Baltijos valstybinis technikos universitetas
"Voenmekh" pavadintas. D. F. Ustinova
I4 skyrius
"Radijo elektroninės valdymo sistemos"

Prietaisai signalams priimti ir konvertuoti
Kursinis darbas šia tema
« Kvantiniai generatoriai »

Užbaigta:
Olegas Peredelskis
I471 grupė
Patikrinta:
Tarasovas A.I.

Sankt Peterburgas
2010

1. Įvadas
Straipsnyje aptariami kvantinių generatorių veikimo principai, generatorių grandinės, jų konstrukcinės ypatybės, generatorių dažnio stabilumo klausimai ir moduliavimo kvantiniuose generatoriuose principai.
1.1 Bendra informacija
Kvantinių generatorių veikimo principas pagrįstas aukšto dažnio lauko sąveika su medžiagos atomais ar molekulėmis. Jie leidžia generuoti žymiai didesnio dažnio ir didelio stabilumo virpesius.
Naudojant kvantinius generatorius galima sukurti dažnio standartus, kurie tikslumu viršija visus esamus standartus. Ilgalaikis dažnio stabilumas, t.y. Stabilumas per ilgą laikotarpį vertinamas 10 -9 – 10 -10, o trumpalaikis stabilumas (minučių) gali siekti 10 -11.

Šiuo metu yra laiko kvantiniai generatoriai plačiai naudojami kaip dažnio standartai laiko paslaugų sistemose. Kvantiniai stiprintuvai naudojami įvairių priėmimo įrenginių radijo sistemos, gali žymiai padidinti įrangos jautrumą ir sumažinti vidinio triukšmo lygį.
Viena iš kvantinių generatorių savybių, lemiančių greitą jų tobulėjimą, yra jų gebėjimas efektyviai veikti labai aukštais dažniais, įskaitant optinį diapazoną, t. y. beveik iki 10 9 dažnių. MHz
Optinio diapazono generatoriai leidžia gauti didelį spinduliuotės kryptingumą ir didelį energijos tankį šviesos pluošte (apie 10 12 -10 13 W/M 2 ) ir didžiulis dažnių diapazonas, leidžiantis perduoti didelį kiekį informacijos.
Optinio nuotolio generatorių panaudojimas ryšių, vietos nustatymo ir navigacijos sistemose atveria naujas perspektyvas žymiai padidinti ryšio diapazoną ir patikimumą, radarų sistemų skiriamąją gebą diapazone ir kampu, taip pat perspektyvas kurti didelio tikslumo navigacines sistemas.
Moksliniuose tyrimuose naudojami optinio diapazono generatoriai
moksliniams tyrimams ir pramonei. Itin didelė energijos koncentracija siaurame pluošte leidžia, pavyzdžiui, išdeginti labai mažo skersmens skylutes itin kietuose lydiniuose ir mineraluose, įskaitant kiečiausią mineralą – deimantą.
Paprastai išskiriami kvantiniai generatoriai:

iš prigimties veiklioji medžiaga(kietos arba dujinės), kvantiniai reiškiniai, kuriuose nulemia prietaisų veikimą.

pagal veikimo dažnių diapazoną (centimetrų ir milimetrų diapazonas, optinis diapazonas - infraraudonieji ir matomos spektro dalys)

veikliosios medžiagos sužadinimo arba molekulių atskyrimo pagal energijos lygius metodu.

Pagal veikimo dažnių diapazoną kvantiniai generatoriai skirstomi į mazeriai Ir lazeriai. Vardas maseris- frazės „mikrobangų stiprinimas skatinant spinduliuotę MASER“ santrumpa. Vardas lazeris- frazės „šviesos stiprinimas stimuliuojama spinduliuote LASER“ santrumpa

1.2 Kūrybos istorija
Maserio kūrimo istorija turėtų prasidėti 1917 m., kai Albertas Einšteinas pirmą kartą pristatė stimuliuojamos emisijos koncepciją. Tai buvo pirmasis žingsnis lazerio link. Sekantį žingsnį žengė sovietų fizikas V.A. Fabrikantas, kuris 1939 m. nurodė galimybę panaudoti stimuliuotą spinduliuotę, kad sustiprintų elektromagnetinę spinduliuotę, kai ji praeina per materiją. Idėja, kurią išsakė V.A. Fabrikantas padarė prielaidą, kad naudojamos mikrosistemos su atvirkštine lygių populiacija. Vėliau, pasibaigus Didžiajam Tėvynės karui, V.A. Fabrikantas grįžo prie šios minties ir, remdamasis savo tyrimais, 1951 m. (kartu su M. M. Vudynskiu ir F. A. Butajeva) pateikė paraišką radiacijos stiprinimo metodo, naudojant stimuliuotą emisiją, išradimui. Šiai paraiškai buvo išduotas sertifikatas, kuriame antraštėje „Išradimo objektas“ parašyta: „Elektromagnetinės spinduliuotės (ultravioletinės, matomosios, infraraudonosios ir radijo bangų ilgio) stiprinimo būdas, pasižymintis tuo, kad sustiprinta spinduliuotė yra praeina per terpę, kurioje pagalbinės spinduliuotės pagalba ar kitu būdu sukuria perteklinę atomų, kitų dalelių ar jų sistemų koncentraciją viršutinėje dalyje. energijos lygiai, atitinkantis sužadintas būsenas.
Iš pradžių šis spinduliuotės stiprinimo būdas buvo įgyvendintas radijo diapazone, tiksliau – itin aukštų dažnių diapazone (mikrobangų diapazone). 1952 m. gegužę sąjunginėje radijo spektroskopijos konferencijoje sovietų fizikai (dabar akademikai) N.G. Basovas ir A.M. Prokhorovas pateikė pranešimą apie esminę galimybę sukurti spinduliuotės stiprintuvą mikrobangų diapazone. Jie pavadino jį „molekuliniu generatoriumi“ (turėjo būti naudojamas amoniako molekulių pluoštas). Beveik tuo pačiu metu JAV fizikas Charlesas Townesas Kolumbijos universitete pasiūlė panaudoti stimuliuotą emisiją milimetrinėms bangoms stiprinti ir generuoti. 1954 metais molekulinis osciliatorius, netrukus pavadintas maseriu, tapo realybe. Jis buvo sukurtas ir sukurtas savarankiškai ir vienu metu dviejose pasaulio vietose - in Fizinis institutas pavadintas P.N. SSRS Lebedevo mokslų akademijoje (grupei vadovavo N. G. Basovas ir A. M. Prochorovas) ir JAV Kolumbijos universitete (grupei vadovavo C. Townesas). Vėliau terminas „lazeris“ kilo iš termino „maser“, pakeitus raidę „M“ ( pradinėžodžiai Mikrobangų krosnelė - mikrobangų krosnelė) su raide „L“ (pradinė žodžio Light raidė - šviesa). Tiek maserio, tiek lazerio veikimas grindžiamas tuo pačiu principu – principu, kurį 1951 metais suformulavo V.A. Gamintojas. Maserio pasirodymas reiškė, kad gimė nauja mokslo ir technologijų kryptis. Iš pradžių ji buvo vadinama kvantine radiofizika, o vėliau – kvantine elektronika.

2. Kvantinių generatorių veikimo principai.

Kvantiniuose generatoriuose tam tikromis sąlygomis stebimas tiesioginis atomų ar molekulių vidinės energijos pavertimas elektromagnetinės spinduliuotės energija. Ši energijos transformacija įvyksta dėl kvantinių perėjimų – energijos perėjimų, kuriuos lydi energijos kvantų (dalelių) išsiskyrimas.
Nesant išorinis poveikis Energija keičiasi tarp medžiagos molekulių (arba atomų). Kai kurios molekulės išskiria elektromagnetinės vibracijos, pereinant iš aukštesnio energijos lygio į žemesnį, dalis jos absorbuojama, todėl vyksta atvirkštinis perėjimas. Apskritai stacionariomis sąlygomis sistema, susidedanti iš didžiulio skaičiaus molekulių, yra dinaminėje pusiausvyroje, t.y. Dėl nuolatinių energijos mainų išsiskiriančios energijos kiekis yra lygus sugertam kiekiui.
Energijos lygių populiacija, t.y. esančių atomų ar molekulių skaičius įvairių lygių, nustatoma pagal medžiagos temperatūrą. N 1 ir N 2 lygių populiacija, kurių energija W 1 ir W 2, nustatoma pagal Boltzmanno skirstinį:

(1)

Kur k– Boltzmanno konstanta;
T– absoliuti medžiagos temperatūra.

Esant šiluminės pusiausvyros būsenai, kvantinės sistemos turi mažiau molekulių esant aukštesniam energijos lygiui, todėl jos neskleidžia, o tik sugeria energiją, kai yra veikiamos išorinės spinduliuotės. Šiuo atveju molekulės (arba atomai) pereina į aukštesnius energijos lygius.
Molekuliniuose osciliatoriuose ir stiprintuvuose, kuriuose naudojami perėjimai tarp energijos lygių, akivaizdu, kad būtina sukurti dirbtines sąlygas, kurioms esant aukštesnio energijos lygio populiacija būtų didesnė. Tokiu atveju, veikiant tam tikro dažnio išoriniam aukšto dažnio laukui, artimam kvantinio perėjimo dažniui, galima stebėti intensyvią spinduliuotę, susijusią su perėjimu iš aukšto į žemą energijos lygį. Ši spinduliuotė sukėlė išorinis laukas, vadinamas indukuotu.
Pamatinio dažnio, atitinkančio kvantinį perėjimo dažnį (šis dažnis vadinamas rezonansiniu dažniu), išorinis aukšto dažnio laukas ne tik sukelia intensyvią stimuliuojamą spinduliuotę, bet ir fazuoja atskirų molekulių spinduliavimą, kuris suteikia papildomos vibracijos ir stiprinimo efekto pasireiškimo.
Kvantinės perėjimo būsena, kai populiacija aukščiausio lygio viršija žemesniojo pereinamojo lygio populiaciją, vadinama atvirkštine.
Yra keletas būdų, kaip gauti aukštesniųjų energijos lygių populiaciją (populiacijos inversija).
Dujinėse medžiagose, tokiose kaip amoniakas, naudojant išorinį pastovų elektrinį lauką, galima atskirti (rūšiuoti) molekules į skirtingas energijos būsenas.
Kietose medžiagose toks atskyrimas yra sunkus, todėl naudojami įvairūs molekulių sužadinimo būdai, t.y. Molekulių perskirstymo energijos lygiais metodai apšvitinant išoriniu aukšto dažnio lauku.

Lygių populiacijos pokytis (lygių populiacijos inversija) gali būti sukeltas impulsinis švitinimas pakankamo intensyvumo rezonansinio dažnio aukšto dažnio lauku. Teisingai parinkus impulso trukmę (impulso trukmė turi būti daug trumpesnė už atsipalaidavimo laiką, t. y. dinaminės pusiausvyros atkūrimo laiką), po apšvitinimo galima kurį laiką sustiprinti išorinį aukšto dažnio signalą.
Patogiausias sužadinimo būdas, šiuo metu plačiai naudojamas generatoriuose, yra švitinimo būdas išoriniu aukšto dažnio lauku, kurio dažnis labai skiriasi nuo generuojamų virpesių, kurių įtakoje vyksta būtinas molekulių perskirstymas energijos lygiais.
Daugumos kvantinių generatorių veikimas pagrįstas trijų ar keturių energijos lygių naudojimu (nors iš esmės galima naudoti skirtingą lygių skaičių). Tarkime, kad generavimas atsiranda dėl sukelto perėjimo iš lygio 3 vienam lygiui 2 (žr. 1 pav.).
Kad veiklioji medžiaga sustiprėtų pereinamuoju dažniu 3 -> 2, reikia padidinti gyventojų skaičių 3 viršija gyventojų skaičių 2. Šią užduotį atlieka pagalbinis aukšto dažnio laukas su dažniu ? vsp kuri „išmeta“ kai kurias molekules iš lygio 1 vienam lygiui 3. Pagal tam tikrus parametrus galima apversti populiaciją kvantinė sistema ir pakankamai pagalbinės spinduliuotės galios.
Generatorius, sukuriantis pagalbinį aukšto dažnio lauką, kad padidintų aukštesnio energijos lygio populiaciją, vadinamas siurbliu arba foninio apšvietimo generatoriumi. Paskutinis terminas siejamas su svyravimų generatoriais matomų ir infraraudonųjų spindulių spektrai, kuriuose siurbimui naudojami šviesos šaltiniai.
Taigi, norint efektyviai veikti kvantinį generatorių, reikia parinkti veikliąją medžiagą, turinčią tam tikrą energijos lygių sistemą, tarp kurių galėtų vykti energijos perėjimas, taip pat pasirinkti tinkamiausią sužadinimo ar atskyrimo būdą. molekules į energijos lygius.

1 pav. Energijos perėjimų diagrama
kvantiniuose generatoriuose

3. Kvantinių generatorių grandinės
Kvantiniai generatoriai ir stiprintuvai išsiskiria pagal juose naudojamos veikliosios medžiagos rūšį. Šiuo metu daugiausia sukurti dviejų tipų kvantiniai prietaisai, kuriuose naudojamos dujinės ir kietosios veikliosios medžiagos
galintis intensyviai sukelti spinduliuotę.

3.1 Molekuliniai generatoriai su molekulių atskyrimu pagal energijos lygius.

Pirmiausia panagrinėkime kvantinį generatorių su dujine veikliąja medžiaga, kuriame, naudojant elektrinį laukuose, atliekamas didelio ir žemo energijos lygių molekulių atskyrimas (rūšiavimas). Šio tipo kvantinis generatorius paprastai vadinamas molekulinio pluošto osciliatoriumi.

2 pav. Molekulinio generatoriaus, naudojant amoniako pluoštą, schema
1 – amoniako šaltinis; 2- tinklelis; 3 – diafragma; 4 – rezonatorius; 5 – rūšiavimo įrenginys

Praktiškai įgyvendinamuose molekuliniuose generatoriuose naudojamos amoniako dujos (cheminė formulė NH 3), kuriose labai ryški molekulinė spinduliuotė, susijusi su perėjimu tarp skirtingų energijos lygių. Itin aukštų dažnių diapazone intensyviausia spinduliuotė stebima dažnį atitinkančio energijos perėjimo metu f n= 23 870 MHz ( ? n=1,26 cm). Supaprastinta generatoriaus, veikiančio su amoniaku, schema dujinė būsena parodyta 2 paveiksle.
Kai kuriais atvejais įdedami pagrindiniai įrenginio elementai, 2 paveiksle pažymėti punktyrine linija speciali sistema, aušinamas skystu azotu, kuris užtikrina žemą veikliosios medžiagos temperatūrą ir visus elementus, reikalingus žemam triukšmo lygiui ir generatoriaus aukšto dažnio stabilumui gauti.
Amoniako molekulės iš rezervuaro išeina esant labai žemam slėgiui, matuojant gyvsidabrio milimetrais.
Norint gauti beveik lygiagrečiai išilgine kryptimi judančių molekulių pluoštą, amoniakas praleidžiamas per diafragmą su didelis skaičius siauri ašine kryptimi nukreipti kanalai. Šių kanalų skersmuo yra pasirinktas gana mažas, palyginti su vidutinio ilgio laisvas molekulių kelias. Siekiant sumažinti molekulių judėjimo greitį ir dėl to sumažinti susidūrimų ir savaiminio, t.y., nesukeltos spinduliuotės, sukeliančios svyravimo triukšmą, tikimybę, diafragma aušinama skystu heliu arba azotu.
Siekiant sumažinti molekulių susidūrimo tikimybę, galima eiti ne mažėjančios temperatūros, o slėgio mažėjimo keliu, tačiau tai sumažintų rezonatoriuje esančių molekulių, kurios tuo pat metu sąveikauja su aukšto dažnio lauku. pastarasis, o sužadintų molekulių atiduodama galia rezonatoriaus aukšto dažnio laukui sumažėtų.
Norint naudoti dujas kaip veikliąją medžiagą molekuliniame generatoriuje, reikia padidinti molekulių, esančių aukštesniame energijos lygyje, skaičių, palyginti su jų skaičiumi, kurį lemia dinaminė pusiausvyra tam tikroje temperatūroje.
Tokio tipo generatoriuje tai pasiekiama iš molekulinio pluošto išskiriant žemo energijos lygio molekules, naudojant vadinamąjį kvadrupolio kondensatorių.
Keturpolis kondensatorius suformuotas iš keturių metalinių išilginių specialaus profilio strypų (3a pav.), poromis per vieną sujungtų su aukštos įtampos lygintuvu, kurių potencialas toks pat, bet kintamo ženklo. Susidaręs tokio kondensatoriaus elektrinis laukas išilginėje generatoriaus ašyje dėl sistemos simetrijos yra lygus nuliui ir pasiekia didžiausią vertę tarp gretimų strypų (3b pav.).

3 pav. Keturpolio kondensatoriaus grandinė

Molekulių rūšiavimo procesas vyksta taip. Nustatyta, kad molekulės, esančios elektriniame lauke, keičia savo vidinę energiją, didėjant elektrinio lauko stiprumui, didėja viršutinių lygių energija, o žemesniųjų – mažėja (4 pav.).

4 pav. Energijos lygių priklausomybė nuo elektrinio lauko stiprumo:

viršutinis energijos lygis

žemesnis energijos lygis

Šis reiškinys vadinamas Starko efektu. Dėl Starko efekto amoniako molekulės, judėdamos kvadrupolio kondensatoriaus lauke, bandydamos sumažinti savo energiją, t.y. įgyti stabilesnę būseną, atsiskiria: viršutinės energijos molekulės.lygiai linkę palikti stipraus elektrinio lauko sritį, t.y. juda link kondensatoriaus ašies, kur laukas lygus nuliui, o žemesnio lygio molekulės, atvirkščiai, pereina į stipraus lauko sritį, y., jie tolsta nuo kondensatoriaus ašies, artėja prie pastarojo plokščių. Dėl to molekulinis spindulys yra ne tik išlaisvintas iš žemesnio energijos lygio molekulių, bet ir gana gerai sufokusuotas.
Praėjęs pro rūšiavimo įrenginį, molekulinis pluoštas patenka į rezonatorių, suderintą pagal generatoriuje naudojamą energijos perėjimo dažnį. f n= 23 870 MHz .
Ertmės rezonatoriaus aukšto dažnio laukas sukelia stimuliuojamą molekulių emisiją, susijusią su perėjimu iš viršutinio energijos lygio į žemesnį. Jei molekulių skleidžiama energija lygi rezonatoriuje sunaudotai ir išorinei apkrovai perduotai energijai, tai sistemoje susidaro stacionari būsena. svyruojantis procesas o nagrinėjamas įrenginys gali būti naudojamas kaip dažnio stabilumo virpesių generatorius.

Generatoriaus virpesių nustatymo procesas vyksta taip.
Molekulės, patenkančios į rezonatorių, kurios daugiausia yra viršutiniame energijos lygyje, spontaniškai (spontaniškai) pereina į žemesnį lygį, išskirdamos elektromagnetinės energijos energijos kvantus ir sužadindamos rezonatorių. Iš pradžių šis rezonatoriaus sužadinimas yra labai silpnas, nes molekulių energijos perėjimas yra atsitiktinis. Rezonatoriaus elektromagnetinis laukas, veikiantis pluošto molekules, sukelia indukuotus perėjimus, kurie savo ruožtu padidina rezonatoriaus lauką. Taigi, palaipsniui didėjant, rezonatoriaus laukas vis labiau paveiks molekulinį pluoštą, o indukuotų perėjimų metu išsiskirianti energija sustiprins rezonatoriaus lauką. Virpesių intensyvumo didinimo procesas tęsis tol, kol įvyks prisotinimas, tada rezonatoriaus laukas bus toks didelis, kad molekulėms pereinant per rezonatorių sukels ne tik indukuotus perėjimus iš viršutinio lygio į apatinį, bet ir iš dalies taip pat atvirkštiniai perėjimai, susiję su elektromagnetinės energijos absorbcija. Tokiu atveju amoniako molekulių išskiriama galia nebedidėja, todėl tolesnis virpesių amplitudės didinimas tampa neįmanomas. Nustatomas stacionarus generavimo režimas.
Todėl tai nėra paprastas rezonatoriaus sužadinimas, o savaiminė virpesių sistema, įskaitant grįžtamąjį ryšį, kuri vykdoma per rezonatoriaus aukšto dažnio lauką. Per rezonatorių skrendančių molekulių spinduliuotė sužadina aukšto dažnio lauką, kuris savo ruožtu lemia stimuliuojamą molekulių emisiją, šios spinduliuotės faziškumą ir koherentiškumą.
Tais atvejais, kai nesilaikoma savaiminio sužadinimo sąlygų (pavyzdžiui, molekulinio srauto, einančio per rezonatorių, tankis yra nepakankamas), šis įrenginys gali būti naudojamas kaip stiprintuvas su labai mažu vidinio triukšmo lygiu. Tokio prietaiso stiprinimą galima reguliuoti keičiant molekulinio srauto tankį.
Molekulinio generatoriaus ertmės rezonatorius turi labai aukštą kokybės koeficientą, matuojamą dešimtimis tūkstančių. Norint gauti tokį aukštos kokybės faktorių, rezonatoriaus sienelės yra kruopščiai apdirbamos ir padengtos sidabru. Labai mažo skersmens molekulių įėjimo ir išėjimo angos vienu metu tarnauja kaip aukšto dažnio filtrai. Tai trumpi bangolaidžiai, kurių kritinis bangos ilgis yra mažesnis už natūralų rezonatoriaus bangos ilgį, todėl per juos praktiškai neišeina aukšto dažnio rezonatoriaus energija.
Norėdami tiksliai sureguliuoti rezonatorių prie pereinamojo dažnio, pastarasis naudoja tam tikrą derinimo elementą. Paprasčiausiu atveju tai yra varžtas, kurio panardinimas į rezonatorių šiek tiek keičia pastarojo dažnį.
Ateityje bus parodyta, kad pasikeitus rezonatoriaus derinimo dažniui, molekulinio osciliatoriaus dažnis šiek tiek „vėluoja“. Tiesa, dažnio uždelsimas yra mažas ir vertinamas maždaug 10–11, tačiau jų negalima nepaisyti dėl aukštų reikalavimų molekuliniams generatoriams. Dėl šios priežasties daugelyje molekulinių generatorių skystu azotu (arba skystu oru) aušinama tik diafragma ir rūšiavimo sistema, o rezonatorius dedamas į termostatą, kurio temperatūrą pastovią palaiko automatinis įrenginys su laipsnio trupmenų tikslumas. 5 paveiksle schematiškai pavaizduotas tokio tipo generatoriaus įrenginys.
Molekulinių generatorių, naudojančių amoniaką, galia paprastai neviršija 10 -7 W,
Todėl praktikoje jie daugiausia naudojami kaip labai stabilūs dažnio standartai. Tokio generatoriaus dažnio stabilumas įvertinamas pagal vertę
10 -8 - 10 -10. Per vieną sekundę generatorius užtikrina 10–13 dažnio stabilumą.
Vienas iš reikšmingų nagrinėjamos generatoriaus konstrukcijos trūkumų yra nuolatinio siurbimo ir molekulinio srauto palaikymo poreikis.

5 pav. Molekulinio generatoriaus konstrukcija
su automatiniu rezonatoriaus temperatūros stabilizavimu:
1- amoniako šaltinis; 2 – kapiliarinė sistema; 3- skystas azotas; 4 – rezonatorius; 5 – vandens temperatūros reguliavimo sistema; 6 – keturpolis kondensatorius.

3.2 Kvantiniai generatoriai su išoriniu siurbimu

Nagrinėjamo tipo kvantiniuose generatoriuose kaip aktyviosios medžiagos gali būti naudojamos ir kietosios medžiagos, ir dujos, kuriose aiškiai išreikštas gebėjimas energijos sukeliamiems atomų ar molekulių perėjimams, sužadintam išorinio aukšto dažnio lauko. Optiniame diapazone jie naudojami veikliajai medžiagai sužadinti (siurbti). įvairių šaltiniųšviesos spinduliuotė.
Optinio diapazono generatoriai turi asortimentą teigiamų savybių, ir rado platų pritaikymą įvairiose radijo ryšio sistemose, navigacijoje ir kt.
Kaip ir centimetrų ir milimetrinių bangų kvantiniuose generatoriuose, lazeriuose dažniausiai naudojamos trijų lygių sistemos, tai yra veikliosios medžiagos, kuriose vyksta perėjimas tarp trijų energijos lygių.
Tačiau reikėtų atkreipti dėmesį į vieną ypatybę, į kurią reikia atsižvelgti renkantis aktyviąją medžiagą optinio diapazono generatoriams ir stiprintuvams.
Iš santykio W 2 – W 1 =h? Iš to išplaukia, kad didėjant veikimo dažniui? osciliatoriuose ir stiprintuvuose būtina naudoti didesnį energijos lygių skirtumą. Optinio diapazono generatoriams, maždaug atitinkantiems dažnių diapazoną 2 10 7 -9 10 8 MHz(bangos ilgis 15-0,33 mk), energijos lygio skirtumas W 2 – W 1 turėtų būti 2–4 eilėmis didesnis nei centimetrų diapazono generatorių.
Tiek kietosios, tiek dujos naudojamos kaip aktyvios medžiagos optinio diapazono generatoriuose.
Dirbtinis rubinas plačiai naudojamas kaip kieta veiklioji medžiaga - korundo kristalai (A1 2 O 3) su chromo jonų (Cr) mišiniu. Be rubino, neodimiu (Nd) aktyvuoti stiklai, kalcio volframo kristalai (CaWO 4) su neodimio jonų mišiniu, kalcio fluorido kristalai (CaF 2) su disprozio (Dy) arba urano jonų priedu ir kitomis medžiagomis taip pat plačiai naudojami.
Dujų lazeriuose paprastai naudojami dviejų ar daugiau dujų mišiniai.

3.2.1 Generatoriai su kieta veikliąja medžiaga

Labiausiai paplitęs optinio diapazono generatorių tipas yra generatoriai, kuriuose kaip veiklioji medžiaga naudojamas rubinas su chromo priemaiša (0,05%). 6 paveiksle parodyta supaprastinta chromo jonų energijos lygių išsidėstymo rubine diagrama. Sugerties juostos, kuriose reikia siurbti (sužadinti), atitinka žalią ir mėlyną spektro dalis (bangos ilgis 5600 ir 4100A). Paprastai siurbimas atliekamas naudojant dujų išlydžio ksenono lempą, kurios emisijos spektras yra artimas saulės spindulių spektrui. Chromo jonai, sugeriantys žalios ir mėlynos šviesos fotonus, pereina iš I lygio į III lygiai ir IV. Dalis sužadintų jonų iš šių lygių grįžta į pradinę būseną (į I lygį), o dauguma jų neišskirdami energijos pereina į metastabilų lygį P, padidindami pastarojo populiaciją. Chromo jonai, kurie perėjo į II lygį ilgą laiką likti tokioje susijaudinusioje būsenoje. Todėl antrame lygyje
galima sukaupti didesnį aktyviųjų dalelių skaičių nei I lygyje. Kai II lygio populiacija viršija I lygio populiaciją, medžiaga gali sustiprinti elektromagnetinius virpesius II-I perėjimo dažniu. Jei medžiaga įdedama į rezonatorių, raudonojoje matomo spektro dalyje tampa įmanoma sukurti koherentines, monochromatines vibracijas. (? = 6943 A ). Rezonatoriaus vaidmenį optiniame diapazone atlieka atspindintys paviršiai, lygiagrečiai vienas kitam.

6 pav. Chromo jonų energijos lygiai rubine

sugerties juostos esant optiniam siurbimui

nespinduliuojantys perėjimai

metastabilus lygis

Lazerinio savaiminio sužadinimo procesas vyksta kokybiškai taip pat, kaip ir molekuliniame generatoriuje. Dalis sužadintų chromo jonų spontaniškai (spontaniškai) pereina į I lygį, išskirdami fotonus. Fotonai, sklindantys statmenai atspindintiems paviršiams, patiria daugybę atspindžių ir pakartotinai praeina per aktyviąją terpę ir joje stiprėja. Virpesių intensyvumas padidėja iki stacionarios vertės.
Impulsiniu režimu rubino generatoriaus spinduliuotės impulso gaubtas turi trumpalaikių blyksnių, trunkančių dešimtųjų mikrosekundžių eilės ir kelių mikrosekundžių eilės periodą (7 pav., V).
Generatoriaus spinduliuotės atsipalaidavimas (pertraukiamas) paaiškinamas tuo skirtingi greičiai jonų patekimas į II lygį dėl siurbimo ir jų skaičiaus sumažėjimas indukuotų perėjimų iš II lygio į I lygį metu.
7 paveiksle parodytos oscilogramos, kurios kokybiškai paaiškina procesą
kartos rubino lazeriu. Veikiant siurblio spinduliuotei (7 pav., A) sužadintų jonų kaupimasis vyksta II lygyje. Po kurio laiko gyventojų N 2 viršys slenkstinę vertę ir bus galimas savaiminis generatoriaus sužadinimas. Koherentinės emisijos laikotarpiu II lygio jonų papildymas dėl siurbimo atsilieka nuo jų suvartojimo dėl sukeltų perėjimų, o II lygio populiacija mažėja. Tokiu atveju spinduliuotė arba smarkiai susilpnėja, arba net sustoja (kaip šiuo atveju), kol dėl siurbimo II lygis prisodrintas iki slenkstį viršijančios vertės (7 pav., b), ir vėl tampa įmanomas virpesių sužadinimas. Dėl nagrinėjamo proceso lazerio išėjime bus stebima trumpalaikių blyksnių serija (7 pav., c).

7 pav. Oscilogramos, paaiškinančios rubino lazerio veikimą:
a) siurbimo šaltinio galia
b) II lygio populiacija
c) generatoriaus išėjimo galia

Be rubino, optinio diapazono generatoriuose naudojamos ir kitos medžiagos, pavyzdžiui, kalcio volframo kristalas ir neodimiu aktyvuotas stiklas.
Supaprastinta neodimio jonų energijos lygių struktūra kalcio volframo kristale parodyta 8 paveiksle.
Šviesos iš siurbimo lempos įtakoje I lygio jonai perkeliami į sužadintas būsenas, nurodytas III diagramoje. Tada jie pereina į P lygį be spinduliuotės II lygis yra metastabilus, o jame kaupiasi sužadinti jonai. Koherentinė spinduliuotė infraraudonųjų spindulių diapazone su bangos ilgiu ?= 1,06 mk atsiranda jonams pereinant iš II lygio į IV lygį. Jonai pereina iš IV lygio į pagrindinę būseną be spinduliuotės. Tai, kad atsiranda spinduliuotė
kai jonai pereina į IV lygį, esantį virš žemės lygio, tai žymiai
palengvina generatoriaus sužadinimą. IV lygio populiacija yra žymiai mažesnė nei P lygis [tai išplaukia iš 1 formulės], taigi, norint pasiekti sužadinimo slenkstį į II lygį, turi būti perkelta mažiau jonų, todėl reikia sunaudoti mažiau siurbimo energijos.

8 pav. Supaprastinta neodimio jonų lygių struktūra kalcio volframe (CaWO) 4 )

Stiklas, legiruotas neodimiu, taip pat turi panašią energijos lygio diagramą. Lazeriai, naudojantys aktyvintą stiklą, spinduliuoja tuo pačiu bangos ilgiu = 1,06 mikronai.
Aktyvios kietosios medžiagos gaminamos ilgų apvalių (rečiau stačiakampių) strypų pavidalu, kurių galai kruopščiai poliruojami ir ant jų padengiamos atspindinčios dangos specialių dielektrinių daugiasluoksnių plėvelių pavidalu. Plokštumos lygiagrečios galinės sienelės sudaro rezonatorių, kuriame nustatomas daugkartinio skleidžiamų virpesių atspindžio režimas (artimas stovinčių bangų režimui), kuris sustiprina sukeliamą spinduliuotę ir užtikrina jos darną. Rezonatorius gali būti suformuotas ir išoriniais veidrodžiais.
Daugiasluoksniai dielektriniai veidrodžiai turi mažą vidinę sugertį ir leidžia gauti aukščiausią rezonatoriaus kokybės koeficientą. Palyginti su metaliniais veidrodžiais suformuota plonu sluoksniu sidabriniai ar kitokio metalo, daugiasluoksniai dielektriniai veidrodžiai yra daug sunkiau pagaminami, tačiau yra daug pranašesni savo patvarumu. Metaliniai veidrodžiai sugenda po kelių blyksnių, todėl modernūs modeliai Jie nenaudoja lazerių.
Pirmuosiuose lazeriniuose modeliuose kaip siurbimo šaltinis buvo naudojamos spiralės formos impulsinės ksenono lempos. Lempos viduje buvo veikliosios medžiagos strypas.
Rimtas šio generatoriaus konstrukcijos trūkumas yra mažas siurbimo šaltinio šviesos energijos panaudojimas. Norėdami pašalinti šį trūkumą, generatoriai naudoja siurbimo šaltinio šviesos energijos fokusavimą naudojant specialius lęšius arba reflektorius. Antrasis metodas yra paprastesnis. Atšvaitas dažniausiai gaminamas elipsės formos cilindro pavidalu.
9 paveiksle parodyta rubino osciliatoriaus grandinė. Fono apšvietimo lempa, veikianti impulsiniu režimu, yra elipsės formos reflektoriaus viduje, kuris fokusuoja lempos šviesą ant rubino strypo. Lempa maitinama aukštos įtampos lygintuvu. Intervalais tarp impulsų aukštos įtampos šaltinio energija kaupiama kondensatoriuje, kurio talpa apie 400 mkf. Įjungus paleidimo uždegimo impulsą, kurio įtampa yra 15 kV, nuimta nuo pakopinio transformatoriaus antrinės apvijos, lemputė užsidega ir dega toliau, kol išnaudojama aukštos įtampos lygintuvo kondensatoriuje sukaupta energija.
Norint padidinti siurbimo galią, aplink rubino strypą galima sumontuoti keletą ksenoninių lempų, kurių šviesa koncentruojama ant rubino strypo naudojant reflektorius.
Tam, kuris parodytas pav. 23.10 generatoriaus siurbimo energijos slenkstis, t.y. energija, nuo kurios prasideda generavimas, yra apie 150 J. Su diagramoje nurodyta talpa SU = 400 mkf tokia energija tiekiama esant maždaug 900 šaltinio įtampai IN.

9 pav. Rubino osciliatorius su elipsiniu reflektoriumi siurbimo lempos šviesai fokusuoti:

ksenono lempa

Dėl to, kad siurbimo šaltinių spektras yra daug platesnis nei naudingoji kristalo sugerties juosta, siurbiamo šaltinio energija panaudojama labai prastai, todėl būtina gerokai padidinti šaltinio galią, kad būtų pakankamai. siurbimo galia generavimui siauroje absorbcijos juostoje. Natūralu, kad tai stipriai padidina kristalo temperatūrą. Norėdami išvengti perkaitimo, galite naudoti filtrus, kurių dažnių juostos plotis maždaug sutampa su veikliosios medžiagos sugerties juosta, arba naudoti priverstinį kristalo aušinimo sistemą, pavyzdžiui, naudojant skystą azotą.
Neefektyvus siurblio energijos naudojimas yra pagrindinė sąlyginai žemo lazerių efektyvumo priežastis. Rubino pagrindu pagaminti generatoriai impulsiniu režimu leidžia pasiekti 1% efektyvumą, stiklo generatorių - iki 3–5%.
Rubino lazeriai daugiausia veikia impulsiniu režimu. Perėjimą prie nepertraukiamo režimo riboja dėl to atsirandantis rubino kristalo ir siurbimo šaltinių perkaitimas, taip pat veidrodžių perdegimas.
Šiuo metu atliekami puslaidininkines medžiagas naudojančių lazerių tyrimai. Jie kaip aktyvųjį elementą naudoja iš galio arsenido pagamintą puslaidininkinį diodą, kurio sužadinimas (siurbimas) atliekamas ne šviesos energija, o per diodą praleidžiama didelio tankio srove.
Lazerinio aktyvaus elemento konstrukcija yra labai paprasta (žr. 10 pav.) Jį sudaro dvi puslaidininkinės medžiagos pusės p- Ir n-tipas. Apatinė n tipo medžiagos pusė nuo viršutinės p tipo medžiagos yra atskirta plokštuma р-n perėjimas. Kiekvienoje plokštėje yra kontaktas diodui prijungti prie siurbimo šaltinio, kuris naudojamas kaip šaltinis DC. Griežtai lygiagreti ir kruopščiai poliruoti diodo galiniai paviršiai sudaro rezonatorių, suderintą su generuojamų virpesių dažniu, atitinkančiu 8400 A bangos ilgį. Diodo matmenys yra 0,1 x 0,1 x 1,25 mm. Diodas dedamas į kriostatą su skystu azotu arba heliu ir per jį praleidžiama siurblio srovė, kurios tankis р-n perėjimas pasiekia 10 4 -10 6 a/cm 2 vertes Šiuo atveju koherentiniai infraraudonųjų spindulių diapazono virpesiai, kurių bangos ilgis yra ? = 8400A.

10 pav. Puslaidininkinio diodinio lazerio aktyviojo elemento sandara.

poliruoti kraštai

susisiekti

pn sandūros plokštuma

susisiekti

Energijos kvantų emisija puslaidininkyje yra įmanoma, kai elektronai iš laidumo juostos pereina į laisvuosius valentinės juostos lygius – iš aukštesnių energijos lygių į žemesnius. Tokiu atveju „dingsta“ du srovės nešikliai - elektronas ir skylė.
Kai energijos kvantas yra absorbuojamas, elektronas juda iš valentinės juostos į laidumo juostą ir susidaro du srovės nešikliai.
Kad būtų galima sustiprinti (taip pat ir generuoti) svyravimus, būtina, kad perėjimų su energijos išsiskyrimu skaičius vyrautų prieš perėjimus su energijos absorbcija. Tai pasiekiama naudojant puslaidininkinį diodą su stipriai legiruotu r- Ir n-sritis, kai jai taikoma tiesioginė įtampa, kaip parodyta 10 paveiksle. Kai sandūra yra pakreipta į priekį, elektronai iš n- plotai pasklinda į p- regione. Dėl šių elektronų laidumo juostos populiacija smarkiai padidėja r-laidininkas, ir jis gali viršyti elektronų koncentraciją valentinėje juostoje.
Skylių difuzija iš p- V n- regione.
Kadangi nešiklių difuzija vyksta nedideliame gylyje (kelių mikronų eilės), spinduliuotėje dalyvauja ne visas puslaidininkinio diodo galo paviršius, o tik sritys, esančios prie pat sąsajos plokštumos. p- Ir n- regionuose.
Tokio tipo impulsiniu režimu skystame heliuje veikiančių lazerių galia yra apie 300 W kurių trukmė apie 50 ns ir apie 15 W su trukme 1 mks. Nepertraukiamu režimu išėjimo galia gali siekti 10-20 mW kurių siurblio galia yra apie 50 mW.
Virpesių spinduliavimas atsiranda tik nuo to momento, kai srovės tankis sandūroje pasiekia slenkstinė vertė, kuris arseno galiui yra apie 10 4 a/cm 2 . Taigi didelio tankio pasiekiamas pasirinkus nedidelį plotą р-n perėjimai paprastai atitinka kelių amperų eilės srovę per diodą.

3.2.2 Generatoriai su dujine aktyvia medžiaga

Optiniuose kvantiniuose generatoriuose veiklioji medžiaga dažniausiai yra dviejų dujų mišinys. Labiausiai paplitęs yra dujinis lazeris, kuriame naudojamas helio (He) ir neono (Ne) mišinys.
Helio ir neono energijos lygių vieta parodyta 11 pav. Kvantinių perėjimų seka dujų lazeryje yra tokia. Aukšto dažnio generatoriaus elektromagnetinių virpesių įtakoje dujų mišinys, uždarytas kvarcinio stiklo vamzdelyje, įvyksta elektros iškrova, dėl kurios helio atomai pereina iš pradinės būsenos I į būsenas II (2 3 S) ir III (2 1 S). Kai sužadinti helio atomai susiduria su neoniniais atomais, tarp jų vyksta energijos mainai, dėl kurių sužadinti helio atomai perduoda energiją neoniniams atomams ir neono 2S ir 3S lygių populiacija žymiai padidėja.
ir tt............

elektromagnetinis koherentinis šaltinis radiacija(optinis arba radijo diapazonas), kuriame reiškinys naudojamas stimuliuojama emisija sužadinti atomai, molekulės, jonai ir kt. Dujos, skysčiai, kietieji dielektrikai ir PP kristalai naudojami kaip anglies dioksido darbo medžiagos. Darbuotojo sužadinimas, t.y., generatoriaus darbui būtinos energijos tiekimas, atliekamas stipria elektros srove. laukas, šviesa iš išorės šaltinis, elektronų pluoštai ir tt K. g. spinduliavimas, be to, didelis monochromatiškumas ir darna, turi siaurą dėmesį ir priemones. galia. Taip pat žr Lazeris, Maseris, molekulinis generatorius.

- tas pats kaip lazeris...
Pradžios šiuolaikiniai gamtos mokslai
- kvantinis generatorius, prietaisas koherentinei elektromagnetinei spinduliuotei generuoti...
Technologijų enciklopedija
- optinis kvantinis generatorius yra tas pats, kas lazeris...
Technologijų enciklopedija
- koherentinio elektromagnetinio šaltinio spinduliuotė, kurios veikimas pagrįstas atomų, jonų ir molekulių skatinama fotonų emisija. K. g radijo diapazonas vadinamas. masers, K. g. diapazonas - lazeriai...
- tas pats kaip lazeris...
Gamtos mokslas. Enciklopedinis žodynas
- techninis įtaisas, skirtas impulsiniam arba nuolatiniam monochromatinei koherentinei spinduliuotei generuoti optiniame spektro diapazone...
Didelis medicinos žodynas
- elektromagnetinės koherentinės spinduliuotės šaltinis, kuriame naudojamas sužadintų atomų, molekulių, jonų ir kt. indukuotos spinduliuotės reiškinys. Dujos, skysčiai,...
Didysis enciklopedinis politechnikos žodynas
- elektromagnetinių bangų generatorius, kuris naudoja stimuliuojamos emisijos reiškinį...
- tas pats kaip lazeris...
Didžioji sovietinė enciklopedija
- tas pats kaip lazeris...
Šiuolaikinė enciklopedija
- koherentinės elektromagnetinės spinduliuotės šaltinis, kurio veikimas pagrįstas atomų, jonų ir molekulių skatinama fotonų emisija...
- tas pats kaip lazeris...
Didelis enciklopedinis žodynas
- KVANTAS, -a, m Fizikoje: mažiausias energijos kiekis, kurį išskiria arba sugeria nestacionarus fizikinis dydis. K. energijos. K. šviesa...
Ožegovo aiškinamasis žodynas
- KVANTAS, kvantas, kvantas. adj. į kvantinį Kvantiniai spinduliai. Kvantinė mechanika...
Ušakovo aiškinamasis žodynas
- kvantinis koregavimas. 1. santykis su daiktavardžiu su juo susijęs kvantas 2...
Efremovos aiškinamasis žodynas
- kv"...
Rusų kalbos rašybos žodynas

„KVANTINIS GENERATORIUS“ knygose

Kvantinis perėjimas

Iš knygos Antisemitizmas kaip gamtos dėsnis autorius Brušteinas Michailas

Kvantinis perėjimas Naujausi reformatoriai, kurie popieriuje kuria pavyzdines idėjas socialines sistemas, jiems būtų gerai, jei pažvelgtų į socialinę sistemą, pagal kurią gyveno pirmieji žydai. Į tai, kas įvyko Sinajaus mieste, galima žiūrėti įvairiai.

Kvantinis šuolis

Iš knygos Aš ir mano Didelė Erdvė autorius Klimkevičius Svetlana Titovna

Kvantinis šuolis 589 = Žmogus neša savyje kūrybinę Dievo energiją - Meilė = 592 = Didysis dvasinis pabudimas - Kosminių ciklų ženklas = "Skaičių kodai". 2 knyga. Kryono hierarchija 27 01/2012 „Laiko erdvė – Erdvės laikas...“ – žodžiai pabudus Aš esu Tas, kuris esu

4.1. Kvantinis procesorius

Iš knygos Kvantinė magija autorius Doroninas Sergejus Ivanovičius

4.1. Kvantinis procesorius

Kvantinis šuolis

Iš knygos Traukos įstatymas pateikė Esther Hicks

Džerio kvantinis šuolis: lengva padaryti mažas žingsnelis iš ten, kur esame, ir tiesiog padaryti šiek tiek daugiau nei darome, būti šiek tiek daugiau savimi ir turėti šiek tiek daugiau nei turime dabar. Ką apie tai, ką galėtume pavadinti „kvantiniu šuoliu“, ty kažko pasiekimą

Kvantinis šuolis

Iš knygos Žaidimas tuštumoje. Daugelio veidų mitologija autorius Demchogas Vadimas Viktorovičius

Kvantinis šuolis Apsivalymo rezultatas yra suvokimas, kad viskas vyksta „mūsų delne“. Metodas, padedantis tai nustatyti, vadinamas kvantiniu žaidimo šuoliu. Ir tai pagrįsta natūraliu erdvės pasitikėjimu, žvelgiančiu į mus

Kvantinės smegenys

Iš knygos Žaidimas tuštumoje. Beprotiškos išminties karnavalas autorius Demchogas Vadimas Viktorovičius

Kvantinės smegenys Pradėkime nuo poezijos: seras Charlesas Sherringtonas, visuotinai pripažintas neurofiziologijos tėvas, smegenis lygina su „...stebuklinga savaime audimo mašina, kurioje milijonai putojančių šaudyklių audžia raštą, kuris tirpsta prieš mūsų akis (pastaba – „tirpsta prieš. mūsų akys.“ – V.D.), visada

Kvantinis pasaulis

pateikė Gardiner Philip

Kvantinis pasaulis Mane įkvepia mintis, kad Visatoje (nuo mikro iki makro lygmens, nuo kosminio planetų judėjimo iki elektronų sąveikos, nuo mikroskopinio silicio dioksido iki žmogaus sukurtos Egipto piramidės) yra universalus modelis, o ne

Kvantinis Dievas

Iš knygos Vartai į kitus pasaulius pateikė Gardiner Philip

Kvantinis Dievas Dirbdamas su šia knyga vieną dieną paėmiau laisvą dieną nuo kvantinės fizikos ir išvykau į Lichfieldą, Stafordšyro grafystę. Nuostabiai praleidau laiką gražioje, ezoterinėje Lichfield katedroje, žiūrėdamas į nuostabų jos fasadą

KVANTINIS ŠUOLIS

Iš knygos Šeštoji rasė ir Nibiru autorius Byazirevas Georgijus

Kvantinis Šuolis Kai pasieksite samadhi, siela virsta dieviška šviesa Mieli skaitytojai, jau žinote, kad 2011 metais mūsų danguje bus matoma dvyliktoji Saulės sistemos planeta Nibiru. 2013 m. vasarį planeta X arčiausiai priartės prie Žemės

III priedas. PROTAS: Kvantinis protas

Iš knygos Tylos galia autorius Mindelis Arnoldas

III priedas. PROTAS: Kvantinis protas Tolesniuose puslapiuose apibendrinu kai kurias iš daugelio reikšmių, kurias aš sieju su terminu „kvantinis protas“. kvantinis protas galima rasti Nicko Herberto knygose

Kvantinis dualizmas

Iš knygos Mokslo pabaiga: žvilgsnis į žinių ribas mokslo amžiaus prieblandoje pateikė Horganas Johnas

Kvantinis dualizmas Yra vienas dalykas, dėl kurio Crickas, Edelmanas ir beveik visi neurologai sutaria: proto savybės labai nepriklauso nuo kvantinė mechanika. Fizikai, filosofai ir kiti mokslininkai spėliojo apie ryšius tarp kvantinė mechanika ir bent jau sąmonė

Kvantinis protas ir proceso protas

Iš knygos Procesinis protas. Susiejimo su Dievo protu vadovas autorius Mindelis Arnoldas

Kvantinis protas ir proceso protas Procesinis protas yra visų mano ankstesnių darbų, ypač knygos „Kvantinis protas“, parašytos maždaug prieš dešimt metų, plėtinys. Šioje knygoje aptariau kvantines mūsų psichologijos ypatybes ir parodžiau, kaip tai padaryti

ELEKTRONAI – KVANTINĖS DUJOS

Iš knygos Gyvas kristalas autorius Geguzinas Jakovas Evsevičius

ELEKTRONAI – KVANTINĖS DUJOS Mūsų amžiaus pradžios kristalų tyrimo istorijoje buvo laikotarpis, kai, be kita ko, „elektronų metale“ problema buvo labai paslaptinga, intriguojanti ir atrodė kaip aklavietė. Spręskite patys. Eksperimentuotojai studijuoja elektrines savybes

Kvantinis generatorius

Iš autoriaus knygos Didžioji sovietinė enciklopedija (KB). TSB

Optinis kvantinis generatorius

Iš autorės knygos Didžioji sovietinė enciklopedija (OP). TSB

Kvantinis generatorius

Kvantinis generatorius- bendras elektromagnetinės spinduliuotės šaltinių, veikiančių stimuliuojamos atomų ir molekulių emisijos pagrindu, pavadinimas. Priklausomai nuo to, kokio bangos ilgio kvantinis generatorius skleidžia, jį galima vadinti įvairiai: lazeriu, maseriu, skustuvu, gazeriu.

Kūrybos istorija

Kvantinis generatorius yra pagrįstas A. Einšteino pasiūlytu stimuliuojamos emisijos principu: kai sužadinama kvantinė sistema ir tuo pat metu vyksta kvantinį perėjimą atitinkančio dažnio spinduliavimas, tikimybė, kad sistemoje šuolis į a. mažesnis energijos lygis didėja proporcingai jau esančių spinduliuotės fotonų tankiui. Galimybę sukurti kvantinį generatorių šiuo pagrindu nurodė sovietų fizikas V. A. Fabrikantas 40-ųjų pabaigoje.

Literatūra

Landsbergis G.S. Pradinis vadovėlis fizika. Tomas 3. Virpesiai ir bangos. Optika. Atominė ir branduolinė fizika. – 1985 m.

Herman J., Wilhelmi B. „Lazeriai ultratrumpiems šviesos impulsams generuoti“ – 1986 m.

Wikimedia fondas.

2010 m.
Notkeris mikčiotojas

Resintezė

Pažiūrėkite, kas yra „kvantinis generatorius“ kituose žodynuose: KVANTINIS GENERATORIAUS - elektros generatorius mag. bangos, kuriose naudojamas stimuliuojamos emisijos reiškinys (žr. KVANTINĖ ELEKTRONIKA). K. g radijo diapazonas, taip pat kvantinis stiprintuvas, vadinamas. maseris. Pirmoji K. g. buvo sukurta mikrobangų diapazone 1955 m. Jame esanti aktyvioji terpė ...

Pažiūrėkite, kas yra „kvantinis generatorius“ kituose žodynuose: Fizinė enciklopedija – koherentinės elektromagnetinės spinduliuotės šaltinis, kurio veikimas pagrįstas atomų, jonų ir molekulių skatinama fotonų emisija. Kvantiniai generatoriai radijo diapazone vadinami mazeriais, kvantiniais generatoriais optiniame diapazone... ...

Didysis enciklopedinis žodynas kvantinis generatorius - koherentinės spinduliuotės šaltinis, pagrįstas stimuliuojamos spinduliuotės ir grįžtamojo ryšio naudojimu. Pastaba Kvantiniai generatoriai skirstomi pagal veikliosios medžiagos tipą, sužadinimo būdą ir kitas charakteristikas, pavyzdžiui, pluošto, dujų...

Pažiūrėkite, kas yra „kvantinis generatorius“ kituose žodynuose: Techninis vertėjo vadovas - monochromatinės koherentinės elektromagnetinės spinduliuotės (optinio arba radijo diapazono) šaltinis, veikiantis sužadintų atomų, molekulių, jonų stimuliuojamos emisijos pagrindu. Dujos, kristalinės...

Didysis enciklopedinis žodynas Didžioji politechnikos enciklopedija - prietaisas koherentinei elektromagnetinei spinduliuotei generuoti. Darna – tai koordinuotas kelių virpesių ar erdvės srautas laike ir erdvėje bangų procesai , kuris pasirodo, pavyzdžiui, juos pridėjus. trukdžių atveju...

Didysis enciklopedinis žodynas– koherentinės elektromagnetinės spinduliuotės šaltinis, kurio veikimas pagrįstas atomų, jonų ir molekulių skatinama fotonų emisija. Kvantiniai generatoriai radijo diapazone vadinami mazeriais, kvantiniais generatoriais optiniame diapazone ... ... Enciklopedinis žodynas

Didysis enciklopedinis žodynas- kvantinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektromagnetinių bangų generatorius, kurio veikimas pagrįstas sužadintų atomų, molekulių, jonų priverstinio spinduliavimo reiškiniu. atitikmenys: angl. kvantinis...... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Didysis enciklopedinis žodynas- kvantinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. kvantinis generatorius vok. Quantengenerator, m rus. kvantinis generatorius, m pranc. oscillateur quantique, m … Fizikos terminų žodynas

Kvantinis generatorius- elektromagnetinių bangų generatorius, kuriame naudojamas stimuliuojamos emisijos reiškinys (žr. Stimuliuota emisija) (žr. Kvantinė elektronika). K. g. itin aukštų dažnių radijo diapazonas (mikrobangų krosnelė), taip pat šio ... Didžioji sovietinė enciklopedija

KVANTINIŲ GENERATORIŲ IR STIPRINTUVŲ reikšmė Collier's Dictionary

KVANTINIAI GENERATORIAI IR STIPRINTUVAI

priverstinės (indukuotos) spinduliuotės reiškiniu pagrįsti elektromagnetinių bangų generatoriai ir stiprintuvai. Mikrobangų kvantinio generatoriaus, vadinamo maseriu, veikimo principas (sutrumpinimas Anglų kalbos žodžiai Mikrobangų stiprinimą skatinant spinduliuotę, ty „mikrobangų stiprinimas dėl stimuliuojamos spinduliuotės“), 1954 m. pasiūlė Charlesas Townesas. (Tas pats principas grindžiamas optiniais kvantiniais stiprintuvais ir lazeriniais generatoriais.) Kadangi spinduliavimo dažnis kvantinio generatoriaus išėjime yra nustatomas pagal griežtai fiksuotus, atskirus tokiame generatoriuje naudojamos aktyviosios terpės atomų arba molekulių energijos lygius, jis turi tiksliai apibrėžta ir pastovi vertė.

Spontaniška ir stimuliuojama emisija. Elektromagnetinės spinduliuotės energija išsiskiria arba sugeria atskirų „dalijų“, vadinamų kvantais arba fotonais, pavidalu, o vieno kvanto energija yra lygi h?, kur h yra Planko konstanta ir? - spinduliavimo dažnis. Kai atomas sugeria energijos kvantą, jis pereina į aukštesnį energijos lygį, t.y. vienas iš jo elektronų iššoka į toliau nuo branduolio esančią orbitą. Įprasta sakyti, kad atomas šiuo atveju pereina į sužadinimo būseną.

Atomas, atsidūręs sužadinimo būsenoje, gali išleisti savo sukauptą energiją įvairiais būdais. Vienas iš galimų būdų – spontaniškai išspinduliuoti kvantą tokiu pat dažniu, po kurio jis grįžta į pradinę būseną. Tai spontaniškos spinduliuotės (emisijos) procesas, schematiškai pavaizduotas Fig. 1, b. Esant aukštiems dažniams, t.y. Esant trumpiems bangos ilgiams, atitinkantiems matomą šviesą, spontaniška emisija įvyksta labai greitai. Sužadintas atomas, sugėręs fotoną matoma šviesa, paprastai netenka įgytos energijos dėl spontaniškos emisijos greičiau nei per vieną milijonąją sekundės dalį. Spontaniškos emisijos procesas žemesniais dažniais vėluoja. Be to, atomas gali pereiti į kokią nors tarpinę būseną, prarasdamas tik dalį savo energijos jo skleidžiamo mažesnės energijos fotono pavidalu.

Yra dar vienas procesas, dėl kurio sužadintas atomas išleidžia šią sukauptą energiją. Jeigu tam tikro dažnio spinduliuotė krenta ant atomo (kaip 1 pav., c), tai priverčia atomą išspinduliuoti fotoną ir pereiti į žemesnį lygį. Taigi vienas fotonas atvyksta ir du išeina. Stimuliuojama emisija visada vyksta tuo pačiu dažniu ir ta pačia faze kaip ir įeinanti banga, todėl, praeidama pro sužadintą atomą, banga padidina savo intensyvumą.

Taigi, atitinkamo dažnio banga, einanti per terpę, kurioje yra sužadintų atomų perteklius, sustiprėja dėl stimuliuojamos šių atomų emisijos energijos. Tačiau jei terpėje yra nesužadintų atomų, jie gali sugerti bangos energiją. Akivaizdu, kad stiprinimas dėl stimuliuojamos emisijos yra priešingas absorbcijai, o vieno iš procesų vyravimas prieš kitą priklauso nuo to, kurie atomai yra daugiau bangos kelyje – sužadinti ar nesužadinti.

Tai, kad kartu su spontaniška emisija turi būti ir priverstinė emisija, 1916 m. postulavo Albertas Einšteinas, pripažindamas, kad vyksta visi trys procesai – absorbcija, stimuliuojama ir spontaniška emisija. Remdamasis statistiniais sumetimais, jis išvedė formulę, apibūdinančią medžiagos skleidžiamos spinduliuotės dažnių spektrą. Stimuliuotą emisiją naudoti elektromagnetinių bangų generatoriams pasiūlė Charlesas Townesas iš JAV ir, nepriklausomai nuo jo, rusų fizikai N.G.Basovas ir A.M. Visi trys buvo apdovanoti už šį darbą Nobelio premija fizikoje (1964).

Kvantinis stiprintuvas. Kaip aptarta aukščiau, spinduliuotę galima sustiprinti tiesiog praleidžiant ją per tinkamą aktyvią terpę. Tačiau prieaugis dažnai būna nežymus – apie 1 proc. Norint padidinti stiprinimą, reikia ilgiau palaikyti spinduliuotę sąlytyje su aktyvia terpe. Norėdami tai padaryti, aktyviąją terpę galite uždengti kameroje su atspindinčiomis sienelėmis. Tada skersinė banga atsispindės nuo sienos iki sienos, kiekvienu praėjimu šiek tiek didėdama. Kai ji pakankamai sustiprėjusi, dalis spinduliuotės gali būti išleista iš kameros kaip išėjimas.

Mikrobangų (super aukšto dažnio) diapazone, t.y. kai bangos ilgis yra nuo 0,1 iki 100 cm, fotoaparato matmenys paprastai yra palyginami su bangos ilgiu. Kamera, kuri sureguliuojama iki pageidaujamo dažnio, keičiant jos matmenis (jos ilgis turi būti lygus bangos ilgiui), vadinama ertmės rezonatoriumi.

Jei spinduliuotės bangos ilgis yra maždaug 1 mm ar mažesnis, tokį rezonatorių net sunku pagaminti. Tačiau galima padaryti infraraudonųjų spindulių arba trumpųjų bangų matomos šviesos ertminį rezonatorių, kad jo ilgis būtų daug didesnis už bangos ilgį, pavyzdžiui, dviejų lygiagrečių veidrodinių plokščių pavidalu (2 pav.). Tokiame įrenginyje banga, skersinė plokštelėms, pakaitomis atsispindinti nuo veidrodžių, išliks aktyvioje terpėje ir augs dėl stimuliuojamos emisijos. Bet kuria kita kryptimi sklindanti banga greitai palieka rezonatorių beveik be stiprinimo.

Šis kryptingas dviejų lygiagrečių plokščių sistemos veikimas ypač svarbus labai trumpo bangos ilgio elektromagnetinės spinduliuotės kvantiniams generatoriams. Šiuo atveju aktyviosios terpės stiprinimas turi būti pakankamai didelis, kad bangai pereinant iš vienos plokštės į kitą ji daugiau nei kompensuotų neišvengiamus nuostolius, kuriuos patiria atsispindėjusi nuo veidrodžio. Nuolatinis bangos augimas lemia rezonansinių elektromagnetinių virpesių atsiradimą tarpe tarp veidrodžių. Bet kuria kita kryptimi sklindančios bangos nėra pakankamai sustiprintos, kad kompensuotų nuostolius. Ir nors viduje uždara kamera tokio dydžio galima įdiegti ir palaikyti milijonus skirtingų tipų vibracijas ir greitai besikeičiančias jų kombinacijas, dviejų lygiagrečių plokščių sistema pasirenka tik skersinės bangos(likusieji išnyksta). Kadangi tokia sistema ypač tinka specifinio trumpo bangos ilgio virpesiams izoliuoti, ji plačiai naudojama infraraudonųjų ir regimosios šviesos diapazono kvantiniuose generatoriuose – lazeriuose.

Kad dalis šviesos išeitų iš lazerio ertmės, viena iš plokštelių turi būti permatoma, t.y. perduodanti dalį ant jo krintančios šviesos ir atspindinti šviesą su kitais bangos ilgiais. Šviesa, praeinanti per permatomą plokštę, sudaro siaurai nukreiptą spindulį. Tokį lazerinį įrenginį pasiūlė Townesas ir A. Šavlovas.

Taip pat galima išvesti spinduliuotę per mažą skylę vienoje iš atspindinčių sienelių. Ši grandinė dažnai naudojama centimetro bangos ilgio (mikrobangų) kvantiniuose osciliatoriuose. Lazeriuose jis nesuteikia tokio didelio išėjimo pluošto kryptingumo.

Aktyvi aplinka. Rezonansinei absorbcijai ir stiprinimui dėl stimuliuojamos emisijos būtina, kad banga praeitų per medžiagą, kurios atomai ar atomų sistemos būtų „suderintos“ į norimą dažnį. Kitaip tariant, medžiagos atomų energijos lygių E2 - E1 skirtumas turi būti lygus elektromagnetinės bangos dažniui, padaugintam iš Plancko konstantos:

Be to, kad stimuliuojama emisija vyrautų prieš absorbciją, viršutiniame energijos lygyje turi būti daugiau atomų nei apatiniame. Paprastai tai neįvyksta. Be to, bet kuri atomų sistema, pakankamai ilgam palikta sau, žemoje temperatūroje patenka į pusiausvyrą su aplinka, t.y. pasiekia žemiausios energijos būseną. Esant aukštesnei temperatūrai, kai kurie sistemos atomai yra sužadinami šiluminiu judėjimu. Be galo aukšta temperatūra visos kvantinės būsenos būtų vienodai užpildytos. Tačiau kadangi temperatūra visada yra baigtinė, vyraujanti atomų dalis yra žemiausioje būsenoje, o kuo aukštesnės būsenos, tuo jos mažiau užpildytos. Jei pas absoliuti temperatūra T yra n0 atomų žemiausioje būsenoje, tada sužadintos būsenos atomų, kurių energija dydžiu E viršija žemiausios būsenos energiją, skaičius pateikiamas Boltzmanno skirstiniu:

kur k yra Boltzmanno konstanta.

Kadangi pusiausvyros sąlygomis žemesnėse būsenose visada yra daugiau atomų nei aukštesnėse, tokiomis sąlygomis visada vyrauja absorbcija, o ne amplifikacija dėl stimuliuojamos emisijos. Tam tikros sužadintos būsenos atomų perteklius gali būti sukurtas ir palaikomas tik dirbtinai perkeliant juos į šią būseną ir greičiau nei jie grįžta į šiluminė pusiausvyra. Sistema, kurioje yra sužadintų atomų perteklius, linkusi į šiluminę pusiausvyrą ir turi būti palaikoma nepusiausvyros būsenoje, sukuriant joje tokius atomus.

Trijų lygių kvantinis generatorius. Atomų pertekliaus sužadinimo būsenoje metodą (trijų lygių sistemos metodas) pasiūlė N. G. Basovas ir A. M. Prokhorovas kietos medžiagos– N. Blombergenas. Pirmąjį trijų lygių kvantinį stiprintuvą sukūrė D. Scoville, J. Feer ir G. Seidel. Trijų lygių sistema schematiškai parodyta fig. 3. Iš pradžių visi atomai yra žemiausiame E1 lygyje, o lygiai E2 ir E3 yra tušti. Energijos atstumas tarp lygių E2 ir E3 nėra lygus atstumui tarp lygių E1 ir E2. „Siurbimo“ lempa arba generatorius (priklausomai nuo to, apie kokį diapazoną mes kalbame - optinį ar radijo dažnį) sukuria spinduliuotę, kurios dažnis atitinka perėjimą iš apatinio lygio į viršutinį. Sugerdami šią spinduliuotę, atomai susijaudina ir juda iš žemesnio lygio į viršutinį. Kadangi iš pradžių tarpiniame E2 lygyje atomų nėra, tai E3 lygyje jų yra daugiau. Kai E3 lygyje susikaupia gana daug atomų, generacija prasideda dažniu, atitinkančiu perėjimą iš viršutinio lygio į tarpinį. Kad kvantinė generacija vyktų nuolat, E2 lygis turi greitai ištuštėti, t.y. atomai turi būti pašalinti iš jo greičiau nei jie susidaro dėl stimuliuojamos emisijos iš E3 lygio. E2 lygį gali ištuštinti įvairūs procesai, tokie kaip susidūrimai su kitais atomais ir energijos perdavimas kristalinė gardelė(jei aktyvioji terpė kieta). Visais atvejais energija paverčiama šiluma, todėl būtinas įrenginio aušinimas.

Siurbiant iš E1 lygio į E3 galima perkelti ne daugiau kaip pusę atomų, nes tada stimuliuojamos emisijos poveikis verčia juos grįžti į žemesnį lygį. Bet jei dėl susidūrimų ar kitų procesų atomai iš E3 lygio greitai pereina į E2 lygį, gali būti tęsiamas jų pumpavimas į viršutinį lygį ir vėlesnis perėjimas į tarpinį lygį. Tokiu būdu daugiau nei pusė atomų (ir net visi) gali būti pumpuojami į E3 lygį. Tada vidutiniame lygyje paaiškėja daugiau atomų, nei ties apatine, o generavimas prasideda perėjimą atitinkančiu dažniu Naudojamos abi trijų lygių kvantinio generatoriaus ir stiprintuvo grandinės, o viena ar kita parenkama priklausomai nuo turimos medžiagos savybių su rezonansais ties. norimus dažnius. Paprastai tariant, pageidautina, kad aktyvioji terpė, tenkindama visus kitus reikalavimus, turėtų aukštus rezonansus. Jei kvantinis generatorius turėtų būti naudojamas kaip dažnio standartas, tada rezonansai taip pat turi būti aštrūs. Tokie rezonansai būdingi laisvųjų atomų ir molekulių spektrams dujose. Kietųjų medžiagų rezonansai paprastai yra gana platūs, nors retųjų žemių elementų ir pereinamųjų metalų, tokių kaip chromas, jonai turi tinkamus spektrus. Pavyzdžiui, rubinas (aliuminio oksidas), kuriame tam tikras procentas aliuminio jonų pakeičiamas chromo jonais, gali būti aktyvi terpė trijų lygių kvantiniam generatoriui mikrobangų diapazone. Maimanas parodė, kad rubinas taip pat tinkamas lazeriams gaminti. Abiem atvejais naudojami chromo jonų energijos lygiai.

Lazeris. Lazeriai yra optiniai kvantiniai generatoriai, skleidžiantys spinduliuotę matomoje ir infraraudonojoje spektro srityse (kur bangos ilgis yra mažesnis nei 1 mm). Intensyvumu tokie generatoriai yra daug pranašesni už visus kitus panašios spinduliuotės šaltinių tipus. Be to, jų išėjimo spinduliuotė patenka į labai siaurą dažnių juostą ir yra beveik nesiskiriančio pluošto formos. Be to, lazerio spindulius galima sufokusuoti į labai mažą tašką, kuriame šviesos galios tankis ir elektrinio lauko stiprumas yra milžiniški, palyginti su tuo, ką gali sukurti kiti šviesos šaltiniai. Išėjimo spinduliuotė yra beveik visiškai monochromatinė ir, dar svarbiau, koherentinė, t.y. visiškai suderinta su faze ir be chaotiško įprastos šviesos sutrikimo. Taip pat žiūrėkite LASER.

Molekulinis kvantinis generatorius. Pirmajame kvantiniame generatoriuje, kurį sukūrė Gordonas, Zeigeris ir Townesas, buvo naudojama evakuota kamera, kurioje buvo amoniako molekulių pluoštas. Mažesnės energijos būsenos pluošto molekulės buvo pašalintos iš pluošto nukreipiant jas nevienodame elektriniame lauke. Didžiausios energijos būsenos molekulės buvo sufokusuotos ertmės rezonatoriuje, kur įvyko stimuliuojama emisija (4 pav.).

Kvantinis generatorius su molekuliniu pluoštu sukuria spinduliuotę su ryškiai parinktu išėjimo dažniu. Taip yra iš dalies dėl to, kad pluošte yra palyginti mažai molekulių ir jos negali viena kitos paveikti. Dėl mažo molekulių skaičiaus išėjimo galia taip pat yra maža.

Dujų išlydžio lazeris. Aktyvioji dujų išlydžio lazerio terpė yra tauriųjų dujų, tokių kaip helis ir neonas, mišinys. Helio atomas turi sužadintą būseną ir ilgą tarnavimo laiką, o iki šios „metastabilios“ būsenos sužadinti atomai negali atsisakyti savo sužadinimo energijos dėl spontaniškos emisijos. Tačiau jie gali jį perkelti atominių susidūrimų metu į nesužadintus neoninius atomus. Po tokio susidūrimo helio atomas atsiduria pagrindinėje būsenoje, o neono atomas – sužadintoje būsenoje. Generacija atsiranda dėl priverstinių perėjimų iš šio energijos lygio į tuščią žemesnį neoninių atomų lygį.

Taikymas. kvantinis- elektroniniai prietaisai su atominėmis ir molekulinėmis sistemomis kaip aktyviomis terpėmis, naudojamos kaip stiprintuvai ir generatoriai. Žemesniuose dažniuose tokias funkcijas atlieka vakuuminiai vamzdžiai ir tranzistoriai. Nenuostabu, kad kvantinių elektroninių prietaisų šeima jau gali konkuruoti su senesnių elektroninių prietaisų skaičiumi ir įvairove. Kvantiniai elektroniniai prietaisai rado daugybę pritaikymų, kuriems kiti elektroniniai įrenginiai yra netinkami arba visai netinka. Tai mažo triukšmo mikrobangų stiprintuvų, pirminio dažnio ir laiko standartų, taip pat infraraudonosios ir matomos spinduliuotės generatorių ir stiprintuvų funkcijos.

Mažo triukšmo mikrobangų stiprintuvai. Stiprintuvo paskirtis – sustiprinti silpnus signalus jų neiškraipant ir nesukeliant triukšmo (chaotiško komponento). Elektroniniai stiprintuvai visada prideda prie signalo savo triukšmo. Dirbant su itin silpnais radijo signalais svarbu, kad kuo daugiau prisidėtų stiprintuvas mažiau triukšmo. Tai radijo signalai, gaunami iš dangaus objektų, ir radaro signalai, atsispindintys nuo objektų, esančių dideliais atstumais. Šiais dviem atvejais signalas stebimas prieš dangų, o tai sukelia tik nedidelį triukšmą. Tai leidžia aptikti labai silpną signalą, jei jis nėra užmaskuotas paties imtuvo triukšmo. Įprasti stiprintuvai neatitinka tokios užduoties reikalavimų, o į pagalbą ateina kvantiniai stiprintuvai, kurie beveik nesukelia triukšmo. Pakeitę vakuuminį vamzdinį stiprintuvą imtuvo įėjime kvantiniu stiprintuvu, imtuvo jautrumą mikrobangų diapazone galite padidinti šimtą kartų. Mikrobangų imtuvai su kvantiniais stiprintuvais yra tokie jautrūs, kad gali aptikti kitų planetų šiluminę spinduliuotę ir nustatyti jų paviršiaus temperatūrą.

Dažnio standartai ir atominiai laikrodžiai. Atomai ir atomų sistemos, kaip jau minėta, gali sugerti ir skleisti spinduliuotę tik tam tikrais specifiniais dažniais ar bangos ilgiais. Šie rezonansai dažnai būna smailių formos, todėl jų dažnį galima išmatuoti labai tiksliai. Atitinkami dažniai būdingi tam tikriems atomams ir molekulėms ir, skirtingai nei žmogaus sukurti standartai, laikui bėgant nekinta. Todėl tokie rezonansai gali būti naudojami kaip dažnio, bangos ilgio ir laiko standartai. Išorinio elektroninio osciliatoriaus dažnį galima patikrinti, ar jis kalibruojamas net atsižvelgiant į sugerties rezonansus. Kvantiniai generatoriai tiesiogiai sukuria atskaitos dažnio spinduliuotę. Kai kvantinis generatorius yra tinkamai sukonfigūruotas, jo išėjimo dažnis yra pastovus. Jis gali būti naudojamas stebėti tikslaus laikrodžio ar sudėtingesnio įrenginio, skirto labai tiksliai matuoti laiko intervalus, eigą. Vieno tiksliausių kvantinių generatorių aktyvioji terpė yra atominis vandenilis(sistema panaši į pirmojo kvantinio generatoriaus – maserio – įrenginį su molekuliniu amoniako pluoštu). Jo dažnio tikslumas yra 10–10%, o tai atitinka „laikrodžio dažnio“ paklaidą, lygią vienai sekundei per 30 000 metų.

Collier. Collier žodynas. 2012

Žodynuose, enciklopedijose ir žinynuose taip pat žiūrėkite žodžio interpretacijas, sinonimus, reikšmes ir tai, kas yra KVANTINIAI GENERATORIAI IR STIPRINTUVAI rusų kalba:

KVANTIS
KVANTINIAI SKAIČIAI, sveikieji arba trupmeniniai skaičiai, kurie apibrėžia galimus diskrečiųjų vertybių fizinis dydžiai, apibūdinantys kvantines sistemas (atomo branduolį, atomą, molekulę ir...
KVANTIS Didžiajame rusų enciklopediniame žodyne:
QUANTUM CLOCK (atominis laikrodis), laiko matavimo prietaisas, kuriame yra kvarcinis osciliatorius, valdomas kvantinio dažnio standartu. „Švytuoklės“ vaidmuo kosmose ...
KVANTIS Didžiajame rusų enciklopediniame žodyne:
KVANTINIŲ DAŽNIŲ STANDARTAI, prietaisai tiksliai matuoti virpesių dažnį, baziniai. apie kvantinių perėjimų dažnio matavimą (mikrobangų ir optiniuose spektruose) ...
KVANTIS Didžiajame rusų enciklopediniame žodyne:
KVANTINIAI PERĖJIMAI, staigūs kvantinės sistemos (atomo, molekulės, atomo branduolys, krištolas) iš vieno galima būsena V…
KVANTINĖ ELEKTRONIKA
elektronika, fizikos sritis, tirianti elektromagnetinių virpesių stiprinimo ir generavimo metodus, pagrįstus stimuliuojamos emisijos poveikiu, taip pat ...
ELEKTROS MAŠINŲ GENERATORIAI IR ELEKTROS VARIKLIAI: DC GENERATORIAI Collier's Dictionary:
Į straipsnį ELEKTROS MAŠINŲ GENERATORIAI IR ELEKTROS VARIKLIAI Teorija. Fig. 1a parodytas vielos posūkis abcd, besisukantis pagal laikrodžio rodyklę aplink ašį ...
ELEKTROS GENERATORIAI: SINCHRONINĖS KINČIAMOSIOS SROVĖS GENERATORIAI Collier's Dictionary:
Į straipsnį ELEKTROS MAŠINŲ GENERATORIAI IR ELEKTROS VARIKLIAI Kaip jau minėta, nuolatiniame magnetiniame lauke besisukančioje vielos ritėje indukuojamas kintamasis EML. ...
KVANTINIŲ DAŽNIŲ STANDARTAI
SSRS. TECHNINIAI MOKSLAI Bolšojuje Sovietinė enciklopedija, TSB:
mokslas Aviacijos mokslas ir technika B ikirevoliucinė Rusija Buvo pastatyta nemažai originalios konstrukcijos orlaivių. Ya M. sukūrė savo lėktuvus (1909-1914) ...
SSRS. LITERATŪRA IR MENAS Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
ir menas Literatūra Tarptautinė Sovietinė literatūra atstovauja kokybinei naujas etapas literatūros raida. Kaip apibrėžta meninė visuma, kurią vienija viena socialinė ideologinė...
RADIJO MATAVIMAI Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
matavimai elektriniai, magnetiniai ir elektromagnetiniai dydžiai ir jų ryšiai, apibūdinantys radijo inžinerinių prietaisų veikimą dažnių diapazone nuo infragarso iki itin aukšto. ...
DC MAŠINA Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
srovės mašina, elektros mašina, kurioje mechaninė energija paverčiama į elektros energija DC (generatorius) arba atvirkštinė konversija(variklis). ...
KVANTINIAI PERĖJIMAI Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
kvantinis, žr. Kvantiniai perėjimai...
PARAMETRINIAI ŠVIESOS GENERATORIAI Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
šviesos generatoriai, koherentinės optinės spinduliuotės šaltiniai, kurių pagrindinis elementas yra netiesinis kristalas, kuriame galinga fiksuoto dažnio šviesos banga yra parametriškai ...
MOLEKULINIS GENERATORIUS Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
generatorius, prietaisas, kuriame dėl priverstinių kvantinių molekulių perėjimų iš pradinės energijos būsenos į būseną sukuriami koherentiniai elektromagnetiniai virpesiai ...
KVANTINIAI SKAIČIAI Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
skaičiai, sveikieji skaičiai (0, 1, 2,...) arba pusiniai (1/2, 3/2, 5/2,...) skaičiai, apibrėžiantys galimas atskiras reikšmes fiziniai dydžiai, kurie apibūdina kvantinį...
KVANTINIŲ DAŽNIŲ STANDARTAI Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
dažnio standartai, įrenginiai, naudojantys kvantinius...
KVANTINIAI PERĖJIMAI Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje, TSB:
kvantinės sistemos (atomo, molekulės, atomo branduolio) perėjimai, į šuolius panašūs perėjimai kietas) iš vienos valstybės į kitą. Svarbiausi yra K...
KVANTINIS LAIKRODIS
KVANTINIŲ DAŽNIŲ STANDARTAI Šiuolaikiniame enciklopediniame žodyne:
KVANTINIAI PERĖJIMAI Šiuolaikiniame enciklopediniame žodyne:
staigūs kvantinės sistemos (atomo, molekulės, atomo branduolio, kristalo) perėjimai iš vienos galimos būsenos į kitą. Kvantiniai perėjimai gali būti spinduliuojantys...
KVANTINIS LAIKRODIS
(atominis laikrodis), laiko matavimo prietaisas, kuriame yra kvarcinis generatorius, valdomas pagal dažnio standartą. „Švytuoklės“ vaidmenį kvantiniame laikrodyje atlieka atomai. Dažnis...
KVANTINIŲ DAŽNIŲ STANDARTAI enciklopediniame žodyne:
prietaisai, skirti tiksliai išmatuoti atomų, jonų ar molekulių iš vieno ...
ELEKTROS GENERATORIAI IR ELEKTROS VARIKLIAI: DC ELECTRIC MOTORS Collier's Dictionary:
Į straipsnį ELEKTROS MAŠINŲ GENERATORIAI IR ELEKTROS VARIKLIAI Nuolatinės srovės generatoriai veikia patenkinamai kaip varikliai ir, esant tokiems pat vardiniams parametrams, ne...
ELEKTROS MAŠINŲ GENERATORIAI IR ELEKTROS VARIKLIAI Collier's Dictionary:
rotacinės mašinos, kurios mechaninę energiją paverčia elektros energija (generatoriai) arba elektros energiją mechanine (varikliai). Generatorių veikimas pagrįstas principu...
KVANTINIŲ DAŽNIŲ STANDARTAI Šiuolaikiniame aiškinamajame žodyne, TSB:
prietaisai, skirti tiksliai matuoti vibracijos dažnį, pagrįstą atomų, jonų ar ...
ARMAGEDONAS Žaidimų, programų, įrangos, filmų, velykinių kiaušinių paslapčių kataloge:
1. Filmavimo metu režisierius Michaelas Bay gavo leidimą filmuoti keliose NASA nuosavybės vietose. Stebėkite kylančių erdvėlaivių sceną...
SAISBUS mokslinės fantastikos literatūros enciklopedijoje „Galactica“:
Moraliniai stiprintuvai, vikrių 16-osios ir vėlesnių kartų vyrų moraliniai gynėjai; užkirsti kelią nusikalstamų ir disidentų elementų bandymams mersifikuoti (kretinizuoti) šustras“,...
FERROMAGNETINIS RESONANSAS Didžiajame enciklopediniame žodyne:
selektyvus feromagneto energijos sugėrimas elektromagnetinis laukas dažniais (dažniausiai radijo diapazone), sutampančiais su natūraliu feromagneto magnetinio momento precesijos dažniu (žr. Larmor ...
STIPRINTUVAS Didžiajame enciklopediniame žodyne:
technologijoje - įrenginys, kuriame signalo (smūgio) energetiniai parametrai padidinami naudojant pagalbinio šaltinio energiją. Pagal...
TERMOELEKTRINIS MATAVIMO ĮTAIS Didžiajame enciklopediniame žodyne:
naudojamas matuoti srovę (rečiau įtampą ir galią); yra magnetoelektrinis matavimo prietaisas, matuojantis šiluminio keitiklio elektrovaros jėgą, šildymo ...
SUMACIJOS BLOKAS Didžiajame enciklopediniame žodyne:
analoginis skaičiavimo įrenginys, kurio išvestis sukuria reikšmę, proporcingą įvesties reikšmių sumai. Elektroniniai sumavimo blokai yra dažniausiai naudojami kaip AVM dalis...
RADIJAS Didžiajame enciklopediniame žodyne:
kartu su antena (išorine arba įmontuota) naudojama radijo signalams priimti. Pavyzdžiai: transliacijos imtuvas, televizija, radiolokacinis radijas. Pagrindiniai elementai: pasirenkamas dažnis…
NELININIS FUNKCIJŲ BLOKAS Didžiajame enciklopediniame žodyne:
(V kompiuterinės technologijos) AVM mazgas, kurio išvesties signalas yra susietas su įvesties signalu tam tikru netiesiniu ryšiu. Prietaisai su linijine funkcine priklausomybe yra...

Kvantinis generatorius - bendras elektromagnetinės spinduliuotės šaltinių, veikiančių stimuliuojamos atomų ir molekulių emisijos pagrindu, pavadinimas.

Priklausomai nuo to, kokį bangos ilgį skleidžia kvantinis generatorius, jis gali būti vadinamas skirtingai:

lazeris (optinis diapazonas);

maser (mikrobangų diapazonas);

skustuvas (rentgeno spindulių diapazonas);

gazeris (gama diapazonas).

Tiesą sakant, šių įrenginių veikimas pagrįstas Bohro postulatų naudojimu:

Atomas ir atominės sistemos gali išlikti ilgą laiką tik specialiose stacionariose arba kvantinėse būsenose, kurių kiekviena turi tam tikrą energiją. Nejudančioje būsenoje atomas neskleidžia elektromagnetinių bangų.

Šviesos emisija atsiranda, kai elektronas pereina iš stacionarios būsenos su didesne energija į stacionarią būseną su mažesne energija. Išspinduliuoto fotono energija lygi energijos skirtumui tarp stacionarių būsenų.

Šiandien labiausiai paplitę yra lazeriai, tai yra optiniai kvantiniai generatoriai. Be vaikiškų žaislų, jie plačiai paplito medicinos, fizikos, chemijos, kompiuterių technologijų ir kitose pramonės šakose. Lazeriai veikė kaip " paruoštas sprendimas» daug problemų.

Pažvelkime atidžiau į lazerio veikimo principą.

DC4-14

Lazeris - optinis kvantinis generatorius, sukuriantis galingą, siaurai nukreiptą nuoseklų monochromatinį šviesos spindulį. (1, 2 skaidrės)

( 1. Spontaniška ir stimuliuojama emisija.

Jei elektronas yra žemesniame lygyje, tada atomas sugers krintantį fotoną, o elektronas pajudės iš E lygio 1 iki E 2 lygio . Ši būsena yra nestabili, elektronųspontaniškai pereis į E lygį 1 su fotonų emisija. Savaiminė emisija vyksta spontaniškai, todėl atomas šviesą skleis nenuosekliai, chaotiškai, todėl šviesos bangos yra nesuderinamos viena su kita nei faze, nei poliarizacijoje, nei kryptimi. Tai natūrali šviesa.

Tačiau galima ir sukelta (priverstinė) emisija. Jei elektronas yra viršutiniame lygyje E 2 (sužadintos būsenos atomas), tada nukritus fotonui gali įvykti priverstinis elektrono perėjimas į žemesnį lygį išspinduliuojant antrą fotoną.

Spinduliuotė, vykstanti elektronui pereinant atome iš aukštesnio energijos lygio į žemesnį, išspinduliuojant fotonui, veikiant išoriniam elektromagnetiniam laukui (kritimo fotonui), vadinamapriverstinis ar paskatintas .

Stimuliuojamos emisijos savybės:

vienodas pirminių ir antrinių fotonų dažnis ir fazė;

ta pati sklidimo kryptis;

ta pati poliarizacija.

Vadinasi, stimuliuojama emisija sukuria du identiškus dvynius fotonus.

2. Aktyvių laikmenų naudojimas.

Medžiagos būsena terpėje, kurioje mažiau nei pusė atomų yra sužadintos, vadinamavalstybė su normaliu energijos lygiu . Tai normali aplinkos būklė.

Aplinka, kurioje daugiau nei pusė atomų yra sužadintos, vadinamaaktyvi terpė su atvirkštine energijos lygių populiacija . (9 skaidrė)

Terpėje su atvirkštine energijos lygių populiacija šviesos banga sustiprėja. Tai aktyvi aplinka.

Šviesos sustiprėjimą galima palyginti su lavinos augimu.

Norint gauti aktyvią terpę, naudojama trijų lygių sistema.

Trečiame lygyje sistema gyvena labai trumpai, po to spontaniškai pereina į būseną E 2 be fotono emisijos. Perėjimas iš valstybės2 valstybėje 1 kartu su fotono emisija, kuri naudojama lazeriuose.

Vidutinės perėjimo į atvirkštinę būseną procesas vadinamaspumpuojamas . Dažniausiai tam naudojamas šviesos švitinimas (optinis siurbimas). elektros iškrova, elektros srovė, cheminės reakcijos. Pavyzdžiui, sumirksėjus galingai lemputei, sistema pereina į būseną3 , po trumpo laiko valstybėje2 , kuriame gyvena gana ilgai. Tai sukuria gyventojų perteklių lygiu2 .

3. Teigiami atsiliepimai.

Norint pereiti nuo šviesos stiprinimo režimo į generavimo režimą lazeryje, naudojamas grįžtamasis ryšys.

Grįžtamasis ryšys atliekamas naudojant optinį rezonatorių, kuris paprastai yra lygiagrečių veidrodžių pora. (11 skaidrė)

Dėl vieno iš spontaniškų perėjimų iš viršutinio lygio į apatinį pasirodo fotonas. Judėdamas link vieno iš veidrodžių fotonas sukelia fotonų laviną. Po atspindžio iš veidrodžio pajuda fotonų lavina priešinga kryptimi, tuo pačiu priversdamas visus naujus atomus skleisti fotonus. Procesas tęsis tol, kol busatvirkštinė populiacija lygiu

Atvirkštinė populiacija energijos lygiai – nepusiausvyra aplinkos būsena, kai dalelių (atomų, molekulių), esančių viršutiniuose energijos lygiuose, t.y., sužadintos būsenos, skaičius yra didesnis nei dalelių, esančių žemesniuose energijos lygiuose. .

Aktyvus elementas

siurbimas

Optinis rezonatorius

Šviesos srautai, judantys šoninėmis kryptimis, greitai palieka aktyvųjį elementą, nespėdami įgyti reikšmingos energijos. šviesos banga, sklindantis išilgai rezonatoriaus ašies, sustiprinamas daug kartų. Veidrodžių apačia pagaminta permatoma, o iš jos lazerio banga išeina į aplinką.

4. Rubino lazeris .

Pagrindinė rubino lazerio dalis yrarubino strypas. Rubinas sudarytas iš atomųAl Ir Osu atomų priemaišaKr. Būtent chromo atomai suteikia rubinui spalvą ir turi metastabilią būseną.

Dujų išlydžio lempos vamzdis, vadinamas siurblio lempa . Lemputė trumpai blykčioja ir pradeda siurbti.

Rubino lazeris veikia impulsiniu režimu. Yra ir kitų rūšių lazerių: dujinių, puslaidininkinių... Jie gali veikti nuolatiniu režimu.

5. Savybės lazerio spinduliuotė :

galingiausias šviesos šaltinis;

Saulės P = 10 4 W/cm 2, lazerio P = 10 14 W/cm 2 .

išskirtinis monochromatiškumas (monochromatinės bangos – vieno konkretaus ir griežtai pastovaus dažnio erdviškai neribotos bangos) ;

suteikia labai mažą kampo nukrypimo laipsnį;

darna ( tie. suderintas kelių virpesių ar bangų procesų įvykis laike ir erdvėje) .

DC3

Operacijai lazeriu

reikalinga siurbimo sistema. Tai yra, mes suteiksime atomui ar atominei sistemai šiek tiek energijos, tada, pagal 2-ąjį Bohro postulatą, atomas pereis į daugiau. aukšto lygio Su didelis skaičius energijos. Kita užduotis yra grąžinti atomą į ankstesnį lygį, kol jis kaip energiją išspinduliuoja fotonus.

Esant pakankamai lempos galiai, dauguma chromo jonų perkeliami į sužadinimo būseną.

Energijos perdavimo lazerio darbiniam kūnui procesas, siekiant transformuoti atomus į sužadintą būseną, vadinamas siurbimu.

Šiuo atveju išspinduliuotas fotonas gali sukelti stimuliuojamą papildomų fotonų emisiją, o tai savo ruožtu sukels stimuliuojamą emisiją)

DC15

Fizinis pagrindas Lazerio veikimas tarnauja kaip reiškinys. Reiškinio esmė ta, kad sužadintas gali spinduliuoti veikiamas kito fotono be sugerties, jei pastarasis lygus energijos skirtumui

Maseris skleidžia mikrobangų krosnelė, dydis - rentgenas , ir gaser - gama spinduliuotė.

DC16

Maser - spinduliuojantis kvantinis generatorius

koherentinės elektromagnetinės bangos centimetrų diapazone (mikrobangos).

Maseriai naudojami technologijose (ypač kosminėse komunikacijose), in fiziniai tyrimai, taip pat kaip standartinio dažnio kvantiniai generatoriai.

Greičiau (rentgeno lazeris) - koherentinės elektromagnetinės spinduliuotės šaltinis rentgeno spindulių diapazone, pagrįstas stimuliuojamos emisijos poveikiu. Tai trumpųjų bangų lazerio analogas.

Darnos taikymas rentgeno spinduliuotė apima tyrimus tankios plazmos, rentgeno mikroskopijos, fazės skiriamosios gebos medicininio vaizdo, medžiagų paviršiaus tyrinėjimo ir ginklų srityse. Minkštasis rentgeno lazeris gali tarnauti kaip varomasis lazeris.

Darbas gazerių srityje vyksta, nes jis nebuvo sukurtas efektyvi sistema siurbimas.

Lazeriai naudojami daugelyje pramonės šakų :

6. Lazerių taikymas : (16 skaidrė)

radijo astronomijoje atstumams iki kūnų nustatyti saulės sistema maksimaliu tikslumu (šviesos lokatorius);

metalo apdirbimas (pjovimas, suvirinimas, lydymas, gręžimas);

chirurgijoje vietoj skalpelio (pavyzdžiui, oftalmologijoje);

trimačiams vaizdams gauti (holografija);

komunikacijos (ypač erdvėje);

informacijos įrašymas ir saugojimas;

cheminėse reakcijose;

termobranduolinėms reakcijoms branduoliniame reaktoriuje vykdyti;

branduoliniai ginklai.