Радио муж дахь квант өсгөгч ба осцилляторыг хөгжүүлэх, судлахад олсон амжилтууд нь өдөөгдсөн ялгаруулалт дээр үндэслэн гэрлийг өсгөх, үүсгэх саналыг хэрэгжүүлэх үндэс суурь болж, оптик мужид квант осцилляторыг бий болгоход хүргэсэн. Оптик квант генераторууд (OQGs) эсвэл лазерууд нь хүчирхэг цорын ганц эх үүсвэр юм монохромат гэрэл. Атомын системийг ашиглан гэрлийг өсгөх зарчмыг анх 1940 онд В.А. Үйлдвэрлэгч. Гэсэн хэдий ч оптик квант генераторыг бий болгох үндэслэлийг зөвхөн 1958 онд К.Таунс, А.Шавлов нар радио муж дахь квантын төхөөрөмжийг хөгжүүлэх ололт амжилтад тулгуурлан өгсөн. Анхны оптик квант генераторыг 1960 онд бүтээжээ. Энэ бол бадмаараг болор бүхий лазер юм. Үүн дээр популяцийн инверцийг бий болгох нь ихэвчлэн парамагнит квант өсгөгчид ашигладаг гурван түвшний шахуургын аргаар хийгдсэн.

Одоогийн байдлаар ажиллах бодис (талст, шил, хуванцар, шингэн, хий, хагас дамжуулагч ашигладаг) болон популяцийн урвуу үүсгэх аргууд (оптик шахах, хий ялгаруулах, химийн урвалгэх мэт).

популяцийн урвуу байдал ба резонансын систем үүсдэг (Зураг 62). Сүүлийнх нь Фабри-Перот интерферометрийн төрлийн нээлттэй резонаторуудыг бие биенээсээ хол зайд байрлах хоёр тольны системээр бүрдүүлсэн лазерд ашигладаг.

Ажлын бодис нь идэвхтэй бөөмсийн ялгаралтын улмаас оптик цацрагийг сайжруулдаг. Үүссэн оптикийн өдөөгдсөн цацрагийг идэвхтэй орчинд давтан нэвтрүүлэхэд хүргэдэг резонансын систем нь талбайн түүнтэй үр дүнтэй харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог. Хэрэв бид лазерыг өөрөө хэлбэлздэг систем гэж үзвэл тольны хооронд тархаж буй цацрагийн хэсэг нь идэвхтэй орчинд буцаж ирсний үр дүнд резонатор эерэг санал хүсэлтийг өгдөг. Хэлбэлзэл үүсэхийн тулд идэвхтэй орчиноос хүлээн авсан лазерын хүч нь резонаторт алдагдсан чадалтай тэнцүү буюу түүнээс их байх ёстой. Энэ нь өсгөгч орчин, толины тусгал -/ болон 2, анхны хөндлөн огтлол руу буцах замаар дамжсаны дараа үүсэх долгионы эрч хүч өөрчлөгдөхгүй эсвэл анхны утгаас давсан байх ёстой гэдэгтэй тэнцүү юм.

Идэвхтэй орчинд дамжих үед долгионы эрч хүч 1^ хамааран өөр өөр байдаг экспоненциал хууль(ханасан байдлыг үл тоомсорлож) L, ° 1^ эжр [ (oc,^ - b())-c ] бөгөөд толинд тусгахад энэ нь өөрчлөгддөг Гнэг удаа ( Т -коэффициент толин тусгал), тиймээс үүсэх нөхцөлийг гэж бичиж болно

Хаана Л - ажлын идэвхтэй орчны урт; r 1 болон r 2 - 1 ба 2-р тольны тусгалын коэффициент; a u нь идэвхтэй орчны олз; b 0 - нэг төрлийн бус байдал, согогтой тархалтын үр дүнд ажлын бодис дахь энергийн алдагдлыг харгалзан унтрах тогтмол.

I. Оптик квант генераторын резонаторууд

Дээр дурдсанчлан резонансын лазер системүүд нь нээлттэй резонаторууд юм. Одоогийн байдлаар хавтгай ба бөмбөрцөг толин тусгал бүхий нээлттэй резонаторуудыг хамгийн өргөнөөр ашиглаж байна. Онцлогнээлттэй резонаторууд - тэдгээрийн геометрийн хэмжээсүүд нь долгионы уртаас хэд дахин их байдаг. Эзлэхүүний нээлттэй резонаторуудын нэгэн адил тэдгээр нь тодорхой талбайн тархалтаар тодорхойлогддог өөрийн гэсэн олон төрлийн хэлбэлзэлтэй байдаг. тэд болонөөрийн давтамжууд. Төрөлхийн төрөлнээлттэй резонаторын хэлбэлзэл нь хангасан талбайн тэгшитгэлийн шийдэл юм хилийн нөхцөлтоль дээр.

Өөрсдийн чичиргээний төрлийг олох боломжийг олгодог хөндийн резонаторыг тооцоолох хэд хэдэн арга байдаг. Нээлттэй резонаторын нарийн бөгөөд бүрэн гүйцэд онолыг Л.А.Вайвестейн бүтээлүүдэд өгсөн болно. Харааны аргаНээлттэй резонатор дахь чичиргээний төрлүүдийн тооцоог А.Фокс, Т.Ли нарын ажилд боловсруулсан.

А.Фокс, Т.Ли нарын тооцоолол дээр үндэслэсэн дараах томъёоКирхгоф, энэ нь математик илэрхийлэлАжиглалтын цэг дээр ёроолыг олох боломжийг олгодог Гюйгенсийн зарчим Азарим гадаргуу дээрх өгөгдсөн талбараар Sb

Энд Eb нь S гадаргуу дээрх B цэгийн талбай юм б; к-долгионы дугаар; Р - цэгүүдийн хоорондох зай АТэгээд IN; Q - цэгүүдийг холбосон шугамын хоорондох өнцөг АТэгээд IN,ба гадаргуугийн хэвийн Sb

Дамжуулах тоо нэмэгдэхийн хэрээр толин тусгал дээрх урсгалын хурд нь тогтмол тархалттай байх хандлагатай байдаг бөгөөд үүнийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Хаана V(x ,у) - толины гадаргуу дээрх координатаас хамаарах, тусгалаас тусгал руу өөрчлөгддөггүй хуваарилалтын функц;

y нь орон зайн координатаас хамааралгүй нийлмэл тогтмол юм.

Томъёо (112)-ыг илэрхийлэлд (III) орлуулах. бид интеграл тэгшитгэлийг олж авна

Энэ нь зөвхөн тодорхой утгуудын шийдэлтэй [Гамма] = [гамма мин.] гэж нэрлэдэг хувийн үнэ цэнэ, Vmn функцууд , интеграл тэгшитгэлийг хангаж, резонаторын янз бүрийн төрлийн хэлбэлзлийн талбайн бүтцийг тодорхойлдог. хөндлөнчичиргээ ба төрлийн чичиргээ гэж тодорхойлсон TEMmnТэмдэг TEMрезонаторын доторх ус нь хөндлөн цахилгаан соронзонд ойрхон байгааг харуулж байна, өөрөөр хэлбэл. долгионы тархалтын чиглэлийн дагуу талбайн бүрэлдэхүүн хэсгүүд байхгүй. Индексүүд мба n нь толины хажуугийн дагуух талбайн чиглэлийн өөрчлөлтийн тоог (тэгш өнцөгт толины хувьд) эсвэл өнцгийн дагуу ба радиусын дагуу (дугуй толины хувьд) илэрхийлнэ. Зураг 64 нь тохиргоог харуулж байна цахилгаан орондугуй толь бүхий нээлттэй резонаторын хамгийн энгийн хөндлөн хэлбэрийн чичиргээний хувьд. Нээлттэй резонаторын хэлбэлзлийн дотоод төрлүүд нь талбайн хөндлөн тархалтаас гадна резонаторын тэнхлэгийн дагуу тархсанаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь байнгын долгион бөгөөд тэдгээрийн дагуу тохирох хагас долгионы тоогоор ялгаатай байдаг. резонаторын урт. Үүнийг анхаарч үзэхийн тулд чичиргээний төрлийг тодорхойлоход гурав дахь индексийг оруулсан болно А, резонаторын тэнхлэгт тохирох хагас долгионы тоог тодорхойлдог.

Хатуу төлөвт оптик квант генераторууд

Хатуу төлөвт оптик квант осцилляторууд буюу хатуу төлөвт лазерууд нь талстууд эсвэл аморф диэлектрикүүдийг идэвхтэй олзоор хангадаг. Эрчим хүчний төлөв хоорондын шилжилт нь үечилсэн системийн шилжилтийн бүлгүүдийн атомуудын ионууд нь ихэвчлэн Na 3+, Cr 3+, Ho 3+, Pr 3+ байдаг ашигласан. Идэвхтэй тоосонцор нь фракц буюу хувийн нэгжийг бүрдүүлдэг нийт тооатомууд ажлын орчин, тиймээс тэдгээр нь бага концентрацийн "шийдэл" үүсгэдэг тул бие биетэйгээ бага харьцдаг. Ашигласан энергийн түвшин нь хүчтэй жигд бусаар хуваагдаж, өргөжсөн ажлын хэсгүүдийн түвшин юм дотоод талбарууд хатуу. Корунд (Al2O3) ба иттрий-хөнгөн цагаан анарын талстыг ихэвчлэн идэвхтэй ашигт орчны суурь болгон ашигладаг. ЯГ(Y3Al5O12), өөр өөр брэндийн шил гэх мэт.

Хатуу төлөвт лазерын ажлын бодис дахь популяцийн урвуу өөрчлөлтийг парамагнит өсгөгчид ашигладагтай төстэй аргаар үүсгэдэг. Энэ нь оптик шахуургыг ашиглан хийгддэг, өөрөөр хэлбэл. өндөр эрчимтэй гэрлийн цацрагт бодис өртөх.

Судалгаанаас харахад хатуу төлөвт лазерд ашиглагдаж байгаа ихэнх идэвхтэй орчинг хоёр үндсэн идеалжуулсан эрчим хүчээр дүрсэлсэн байдаг. схемүүд:гурав ба дөрвөн түвшний (Зураг 71).

Эхлээд гурван түвшний схемээр дүрсэлсэн хэвлэл мэдээллийн хэрэгсэлд популяцийн урвуу үүсгэх аргыг авч үзье (Зураг 71, а-г үз). Хэвийн төлөвт зөвхөн доод төвшинд оршин суудаг 1 1->2 ба 1->3 шилжилтүүд оптик мужид хамаарах тул (түвшин хоорондын энергийн зай нь kT-ээс хамаагүй их байна). 2-оос 1-р түвшний хооронд шилжих шилжилт идэвхтэй байна. Түвшин 3 туслах бөгөөд ажлын хос түвшний урвуу байдлыг бий болгоход ашигладаг. Энэ нь үнэндээ өргөн талбайг эзэлдэг хүлээн зөвшөөрөгдөх үнэ цэнэталст доторх оронтой ажлын хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлээс үүссэн энерги.

DC

Квантын генератор ямар долгионы уртыг ялгаруулж байгаагаас хамааран үүнийг өөрөөр нэрлэж болно.

лазер (оптик хүрээ);

maser (богино долгионы хүрээ);

razer (рентген туяаны хүрээ);

газер (гамма хүрээ).

DC

Бодит байдал дээр эдгээр төхөөрөмжүүдийн ажиллагаа нь Борын постулатуудыг ашиглахад суурилдаг.

Атом ба атомын систем нь зөвхөн тусгай суурин эсвэл квант төлөвт удаан хугацаагаар үлдэж чаддаг бөгөөд тус бүр нь тодорхой энергитэй байдаг. Хөдөлгөөнгүй төлөвт атом нь цахилгаан соронзон долгион ялгаруулдаггүй.

Электрон хөдөлгөөнгүй төлөвөөс өндөр энергитэй төлөв рүү шилжих үед гэрлийн ялгарал үүсдэг тогтвортой байдалбага энергитэй. Гарч буй фотоны энерги нь хөдөлгөөнгүй төлөвүүдийн энергийн зөрүүтэй тэнцүү байна.

Өнөөдөр хамгийн түгээмэл нь лазер, өөрөөр хэлбэл оптик квант генераторууд юм. Хүүхдийн тоглоомоос гадна анагаах ухаан, физик, хими, компьютерийн технологи болон бусад салбарт өргөн тархсан. Лазерууд " бэлэн шийдэл» олон асуудал.

Лазерын ажиллах зарчмыг нарийвчлан авч үзье.

DC4-14

Лазер - хүчирхэг, нарийхан чиглэсэн уялдаатай монохромат гэрлийн цацраг үүсгэдэг оптик квант генератор. (слайд 1, 2)

( 1. Аяндаа болон өдөөгдсөн ялгаралт.

Хэрэв электрон доод түвшинд байвал атом ирж буй фотоныг шингээж, электрон Е түвшингээс хөдөлнө. 1-ээс E 2 хүртэл . Энэ төлөв тогтворгүй, электронаяндаа E түвшинд шилжих болно 1 фотон ялгаруулалттай. Аяндаа ялгарах нь аяндаа үүсдэг тул атом нь эмх замбараагүй, эмх замбараагүй гэрлийг ялгаруулдаг тул гэрлийн долгион нь фазын хувьд ч, туйлшралын хувьд ч, чиглэлд ч үл нийцдэг. Энэ бол байгалийн гэрэл юм.

Гэхдээ өдөөгдсөн (албадан) ялгаруулалт бас боломжтой. Хэрэв электрон дээд түвшинд байвал E 2 (өдөөгдөх төлөвт байгаа атом), дараа нь фотон унах үед хоёр дахь фотоныг ялгаруулах замаар электрон доод түвшинд албадан шилжиж болно.

DC

Гадны нөлөөн дор фотон ялгаруулснаар атом дахь электрон энерги дээд түвшнээс доод түвшинд шилжих үеийн цацраг туяа. цахилгаан соронзон орон(фотоны осол) гэж нэрлэдэгалбадан эсвэл өдөөгдсөн .

Өдөөгдсөн ялгаруулалтын шинж чанарууд:

анхдагч ба хоёрдогч фотонуудын ижил давтамж ба үе шат;

тархалтын ижил чиглэл;

ижил туйлшрал.

Үүний үр дүнд өдөөгдсөн ялгаралт нь хоёр ижил ихэр фотоныг үүсгэдэг.

DC

2. Идэвхтэй мэдээллийн хэрэгслийг ашиглах.

Атомын талаас бага хувь нь өдөөгдсөн төлөвт байгаа орчин дахь бодисын төлөвийг гэнээрчим хүчний түвшин хэвийн хүн амтай муж . Энэ бол хүрээлэн буй орчны хэвийн байдал юм.

DC

Атомын талаас илүү хувь нь өдөөгдсөн төлөвт оршдог орчныг гэнээнергийн түвшний урвуу популяци бүхий идэвхтэй орчин . (слайд 9)

Эрчим хүчний түвшний урвуу популяци бүхий орчинд гэрлийн долгион олширдог. Энэ бол идэвхтэй орчин юм.

Гэрлийн эрчимжилтийг нуранги ургахтай зүйрлэж болно.

DC

Идэвхтэй орчинг олж авахын тулд гурван түвшний системийг ашигладаг.

Гурав дахь түвшинд систем нь маш богино хугацаанд амьдардаг бөгөөд дараа нь аяндаа E төлөвт ордог 2 фотон ялгаруулахгүйгээр. Төрөөс шилжих2 мужид 1 лазерт ашигладаг фотоны ялгарал дагалддаг.

Дундаж урвуу төлөвт шилжих үйл явцыг гэнэшахдаг . Ихэнхдээ гэрлийн цацрагийг (оптик шахуурга) ашигладаг. цахилгаан цэнэггүйдэл, цахилгаан гүйдэл, химийн урвал. Жишээлбэл, хүчирхэг чийдэн анивчсаны дараа систем нь төлөвт ордог3 , муж улсад богино хугацааны дараа2 , тэр харьцангуй удаан хугацаанд амьдардаг. Энэ нь тухайн түвшинд хэт их хүн амыг бий болгодог2 .

DC

3. Эерэг санал хүсэлт.

Лазер дахь гэрлийг өсгөх горимоос үүсгэх горимд шилжихийн тулд санал хүсэлтийг ашигладаг.

Санал хүсэлтийг оптик резонатор ашиглан гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн хос зэрэгцээ толь юм. (слайд 11)

Дээд түвшнээс доод түвшинд аяндаа шилжих шилжилтийн аль нэгний үр дүнд фотон гарч ирнэ. Толин тусгалуудын аль нэг рүү шилжих үед фотон нь фотонуудын нуранги үүсгэдэг. Толинд тусгасны дараа фотонуудын нуранги орж ирдэг эсрэг чиглэл, нэгэн зэрэг бүх шинэ атомууд фотон ялгаруулахад хүргэдэг. Энэ үйл явц байгаа цагтаа үргэлжлэх болноурвуу популяци түвшин

Урвуу популяци энергийн түвшин - энергийн дээд түвшинд байрлах бөөмсийн (атом, молекул) тоо нь энергийн доод түвшинд байрлах бөөмсийн тооноос их байдаг хүрээлэн буй орчны тэнцвэргүй байдал. .

Идэвхтэй элемент

шахах

шахах

Оптик резонатор

Хажуугийн чиглэлд хөдөлж буй гэрлийн урсгал нь идэвхтэй элементийг хурдан орхиж, их хэмжээний энерги олж авах цаг гаргалгүй. Резонаторын тэнхлэгийн дагуу тархаж буй гэрлийн долгион олон дахин нэмэгддэг. Толин тусгалуудын ёроолыг тунгалаг болгож, тэндээс лазерын долгион нь хүрээлэн буй орчинд гардаг.

DC

4. Рубин лазер .

Бадмаараг лазерын гол хэсэг ньбадмаараг саваа. Рубин нь атомуудаас тогтдогАлТэгээд Оатомын хольцтойКр. Энэ нь бадмаараг өнгө өгч, хувирамтгай төлөвтэй байдаг хромын атомууд юм.

DC

гэж нэрлэдэг хий ялгаруулдаг чийдэнгийн хоолойнасосны гэрэл . Дэнлүү богино хугацаанд анивчдаг бөгөөд шахуурга үүсдэг.

Рубин лазер нь импульсийн горимд ажилладаг. Өөр төрлийн лазерууд байдаг: хий, хагас дамжуулагч ... Тэд тасралтгүй горимд ажиллах боломжтой.

DC

5. Properties лазерын цацраг :

хамгийн хүчирхэг гэрлийн эх үүсвэр;

Нарны P = 10 4 Вт/см 2, лазерын P = 10 14 Вт/см 2.

онцгой монохромат байдал (монохромат долгион – тодорхой, хатуу тогтмол давтамжтай орон зайн хязгааргүй долгион) ;

өнцгийн зөрүүг маш бага хэмжээгээр өгдөг;

уялдаа холбоо ( тэдгээр. Хэд хэдэн хэлбэлзэл эсвэл долгионы үйл явцын цаг хугацаа, орон зайд зохицуулалттай тохиолдох) .

DC3

Лазер мэс засалд зориулагдсан

шахах систем шаардлагатай. Өөрөөр хэлбэл, бид атом эсвэл атомын системд тодорхой хэмжээний энерги өгөх болно, дараа нь Борын 2-р постулатын дагуу атом илүү их рүү шилжих болно. өндөр түвшинмаш их энергитэй. Дараагийн даалгавар бол атомыг фотоныг энерги болгон ялгаруулахын зэрэгцээ өмнөх түвшинд нь буцаах явдал юм.

Хангалттай чийдэнгийн хүчээр ихэнх хромын ионууд нь өдөөгдсөн төлөвт шилждэг.

Атомыг өдөөгдсөн төлөвт шилжүүлэхийн тулд лазерын ажлын биед энерги өгөх үйл явцыг шахах гэж нэрлэдэг.

Энэ тохиолдолд ялгарсан фотон нь нэмэлт фотонуудын өдөөгдсөн ялгаруулалтыг үүсгэж болох бөгөөд энэ нь өдөөгдсөн ялгаруулалтыг үүсгэдэг)

DC15

Лазерын үйл ажиллагааны физик үндэс нь үзэгдэл юм. Энэ үзэгдлийн мөн чанар нь догдолж буй нэг фотоны нөлөөн дор шингээлтгүйгээр өөр фотоны энерги ялгаруулах чадвартай байдаг, хэрэв сүүлийнх нь энергийн зөрүүтэй тэнцүү бол.

Масер ялгаруулдаг богино долгионы, хэмжээ - рентген зураг , ба хий - гамма цацраг.

DC16

Масер - ялгаруулах квант генератор

см-ийн муж дахь когерент цахилгаан соронзон долгион (богино долгион).

Масеруудыг технологид (ялангуяа сансрын холбоонд), физикийн судалгаанд, мөн стандарт давтамжийн квант генератор болгон ашигладаг.

DC

Харин ч (рентген лазер) - өдөөгдсөн ялгарлын нөлөөнд тулгуурлан рентген туяаны муж дахь уялдаа холбоотой цахилгаан соронзон цацрагийн эх үүсвэр. Энэ нь лазерын богино долгионы аналог юм.

DC

Когерентийн хэрэглээ рентген туяанягт сийвэнгийн судалгаа, рентген микроскоп, фазын нарийвчлалтай эмнэлгийн дүрслэл, материалын гадаргуугийн хайгуул, зэвсгийн судалгаа орно. Зөөлөн рентген лазер нь хөдөлгөгч лазер болж чаддаг.

DC

Үр дүнтэй шахуургын систем бий болоогүй тул хийн талбайн ажил үргэлжилж байна.

Лазерыг үйлдвэрлэлийн бүхэл бүтэн жагсаалтад ашигладаг :

6. Лазерын хэрэглээ : (слайд 16)

радио одон орон судлалд бие хүртэлх зайг тодорхойлох нарны системхамгийн их нарийвчлалтай (гэрэл байршуулагч);

металл боловсруулах (зүсэх, гагнах, хайлуулах, өрөмдөх);

мэс засал хийлгэхийн тулд хуйхын оронд (жишээлбэл, нүдний эмч);

гурван хэмжээст зураг авах (голограф);

харилцаа холбоо (ялангуяа сансарт);

мэдээллийг бүртгэх, хадгалах;

химийн урвалын үед;

хэрэгжүүлэх термоядролын урвалуудцөмийн реакторт;

цөмийн зэвсэг.

DC

Ийнхүү квант генераторууд хүн төрөлхтний өдөр тутмын амьдралд баттай нэвтэрч, тухайн үед тулгамдаж байсан олон асуудлыг шийдвэрлэх боломжтой болсон.

Коллиерийн толь бичигт КВАНТ ГЕНЕРАТОР, ӨСГӨГЧ гэсэн үгийн утга

КВАНТ ГЕНЕРАТОР, ӨСГӨГЧ

албадан (индукцлагдсан) цацрагийн үзэгдэлд суурилсан цахилгаан соронзон долгионы генератор ба өсгөгч. Богино долгионы квант генераторын ажиллах зарчмыг масер гэж нэрлэдэг (. гэсэн товчлол Англи үгсЦацрагийн өдөөгдсөн ялгаруулалтаар бичил долгионы өсгөлтийг "өдөөгчлөгдсөн цацрагийн улмаас богино долгионы өсгөлт" гэсэн утгатай) 1954 онд Чарльз Таунс санал болгосон. (Оптик квант өсгөгч ба лазер генераторын үндэс нь ижил зарчим юм.) Квантын генераторын гаралтын цацрагийн давтамжийг ийм генераторт ашигладаг идэвхтэй орчны атом эсвэл молекулуудын хатуу тогтсон, салангид энергийн түвшингээр тодорхойлдог тул нарийн тодорхойлогдсон тогтмол утга.

Аяндаа болон өдөөгдсөн ялгаралт. Цахилгаан соронзон цацрагийн энерги нь квант эсвэл фотон гэж нэрлэгддэг тусдаа "хэсэг" хэлбэрээр ялгардаг эсвэл шингэдэг бөгөөд нэг квантийн энерги нь h?-тэй тэнцүү, h нь Планкийн тогтмол ба? - цацрагийн давтамж. Атом нь энергийн квантыг шингээх үед энэ нь илүү өндөр энергийн түвшинд шилждэг, өөрөөр хэлбэл. түүний электронуудын нэг нь цөмөөс цааш тойрог зам руу үсэрдэг. Энэ тохиолдолд атом нь өдөөгдсөн төлөвт ордог гэж хэлэх нь заншилтай байдаг.

Өөрийгөө өдөөгдсөн төлөвт оруулсан атом нь хадгалсан энергийг янз бүрийн аргаар гаргаж чаддаг. Нэг боломжтой арга- ижил давтамжтай квант аяндаа ялгардаг бөгөөд дараа нь анхны төлөвтөө буцаж ирдэг. Энэ бол зурагт схемээр дүрсэлсэн аяндаа цацрагийн (ялгарал) үйл явц юм. 1, б. Асаалттай өндөр давтамжууд, өөрөөр хэлбэл Үзэгдэх гэрэлд тохирох богино долгионы урттай үед аяндаа ялгаралт маш хурдан явагддаг. Үзэгдэх гэрлийн фотоныг шингээж авсан өдөөгдсөн атом нь ихэвчлэн секундын саяны нэг хүрэхгүй хугацаанд аяндаа ялгарах замаар олж авсан энергийг алддаг. Доод давтамжтай аяндаа ялгарах үйл явц хойшлогдож байна. Нэмж дурдахад атом нь ямар нэгэн завсрын төлөвт шилжиж, эрчим хүчнийхээ зөвхөн нэг хэсгийг түүнээс ялгарах бага энергитэй фотон хэлбэрээр алдаж болно.

Энэ хуримтлагдсан энергийг өдөөгдсөн атом гаргахад хүргэдэг өөр нэг процесс байдаг. Хэрэв тодорхой давтамжийн цацраг нь атом дээр унавал (Зураг 1, в) атомыг фотоныг ялгаруулж, доод түвшинд шилжүүлэхийг албаддаг. Ийнхүү нэг фотон ирж, хоёр нь гардаг. Өдөөгдсөн ялгаруулалт нь ирж буй долгионтой ижил давтамж, ижил үе шатанд үргэлж тохиолддог тул өдөөгдсөн атомын хажуугаар өнгөрөхөд долгион нь түүний эрчмийг нэмэгдүүлдэг.

Тиймээс, өдөөгдсөн атомуудын илүүдэлтэй орчинд дамжин өнгөрч буй харгалзах давтамжийн долгион нь эдгээр атомуудын өдөөгдсөн ялгаралтын энергийн улмаас нэмэгддэг. Харин орчинд өдөөгдөөгүй атомууд байвал долгионы энергийг шингээж чаддаг. Өдөөгдсөн ялгаруулалтын улмаас олшрох нь шингээлтийн эсрэг байдаг бөгөөд аль нэг процесс нь нөгөөгөөсөө давамгайлах нь долгионы замд аль атомууд илүү их байгаагаас хамаарна - өдөөгдсөн эсвэл өдөөгдээгүй.

Аяндаа ялгарахтай зэрэгцээд албадан ялгаруулалт байх ёстой гэсэн баримтыг 1916 онд Альберт Эйнштейн дэвшүүлж, шингээлт, өдөөгдсөн, аяндаа ялгарах гэсэн гурван процесс явагддаг гэдгийг хүлээн зөвшөөрсөн. Статистикийн дүгнэлтэд үндэслэн тэрээр тодорхойлсон томъёог гаргажээ давтамжийн спектрбодисоос ялгарах цацраг. Цахилгаан соронзон долгион үүсгэгчийг бий болгоход өдөөгдсөн ялгаруулалтыг ашиглахыг АНУ-д Чарльз Таунс, түүнээс үл хамааран Оросын физикч Н.Г.Басов, А.М. Энэ бүтээлээрээ гурвуулаа шагнуулсан Нобелийн шагналфизикийн чиглэлээр (1964).

Квант өсгөгч. Дээр дурьдсанчлан цацрагийг тохиромжтой идэвхтэй орчинд дамжуулснаар л өсгөж болно. Гэсэн хэдий ч ашиг нь ихэвчлэн ач холбогдолгүй байдаг - ойролцоогоор 1%. Олзыг нэмэгдүүлэхийн тулд цацрагийг идэвхтэй орчинд удаан хугацаагаар байлгах шаардлагатай. Үүнийг хийхийн тулд та идэвхтэй орчинг цацруулагч хана бүхий тасалгаанд хийж болно. Дараа нь хөндлөн долгион нь хананаас хананд тусах бөгөөд өнгөрөх бүрт бага зэрэг нэмэгдэх болно. Энэ нь хангалттай эрчимжсэн үед цацрагийн нэг хэсэг нь тасалгаанаас гаралт хэлбэрээр гарч болно.

Богино долгионы (супер өндөр давтамжийн) мужид, i.e. долгионы урт нь 0.1-ээс 100 см-ийн мужид байх үед камерын хэмжээсийг ихэвчлэн долгионы урттай харьцуулж болно. Хэмжээг нь (түүний урт нь долгионы урттай тэнцүү байх ёстой) өөрчлөх замаар хүссэн давтамж руу тохируулсан камерыг хөндий резонатор гэж нэрлэдэг.

Хэрэв цацрагийн долгионы урт нь ойролцоогоор 1 мм ба түүнээс бага байвал ийм резонаторыг үйлдвэрлэхэд хэцүү байдаг. Гэсэн хэдий ч хэт улаан туяаны эсвэл богино долгионы харагдах гэрлийн хөндийн резонаторыг хийх боломжтой бөгөөд ингэснээр түүний урт нь долгионы уртаас хамаагүй урт, жишээлбэл, хоёр зэрэгцээ толин тусгал хавтан хэлбэрээр (Зураг 2). Ийм төхөөрөмжид толин тусгалаас ээлжлэн туссан ялтсууд руу чиглэсэн хөндлөн долгион нь идэвхтэй орчинд үлдэж, өдөөгдсөн ялгаруулалтын улмаас өсөх болно. Бусад чиглэлд тархах долгион нь резонаторыг бараг ямар ч өсгөлтгүйгээр хурдан орхидог.

Хоёр зэрэгцээ хавтангийн системийн энэ чиглэлийн үйлдэл нь маш богино долгионы урттай цахилгаан соронзон цацрагийн квант генераторуудад онцгой ач холбогдолтой юм. Энэ тохиолдолд идэвхтэй орчин дахь олз нь хангалттай том байх ёстой бөгөөд ингэснээр долгион нэг хавтангаас нөгөөд шилжихэд толинд тусах үед зайлшгүй гарах алдагдлыг нөхөхөөс илүү юм. Долгионы тасралтгүй өсөлт нь толь хоорондын зайд резонансын резонанс үүсэхэд хүргэдэг. цахилгаан соронзон чичиргээ. Бусад чиглэлд тархаж буй долгион нь алдагдлыг нөхөхөд хангалттай олширдоггүй. Тэгээд орсон ч гэсэн хаалттай танхимСая сая өөр өөр төрлийн хэлбэлзэл ба тэдгээрийн хурдан өөрчлөгддөг хослолыг тогтоож, хадгалах боломжтой тул хоёр зэрэгцээ хавтангийн систем нь тэдгээрээс зөвхөн хөндлөн долгионыг сонгодог (үлдсэн хэсэг нь чийгтэй байдаг). Ийм систем нь тодорхой богино долгионы урттай хэлбэлзлийг тусгаарлахад тохиромжтой байдаг тул үүнийг хэт улаан туяаны болон харагдах гэрлийн муж дахь квант генераторууд - лазеруудад өргөн ашигладаг.

Гэрлийн зарим хэсэг нь лазерын хөндийгөөс гарахын тулд ялтсуудын аль нэг нь тунгалаг байх ёстой, өөрөөр хэлбэл. түүн дээр туссан гэрлийн хэсгийг дамжуулах, гэрлийг өөр долгионы урттай тусгах. Тунгалаг хавтангаар дамжин өнгөрч буй гэрэл нь нарийн чиглэсэн цацраг үүсгэдэг. Ийм лазер төхөөрөмжийг Таунс, А.Шавлов нар санал болгосон.

Мөн тусгах хананы аль нэгнийх нь жижиг нүхээр цацрагийг гаргаж авах боломжтой. Энэ хэлхээг ихэвчлэн сантиметр долгионы урттай (богино долгионы) квант осцилляторуудад ашигладаг. Лазерын хувьд энэ нь гаралтын цацрагийн ийм өндөр чиглэлийг өгдөггүй.

Идэвхтэй орчин. Өдөөгдсөн ялгаруулалтын улмаас резонансын шингээлт ба олшрохын тулд долгион нь атомууд эсвэл атомын системүүд нь хүссэн давтамжтай "тохируулах" материалаар дамжих шаардлагатай. Өөрөөр хэлбэл, материалын атомуудын энергийн түвшний E2 - E1 ялгаа нь цахилгаан соронзон долгионы давтамжийг Планкийн тогтмолоор үржүүлсэнтэй тэнцүү байх ёстой.

Цаашилбал, өдөөгдсөн ялгаруулалт нь шингээлтээс давамгайлахын тулд дээд энергийн түвшинд доод түвшнийхээс илүү олон атом байх ёстой. Энэ нь ихэвчлэн тохиолддоггүй. Түүнээс гадна ямар ч атомын систем хангалттай урт хугацааөөртөө үлдээсэн, бага температурт хүрээлэн буй орчинтойгоо тэнцвэрт байдалд ордог, өөрөөр хэлбэл. хамгийн бага энергийн төлөвт хүрдэг. Өндөр температурт системийн зарим атомууд дулааны хөдөлгөөнөөр өдөөгддөг. Хязгааргүй үед өндөр температурбүх квант төлөвүүд адилхан дүүрэх болно. Гэхдээ температур үргэлж хязгаарлагдмал байдаг тул атомуудын зонхилох хувь нь хамгийн бага төлөвт байдаг бөгөөд төлөв байдал өндөр байх тусам тэдгээр нь бага дүүрдэг. Хэрэв үнэмлэхүй T температурт хамгийн бага төлөвт n0 атом байгаа бол энерги нь хамгийн бага төлөвийн энергиэс E хэмжээгээр давсан өдөөгдсөн төлөвт байгаа атомын тоог Больцманы тархалтаар тодорхойлно.

Энд k нь Больцманы тогтмол.

Тэнцвэрийн нөхцөлд доод төлөвт өндөр атомуудаас илүү их атом байдаг тул ийм нөхцөлд өдөөгдсөн ялгаралтын улмаас олшрохоос илүү шингээлт нь үргэлж давамгайлдаг. Тодорхой өдөөгдсөн төлөвт байгаа илүүдэл атомыг зөвхөн зохиомлоор энэ төлөвт шилжүүлэх замаар бий болгож, хадгалах боломжтой бөгөөд буцаж ирэхээс илүү хурдан байдаг. дулааны тэнцвэр. Илүүдэл өдөөгдсөн атомууд байдаг систем нь дулааны тэнцвэрт байдалд орох хандлагатай байдаг бөгөөд ийм атомуудыг бий болгосноор тэнцвэргүй байдалд байх ёстой.

Гурван түвшний квант генератор. Илүүдэл атомыг өдөөх төлөвт байлгах аргыг (гурван түвшний системийн арга) Н.Г.Басов, А.М хатуу материал-Н.Бломберген. Эхний гурван түвшний квант өсгөгчийг Д.Сковилл, Ж.Фир, Г.Зайдел нар бүтээжээ. Гурван түвшний системийг схемийн дагуу Зураг дээр үзүүлэв. 3. Эхэндээ бүх атомууд хамгийн доод түвшинд E1, E2, E3 түвшин нь хоосон байна. E2 ба E3 түвшний хоорондох энергийн зай нь E1 ба E2 түвшний хоорондох зайтай тэнцүү биш юм. "Шарах" чийдэн эсвэл генератор (бидний ярьж буй хүрээнээс хамаарч - оптик эсвэл радио давтамж) нь доод түвшнээс дээд түвшинд шилжихэд тохирсон давтамжтай цацраг үүсгэдэг. Энэ цацрагийг шингээж авснаар атомууд өдөөгдөж, доод түвшнээс дээд давхарга руу шилждэг. Эхэндээ E2 дунд түвшний атом байхгүй тул E3 түвшинд илүү олон атом байдаг. E3 түвшинд нэлээд олон атом хуримтлагдсан тохиолдолд үүсэлт дээд түвшнээс завсрын түвшинд шилжих давтамжтай эхэлдэг. Квант үүсгэх тасралтгүй явагдахын тулд E2 түвшин хурдан хоосон болох ёстой, өөрөөр хэлбэл. E3 түвшнээс өдөөгдсөн ялгаралтын улмаас атомууд үүссэнээс илүү хурдан арилах ёстой. E2 түвшинг бусад атомуудтай мөргөлдөх, энерги дамжуулах зэрэг янз бүрийн процессоор хоослох боломжтой болор тор(хэрэв идэвхтэй орчин нь хатуу байвал). Бүх тохиолдолд энерги нь дулаан болж хувирдаг тул төхөөрөмжийг хөргөх шаардлагатай байдаг.

Шахах замаар атомын талаас илүүгүй хувийг E1 түвшингээс E3 руу шилжүүлэх боломжгүй, үүнээс хойш өдөөгдсөн ялгаралтын нөлөө нь тэднийг доод түвшинд буцаахад хүргэдэг. Гэхдээ мөргөлдөөн эсвэл бусад үйл явцын улмаас E3 түвшний атомууд хурдан E2 түвшинд шилждэг бол тэдгээрийг дээд түвшинд шахаж, дараа нь завсрын түвшинд шилжиж болно. Ийм байдлаар атомын талаас илүү хувийг (тэр ч байтугай бүгдийг) E3 түвшинд шахаж болно. Дараа нь дунд түвшинд энэ нь гарч ирдэг илүү атомууд, доод нэгээс илүү бөгөөд үүсэлт нь гурван түвшний квант осциллятор ба өсгөгчийн хоёр хэлхээг ашигладаг бөгөөд резонанстай байгаа материалын шинж чанараас хамааран нэг эсвэл нөгөөг нь сонгоно. хүссэн давтамжууд. Ерөнхийдөө бусад бүх шаардлагыг хангасан идэвхтэй орчин нь өндөр резонанстай байх нь зүйтэй юм. Хэрэв квант генераторыг давтамжийн стандарт болгон ашиглахаар төлөвлөж байгаа бол резонанс нь бас хурц байх ёстой. Ийм резонанс нь хий дэх чөлөөт атом ба молекулуудын спектрийн онцлог шинж юм. Хатуу материалын резонанс нь ихэвчлэн нэлээд өргөн байдаг ч талст дахь ховор элемент ба шилжилтийн металлын ионууд нь тохиромжтой спектртэй байдаг ч ийм төрлийн зарим материалууд нь богино долгионы болон оптикийн мужид өндөр, хурц резонанстай байдаг. Жишээлбэл, хөнгөн цагааны ионуудын тодорхой хувийг хромын ионоор сольсон бадмаараг (хөнгөн цагааны исэл) нь богино долгионы мужид гурван түвшний квант генераторын идэвхтэй орчин болж чаддаг. Майман бадмаараг нь лазер хийхэд тохиромжтой гэдгийг харуулсан. Аль ч тохиолдолд хромын ионуудын энергийн түвшинг ашигладаг.

Лазер. Лазерууд нь спектрийн үзэгдэх болон хэт улаан туяаны бүсэд (долгионы урт нь 1 мм-ээс бага) цацраг үүсгэдэг оптик квант генераторууд юм. Эрчим хүчний хувьд ийм генераторууд нь ижил төстэй цацрагийн бусад бүх төрлийн эх үүсвэрээс хамаагүй давуу юм. Нэмж дурдахад, тэдгээрийн гаралтын цацраг нь маш нарийн давтамжийн зурваст унадаг бөгөөд бараг ялгаагүй цацраг хэлбэртэй байдаг. Нэмж дурдахад лазер туяа нь бусад гэрлийн эх үүсвэрүүдтэй харьцуулахад гэрлийн эрчим хүчний нягтрал болон цахилгаан талбайн хүч нь асар том хэмжээтэй маш жижиг цэгт төвлөрч чаддаг. Гаралтын цацраг нь бараг бүрэн монохромат бөгөөд хамгийн чухал нь уялдаа холбоотой, i.e. бүрэн үе шаттай таарч, энгийн гэрлийн эмх замбараагүй эмгэггүй. Мөн LASER.

Молекулын квант генератор. Гордон, Зейгер, Таунс нарын бүтээсэн анхны квант генератор нь аммиакийн молекулын цацраг агуулсан нүүлгэн шилжүүлсэн камерыг ашигласан. Эрчим хүчний бага төлөвт байсан цацрагийн молекулуудыг жигд бус цахилгаан талбарт хазайлгах замаар цацрагаас салгав. Хамгийн өндөр энергийн төлөвт байгаа молекулууд нь өдөөгдсөн ялгаралт үүссэн хөндийн резонаторт төвлөрч байв (Зураг 4).

Квантын генератормолекулын цацраг нь огцом тодорхойлогдсон гаралтын давтамжтай цацраг үүсгэдэг. Энэ нь нэг талаараа цацрагт молекулууд харьцангуй цөөн байдаг бөгөөд тэдгээр нь бие биедээ нөлөөлж чадахгүй байгаатай холбоотой юм. Цөөн тооны молекулын улмаас гаралтын хүч нь бас бага байдаг.

Хийн ялгаруулах лазер. Хийн ялгаруулдаг лазерын идэвхтэй орчин нь гелий, неон зэрэг үнэт хийн холимог юм. Гелийн атом нь өдөөгдсөн төлөвтэй бөгөөд урт наслалттай байдаг бөгөөд энэхүү "хуваагдах" төлөвт өдөөгдсөн атомууд аяндаа ялгарах замаар өдөөх энергийг орхиж чадахгүй. Гэсэн хэдий ч тэд үүнийг атомын мөргөлдөөний үед өдөөгдөөгүй неон атом руу шилжүүлж чаддаг. Ийм мөргөлдөөний дараа гелийн атом үндсэн төлөвтөө, неон атом нь өдөөгдсөн төлөвт ордог. Энэ энергийн түвшингээс неон атомын хоосон доод түвшин рүү албадан шилжсэний улмаас үүсэлт үүсдэг.

Өргөдөл. Квант- электрон төхөөрөмжАтом ба молекулын системүүд нь өсгөгч, генератор болгон идэвхтэй орчин болгон ашигладаг. Бага давтамжтай үед ийм функцийг вакуум хоолой, транзистороор гүйцэтгэдэг. Квантын электрон төхөөрөмжүүдийн гэр бүл нь хуучин электрон төхөөрөмжүүдийн тоо, олон янз байдалтай аль хэдийн өрсөлдөж чаддаг нь гайхах зүйл биш юм. Квантын электрон төхөөрөмжүүд нь бусад электрон төхөөрөмжүүд тааруухан эсвэл огт тохирохгүй хэд хэдэн программуудыг олсон. Эдгээр нь богино долгионы өсгөгчийн функцууд юм бага түвшиндуу чимээ, анхдагч давтамж, цаг хугацааны стандартууд, түүнчлэн хэт улаан туяаны болон үзэгдэх цацрагийн генератор, өсгөгч.

Дуу чимээ багатай бичил долгионы өсгөгч. Өсгөгчийн зорилго нь сул дохиог гажуудуулах, дуу чимээ (эмх замбараагүй бүрэлдэхүүн хэсэг) оруулахгүйгээр өсгөх явдал юм. Цахим өсгөгч нь дохионд үргэлж өөрийн дуу чимээг нэмдэг. Маш сул радио дохиотой ажиллахдаа өсгөгч аль болох их хувь нэмэр оруулах нь чухал юм дуу чимээ бага. Эдгээр нь селестиел биетүүдээс хүлээн авсан радио дохио, хол зайд байрлах объектуудаас туссан радарын дохио юм. Энэ хоёр тохиолдолд дохио нь тэнгэрийн эсрэг ажиглагддаг бөгөөд энэ нь зөвхөн бага зэргийн чимээ шуугиан үүсгэдэг. Энэ нь хүлээн авагчийн дуу чимээгээр далдлаагүй бол маш сул дохиог илрүүлэх боломжийг олгодог. Ердийн өсгөгч нь ийм даалгаврын шаардлагыг хангаагүй бөгөөд квант өсгөгчид аврах ажилд ирдэг бөгөөд бараг дуу чимээ гаргадаггүй. Хүлээн авагчийн оролт дээрх вакуум хоолойн өсгөгчийг квант өсгөгчөөр сольсноор та богино долгионы муж дахь хүлээн авагчийн мэдрэмжийг зуу дахин нэмэгдүүлэх боломжтой. Бичил долгионы хүлээн авагчтай квант өсгөгчмаш мэдрэмтгий тул бичлэг хийхийг зөвшөөрдөг дулааны цацрагбусад гаригууд болон тэдгээрийн гадаргуугийн температурыг тодорхойлно.

Давтамжийн стандарт ба атомын цаг. Өмнө дурьдсанчлан атом ба атомын системүүд нь зөвхөн тодорхой давтамж эсвэл долгионы уртад цацрагийг шингээж, ялгаруулж чаддаг. Эдгээр резонансууд нь ихэвчлэн оргил хэлбэртэй байдаг тул тэдгээрийн давтамжийг өндөр нарийвчлалтайгаар хэмжих боломжийг олгодог. Харгалзах давтамж нь тодорхой атом, молекулуудын онцлог шинж чанартай бөгөөд хүний ​​гараар бүтээгдсэн стандартаас ялгаатай нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй. Тиймээс ийм резонанс нь давтамж, долгионы урт, цаг хугацааны стандарт болж чаддаг. Гадны электрон осцилляторын давтамжийг шингээлтийн резонансын эсрэг ч шалгалт тохируулгатай эсэхийг шалгаж болно. Квантын генераторууд нь жишиг давтамжийн цацрагийг шууд үүсгэдэг. Квантын генераторыг зөв тохируулсан тохиолдолд түүний гаралтын давтамж тогтмол байна. Үүнийг ахиц дэвшлийг хянахад ашиглаж болно үнэн зөв цагэсвэл цаг хугацааны интервалыг өндөр нарийвчлалтайгаар хэмжихэд зориулагдсан илүү төвөгтэй төхөөрөмж. Хамгийн нарийвчлалтай квант генераторуудын нэгний идэвхтэй орчин нь атомын устөрөгч юм (систем нь аммиакийн молекул цацраг бүхий анхны квант генераторын загвартай төстэй - мазер). Түүний давтамжийн нарийвчлал нь 10-10% бөгөөд энэ нь 30,000 жилийн нэг секундын "цагийн хурд"-ын алдаатай тохирч байна.

Коллиер. Коллиерийн толь бичиг. 2012

Мөн орос хэл дээрх КВАНТ ГЕНЕРАТОР, ӨСГӨГЧ гэж юу болох талаар тайлбар, синоним, үгийн утга, тайлбарыг толь бичиг, нэвтэрхий толь, лавлах номноос үзнэ үү.

• КВАНТ
  КВАНТЫН ТООО, боломжтойг тодорхойлсон бүхэл тоо эсвэл бутархай тоо дискрет утгуудфизик квант системийг тодорхойлох хэмжигдэхүүнүүд (атомын цөм, атом, молекул ба...
• КВАНТ Оросын том нэвтэрхий толь бичигт:
  QUANTUM CLOCK (атомын цаг), квант давтамжийн стандартаар удирддаг кварцын осциллятор агуулсан цагийг хэмжих төхөөрөмж. Сансар огторгуй дахь "дүүжингийн" үүрэг ...
• КВАНТ Оросын том нэвтэрхий толь бичигт:
  КВАНТ ДАВТАМЖИЙН СТАНДАРТ, хэлбэлзлийн давтамжийг нарийн хэмжих төхөөрөмж, үндсэн. квант шилжилтийн давтамжийг хэмжих тухай (богино долгионы болон оптик спектр) ...
• КВАНТ Оросын том нэвтэрхий толь бичигт:
  КВАНТЫН ШИЛЖИЛТ, үсрэлт шилжилт квант систем(атом, молекул, атомын цөм, болор) нэг боломжит төлөвөөс ... хүртэл.
• КВАНТ ЭЛЕКТРОНИК
  электроник нь өдөөгдсөн ялгаруулалтын нөлөөг ашиглах үндсэн дээр цахилгаан соронзон хэлбэлзлийг олшруулах, үүсгэх аргууд, түүнчлэн ... шинж чанарыг судалдаг физикийн салбар юм.
• ЦАХИЛГААН МАШИНЫ ГЕНЕРАТОР, ЦАХИЛГААН Хөдөлгүүр: тогтмол гүйдлийн генератор Коллиерийн толь бичигт:
  Өгүүлэл рүү ЦАХИЛГААН МАШИН ГЕНЕРАТОР БА ЦАХИЛГААН Хөдөлгүүрийн онол. Зураг дээр. 1а нь тэнхлэгийг тойрон цагийн зүүний дагуу эргэдэг abcd утасны эргэлтийг харуулж байна ...
• ЦАХИЛГААН ГЕНЕРАТОР: СИНХРОН ХЭЛСЭЛТ ГҮЙГДЭЛТ ГЭНЕРАТОР Коллиерийн толь бичигт:
  Өгүүлэлд ЦАХИЛГААН МАШИНЫ ҮЗҮҮЛЭГЧ, ЦАХИЛГААН Хөдөлгүүр Өмнө дурьдсанчлан тогтмол соронзон орон дээр эргэлддэг утсан ороомогт ээлжлэн EMF үүсдэг. ...
• КВАНТ ДАВТАМЖИЙН СТАНДАРТ
  
• ЗХУ. ТЕХНИКИЙН ШИНЖЛЭХ УХААН Большойд Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг, TSB:
  шинжлэх ухаан Нисэхийн шинжлэх ухаанба технологи Хувьсгалын өмнөх Орос улсад анхны загвартай хэд хэдэн онгоц бүтээгдсэн. Я М. өөрсдийн онгоцыг бүтээжээ (1909-1914) ...
• ЗХУ. Утга зохиол, УРЛАГ Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  болон урлаг Утга зохиол Олон үндэстний Зөвлөлтийн уран зохиол нь уран зохиолын хөгжлийн чанарын шинэ үе шат юм. Нийгэм-үзэл суртлын нэгдмэл байдлаар нэгдсэн тодорхой урлагийн бүхэл бүтэн...
• РАДИО ХЭМЖЭЭ Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  хэмжилтийг цахилгаан, соронзон ба цахилгаан соронзон хэмжигдэхүүнүүдХэт авианаас хэт өндөр хүртэлх давтамжийн муж дахь радио инженерийн төхөөрөмжүүдийн ажиллагааг тодорхойлдог тэдгээрийн харилцаа. ...
• DC МАШИН Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  одоогийн машин, механик энерги болж хувирдаг цахилгаан машин цахилгаан эрчим хүч DC(генератор) эсвэл урвуу хувиргалт (мотор). ...
• КВАНТЫН ШИЛЖИЛТ Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  квант, квант шилжилтийг үзнэ үү...
• ПАРАМЕТРИЙН ГЭРЭЛ ГЭНЕРАТОР Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  гэрлийн генераторууд, уялдаа холбоо бүхий оптик цацрагийн эх үүсвэрүүд, тэдгээрийн гол элемент нь шугаман бус талст байдаг. гэрлийн долгионтогтмол давтамжийг параметрийн дагуу ...
• МОЛЕКУЛАР ГЕНЕРАТОР Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  генератор, анхныхаас молекулуудын албадан квант шилжилтийн улмаас уялдаа холбоотой цахилгаан соронзон хэлбэлзэл үүсдэг төхөөрөмж эрчим хүчний төлөвмужид...
• КВАНТ ТООО Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  Боломжит дискрет утгыг тодорхойлох тоо, бүхэл тоо (0, 1, 2,...) эсвэл хагас бүхэл тоо (1/2, 3/2, 5/2,...) физик хэмжигдэхүүнүүдквантыг тодорхойлдог ,...
• КВАНТ ДАВТАМЖИЙН СТАНДАРТ Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  давтамжийн стандарт, квант ашигладаг төхөөрөмжүүд...
• КВАНТЫН ШИЛЖИЛТ Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичигт, TSB:
  шилжилт, квант системийн (атом, молекул, атомын цөм, хатуу) нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих огцом шилжилт. Хамгийн чухал нь К...
• КВАНТ ЦАГ
  
• КВАНТ ДАВТАМЖИЙН СТАНДАРТ Орчин үеийн нэвтэрхий толь бичигт:
  
• КВАНТЫН ШИЛЖИЛТ Орчин үеийн нэвтэрхий толь бичигт:
  квант системийн (атом, молекул, атомын цөм, болор) нэг боломжит төлөвөөс нөгөөд шилжих огцом шилжилт. Квантын шилжилт нь цацраг туяа байж болно ...
• КВАНТ ЦАГ
  (атомын цаг), давтамжийн стандартаар удирддаг кварцын осциллятор агуулсан цагийг хэмжих төхөөрөмж. Квантын цаг дахь "дүүжин" үүргийг атомууд гүйцэтгэдэг. Давтамж...
• КВАНТ ДАВТАМЖИЙН СТАНДАРТ нэвтэрхий толь бичигт:
  Нэгээс атом, ион, молекулуудын квант шилжилтийн үед (богино долгионы болон оптик спектр) цацрагийн давтамжийг нарийн хэмжих төхөөрөмж ...
• ЦАХИЛГААН ГЕНЕРАТОР, ЦАХИЛГААН ХӨДӨЛГҮҮР: тогтмол гүйдлийн цахилгаан мотор Коллиерийн толь бичигт:
  Нийтлэлд ЦАХИЛГААН МАШИНЫ үүсгүүр ба цахилгаан мотор тогтмол гүйдлийн генераторууд нь мотор шиг хангалттай ажилладаг бөгөөд ижил нэрлэсэн параметртэй ...
• ЦАХИЛГААН МАШИН ГЕНЕРАТОР, ЦАХИЛГААН ХӨДӨЛГҮҮР Коллиерийн толь бичигт:
  аль нэгийг нь хувиргадаг эргэлтэт төрлийн машин механик энергицахилгаан (үүсгүүр), эсвэл цахилгаан механик (мотор) болгон хувиргадаг. Генераторуудын ажиллах зарчим нь...
• КВАНТ ДАВТАМЖИЙН СТАНДАРТ орчин үеийн тайлбар толь бичиг, TSB:
  атом, ион эсвэл ... квант шилжилтийн давтамжийг (богино долгионы болон оптик спектр) хэмжихэд суурилсан чичиргээний давтамжийг нарийн хэмжих төхөөрөмж.
• АРМАГЕДДОН Тоглоом, хөтөлбөр, тоног төхөөрөмж, кино, Улаан өндөгний баярын нууцын лавлах хэсэгт:
  1. Зураг авалтын үеэр найруулагч Майкл Бэй НАСА-гийн өмчийн хэд хэдэн газарт зураг авалт хийх зөвшөөрөл авсан. Сансрын хөлөг хөөрч буй дүр зургийг хараарай...
• АЙМШИГТАЙ Шинжлэх ухааны уран зохиолын Галактика нэвтэрхий толь бичигт:
  Ёс суртахууны өсгөгч, 16 ба дараагийн үеийн уян хатан эрчүүдийн ёс суртахууны хамгаалагч; гэмт хэрэгтэн болон тэрс үзэлт элементүүдийн шустраг нэгтгэх (кретинжүүлэх) оролдлогоос урьдчилан сэргийлэх", ...
• ТӨМӨРСОНГОЙН РЕЗОНАНС Том нэвтэрхий толь бичигт:
  цахилгаан соронзон орны энергийг ферромагнетээр давтамжтайгаар (ихэвчлэн радио мужид) прецессийн байгалийн давтамжтай давхцах сонгомол шингээлт соронзон моментферромагнит (Ларморыг үзнэ үү...
• ӨСГӨГЧ Том нэвтэрхий толь бичигт:
  технологид - туслах эх үүсвэрийн энергийг ашиглан дохионы (нөлөөллийн) энергийн параметрүүдийг нэмэгдүүлэх төхөөрөмж. Үүний дагуу...
• ДУЛААН ЦАХИЛГААН ХЭМЖИХ ТӨХӨӨРӨМЖ Том нэвтэрхий толь бичигт:
  гүйдлийг хэмжихэд үйлчилдэг (бага түгээмэл, хүчдэл ба хүч); дулааны хувиргагчийн цахилгаан хөдөлгөгч хүчийг хэмждэг соронзон цахилгаан хэмжих хэрэгсэл, халаалтын ...
• НИЙТЛЭЛИЙН БЛОК Том нэвтэрхий толь бичигт:
  гаралт нь оролтын утгуудын нийлбэртэй пропорциональ утгыг үүсгэдэг аналог тооцоолох төхөөрөмж. Цахим нийлбэр блокууд нь AVM-ийн нэг хэсэг болох хамгийн түгээмэл зүйл юм ...
• РАДИО Том нэвтэрхий толь бичигт:
  антентай (гадна эсвэл суурилуулсан) хослуулан радио дохиог хүлээн авахад ашигладаг. Жишээ нь: өргөн нэвтрүүлгийн хүлээн авагч, телевиз, радарын радио. Үндсэн элементүүд: давтамж сонгох…
• ШУГААН БУС ФУНКЦИЙН БЛОК Том нэвтэрхий толь бичигт:
  (компьютерийн технологид) гаралтын дохио нь өгөгдсөн шугаман бус хамаарлаар оролтын дохиотой холбоотой AVM зангилаа. Шугаман функциональ хамаарал бүхий төхөөрөмжүүд нь...

Дохио хүлээн авах, хувиргах төхөөрөмж
Сэдвийн курсын ажил
« Квантын генераторууд »

Дууссан:
Олег Передельский
I471 бүлэг
Шалгасан:
Тарасов A.I.

Санкт-Петербург
2010

1. Танилцуулга
Энэхүү нийтлэлд квант генераторын ажиллах зарчим, генераторын хэлхээ, тэдгээрийн дизайны онцлог, генераторын давтамжийн тогтворжилтын асуудал, квант генератор дахь модуляцын зарчмуудыг авч үзэх болно.
1.1 Ерөнхий мэдээлэл
Квантын генераторын ажиллах зарчим нь бодисын атом эсвэл молекултай өндөр давтамжийн талбайн харилцан үйлчлэлд суурилдаг. Эдгээр нь нэлээд өндөр давтамжтай, өндөр тогтвортой байдлын хэлбэлзлийг бий болгох боломжийг олгодог.
Квантын генераторуудыг ашигласнаар одоо байгаа бүх стандартаас илүү нарийвчлалтай давтамжийн стандартыг бий болгох боломжтой. Урт хугацааны давтамжийн тогтвортой байдал, i.e. Урт хугацааны тогтвортой байдлыг 10 -9 – 10 -10, богино хугацааны тогтвортой байдал (минут) 10 -11 хүрч болно.

Одоогоор орж байнаӨнөө үед квант осцилляторыг цагийн үйлчилгээний системд давтамжийн стандарт болгон өргөн ашиглаж байна. Төрөл бүрийн хүлээн авагч төхөөрөмжид ашигладаг квант өсгөгч радио системүүд, тоног төхөөрөмжийн мэдрэмжийг ихээхэн нэмэгдүүлж, дотоод дуу чимээний түвшинг бууруулж чадна.
Квант генераторын хурдацтай сайжруулалтыг тодорхойлдог нэг онцлог нь оптик хүрээг багтаасан маш өндөр давтамжид, өөрөөр хэлбэл бараг 109 хүртэлх давтамжтай үр дүнтэй ажиллах чадвар юм. МГц
Оптик хүрээний генераторууд нь гэрлийн туяанд цацрагийн өндөр чиглэл, өндөр энергийн нягтралыг (ойролцоогоор 10 12 -10 13) авах боломжтой болгодог. W/M 2 ) мөн асар их давтамжийн хүрээ, их хэмжээний мэдээлэл дамжуулах боломжийг олгодог.
Харилцаа холбоо, байршил, навигацийн системд оптик хүрээний генераторыг ашиглах нь холбооны хүрээ, найдвартай байдлыг эрс нэмэгдүүлэх, радарын системийн хүрээ, өнцгийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх, түүнчлэн өндөр нарийвчлалтай навигацийн системийг бий болгох хэтийн төлөвийг нээж байна.
Оптик хүрээний генераторыг шинжлэх ухааны судалгаанд ашигладаг
судалгаа, үйлдвэрлэл. Нарийн цацрагт энергийн маш өндөр концентраци нь жишээлбэл, хамгийн хатуу ашигт малтмал болох алмазыг багтаасан хэт хатуу хайлш, эрдэст маш бага диаметртэй нүхийг шатаах боломжийг олгодог.
Квантын генераторуудыг ихэвчлэн дараахь байдлаар ялгадаг.

идэвхтэй бодисын шинж чанараар (хатуу эсвэл хий), төхөөрөмжийн ажиллагааг тодорхойлдог квант үзэгдлүүд.
үйл ажиллагааны давтамжийн мужаар (сантиметр ба миллиметрийн хүрээ, оптик хүрээ - спектрийн хэт улаан туяаны болон харагдахуйц хэсгүүд)
идэвхтэй бодисыг өдөөх эсвэл молекулуудыг энергийн түвшинд ялгах аргаар.

1.2 Бүтээлийн түүх
Масерыг бүтээсэн түүх нь 1917 онд Альберт Эйнштейн өдөөгдсөн ялгаруулалтын тухай ойлголтыг анх нэвтрүүлсэн үеэс эхлэх ёстой. Энэ бол лазерын анхны алхам байв. Дараагийн алхам хийгдсэн Зөвлөлтийн физикчВ.А. Фабрикант 1939 онд бодисоор дамжин өнгөрөх цахилгаан соронзон цацрагийг нэмэгдүүлэхийн тулд өдөөгдсөн ялгаруулалтыг ашиглах боломжийг зааж өгсөн. V.A-ийн илэрхийлсэн санаа. Фабрикант урвуу түвшний түвшин бүхий микросистемийг ашиглах гэж үзсэн. Хожим нь Аугаа эх орны дайн дууссаны дараа В.А. Фабрикант энэ санаагаа эргэн харж, судалгааныхаа үндсэн дээр 1951 онд (М.М. Вудынский, Ф.А. Бутаева нартай хамт) өдөөгдсөн ялгаруулалтыг ашиглан цацрагийг өсгөх аргыг зохион бүтээх өргөдөл гаргажээ. Энэхүү өргөдөлд гэрчилгээ олгосон бөгөөд "Шинэ бүтээлийн сэдэв" гэсэн гарчигтай: "Цахилгаан соронзон цацрагийг (хэт ягаан туяа, үзэгдэх, хэт улаан туяа, радио долгионы урт) нэмэгдүүлэх арга) нь олшруулсан цацраг туяагаар тодорхойлогддог. Туслах цацрагийн тусламжтайгаар эсвэл өөр аргаар атомууд, бусад бөөмсүүд эсвэл тэдгээрийн системийн тэнцвэрт байдалтай харьцуулахад өдөөгдсөн төлөвт тохирсон энергийн дээд түвшинд илүүдэл концентрацийг бий болгодог орчинд дамждаг.
Эхэндээ цацрагийг өсгөх энэ аргыг радио мужид, эсвэл илүү нарийвчлалтай хэт өндөр давтамжийн мужид (богино долгионы хүрээ) хэрэгжүүлсэн. 1952 оны 5-р сард Бүх Холбооны радио спектроскопийн бага хуралд Зөвлөлтийн физикчид (одоо академич) Н.Г. Басов, А.М. Прохоров богино долгионы мужид цацрагийн өсгөгч бий болгох үндсэн боломжийн талаар илтгэл тавив. Тэд үүнийг "молекулын генератор" гэж нэрлэсэн (энэ нь аммиакийн молекулуудын цацрагийг ашиглах ёстой байсан). Бараг нэгэн зэрэг миллиметрийн долгионыг өсгөх, үүсгэхийн тулд өдөөгдсөн ялгаруулалтыг ашиглах саналыг Америкийн физикч Чарльз Таунс АНУ-ын Колумбийн их сургуульд дэвшүүлжээ. 1954 онд удалгүй мазер гэж нэрлэгддэг молекулын осциллятор бодит байдал болсон. Үүнийг бие даан боловсруулж, дэлхийн хоёр газарт нэгэн зэрэг бүтээжээ Физикийн хүрээлэн P.N нэрэмжит. Лебедевийн ЗХУ-ын Шинжлэх Ухааны Академи (Н.Г. Басов, А.М. Прохоров нараар ахлуулсан бүлэг), АНУ-ын Колумбийн Их Сургуульд (К. Таунес тэргүүтэй бүлэг). Дараа нь "лазер" гэсэн нэр томъёо нь "M" үсгийг (Бичил долгион - богино долгионы үгийн эхний үсэг) "L" үсгээр (гэрэл гэдэг үгийн эхний үсэг) сольсны үр дүнд "мазер" гэсэн нэр томъёоноос үүссэн. гэрэл). Масер ба лазерын ажиллагаа нь ижил зарчим дээр суурилдаг - 1951 онд В.А. Үйлдвэрлэгч. Масер гарч ирсэн нь шинжлэх ухаан, технологийн шинэ чиглэл бий болсон гэсэн үг юм. Эхлээд квант радиофизик гэж нэрлэгдэж байсан бол сүүлдээ квант электроник гэж нэрлэгддэг болсон.

2. Квант үүсгэгчийн ажиллах зарчим.

Квантын генераторуудад тодорхой нөхцөлд атом эсвэл молекулын дотоод энергийг цахилгаан соронзон цацрагийн энерги болгон шууд хувиргах нь ажиглагддаг. Энэхүү энергийн хувирал нь квант шилжилтийн үр дүнд үүсдэг - энергийн шилжилтүүд нь кванта (хэсэг) энерги ялгаруулдаг.
Байхгүй үед гадны нөлөөБодисын молекулууд (эсвэл атомууд) хооронд энерги солилцдог. Зарим молекулууд цахилгаан соронзон чичиргээ ялгаруулж, эрчим хүчний өндөр түвшнээс доод түвшинд шилждэг бол зарим нь тэдгээрийг шингээж, урвуу шилжилтийг хийдэг. Ерөнхийдөө хөдөлгөөнгүй нөхцөлд асар олон тооны молекулуудаас бүрдэх систем нь динамик тэнцвэрт байдалд байдаг, өөрөөр хэлбэл. Эрчим хүчний тасралтгүй солилцооны үр дүнд ялгарах энерги нь шингэсэн хэмжээтэй тэнцүү байна.
Эрчим хүчний түвшний хүн ам, i.e. өөр өөр түвшинд байрлах атом эсвэл молекулын тоог тухайн бодисын температураар тодорхойлно. W 1 ба W 2 энергитэй N 1 ба N 2 түвшний популяцийг Больцманы тархалтаар тодорхойлно.

(1)

Хаана к- Больцманы тогтмол;
Т – үнэмлэхүй температурбодисууд.

Дулааны тэнцвэрт байдалд квант системүүд нь илүү өндөр энергийн түвшинд цөөн тооны молекулуудтай байдаг тул тэдгээр нь ялгаруулдаггүй, зөвхөн гадны цацрагт өртөх үед энерги шингээдэг. Энэ тохиолдолд молекулууд (эсвэл атомууд) илүү өндөр энергийн түвшинд шилждэг.
Эрчим хүчний түвшин хоорондын шилжилтийг ашигладаг молекулын осциллятор ба өсгөгчийн хувьд илүү өндөр түвшний хүн амын тоо өндөр байх хиймэл нөхцлийг бий болгох нь ойлгомжтой. Энэ тохиолдолд квантын шилжилтийн давтамжтай ойролцоо давтамжийн гадаад өндөр давтамжийн талбайн нөлөөн дор эрчим хүчний өндөр түвшингээс бага эрчим хүчний түвшин рүү шилжихтэй холбоотой хүчтэй цацраг ажиглагдаж болно. Энэ цацраг туяа үүсгэсэн гадаад талбар, өдөөгдсөн гэж нэрлэдэг.
Квантын шилжилтийн давтамжтай тохирох үндсэн давтамжийн гадаад өндөр давтамжийн орон (энэ давтамжийг резонансын давтамж гэж нэрлэдэг) нь зөвхөн эрчимтэй өдөөгдсөн цацрагийг үүсгэдэг төдийгүй бие даасан молекулуудын цацрагийг үе шат болгон хувиргадаг. чичиргээ нэмж, олшруулах эффектийн илрэлийг хангадаг.
Дээд түвшний хүн ам доод түвшний хүн амаас давсан квант шилжилтийн төлөвийг урвуу гэж нэрлэдэг.
Эрчим хүчний дээд түвшний хүн амыг авах хэд хэдэн арга байдаг (хүн амын урвуу).
Аммиак зэрэг хийн бодисуудад гадны тогтмол цахилгаан орон ашиглан молекулуудыг янз бүрийн энергийн төлөвт хуваах (ангилах) боломжтой.
Хатуу бодисын хувьд ийм тусгаарлалт нь хэцүү байдаг тул молекулуудыг өдөөх янз бүрийн аргыг ашигладаг, жишээлбэл. гадаад өндөр давтамжийн талбараар цацрагаар молекулуудыг энергийн түвшинд дахин хуваарилах арга.

Түвшингийн популяцийн өөрчлөлтийг (түвшингийн популяцийн урвуу) хангалттай эрчимтэй резонансын давтамжийн өндөр давтамжийн талбар бүхий импульсийн цацрагаар үүсгэж болно. Импульсийн үргэлжлэх хугацааг зөв сонгосноор (импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь амрах хугацаа, өөрөөр хэлбэл динамик тэнцвэрийг сэргээх хугацаанаас хамаагүй бага байх ёстой) цацраг туяа хийсний дараа гадны өндөр давтамжийн дохиог хэсэг хугацаанд өсгөх боломжтой.
Одоогийн байдлаар генераторуудад өргөн хэрэглэгддэг өдөөх хамгийн тохиромжтой арга бол эрчим хүчний түвшинд молекулуудын шаардлагатай дахин хуваарилалтын нөлөөн дор үүссэн чичиргээнээс давтамжаараа ихээхэн ялгаатай гадны өндөр давтамжийн талбараар цацраг туяа хийх арга юм.
Ихэнх квант генераторуудын ажиллагаа нь эрчим хүчний 3-4 түвшний хэрэглээнд суурилдаг (зарчмын хувьд өөр тооны түвшинг ашиглаж болно). Түвшингээс өдөөгдсөн шилжилтийн улмаас үүсэлт үүсдэг гэж үзье 3 түвшин бүрт 2 (1-р зургийг үз).
Идэвхтэй бодисыг шилжилтийн давтамжтайгаар нэмэгдүүлэхийн тулд 3 -> 2, хүн амын төвшин болгох хэрэгтэй 3 хүн амын түвшнээс дээш 2. Энэ ажлыг давтамжтай туслах өндөр давтамжийн талбар гүйцэтгэдэг ? vsp Энэ нь зарим молекулуудыг түвшнээс "шиддэг" 1 түвшин бүрт 3. Квантын системийн тодорхой үзүүлэлтүүд болон туслах цацрагийн хангалттай хүчин чадалтай бол популяцийн инверси боломжтой.
Эрчим хүчний өндөр түвшний хүн амыг нэмэгдүүлэхийн тулд туслах өндөр давтамжийн талбар үүсгэдэг генераторыг насос эсвэл арын гэрэлтүүлэг үүсгэгч гэж нэрлэдэг. Сүүлийн нэр томъёо нь харагдахуйц болон хэлбэлзлийн генераторуудтай холбоотой хэт улаан туяаны шахахад гэрлийн эх үүсвэрийг ашигладаг спектрүүд.
Тиймээс квант генераторыг үр дүнтэй ажиллуулахын тулд энергийн шилжилт явагдаж болох энергийн түвшний тодорхой систем бүхий идэвхтэй бодисыг сонгох, мөн өдөөх эсвэл салгах хамгийн тохиромжтой аргыг сонгох шаардлагатай. молекулуудыг энергийн түвшинд оруулна.

Зураг 1. Эрчим хүчний шилжилтийн диаграмм
квант генераторуудад

3. Квантын генераторын хэлхээ
Квантын генератор ба өсгөгч нь тэдгээрт хэрэглэгддэг идэвхтэй бодисын төрлөөр ялгагдана. Одоогийн байдлаар хийн болон хатуу идэвхтэй бодисыг ашигладаг хоёр төрлийн квант төхөөрөмжийг голчлон бүтээжээ
эрчимтэй өдөөгдсөн цацраг туяа үүсгэх чадвартай.

3.1 Молекулуудыг энергийн түвшингээр нь салгах молекул генераторууд.

Эхлээд хийтэй квант генераторыг авч үзье идэвхтэй бодис, үүнд, цахилгаан ашиглан талбарууд, өндөр ба бага энергийн түвшинд байрлах молекулуудыг салгах (ангилах) ажлыг гүйцэтгэдэг. Энэ төрлийн квант осцилляторыг ихэвчлэн молекулын цацрагийн осциллятор гэж нэрлэдэг.

Зураг 2. Аммиакийн цацраг ашиглан молекул үүсгэгчийн диаграмм
1 - аммиакийн эх үүсвэр; 2- торон; 3 - диафрагм; 4 - резонатор; 5 - ангилах төхөөрөмж

Практик хэрэгжсэн молекулын генераторуудад аммиакийн хий (химийн томъёо NH 3) ашиглагддаг бөгөөд үүнд янз бүрийн энергийн түвшний шилжилттэй холбоотой молекулын цацраг маш тод илэрдэг. Хэт өндөр давтамжийн мужид хамгийн хүчтэй цацраг нь давтамжтай тохирох энергийн шилжилтийн үед ажиглагддаг. е n= 23,870 МГц ( ? n=1.26 см). Хийн төлөвт аммиак дээр ажилладаг генераторын хялбаршуулсан диаграммыг Зураг 2-т үзүүлэв.
2-р зурагт тасархай шугамаар дүрсэлсэн төхөөрөмжийн үндсэн элементүүдийг зарим тохиолдолд шингэн азотоор хөргөсөн тусгай системд байрлуулсан бөгөөд энэ нь идэвхтэй бодисын бага температур, дуу чимээ багатай, өндөр температурыг олж авахад шаардлагатай бүх элементүүдийг хангадаг. генераторын давтамжийн тогтвортой байдал.
Аммиакийн молекулууд нь мөнгөн усны миллиметрээр хэмжигддэг маш бага даралттай усан сангаас гардаг.
Уртааш чиглэлд бараг зэрэгцээ хөдөлж буй молекулуудын цацрагийг авахын тулд аммиакийг олон тооны нарийн тэнхлэгт чиглэсэн суваг бүхий диафрагмаар дамжуулдаг. Эдгээр сувгуудын диаметртэй харьцуулахад нэлээд бага байхаар сонгосон дунд зэргийн уртмолекулуудын чөлөөт зам. Молекулуудын хөдөлгөөний хурдыг бууруулж, улмаар мөргөлдөх, аяндаа үүсэх, өөрөөр хэлбэл дуу чимээний хэлбэлзэлд хүргэдэг цацраг туяа үүсэх магадлалыг бууруулахын тулд диафрагмыг шингэн гели эсвэл азотоор хөргөнө.
Молекулуудын мөргөлдөх магадлалыг багасгахын тулд температур буурах замаар биш харин даралтыг бууруулах замаар явж болно, гэхдээ энэ нь резонатор дахь өндөр давтамжийн талбартай нэгэн зэрэг харилцан үйлчилдэг молекулуудын тоог багасгах болно. сүүлийнх нь өдөөгдөх молекулуудын резонаторын өндөр давтамжийн талбарт өгөх хүч буурах болно.
Хийг молекул үүсгүүрт идэвхтэй бодис болгон ашиглахын тулд өгөгдсөн температурт динамик тэнцвэрт байдалд тодорхойлсон тооноос илүү өндөр энергийн түвшинд байрлах молекулуудын тоог нэмэгдүүлэх шаардлагатай.
Энэ төрлийн генераторын хувьд энэ нь молекулын цацрагаас бага энергийн түвшний молекулуудыг квадруполь конденсатор гэж нэрлэгддэг конденсатороор ялгах замаар хийгддэг.
Дөрвөн талт конденсатор нь тусгай профилын дөрвөн металл урт саваагаар үүсгэгддэг (Зураг 3a), нэгээр дамжуулан өндөр хүчдэлийн шулуутгагчтай хос хосоороо холбогдсон, ижил потенциалтай боловч тэмдэг нь ээлжлэн байдаг. Генераторын уртааш тэнхлэгт үүссэн ийм конденсаторын цахилгаан орон нь системийн тэгш хэмийн улмаас тэгтэй тэнцүү бөгөөд зэргэлдээ саваа хоорондын зайд хамгийн их утгад хүрдэг (Зураг 3б).

Зураг 3. Квадруполь конденсаторын хэлхээ

Молекулуудыг ангилах үйл явц дараах байдлаар явагдана. Цахилгаан орон дахь молекулууд нь цахилгаан орны хүч энергийг нэмэгдүүлснээр дотоод энергийг өөрчилдөг нь тогтоогдсон дээд түвшиннэмэгдэж, бага нь буурдаг (Зураг 4).

Зураг 4. Эрчим хүчний түвшний цахилгаан орны хүчнээс хамаарах байдал:

эрчим хүчний дээд түвшин
бага эрчим хүчний түвшин

Энэ үзэгдлийг Старк эффект гэж нэрлэдэг. Старкийн эффектийн улмаас аммиакийн молекулууд нь квадруполь конденсаторын талбарт хөдөлж, эрчим хүчээ багасгахыг хичээж, өөрөөр хэлбэл илүү тогтвортой байдлыг олж авдаг: дээд энергийн молекулууд.түвшин нь хүчтэй цахилгаан талбайн бүс нутгийг орхих хандлагатай байдаг, өөрөөр хэлбэл орон нь тэг байх конденсаторын тэнхлэг рүү шилжиж, доод түвшний молекулууд эсрэгээрээ хүчтэй талбайн бүс рүү шилждэг. өөрөөр хэлбэл, тэдгээр нь конденсаторын тэнхлэгээс холдож, сүүлчийн хавтангуудад ойртдог. Үүний үр дүнд молекулын цацраг нь энергийн доод түвшний молекулуудаас ихээхэн чөлөөлөгдсөн төдийгүй нэлээд сайн төвлөрдөг.
Ангилах төхөөрөмжөөр дамжсаны дараа молекулын цацраг нь генераторт ашигладаг энергийн шилжилтийн давтамжийг тохируулсан резонатор руу ордог. е n= 23,870 МГц .
Хөндий резонаторын өндөр давтамжийн талбар нь энергийн дээд түвшнээс доод түвшинд шилжихтэй холбоотой молекулуудын өдөөгдсөн ялгаралтыг үүсгэдэг. Хэрэв молекулуудаас ялгарах энерги нь резонаторт зарцуулж, гадаад ачаалалд шилжсэн энергитэй тэнцүү бол системд хөдөлгөөнгүй төлөв бий болно. хэлбэлзлийн процессмөн авч үзсэн төхөөрөмжийг давтамжийн тогтвортой хэлбэлзлийн генератор болгон ашиглаж болно.

Генератор дахь хэлбэлзлийг бий болгох үйл явц дараах байдлаар явагдана.
Энергийн дээд түвшинд давамгайлж буй резонатор руу орж буй молекулууд аяндаа (аяндаа) доод түвшинд шилжиж, цахилгаан соронзон энергийн энергийн квантуудыг ялгаруулж, резонаторыг өдөөдөг. Эхний үед молекулуудын энергийн шилжилт санамсаргүй явагддаг тул резонаторын энэхүү өдөөлт нь маш сул байдаг. Цацрагийн молекулуудад үйлчилдэг резонаторын цахилгаан соронзон орон нь өдөөгдсөн шилжилтийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эргээд резонаторын талбайг нэмэгдүүлдэг. Ийнхүү аажмаар нэмэгдэж, резонаторын талбар нь молекулын цацрагт улам бүр нөлөөлж, өдөөгдсөн шилжилтийн үед ялгарах энерги нь резонаторын талбайг бэхжүүлнэ. Хэлбэлзлийн эрчмийг нэмэгдүүлэх үйл явц нь ханалт үүсэх хүртэл үргэлжлэх бөгөөд энэ үед резонаторын талбар маш том байх тул молекулууд резонатороор дамжин өнгөрөх үед энэ нь зөвхөн дээд түвшнээс доод түвшинд шилжих шилжилтийг үүсгэдэг. цахилгаан соронзон энергийг шингээхтэй холбоотой хэсэгчлэн урвуу шилжилтүүд. Энэ тохиолдолд аммиакийн молекулуудаас ялгарах хүч нэмэгдэхээ больсон тул чичиргээний далайцыг цаашид нэмэгдүүлэх боломжгүй болно. Суурин үеийн горимыг бий болгосон.
Тиймээс энэ нь резонаторын энгийн өдөөлт биш, харин резонаторын өндөр давтамжийн талбараар дамждаг санал хүсэлтийг багтаасан өөрөө хэлбэлзэх систем юм. Резонатороор дамжин өнгөрөх молекулуудын цацраг нь өндөр давтамжийн талбарыг өдөөдөг бөгөөд энэ нь молекулуудын өдөөгдсөн ялгаралт, энэ цацрагийн үе шат, уялдаа холбоог тодорхойлдог.
Өөрийгөө өдөөх нөхцөл хангаагүй тохиолдолд (жишээлбэл, резонатороор дамжин өнгөрөх молекулын урсгалын нягтрал хангалтгүй) энэ төхөөрөмжийг дотоод дуу чимээний түвшин маш бага өсгөгч болгон ашиглаж болно. Ийм төхөөрөмжийн олзыг молекулын урсгалын нягтыг өөрчлөх замаар тохируулж болно.
Молекулын генераторын хөндийн резонатор нь хэдэн арван мянгаар хэмжигддэг маш өндөр чанарын хүчин зүйлтэй байдаг. Ийм өндөр чанарын хүчин зүйлийг олж авахын тулд резонаторын ханыг сайтар боловсруулж, мөнгөөр ​​бүрсэн байна. Маш жижиг диаметртэй молекулуудын орох, гарах нүх нь нэгэн зэрэг өндөр давтамжийн шүүлтүүр болдог. Эдгээр нь богино долгионы хөтлүүр бөгөөд эгзэгтэй долгионы урт нь резонаторын байгалийн долгионы уртаас бага байдаг тул резонаторын өндөр давтамжийн энерги тэдгээрээр дамжин бараг гардаггүй.
Резонаторыг шилжилтийн давтамж руу нарийн тааруулахын тулд сүүлийнх нь зарим төрлийн тааруулах элементийг ашигладаг. Хамгийн энгийн тохиолдолд энэ нь шураг бөгөөд резонатор руу дүрэх нь сүүлчийн давтамжийг бага зэрэг өөрчилдөг.
Ирээдүйд резонаторын тааруулах давтамж өөрчлөгдөхөд молекулын осцилляторын давтамж бага зэрэг "саатсан" болохыг харуулах болно. Үнэн бол давтамжийн саатал нь бага бөгөөд 10-11 гэсэн дарааллаар үнэлэгддэг боловч тэдгээрийг үл тоомсорлож болохгүй. өндөр шаардлагамолекул генераторуудад тавигдах шаардлага. Ийм учраас олон тооны молекул генераторуудад зөвхөн диафрагм ба ангилах системийг шингэн азотоор (эсвэл шингэн агаар) хөргөж, резонаторыг термостатад байрлуулж, температурыг автомат төхөөрөмжөөр тогтмол байлгадаг. градусын бутархайн нарийвчлал. Зураг 5-д энэ төрлийн генераторын төхөөрөмжийг бүдүүвчээр үзүүлэв.
Аммиак ашигладаг молекул генераторын хүч ихэвчлэн 10 -7-аас хэтрэхгүй байна В,
Тиймээс практикт тэдгээрийг ихэвчлэн өндөр тогтвортой давтамжийн стандарт болгон ашигладаг. Ийм генераторын давтамжийн тогтвортой байдлыг утгаараа үнэлдэг
10 -8 - 10 -10. Нэг секундын дотор генератор 10-13 давтамжийн тогтвортой байдлыг хангадаг.
Генераторын дизайны чухал сул талуудын нэг нь молекулын урсгалыг тасралтгүй шахах, засвар үйлчилгээ хийх хэрэгцээ юм.

Зураг 5. Молекул генераторын загвар
резонаторын температурыг автоматаар тогтворжуулах:
1- аммиакийн эх үүсвэр; 2 - хялгасан судасны систем; 3- шингэн азот; 4 - резонатор; 5 – усны температурын хяналтын систем; 6 - дөрвөлжин конденсатор.

3.2 Гадаад шахуургатай квант генератор

Харгалзан үзэж буй квант генераторын төрөлд идэвхтэй бодисыг ашиглаж болно хатуу бодис, мөн гадны өндөр давтамжийн талбараар өдөөгдсөн атом эсвэл молекулуудын энергийн өдөөгдсөн шилжилтийн чадварыг тодорхой илэрхийлсэн хий. Оптик мужид гэрлийн цацрагийн янз бүрийн эх үүсвэрийг идэвхтэй бодисыг өдөөх (шахах) ашигладаг.
Оптик хүрээний генераторууд нь төрөл бүрийн эерэг чанарууд, мөн янз бүрийн радио холбооны систем, навигаци гэх мэт өргөн хэрэглээг олсон.
Сантиметр ба миллиметр долгионы квант генераторын нэгэн адил лазер нь ихэвчлэн гурван түвшний систем, өөрөөр хэлбэл гурван энергийн түвшний шилжилтийн идэвхтэй бодисыг ашигладаг.
Гэсэн хэдий ч оптик хүрээний генератор ба өсгөгчийн идэвхтэй бодисыг сонгохдоо нэг онцлог шинж чанарыг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
Харилцаанаас В 2 -В 1 =ц?Үүнээс үзэхэд үйл ажиллагааны давтамж нэмэгдэхийн хэрээр? осциллятор ба өсгөгчийн хувьд эрчим хүчний түвшний илүү их ялгааг ашиглах шаардлагатай. Ойролцоогоор 2 10 7 -9 10 8 давтамжийн мужид тохирох оптик хүрээний генераторын хувьд МГц(долгионы урт 15-0.33 мк),эрчим хүчний түвшний зөрүү В 2 -В 1 см-ийн хүрээний генераторуудаас 2-4 дахин их байх ёстой.
Хатуу болон хий хоёуланг нь оптик хүрээний генераторуудад идэвхтэй бодис болгон ашигладаг.
Хиймэл бадмаараг нь хатуу идэвхтэй бодис болгон өргөн хэрэглэгддэг - корунд талстууд (A1 2 O 3) хромын ион (Cr) хольцтой. Бадмаарагаас гадна неодим (Nd), кальцийн вольдболдын талстууд (CaWO 4), неодимийн ионуудын хольцтой, кальцийн фторын талстууд (CaF 2) диспрозиум (Dy) эсвэл ураны ионуудын хольцтой талстууд. мөн өргөн хэрэглэгддэг.
Хийн лазер нь ихэвчлэн хоёр ба түүнээс дээш хийн хольцыг ашигладаг.

3.2.1 Хатуу идэвхтэй бодис бүхий генератор

Оптик хүрээний генераторын хамгийн өргөн тархсан төрөл бол идэвхтэй бодис болгон хромын хольцтой бадмаараг (0.05%) ашигладаг генераторууд юм. 6-р зурагт бадмаараг дахь хромын ионуудын энергийн түвшний зохицуулалтын хялбаршуулсан диаграммыг үзүүлэв. Шахах (өдөөх) шаардлагатай шингээлтийн зурвас нь спектрийн ногоон, цэнхэр хэсгүүдтэй тохирч байна (долгионы урт 5600 ба 4100А). Ихэвчлэн шахуургыг хий ялгаруулах ксенон чийдэнг ашиглан хийдэг бөгөөд цацрагийн спектр нь нарны цацрагтай ойролцоо байдаг. Ногоон ба цэнхэр гэрлийн фотоныг шингээдэг хромын ионууд I түвшнээс III ба IV түвшинд шилждэг. Эдгээр түвшнээс өдөөгдсөн ионуудын зарим нь үндсэн төлөв рүү (I түвшинд) буцаж ирдэг бөгөөд тэдгээрийн ихэнх нь метастабил P түвшинд энерги ялгаруулахгүйгээр өнгөрч, сүүлийн үеийн популяци нэмэгддэг. II түвшинд хүрсэн хромын ионууд энэ өдөөлттэй байдалд удаан хугацаагаар үлддэг. Тиймээс хоёрдугаар түвшинд
хуримтлагдаж болно илүүидэвхтэй тоосонцор I түвшнийхээс. II түвшний популяци I түвшний хүн амаас давсан үед бодис нь II-I шилжилтийн давтамжаар цахилгаан соронзон хэлбэлзлийг нэмэгдүүлэх чадвартай. Хэрэв бодисыг резонаторт байрлуулсан бол харагдах спектрийн улаан хэсэгт уялдаатай, монохромат чичиргээ үүсгэх боломжтой болно. (? = 6943 А ). Оптик муж дахь резонаторын үүргийг бие биентэйгээ параллель цацруулагч гадаргуу гүйцэтгэдэг.

Зураг 6. бадмаараг дахь хромын ионуудын энергийн түвшин

оптик шахуургын дор шингээх зурвасууд
цацрагийн бус шилжилт
метастабил түвшин

Зураг 7. бадмаараг лазерын ажиллагааг тайлбарласан осциллограммууд:
a) шахах эх үүсвэрийн хүч
б) II түвшний хүн ам
в) генераторын гаралтын чадал

Бадмаарагаас гадна бусад бодисыг оптик хүрээний генераторуудад ашигладаг, жишээлбэл, кальцийн вольдболд талст, неодим идэвхжүүлсэн шил.
Кальцийн гянт болор дахь неодимийн ионуудын энергийн түвшний хялбаршуулсан бүтцийг Зураг 8-д үзүүлэв.
Ус шахах чийдэнгийн гэрлийн нөлөөн дор I түвшний ионууд III диаграммд заасан өдөөгдсөн төлөвт шилждэг. Дараа нь тэдгээр нь цацраг туяагүйгээр P түвшинд шилжинэ. Долгионы урттай хэт улаан туяаны муж дахь когерент цацраг ?= 1,06 мкионууд II түвшнээс IV түвшинд шилжих үед үүсдэг. Ионууд IV түвшнээс үндсэн төлөв рүү цацраг туяагүйгээр шилждэг. Цацраг туяа үүсдэг гэсэн баримт
ионууд газрын түвшнээс дээш орших IV түвшинд шилжих үед энэ нь мэдэгдэхүйц юм
генераторын өдөөлтийг хөнгөвчлөх. IV түвшний хүн ам P түвшнээс хамаагүй бага байна [энэ нь томьёо 1-ээс харагдаж байна] тул өдөөх босго II түвшинд хүрэхийн тулд цөөн тооны ионыг шилжүүлэх шаардлагатай тул шахах энерги бага зарцуулагдах ёстой.

Зураг 8. Кальцийн гянт болд дахь неодимийн ионы түвшний хялбаршуулсан бүтэц (CaWO) 4 )

Неодим агуулсан шилэнд мөн ижил төстэй энергийн түвшний диаграмм байдаг. Идэвхжүүлсэн шил ашигладаг лазерууд ижил долгионы урттай = 1.06 микрон ялгаруулдаг.
Идэвхтэй хатуу бодисууд нь урт дугуй (бага тэгш өнцөгт) саваа хэлбэрээр хийгдсэн бөгөөд тэдгээрийн төгсгөлийг сайтар өнгөлж, тусгай диэлектрик олон давхаргат хальс хэлбэрээр цацруулагч бүрээсийг хэрэглэнэ. Хавтгай-параллель төгсгөлийн хана нь ялгарсан хэлбэлзлийг олон удаа тусгах горимыг бий болгодог резонатор үүсгэдэг (байнгын долгионы горимд ойрхон), энэ нь өдөөгдсөн цацрагийг сайжруулж, уялдаа холбоог хангадаг. Резонаторыг гадна тольны тусламжтайгаар үүсгэж болно.
Олон давхаргат диэлектрик толь нь дотоод шингээлт багатай бөгөөд резонаторын хамгийн өндөр чанарын хүчин зүйлийг олж авах боломжтой болгодог. Үүссэн металл тольтой харьцуулахад нимгэн давхаргамөнгө эсвэл бусад металл, олон давхаргат диэлектрик толь нь үйлдвэрлэхэд илүү хэцүү боловч бат бөх чанараараа илүү өндөр байдаг. Металл толь нь хэд хэдэн удаа анивчсаны дараа бүтэлгүйтдэг тул орчин үеийн загваруудТэд лазер ашигладаггүй.
Эхний лазер загварууд нь спираль хэлбэртэй импульсийн ксенон чийдэнг шахах эх үүсвэр болгон ашигласан. Дэнлүүний дотор идэвхтэй бодисын саваа байв.
Энэхүү генераторын дизайны ноцтой сул тал бол шахуургын эх үүсвэрийн гэрлийн энергийг бага ашиглах явдал юм. Энэ дутагдлыг арилгахын тулд генераторууд тусгай линз эсвэл цацруулагч ашиглан шахуургын эх үүсвэрийн гэрлийн энергийг төвлөрүүлдэг. Хоёр дахь арга нь илүү энгийн. Цацруулагчийг ихэвчлэн эллипс цилиндр хэлбэрээр хийдэг.
Зураг 9-д бадмаараг осцилляторын хэлхээг харуулав. Импульсийн горимд ажилладаг арын гэрэлтүүлэг нь зууван тусгал дотор байрладаг бөгөөд чийдэнгийн гэрлийг бадмаараг бариул дээр төвлөрүүлдэг. Дэнлүү нь өндөр хүчдэлийн шулуутгагчаар тэжээгддэг. Импульсийн хоорондох интервалд өндөр хүчдэлийн эх үүсвэрийн энерги 400 орчим багтаамжтай конденсаторт хуримтлагддаг. mkf. 15 хүчдэлтэй асаах импульс өгөх үед кВ, өсгөх трансформаторын хоёрдогч ороомогоос салгахад чийдэн асч, өндөр хүчдэлийн Шулуутгагч конденсаторт хуримтлагдсан энерги дуусах хүртэл шатаж байна.
Ус шахах хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд бадмаараг бариулын эргэн тойронд хэд хэдэн ксенон чийдэн суурилуулж болох бөгөөд гэрэл нь тусгал ашиглан бадмаараг бариул дээр төвлөрдөг.
Зурагт үзүүлсэн хүний ​​хувьд. 23.10 Генераторын шахах эрчим хүчний босго, өөрөөр хэлбэл үүсэж эхлэх энерги нь 150 орчим байна. Ж. Диаграммд заасан хадгалах багтаамжтай ХАМТ = 400 mkf ийм эрчим хүчийг 900 орчим хүчдэлийн эх үүсвэрээр хангадаг IN.

Зураг 9. Ус шахах чийдэнгийн гэрлийг төвлөрүүлэхэд зориулагдсан эллипс тусгал бүхий бадмаараг осциллятор:

тусгал
гал асаах спираль
ксенон чийдэн
бадмаараг

Ус шахах эх үүсвэрийн спектр нь болорын ашигтай шингээлтийн зурвасаас хамаагүй өргөн байдаг тул шахуургын эх үүсвэрийн энерги маш муу ашиглагддаг тул хангалттай хэмжээгээр хангахын тулд эх үүсвэрийн хүчийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх шаардлагатай байна. шингээлтийн нарийн зурваст үйлдвэрлэх хүчийг шахах. Мэдээжийн хэрэг, энэ нь болорын температурыг хүчтэй нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Хэт халалтаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд та идэвхтэй бодисын шингээх зурвасын зурвасын өргөнтэй ойролцоо шүүлтүүрийг ашиглах эсвэл болорыг албадан хөргөх системийг, жишээлбэл, шингэн азотыг ашиглаж болно.
Насосны эрчим хүчийг үр ашиггүй ашиглах нь лазерын үр ашиг харьцангуй бага байх гол шалтгаан юм. Импульсийн горимд бадмаараг дээр суурилсан генераторууд нь 1%, шилэн дээр суурилсан генераторууд 3-5% хүртэл үр ашгийг авах боломжтой болгодог.
Ruby лазер нь үндсэндээ импульсийн горимд ажилладаг. Тасралтгүй горимд шилжих нь бадмаараг болор болон шахах эх үүсвэрийн хэт халалт, мөн толин тусгалын шаталтаар хязгаарлагддаг.
Одоогоор хагас дамжуулагч материалыг ашиглан лазерын судалгаа хийгдэж байна. Тэд галлиум арсенидээр хийсэн хагас дамжуулагч диодыг идэвхтэй элемент болгон ашигладаг бөгөөд өдөөх (шахах) нь гэрлийн эрчим хүчээр биш, харин диодоор дамжин өнгөрөх өндөр нягтралтай гүйдлээр явагддаг.
Лазер идэвхтэй элементийн загвар нь маш энгийн (10-р зургийг үз) Энэ нь хагас дамжуулагч материалын хоёр хагасаас бүрдэнэ. p- Тэгээд n-төрөл. n төрлийн материалын доод тал нь p төрлийн материалын дээд хагасаас хавтгайгаар тусгаарлагддаг. р-н шилжилт. Хавтан бүр нь диодыг шууд гүйдлийн эх үүсвэр болох шахуургын эх үүсвэрт холбох контактаар тоноглогдсон байдаг. Диодын төгсгөлийн нүүрнүүд нь хатуу зэрэгцээ, болгоомжтой өнгөлсөн бөгөөд 8400 А долгионы урттай харгалзах үүсгэсэн хэлбэлзлийн давтамжийг тохируулсан резонатор үүсгэдэг. Диодын хэмжээ нь 0.1 байна. x 0.1 x 1,25 мм. Диодыг криостатад байрлуулна шингэн азотэсвэл гелий ба түүгээр шахуургын гүйдэл дамждаг бөгөөд нягт нь р-н шилжилтийн утга нь 10 4 -10 6 а/см 2 хүрдэг Энэ тохиолдолд долгионы урттай хэт улаан туяаны хүрээний когерент хэлбэлзэл ? = 8400А.

Зураг 10. Хагас дамжуулагч диод лазерын идэвхтэй элементийн бүтэц.

өнгөлсөн ирмэгүүд
холбоо барих
pn уулзвар хавтгай
холбоо барих

3.2.2 Хийн идэвхтэй бодис бүхий генераторууд

Оптик квант генераторуудад идэвхтэй бодис нь ихэвчлэн хоёр хийн холимог байдаг. Хамгийн түгээмэл нь гелий (He) ба неон (Ne) хольцыг ашигладаг хийн лазер юм.
Гели ба неоны энергийн түвшний байршлыг 11-р зурагт үзүүлэв. Хийн лазерын квантын шилжилтийн дараалал дараах байдалтай байна. Өндөр давтамжийн генераторын цахилгаан соронзон хэлбэлзлийн нөлөөн дор хийн хольц, кварцын шилэн хоолойд битүүмжилсэн үед цахилгаан гүйдэл үүсч, гелийн атомууд I төлөвөөс II (2 3 S) ба III (2 1 S) төлөвт шилжихэд хүргэдэг. Өдөөгдсөн гелийн атомууд неон атомуудтай мөргөлдөхөд тэдгээрийн хооронд энергийн солилцоо явагддаг бөгөөд үүний үр дүнд өдөөгдсөн гелийн атомууд энергийг неон атом руу шилжүүлж, неон 2S ба 3S түвшний популяци ихээхэн нэмэгддэг.
гэх мэт.............