને તે લગભગ બિન-વિવિધ બીમનું સ્વરૂપ ધરાવે છે. વધુમાં, લેસર બીમને ખૂબ જ નાની જગ્યામાં કેન્દ્રિત કરી શકાય છે, જેમાં પ્રકાશ શક્તિ ઘનતા અને વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાત અન્ય પ્રકાશ સ્ત્રોતો ઉત્પન્ન કરી શકે છે તેની સરખામણીમાં પ્રચંડ છે. આઉટપુટ રેડિયેશન લગભગ સંપૂર્ણપણે મોનોક્રોમેટિક છે અને, વધુ અગત્યનું, સુસંગત, એટલે કે. સંપૂર્ણપણે તબક્કા સાથે મેળ ખાતું અને સામાન્ય પ્રકાશના અસ્તવ્યસ્ત વિકારથી મુક્ત. લેસર પણ જુઓ.

મોલેક્યુલર ક્વોન્ટમ જનરેટર. પ્રથમ ક્વોન્ટમ જનરેટર, ગોર્ડન, ઝેગર અને ટાઉન્સ દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જેમાં એમોનિયાના પરમાણુઓના બીમ ધરાવતી ખાલી કરાયેલ ચેમ્બરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. બીમના પરમાણુઓ, જે ઓછી ઉર્જા અવસ્થામાં હતા, તેમને બિન-યુનિફોર્મ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં વિચલિત કરીને બીમમાંથી દૂર કરવામાં આવ્યા હતા. સૌથી વધુ ઉર્જા અવસ્થામાં પરમાણુઓ કેવિટી રિઝોનેટરમાં કેન્દ્રિત હતા, જ્યાં ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન થયું હતું (ફિગ. 4).

મોલેક્યુલર બીમ સાથેનું ક્વોન્ટમ જનરેટર તીવ્ર રીતે પસંદ કરેલ આઉટપુટ આવર્તન સાથે રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે. આ અંશતઃ એ હકીકતને કારણે છે કે બીમમાં પ્રમાણમાં ઓછા અણુઓ છે અને તેઓ એકબીજાને પ્રભાવિત કરી શકતા નથી. અણુઓની ઓછી સંખ્યાને કારણે, આઉટપુટ પાવર પણ નાની છે.

ગેસ ડિસ્ચાર્જ લેસર. ગેસ-ડિસ્ચાર્જ લેસરનું સક્રિય માધ્યમ એ હિલીયમ અને નિયોન જેવા ઉમદા વાયુઓનું મિશ્રણ છે. હિલીયમ પરમાણુ લાંબા આયુષ્ય સાથે ઉત્તેજિત અવસ્થા ધરાવે છે, અને આ "મેટાસ્ટેબલ" અવસ્થા માટે ઉત્સાહિત અણુઓ સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જન દ્વારા તેમની ઉત્તેજના ઊર્જા છોડી શકતા નથી. જો કે, તેઓ તેને પરમાણુ અથડામણમાં બિનઉત્તેજિત નિયોન અણુમાં સ્થાનાંતરિત કરી શકે છે. આવી અથડામણ પછી, હિલીયમ અણુ તેની જમીનની સ્થિતિમાં અને નિયોન અણુ તેની ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં જોવા મળે છે. આ ઉર્જા સ્તરથી નિયોન અણુઓના ખાલી નીચલા સ્તર પર ફરજિયાત સંક્રમણને કારણે જનરેશન થાય છે.

અરજી. ક્વોન્ટમ- ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોઅણુ અને પરમાણુ પ્રણાલીઓ સાથે સક્રિય મીડિયાનો ઉપયોગ એમ્પ્લીફાયર અને જનરેટર તરીકે થાય છે. ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર, આવા કાર્યો વેક્યૂમ ટ્યુબ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટર દ્વારા કરવામાં આવે છે. તે આશ્ચર્યજનક નથી કે ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોનો પરિવાર પહેલાથી જ જૂના ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની સંખ્યા અને વિવિધતાને હરીફ કરી શકે છે. ક્વોન્ટમ ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોને સંખ્યાબંધ એપ્લિકેશન મળી છે જેના માટે અન્ય ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો ખરાબ રીતે યોગ્ય નથી અથવા બિલકુલ યોગ્ય નથી. આ સાથે માઇક્રોવેવ એમ્પ્લીફાયર્સના કાર્યો છે નીચું સ્તરઘોંઘાટ, પ્રાથમિક આવર્તન અને સમયના ધોરણો, તેમજ ઇન્ફ્રારેડ અને દૃશ્યમાન રેડિયેશનના જનરેટર અને એમ્પ્લીફાયર.

ઓછા અવાજવાળા માઇક્રોવેવ એમ્પ્લીફાયર. એમ્પ્લીફાયરનો હેતુ નબળા સિગ્નલોને વિકૃત કર્યા વિના અથવા અવાજ (અસ્તવ્યસ્ત ઘટક) રજૂ કર્યા વિના એમ્પ્લીફાય કરવાનો છે. ઇલેક્ટ્રોનિક એમ્પ્લીફાયર હંમેશા સિગ્નલમાં પોતાનો અવાજ ઉમેરે છે. અત્યંત નબળા રેડિયો સિગ્નલો સાથે કામ કરતી વખતે, એમ્પ્લીફાયર શક્ય તેટલું ફાળો આપે તે મહત્વનું છે ઓછો અવાજ. આ અવકાશી પદાર્થોમાંથી મળતા રેડિયો સિગ્નલો છે અને લાંબા અંતર પર સ્થિત પદાર્થોમાંથી પ્રતિબિંબિત થતા રડાર સિગ્નલો છે. આ બે કિસ્સાઓમાં, સિગ્નલ આકાશ સામે જોવામાં આવે છે, જે માત્ર નાના અવાજને રજૂ કરે છે. આ તમને ખૂબ જ નબળા સિગ્નલને શોધવાની મંજૂરી આપે છે જો તે રીસીવરના અવાજથી ઢંકાયેલું ન હોય. પરંપરાગત એમ્પ્લીફાયર આવા કાર્યની આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરતા નથી, અને ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયર બચાવમાં આવે છે, લગભગ કોઈ અવાજ નથી રજૂ કરે છે. રીસીવર ઇનપુટ પર વેક્યુમ ટ્યુબ એમ્પ્લીફાયરને ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયર સાથે બદલીને, તમે માઇક્રોવેવ રેન્જમાં રીસીવરની સંવેદનશીલતાને સો ગણો વધારી શકો છો. ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયરવાળા માઇક્રોવેવ રીસીવરો એટલા સંવેદનશીલ હોય છે કે તેઓ અન્ય ગ્રહોના થર્મલ રેડિયેશનને શોધી શકે છે અને તેમની સપાટીનું તાપમાન નક્કી કરી શકે છે.

આવર્તન ધોરણો અને અણુ ઘડિયાળ. અણુઓ અને અણુઓની પ્રણાલીઓ, જેમ કે પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે, માત્ર ચોક્કસ ચોક્કસ ફ્રીક્વન્સીઝ અથવા તરંગલંબાઇ પર રેડિયેશનને શોષી અને ઉત્સર્જન કરી શકે છે. આ પ્રતિધ્વનિ ઘણીવાર શિખરો જેવા આકારના હોય છે, જે તેમની આવર્તનને ઉચ્ચ ચોકસાઇ સાથે માપી શકાય છે. અનુરૂપ ફ્રીક્વન્સી અમુક અણુઓ અને પરમાણુઓની લાક્ષણિકતા છે અને માનવસર્જિત ધોરણોથી વિપરીત, સમય જતાં બદલાતી નથી. તેથી, આવા પડઘો આવર્તન, તરંગલંબાઇ અને સમયના ધોરણો તરીકે સેવા આપી શકે છે. એક્સટર્નલ ઈલેક્ટ્રોનિક ઓસિલેટરની આવર્તન શોષણ રેઝોનન્સ સામે પણ માપાંકન માટે ચકાસી શકાય છે. ક્વોન્ટમ જનરેટર સીધા સંદર્ભ આવર્તનનું રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે. જ્યારે ક્વોન્ટમ જનરેટર યોગ્ય રીતે રૂપરેખાંકિત થાય છે, ત્યારે તેના આઉટપુટ પર આવર્તન સ્થિર હોય છે. તેનો ઉપયોગ પ્રગતિને મોનિટર કરવા માટે થઈ શકે છે ચોક્કસ ઘડિયાળઅથવા ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે સમય અંતરાલોને માપવા માટે રચાયેલ વધુ જટિલ ઉપકરણ. સૌથી સચોટ ક્વોન્ટમ જનરેટરમાંથી એકનું સક્રિય માધ્યમ એટોમિક હાઇડ્રોજન છે (સિસ્ટમ પ્રથમ ક્વોન્ટમ જનરેટરની ડિઝાઇન જેવી જ છે - એક મેસર - એમોનિયાના મોલેક્યુલર બીમ સાથે). તેની આવર્તનની ચોકસાઈ 10-10% છે, જે 30,000 વર્ષમાં એક સેકન્ડ જેટલી "ઘડિયાળ દર" માં ભૂલને અનુરૂપ છે.

કોલિયર. કોલિયર ડિક્શનરી. 2012

શબ્દકોષો, જ્ઞાનકોશ અને સંદર્ભ પુસ્તકોમાં અર્થઘટન, સમાનાર્થી, શબ્દના અર્થો અને ક્વોન્ટમ જનરેટર્સ અને એમ્પ્લીફાયર રશિયનમાં શું છે તે પણ જુઓ:

• ક્વોન્ટમ
  ક્વોન્ટમ નંબર્સ, પૂર્ણાંકો અથવા અપૂર્ણાંક સંખ્યાઓ, શક્ય વ્યાખ્યાયિત અલગ મૂલ્યોભૌતિક ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સની લાક્ષણિકતા ધરાવતા જથ્થાઓ (અણુ ન્યુક્લિયસ, અણુ, પરમાણુ અને...
• ક્વોન્ટમ મોટા રશિયન જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  ક્વોન્ટમ ઘડિયાળ (અણુ ઘડિયાળ), ક્વોન્ટમ ફ્રીક્વન્સી સ્ટાન્ડર્ડ દ્વારા નિયંત્રિત ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટર ધરાવતું સમય માપવા માટેનું ઉપકરણ. કોસમોસમાં "લોલક" ની ભૂમિકા ...
• ક્વોન્ટમ મોટા રશિયન જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  ક્વોન્ટમ ફ્રીક્વન્સી ધોરણો, ઓસિલેશન ફ્રીક્વન્સીના ચોક્કસ માપન માટેના ઉપકરણો, મૂળભૂત. ક્વોન્ટમ સંક્રમણોની આવર્તન માપવા પર (માઈક્રોવેવ અને ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રામાં) ...
• ક્વોન્ટમ મોટા રશિયન જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  ક્વોન્ટમ ટ્રાન્ઝિશન, એકમાંથી ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ (અણુ, પરમાણુ, અણુ ન્યુક્લિયસ, સ્ફટિક)નું અચાનક સંક્રમણ શક્ય રાજ્યવી…
• ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ
  ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ભૌતિકશાસ્ત્રનું એક ક્ષેત્ર જે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનની અસરના ઉપયોગના આધારે એમ્પ્લીફિકેશન અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશનના નિર્માણની પદ્ધતિઓનો અભ્યાસ કરે છે, તેમજ તેના ગુણધર્મો ...
• ઇલેક્ટ્રિક મશીન જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ: ડીસી જનરેટર્સ કોલિયર ડિક્શનરીમાં:
  ઈલેક્ટ્રિક મશીન જનરેટર્સ અને ઈલેક્ટ્રિક મોટર્સ થિયરી લેખમાં. ફિગ માં. 1a ધરીની આસપાસ ઘડિયાળની દિશામાં ફરતા વાયર abcd નો વળાંક બતાવે છે...
• ઇલેક્ટ્રિક જનરેટર્સ: સિંક્રોનસ વૈકલ્પિક વર્તમાન જનરેટર્સ કોલિયર ડિક્શનરીમાં:
  ઇલેક્ટ્રીકલ મશીન જનરેટર્સ અને ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ લેખમાં પહેલેથી જ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, એક વૈકલ્પિક EMF સતત ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરતા વાયરના કોઇલમાં પ્રેરિત થાય છે. ...
• ક્વોન્ટમ ફ્રીક્વન્સી ધોરણો
  
• યુએસએસઆર. ટેકનિકલ સાયન્સ બોલ્શોઇ માં સોવિયેત જ્ઞાનકોશ, TSB:
  વિજ્ઞાન ઉડ્ડયન વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજી B પૂર્વ-ક્રાંતિકારી રશિયાઅસલ ડિઝાઇનના સંખ્યાબંધ એરક્રાફ્ટ બનાવવામાં આવ્યા હતા. યા એમ. તેમના પોતાના એરોપ્લેન બનાવ્યા (1909-1914) ...
• યુએસએસઆર. સાહિત્ય અને કલા ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  અને કલા સાહિત્ય બહુરાષ્ટ્રીય સોવિયત સાહિત્યસાહિત્યના વિકાસમાં ગુણાત્મક રીતે નવા તબક્કાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. એક ચોક્કસ કલાત્મક સમગ્ર તરીકે, એક સામાજિક-વૈચારિક દ્વારા સંયુક્ત...
• રેડિયો માપન ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  વિદ્યુત, ચુંબકીય અને માપન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક જથ્થોઅને તેમના સંબંધો, ઈન્ફ્રાસાઉન્ડથી લઈને અલ્ટ્રાહાઈ સુધીની આવર્તન શ્રેણીમાં રેડિયો એન્જિનિયરિંગ ઉપકરણોના સંચાલનને લાક્ષણિકતા આપે છે. ...
• ડીસી મશીન ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  વર્તમાન મશીન, એક વિદ્યુત મશીન જેમાં યાંત્રિક ઉર્જાને સીધી વર્તમાન વિદ્યુત ઊર્જા (જનરેટર) અથવા વિપરીત રૂપાંતરણ (મોટર)માં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. ...
• ક્વોન્ટમ સંક્રમણો ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  ક્વોન્ટમ, ક્વોન્ટમ સંક્રમણો જુઓ...
• પેરામેટ્રિક લાઇટ જનરેટર્સ ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  પ્રકાશ જનરેટર, સુસંગત ઓપ્ટિકલ રેડિયેશનના સ્ત્રોત, જેનું મુખ્ય તત્વ બિનરેખીય સ્ફટિક છે જેમાં શક્તિશાળી પ્રકાશ તરંગનિશ્ચિત આવર્તન પેરામેટ્રિકલી...
• મોલેક્યુલર જનરેટર ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  જનરેટર, એક ઉપકરણ કે જેમાં પ્રારંભિક ઉર્જા અવસ્થામાંથી રાજ્યમાં પરમાણુઓના ફરજિયાત ક્વોન્ટમ સંક્રમણને કારણે સુસંગત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન્સ ઉત્પન્ન થાય છે ...
• ક્વોન્ટમ નંબર્સ ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  સંખ્યાઓ, પૂર્ણાંકો (0, 1, 2,...) અથવા અર્ધ-પૂર્ણાંકો (1/2, 3/2, 5/2,...) સંખ્યાઓ શક્ય અલગ મૂલ્યોને વ્યાખ્યાયિત કરે છે ભૌતિક જથ્થો, જે ક્વોન્ટમનું લક્ષણ ધરાવે છે...
• ક્વોન્ટમ ફ્રીક્વન્સી ધોરણો ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  આવર્તન ધોરણો, ઉપકરણો કે જે ક્વોન્ટમનો ઉપયોગ કરે છે...
• ક્વોન્ટમ સંક્રમણો ગ્રેટ સોવિયેત જ્ઞાનકોશમાં, TSB:
  સંક્રમણો, ક્વોન્ટમ સિસ્ટમના જમ્પ જેવા સંક્રમણો (અણુ, પરમાણુ, અણુ ન્યુક્લિયસ, નક્કર) એક રાજ્યથી બીજા રાજ્યમાં. સૌથી મહત્વપૂર્ણ છે કે ...
• ક્વોન્ટમ ઘડિયાળ
  
• ક્વોન્ટમ ફ્રીક્વન્સી ધોરણો આધુનિક જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  
• ક્વોન્ટમ સંક્રમણો આધુનિક જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ (અણુ, પરમાણુ, અણુ ન્યુક્લિયસ, ક્રિસ્ટલ) નું એક સંભવિત રાજ્યમાંથી બીજી સ્થિતિમાં અચાનક સંક્રમણ. ક્વોન્ટમ સંક્રમણો રેડિયેટિવ હોઈ શકે છે...
• ક્વોન્ટમ ઘડિયાળ
  (અણુ ઘડિયાળ), ફ્રિક્વન્સી સ્ટાન્ડર્ડ દ્વારા નિયંત્રિત ક્વાર્ટઝ ઓસિલેટર ધરાવતું સમય માપવા માટેનું ઉપકરણ. ક્વોન્ટમ ઘડિયાળમાં "લોલક" ની ભૂમિકા અણુઓ દ્વારા ભજવવામાં આવે છે. આવર્તન...
• ક્વોન્ટમ ફ્રીક્વન્સી ધોરણો જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  એકમાંથી અણુઓ, આયનો અથવા પરમાણુઓના ક્વોન્ટમ સંક્રમણો (માઈક્રોવેવ અને ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રામાં) દરમિયાન રેડિયેશનની આવર્તનને ચોક્કસ રીતે માપવા માટેના ઉપકરણો ...
• ઇલેક્ટ્રિકલ જનરેટર્સ અને ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ: ડીસી ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ કોલિયર ડિક્શનરીમાં:
  લેખ મુજબ ઇલેક્ટ્રીકલ મશીન જનરેટર અને ઇલેક્ટ્રીક મોટર્સ ડીસી જનરેટર સંતોષકારક રીતે મોટર્સ તરીકે કામ કરે છે અને, સમાન નજીવા પરિમાણો સાથે, ...
• ઈલેક્ટ્રિક મશીન જનરેટર અને ઈલેક્ટ્રિક મોટર્સ કોલિયર ડિક્શનરીમાં:
  રોટરી પ્રકારના મશીનો કે જે કાં તો પરિવર્તન કરે છે યાંત્રિક ઊર્જાવિદ્યુત (જનરેટર) માં, અથવા યાંત્રિક (મોટર) માં વિદ્યુત. જનરેટરનું સંચાલન સિદ્ધાંત પર આધારિત છે ...
• ક્વોન્ટમ ફ્રીક્વન્સી ધોરણો આધુનિક માં સમજૂતીત્મક શબ્દકોશ, TSB:
  અણુઓ, આયનો અથવા ...ના ક્વોન્ટમ સંક્રમણો (માઈક્રોવેવ અને ઓપ્ટિકલ સ્પેક્ટ્રામાં) ની આવર્તનને માપવા પર આધારિત સ્પંદન આવર્તનના ચોક્કસ માપન માટેના ઉપકરણો.
• આર્માગેડન રમતો, કાર્યક્રમો, સાધનો, મૂવીઝ, ઇસ્ટર ઇંડાના રહસ્યોની ડિરેક્ટરીમાં:
  1. ફિલ્માંકન દરમિયાન, દિગ્દર્શક માઈકલ બેએ નાસાની મિલકત પર અનેક સ્થળોએ ફિલ્મ કરવાની પરવાનગી મેળવી હતી. સ્પેસશીપના ઉડાનનું દ્રશ્ય જુઓ...
• ભયાનક વિજ્ઞાન સાહિત્યના જ્ઞાનકોશ ગેલેક્ટિકામાં:
  નૈતિક સંવર્ધકો, 16મી અને ત્યારબાદની પેઢીઓના ફોરું અને હરવાફરવામાં ચપળ કે ચાલાક લોકોના નૈતિક સંરક્ષક; ગુનાહિત અને અસંતુષ્ટ તત્ત્વો દ્વારા હાથ ધરવામાં આવેલા શસ્ત્રોને મર્મિફાઇ (ક્રિટીનાઇઝ) કરવાના પ્રયાસોને અટકાવો",...
• ફેરોમેગ્નેટિક રેઝોનન્સ મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  ફ્રીક્વન્સીઝ પર ફેરોમેગ્નેટ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર ઊર્જાનું પસંદગીયુક્ત શોષણ (સામાન્ય રીતે રેડિયો શ્રેણીમાં) પ્રિસેશનની કુદરતી આવર્તન સાથે સુસંગત ચુંબકીય ક્ષણફેરોમેગ્નેટિક (જુઓ લાર્મોર...
• એમ્પ્લીફાયર મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  ટેક્નોલોજીમાં - એક ઉપકરણ જેમાં સહાયક સ્ત્રોતની ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને સિગ્નલ (અસર)ના ઉર્જા પરિમાણો વધારવામાં આવે છે. અનુસાર...
• થર્મોઇલેક્ટ્રિક માપન ઉપકરણ મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  વર્તમાન માપવા માટે સેવા આપે છે (ઓછી સામાન્ય રીતે, વોલ્ટેજ અને પાવર); મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક માપન ઉપકરણ છે જે થર્મલ કન્વર્ટર, હીટિંગના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળને માપે છે ...
• સમેશન બ્લોક મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  એક એનાલોગ કમ્પ્યુટિંગ ઉપકરણ કે જેનું આઉટપુટ ઇનપુટ મૂલ્યોના સરવાળાના પ્રમાણમાં મૂલ્ય ઉત્પન્ન કરે છે. AVM ના ભાગ તરીકે ઇલેક્ટ્રોનિક સમેશન બ્લોક્સ સૌથી સામાન્ય છે...
• રેડિયો મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  એન્ટેના (બાહ્ય અથવા બિલ્ટ-ઇન) સાથે સંયોજનમાં તેનો ઉપયોગ રેડિયો સિગ્નલ પ્રાપ્ત કરવા માટે થાય છે. ઉદાહરણો: બ્રોડકાસ્ટ રીસીવર, ટેલિવિઝન, રડાર રેડિયો. મુખ્ય ઘટકો: આવર્તન પસંદગીયુક્ત…
• નોનલાઇનર ફંક્શન બ્લોક મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશમાં:
  (કોમ્પ્યુટર ટેકનોલોજીમાં) એક AVM નોડ, જેનો આઉટપુટ સિગ્નલ આપેલ બિનરેખીય સંબંધ દ્વારા ઇનપુટ સિગ્નલ સાથે સંબંધિત છે. રેખીય કાર્યાત્મક અવલંબન સાથેના ઉપકરણો છે...

રેડિયો શ્રેણીમાં ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયર અને ઓસિલેટરના વિકાસ અને સંશોધનમાં પ્રાપ્ત થયેલી સફળતાઓએ ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનના આધારે પ્રકાશને વિસ્તૃત કરવા અને ઉત્પન્ન કરવાના પ્રસ્તાવના અમલીકરણ માટેના આધાર તરીકે સેવા આપી હતી અને ઓપ્ટિકલ શ્રેણીમાં ક્વોન્ટમ ઓસિલેટરનું સર્જન કર્યું હતું. ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર (OQGs) અથવા લેસરો શક્તિશાળીના એકમાત્ર સ્ત્રોત છે મોનોક્રોમેટિક પ્રકાશ. અણુ પ્રણાલીઓનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશ એમ્પ્લીફિકેશનનો સિદ્ધાંત સૌપ્રથમ 1940માં V.A. દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો. ઉત્પાદક. જો કે, ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર બનાવવાની શક્યતા માટેનું સમર્થન માત્ર 1958 માં સી. ટાઉન્સ અને એ. શાવલોવ દ્વારા રેડિયો શ્રેણીમાં ક્વોન્ટમ ઉપકરણોના વિકાસમાં સિદ્ધિઓના આધારે આપવામાં આવ્યું હતું. પ્રથમ ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર 1960 માં સાકાર કરવામાં આવ્યું હતું. તે કામ કરતા પદાર્થ તરીકે રૂબી ક્રિસ્ટલ સાથેનું લેસર હતું. તેમાં વસ્તી વ્યુત્ક્રમની રચના ત્રણ-સ્તરની પમ્પિંગ પદ્ધતિ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવી હતી, જેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પેરામેગ્નેટિક ક્વોન્ટમ એમ્પ્લીફાયર્સમાં થાય છે.

હાલમાં, ઘણા જુદા જુદા ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર વિકસાવવામાં આવ્યા છે, જે કાર્યકારી પદાર્થોમાં ભિન્ન છે (સ્ફટિકો, ચશ્મા, પ્લાસ્ટિક, પ્રવાહી, વાયુઓ, સેમિકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ થાય છે) અને વસ્તી વ્યુત્ક્રમ (ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગ, વાયુઓમાં વિસર્જન, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ, વગેરે) બનાવવા માટેની પદ્ધતિઓ. .

વસ્તીનું વ્યુત્ક્રમ અને રેઝોનન્ટ સિસ્ટમ બનાવવામાં આવે છે (ફિગ. 62). બાદમાં તરીકે, ફેબ્રી-પેરોટ ઇન્ટરફેરોમીટર પ્રકારના ખુલ્લા રેઝોનેટરનો ઉપયોગ લેસરોમાં થાય છે, જે એકબીજાથી અંતરે સ્થિત બે અરીસાઓની સિસ્ટમ દ્વારા રચાય છે.

કાર્યકારી પદાર્થ સક્રિય કણોના પ્રેરિત ઉત્સર્જનને કારણે ઓપ્ટિકલ રેડિયેશનને વધારે છે. રેઝોનન્ટ સિસ્ટમ, સક્રિય માધ્યમ દ્વારા પરિણામી ઓપ્ટીકલી પ્રેરિત કિરણોત્સર્ગના વારંવાર પેસેજનું કારણ બને છે, તેની સાથે ક્ષેત્રની અસરકારક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા નક્કી કરે છે. જો આપણે લેસરને સ્વ-ઓસીલેટીંગ સિસ્ટમ તરીકે ધ્યાનમાં લઈએ, તો રિઝોનેટર સક્રિય માધ્યમમાં અરીસાઓ વચ્ચે ફેલાયેલા રેડિયેશનના ભાગને પરત કરવાના પરિણામે હકારાત્મક પ્રતિસાદ આપે છે. ઓસિલેશન થાય તે માટે, સક્રિય માધ્યમમાંથી પ્રાપ્ત થયેલ લેસરની શક્તિ રેઝોનેટરમાં ખોવાયેલી શક્તિ જેટલી અથવા તેનાથી વધુ હોવી જોઈએ. આ એ હકીકતની સમકક્ષ છે કે એમ્પ્લીફાઈંગ માધ્યમમાંથી પસાર થયા પછી જનરેશન વેવની તીવ્રતા, અરીસાઓમાંથી પ્રતિબિંબ -/ અને 2, મૂળ ક્રોસ સેક્શન પર પાછા ફરવું એ યથાવત રહે છે અથવા પ્રારંભિક મૂલ્ય કરતાં વધી જવું જોઈએ.

સક્રિય માધ્યમમાંથી પસાર થતી વખતે, તરંગની તીવ્રતા 1^ ઘાતાંકીય કાયદા અનુસાર ફેરફારો (સંતૃપ્તિને અવગણીને) L, ° 1^ ezhr [ (oc,^ - b())-c ], અને જ્યારે અરીસામાંથી પ્રતિબિંબિત થાય છે ત્યારે તે બદલાય છે જીએકવાર ( ટી -ગુણાંક અરીસાનું પ્રતિબિંબ), તેથી પેઢી થવાની સ્થિતિ આ રીતે લખી શકાય

જ્યાં એલ - કાર્યકારી સક્રિય માધ્યમની લંબાઈ; આર 1 અને આર 2 - અરીસાઓ 1 અને 2 ના પ્રતિબિંબ ગુણાંક; a u એ સક્રિય માધ્યમનો લાભ છે; b 0 - એટેન્યુએશન કોન્સ્ટન્ટ, અસંગતતા અને ખામીઓ દ્વારા છૂટાછવાયાના પરિણામે કાર્યકારી પદાર્થમાં ઊર્જાના નુકસાનને ધ્યાનમાં લેતા.

I. ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટરના રેઝોનેટર

રેઝોનન્ટ લેસર સિસ્ટમ્સ, જેમ નોંધ્યું છે, ઓપન રેઝોનેટર છે. હાલમાં, સપાટ અને ગોળાકાર અરીસાઓવાળા ખુલ્લા રેઝોનેટરનો સૌથી વધુ ઉપયોગ થાય છે. ઓપન રેઝોનેટરની લાક્ષણિકતા એ છે કે તેમના ભૌમિતિક પરિમાણો તરંગલંબાઇ કરતા અનેક ગણા વધારે છે. વોલ્યુમેટ્રિક ઓપન રેઝોનેટર્સની જેમ, તેમની પાસે તેમના પોતાના પ્રકારનાં ઓસિલેશનનો સમૂહ છે, જેમાં ચોક્કસ ક્ષેત્ર વિતરણ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. તેમને અનેપોતાની ફ્રીક્વન્સીઝ. ખુલ્લા રેઝોનેટરના કુદરતી પ્રકારના ઓસિલેશન એ ક્ષેત્ર સમીકરણોના ઉકેલો છે જે સંતોષે છે સીમા શરતોઅરીસાઓ પર.

કેવિટી રેઝોનેટરની ગણતરી કરવા માટે ઘણી પદ્ધતિઓ છે જે વ્યક્તિને તેમના પોતાના પ્રકારનાં સ્પંદનો શોધવાની મંજૂરી આપે છે. ઓપન રેઝોનેટરનો સખત અને સૌથી સંપૂર્ણ સિદ્ધાંત એલ.એ. વેઇવેસ્ટેઇનના કાર્યોમાં આપવામાં આવ્યો છે.* એ. ફોક્સ અને ટી. લીના કાર્યમાં ઓપન રેઝોનેટર્સમાં ઓસિલેશનના પ્રકારોની ગણતરી કરવા માટેની એક દ્રશ્ય પદ્ધતિ વિકસાવવામાં આવી હતી.

એ. ફોક્સ અને ટી. લીની ગણતરી પર આધારિત છે નીચેનું સૂત્રકિર્ચહોફ, જે છે ગાણિતિક અભિવ્યક્તિહ્યુજેન્સ સિદ્ધાંત, જે તમને નિરીક્ષણ બિંદુ પર તળિયે શોધવા માટે પરવાનગી આપે છે એઅમુક સપાટી પર આપેલ ક્ષેત્ર દ્વારા Sb

જ્યાં Eb એ S સપાટી પર બિંદુ B પરનું ક્ષેત્ર છે b; k-તરંગ નંબર; આર - પોઈન્ટ વચ્ચેનું અંતર એઅને IN; પ્ર - બિંદુઓને જોડતી રેખા વચ્ચેનો ખૂણો એઅને માં,અને સપાટી પર સામાન્ય Sb

જેમ જેમ પાસની સંખ્યામાં વધારો થાય છે તેમ, અરીસાઓ પરનો પ્રવાહ દર સ્થિર વિતરણ તરફ વળે છે, જે નીચે પ્રમાણે રજૂ કરી શકાય છે:

જ્યાં V(x ,у) - વિતરણ કાર્ય કે જે અરીસાઓની સપાટી પરના કોઓર્ડિનેટ્સ પર આધાર રાખે છે અને પ્રતિબિંબથી પ્રતિબિંબમાં બદલાતું નથી;

y એ અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સથી સ્વતંત્ર જટિલ સતત છે.

સૂત્ર (112) ને અભિવ્યક્તિ (III) માં બદલીને. આપણે અભિન્ન સમીકરણ મેળવીએ છીએ

તે માત્ર ચોક્કસ મૂલ્યો માટે ઉકેલ ધરાવે છે [Gamma] = [gamma min.] કહેવાય છે eigenvalues, Vmn કાર્યો , અભિન્ન સમીકરણને સંતોષતા, રેઝોનેટરના વિવિધ પ્રકારના ઓસિલેશનના ક્ષેત્રની રચનાનું લક્ષણ આપો, જેને કહેવામાં આવે છે ટ્રાન્સવર્સસ્પંદનો અને તેને પ્રકારના સ્પંદનો તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવે છે TEMmnપ્રતીક TEMસૂચવે છે કે રેઝોનેટરની અંદરના પાણી ટ્રાન્સવર્સ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિકની નજીક છે, એટલે કે. તરંગ પ્રસારની દિશામાં કોઈ ક્ષેત્રના ઘટકો નથી. અનુક્રમણિકાઓ mઅને n અરીસાની બાજુઓ (લંબચોરસ અરીસાઓ માટે) અથવા કોણ સાથે અને ત્રિજ્યા સાથે (ગોળાકાર અરીસાઓ માટે) ક્ષેત્રની દિશામાં ફેરફારોની સંખ્યા દર્શાવે છે. આકૃતિ 64 રાઉન્ડ મિરર્સ સાથે ઓપન રેઝોનેટરના સરળ ટ્રાંસવર્સ પ્રકારના ઓસિલેશન માટે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ કન્ફિગરેશન બતાવે છે. ઓપન રેઝોનેટરના આંતરિક પ્રકારનાં ઓસિલેશન માત્ર ક્ષેત્રના ક્રોસ-વિભાગીય વિતરણ દ્વારા જ નહીં, પરંતુ રેઝોનેટર્સની ધરી સાથે તેના વિતરણ દ્વારા પણ દર્શાવવામાં આવે છે, જે સ્થાયી તરંગઅને રેઝોનેટરની લંબાઈ સાથે બંધબેસતા અર્ધ-તરંગોની સંખ્યામાં ભિન્ન છે. આને ધ્યાનમાં લેવા માટે, સ્પંદન પ્રકારોના હોદ્દામાં ત્રીજો ઇન્ડેક્સ રજૂ કરવામાં આવ્યો છે એ, રેઝોનેટરની અક્ષ સાથે બંધબેસતા અર્ધ-તરંગોની સંખ્યાને લાક્ષણિકતા આપે છે.

સોલિડ સ્ટેટ ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ જનરેટર્સ

સોલિડ-સ્ટેટ ઓપ્ટિકલ ક્વોન્ટમ ઓસિલેટર, અથવા સોલિડ-સ્ટેટ લેસરો, સક્રિય ગેઇન માધ્યમ તરીકે સ્ફટિકો અથવા આકારહીન ડાઇલેક્ટ્રિક્સનો ઉપયોગ કરે છે. કાર્યકારી કણો, સંક્રમણો ઊર્જા સ્થિતિઓજે પેઢી નક્કી કરે છે, નિયમ તરીકે, સંક્રમણ જૂથોના અણુઓના આયનો છે સામયિક કોષ્ટકમેન્ડેલીવ, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા આયનો Na 3+, Cr 3+, Ho 3+, Pr 3+ છે. સક્રિય કણો અપૂર્ણાંક અથવા ટકાના એકમો બનાવે છે કુલ સંખ્યાકાર્યકારી માધ્યમના અણુઓ, જેથી તેઓ ઓછા એકાગ્રતાનો "ઉકેલ" બનાવે છે અને તેથી એકબીજા સાથે થોડો સંપર્ક કરે છે. ઉપયોગમાં લેવાતા ઉર્જા સ્તરો કાર્યકારી કણોના સ્તરો છે, વિભાજીત અને મજબૂત અસંગતતા દ્વારા વિસ્તૃત આંતરિક ક્ષેત્રો નક્કર. કોરન્ડમ (Al2O3) અને યટ્રીયમ-એલ્યુમિનિયમ ગાર્નેટના ક્રિસ્ટલ્સનો ઉપયોગ મોટાભાગે સક્રિય ગેઇન માધ્યમના આધાર તરીકે થાય છે. YAG(Y3Al5O12), કાચની વિવિધ બ્રાન્ડ, વગેરે.

સોલિડ-સ્ટેટ લેસરોના કાર્યકારી પદાર્થમાં વસ્તી વ્યુત્ક્રમણ પેરામેગ્નેટિક એમ્પ્લીફાયર્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. તે ઓપ્ટિકલ પંમ્પિંગનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે, એટલે કે. ઉચ્ચ-તીવ્રતાના પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગ માટે પદાર્થનો સંપર્ક.

અભ્યાસો બતાવે છે તેમ, સોલિડ-સ્ટેટ લેસરોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા હાલમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા મોટાભાગના સક્રિય માધ્યમોને બે મુખ્ય આદર્શ ઊર્જા દ્વારા સંતોષકારક રીતે વર્ણવવામાં આવે છે. યોજનાઓત્રણ- અને ચાર-સ્તર (ફિગ. 71).

ચાલો સૌ પ્રથમ ત્રણ-સ્તરની યોજના દ્વારા વર્ણવેલ મીડિયામાં વસ્તી વ્યુત્ક્રમ બનાવવાની પદ્ધતિને ધ્યાનમાં લઈએ (જુઓ. ફિગ. 71, એ). સામાન્ય સ્થિતિમાં, ફક્ત નીચલા મુખ્ય સ્તરની વસ્તી છે 1 (સ્તરો વચ્ચેનું ઉર્જા અંતર kT કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે), કારણ કે સંક્રમણો 1->2, અને 1->3) ઓપ્ટિકલ શ્રેણી સાથે સંબંધિત છે. સ્તર 2 અને 1 વચ્ચેનું સંક્રમણ કાર્યરત છે. સ્તર 3 સહાયક અને સ્તરોની કાર્યકારી જોડીના વ્યુત્ક્રમ બનાવવા માટે વપરાય છે. ઇન્ટ્રાક્રિસ્ટલાઇન ક્ષેત્રો સાથે કાર્યકારી કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે તે વાસ્તવમાં અનુમતિપાત્ર ઊર્જા મૂલ્યોની વિશાળ શ્રેણી ધરાવે છે.