ბალტიის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი
„ვოენმეხ“ მათ. D.F. Ustinova
დეპარტამენტი I4
"რადიოელექტრონული მართვის სისტემები"

მოწყობილობები სიგნალების მიღებისა და კონვერტაციისთვის
კურსი თემაზე
« კვანტური გენერატორები »

დასრულებული:
პერედელსკი ოლეგი
ჯგუფი I471
შემოწმებულია:
ტარასოვი A.I.

პეტერბურგი
2010

1. შესავალი
ამ ნაშრომში განხილულია კვანტური გენერატორების მუშაობის პრინციპები, გენერატორების სქემები, მათი დიზაინის მახასიათებლები, გენერატორების სიხშირის სტაბილურობა და მოდულაციის პრინციპები კვანტურ გენერატორებში.
1.1 ზოგადი ინფორმაცია
კვანტური გენერატორების მუშაობის პრინციპი ემყარება მაღალი სიხშირის ველის ურთიერთქმედებას ნივთიერების ატომებთან ან მოლეკულებთან. ისინი შესაძლებელს ხდიან გაცილებით მაღალი სიხშირის და მაღალი სტაბილურობის რხევების გენერირებას.
კვანტურ გენერატორებზე დაყრდნობით შესაძლებელია შეიქმნას სიხშირის სტანდარტები, რომლებიც სიზუსტით აღემატება ყველა არსებულ სტანდარტს. სიხშირის გრძელვადიანი სტაბილურობა, ე.ი. სტაბილურობა ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში შეფასებულია 10 -9 - 10 -10, ხოლო მოკლევადიანი სტაბილურობა (წუთები) შეიძლება მიაღწიოს 10 -11-ს.

ამჟამად შიდროის კვანტური გენერატორები ფართოდ გამოიყენება, როგორც სიხშირის სტანდარტები დროის მომსახურების სისტემებში. კვანტურ გამაძლიერებლებს, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა რადიოინჟინერიის სისტემების მიმღებებში, შეუძლიათ მნიშვნელოვნად გაზარდონ აღჭურვილობის მგრძნობელობა და შეამცირონ შიდა ხმაურის დონე.
კვანტური გენერატორების ერთ-ერთი მახასიათებელი, რომელიც განაპირობებს მათ სწრაფ გაუმჯობესებას, არის მათი ეფექტური მუშაობის უნარი ძალიან მაღალ სიხშირეებზე, მათ შორის ოპტიკური დიაპაზონის ჩათვლით, ანუ პრაქტიკულად 10 9 რიგის სიხშირემდე. მჰც
ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორები საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ მაღალი რადიაციის მიმართულება, მაღალი ენერგიის სიმკვრივე სინათლის სხივში (10 12 -10 13 რიგის ვ/მ 2 ) და უზარმაზარი სიხშირის დიაპაზონი, რაც საშუალებას იძლევა დიდი რაოდენობით ინფორმაციის გადაცემა.
ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორების გამოყენება კომუნიკაციის, ადგილმდებარეობისა და სანავიგაციო სისტემებში ხსნის ახალ პერსპექტივებს კომუნიკაციების დიაპაზონის და საიმედოობის მნიშვნელოვანი ზრდისთვის, რადარის სისტემების დიაპაზონში და კუთხით გარჩევადობას, ასევე მაღალი სიზუსტის ნავიგაციის შექმნის პერსპექტივებს. სისტემები.
ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორები გამოიყენება სამეცნიერო კვლევებში
კვლევა და მრეწველობა. ენერგიის უკიდურესად მაღალი კონცენტრაცია ვიწრო სხივში შესაძლებელს ხდის, მაგალითად, ძალიან მცირე დიამეტრის ხვრელების დაწვა ზემყარ შენადნობებსა და მინერალებში, მათ შორის უმძიმესი მინერალის, ალმასის ჩათვლით.
კვანტური გენერატორები ჩვეულებრივ განასხვავებენ:

აქტიური ნივთიერების (მყარი ან აირისებრი) ბუნებით, კვანტური ფენომენები, რომლებშიც განაპირობებს მოწყობილობების მუშაობას.
ოპერაციული სიხშირის დიაპაზონის მიხედვით (სანტიმეტრი და მილიმეტრიანი დიაპაზონი, ოპტიკური დიაპაზონი - სპექტრის ინფრაწითელი და ხილული ნაწილები)
აქტიური ნივთიერების აგზნების ან ენერგიის დონის მიხედვით მოლეკულების გამოყოფის მეთოდით.

სამუშაო სიხშირის დიაპაზონის მიხედვით, კვანტური გენერატორები იყოფა მასერებიდა ლაზერები. სახელი მასერიარის ფრაზის შემოკლება „მიკროტალღური გაძლიერება რადიაციული MASER-ის სტიმულირებული გამოსხივებით“. სახელი ლაზერული- ფრაზის შემოკლება "სინათლის გაძლიერება რადიაციული ლაზერის სტიმულირებული გამოსხივებით"

1.2 შექმნის ისტორია
მასერის შექმნის ისტორია უნდა დაიწყოს 1917 წელს, როდესაც ალბერტ აინშტაინმა პირველად შემოიტანა სტიმულირებული ემისიის კონცეფცია. ეს იყო პირველი ნაბიჯი ლაზერისკენ. შემდეგი ნაბიჯი გადადგა საბჭოთა ფიზიკოსმა ვ.ა. ფაბრიკანტი, რომელმაც 1939 წელს მიუთითა სტიმულირებული ემისიის გამოყენების შესაძლებლობაზე ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გასაძლიერებლად, როდესაც ის გადის მატერიაში. აზრი გამოთქმული V.A. ფაბრიკანტმა ივარაუდა მიკროსისტემების გამოყენება ინვერსიული დონის პოპულაციებით. მოგვიანებით, დიდი სამამულო ომის დასრულების შემდეგ, ვ.ა. ფაბრიკანტი დაუბრუნდა ამ იდეას და, მისი კვლევის საფუძველზე, 1951 წელს (M.M. Vudynsky-თან და F.A. Butaeva-თან ერთად) შეიტანა განაცხადი გამოსხივების გამაძლიერებელი მეთოდის გამოგონებისთვის სტიმულირებული ემისიის გამოყენებით. ამ განაცხადზე გაიცა სერთიფიკატი, რომელშიც სათაურით „გამოგონების საგანი“ წერია: „ელექტრომაგნიტური გამოსხივების (ულტრაიისფერი, ხილული, ინფრაწითელი და რადიოტალღების სიგრძის) გამაძლიერებელი მეთოდი, რომელიც ხასიათდება იმით, რომ გაძლიერებული გამოსხივება არის გადის გარემოში, რომელშიც დამხმარე გამოსხივების გამოყენებით ან სხვა გზით, ისინი ქმნიან ატომების, სხვა ნაწილაკების ან მათი სისტემების ჭარბ კონცენტრაციას ზედა ენერგეტიკულ დონეზე, რომელიც შეესაბამება აღგზნებულ მდგომარეობას წონასწორობასთან შედარებით.
თავდაპირველად, რადიაციის გაძლიერების ეს მეთოდი დანერგილი აღმოჩნდა რადიო დიაპაზონში, უფრო ზუსტად კი ულტრამაღალი სიხშირის დიაპაზონში (UHF დიაპაზონი). 1952 წლის მაისში რადიო სპექტროსკოპიის საკავშირო კონფერენციაზე საბჭოთა ფიზიკოსები (ამჟამად აკადემიკოსები) ნ.გ. ბასოვი და ა.მ. პროხოროვმა გააკეთა მოხსენება მიკროტალღურ დიაპაზონში რადიაციის გამაძლიერებლის შექმნის ფუნდამენტური შესაძლებლობის შესახებ. მათ მას "მოლეკულური გენერატორი" უწოდეს (იგულისხმებოდა ამიაკის მოლეკულების სხივი). თითქმის ერთდროულად, წინადადება სტიმულირებული ემისიის გამოყენების შესახებ მილიმეტრიანი ტალღების გასაძლიერებლად და გენერირებისთვის გაკეთდა აშშ-ში, კოლუმბიის უნივერსიტეტში, ამერიკელმა ფიზიკოსმა C. Townes-მა. 1954 წელს მოლეკულური გენერატორი, რომელსაც მალე მასერი ეწოდა, რეალობად იქცა. იგი შეიქმნა და შეიქმნა დამოუკიდებლად და ერთდროულად დედამიწის ორ წერტილში - P.N. სსრკ ლებედევის მეცნიერებათა აკადემია (ჯგუფი ნ.გ. ბასოვისა და ა.მ. პროხოროვის ხელმძღვანელობით) და აშშ-ში კოლუმბიის უნივერსიტეტში (ჯგუფი ს.ტაუნსის ხელმძღვანელობით). შემდგომში, ტერმინი „ლაზერი“ წარმოიშვა ტერმინიდან „მაზერი“ ასო „M“ (სიტყვის საწყისი ასო მიკროტალღური - მიკროტალღური) ასო „L“-ით (სიტყვის საწყისი ასო Light -) ჩანაცვლების შედეგად. მსუბუქი). როგორც მასერის, ასევე ლაზერის მოქმედება ეფუძნება იმავე პრინციპს - პრინციპი, რომელიც ჩამოყალიბდა 1951 წელს V.A. ფაბრიკანტი. მასერის გამოჩენა ნიშნავდა, რომ მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში ახალი მიმართულება დაიბადა. თავდაპირველად მას კვანტურ რადიოფიზიკას ეძახდნენ, მოგვიანებით კი კვანტურ ელექტრონიკას.

2. კვანტური გენერატორების მუშაობის პრინციპები.

კვანტურ გენერატორებში, გარკვეულ პირობებში, ხდება ატომების ან მოლეკულების შიდა ენერგიის პირდაპირი გარდაქმნა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგიად. ენერგიის ეს ტრანსფორმაცია ხდება კვანტური გადასვლების - ენერგეტიკული გადასვლების შედეგად, რასაც თან ახლავს ენერგიის კვანტების (ნაწილების) გამოყოფა.
ნივთიერების მოლეკულებს (ან ატომებს) შორის გარეგანი გავლენის არარსებობის შემთხვევაში ხდება ენერგიის გაცვლა. ზოგიერთი მოლეკულა ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ვიბრაციას, გადადის უფრო მაღალი ენერგეტიკული დონიდან ქვედაზე, ზოგი კი შთანთქავს მათ, რაც საპირისპირო გადასვლას ახდენს. ზოგადად, სტაციონარულ პირობებში, სისტემა, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით მოლეკულებისგან, იმყოფება დინამიურ წონასწორობაში, ე.ი. ენერგიის უწყვეტი გაცვლის შედეგად გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა უდრის შთანთქმულ რაოდენობას.
ენერგიის დონეების პოპულაცია, ე.ი. სხვადასხვა დონეზე ატომების ან მოლეკულების რაოდენობა განისაზღვრება ნივთიერების ტემპერატურით. N 1 და N 2 დონეების მოსახლეობა W 1 და W 2 ენერგიით განისაზღვრება ბოლცმანის განაწილებით:

(1)

სადაც კარის ბოლცმანის მუდმივი;
თარის ნივთიერების აბსოლუტური ტემპერატურა.

თერმული წონასწორობის მდგომარეობაში კვანტურ სისტემებს უფრო მცირე რაოდენობის მოლეკულები აქვთ უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე და, შესაბამისად, ისინი არ ასხივებენ, არამედ შთანთქავენ ენერგიას მხოლოდ გარეგანი დასხივებისას. მოლეკულები (ან ატომები) შემდეგ გადადიან ენერგიის მაღალ დონეზე.
მოლეკულურ გენერატორებსა და გამაძლიერებლებში, რომლებიც იყენებენ ენერგიის დონეებს შორის გადასვლებს, აშკარად აუცილებელია ხელოვნური პირობების შექმნა, რომლებშიც უფრო მაღალი ენერგიის დონის პოპულაცია იქნება უფრო მაღალი. ამ შემთხვევაში, გარკვეული სიხშირის გარე მაღალი სიხშირის ველის გავლენის ქვეშ, კვანტური გადასვლის სიხშირესთან ახლოს, შეიძლება შეინიშნოს ინტენსიური გამოსხივება, რომელიც დაკავშირებულია ენერგიის მაღალიდან დაბალ დონეზე გადასვლასთან. გარე ველით გამოწვეულ ასეთ გამოსხივებას ინდუცირებული ეწოდება.
ფუნდამენტური სიხშირის გარე მაღალი სიხშირის ველი, რომელიც შეესაბამება კვანტური გადასვლის სიხშირეს (ამ სიხშირეს ეწოდება რეზონანსული), არა მხოლოდ იწვევს ძლიერ გამოწვეულ გამოსხივებას, არამედ აფაზებს ცალკეული მოლეკულების გამოსხივებას, რაც უზრუნველყოფს რხევების დამატებას და ამპლიფიკაციის ეფექტის გამოვლინებას.
კვანტური გადასვლის მდგომარეობას, როდესაც ზედა დონის მოსახლეობა აღემატება გარდამავალი ქვედა დონის პოპულაციას, ეწოდება ინვერსიული.
არსებობს რამდენიმე გზა ენერგიის ზედა დონის მაღალი პოპულაციის მისაღებად (პოპულაციის ინვერსია).
აირისებრ ნივთიერებებში, მაგალითად, ამიაკში, შესაძლებელია მოლეკულების გამოყოფა (დახარისხება) სხვადასხვა ენერგეტიკული მდგომარეობის მიხედვით გარე მუდმივი ელექტრული ველის გამოყენებით.
მყარ სხეულებში ასეთი გამოყოფა რთულია, ამიტომ გამოიყენება მოლეკულების აგზნების სხვადასხვა მეთოდი, ე.ი. მოლეკულების ენერგიის დონის მიხედვით გადანაწილების მეთოდები გარე მაღალი სიხშირის ველით დასხივებით.

დონეების პოპულაციის ცვლილება (დონეების პოპულაციის ინვერსია) შეიძლება გამოწვეული იყოს იმპულსური დასხივებით საკმარისი ინტენსივობის რეზონანსული სიხშირის მაღალი სიხშირის ველით. პულსის ხანგრძლივობის სწორი შერჩევით (პულსის ხანგრძლივობა უნდა იყოს ბევრად უფრო მოკლე ვიდრე რელაქსაციის დრო, ანუ დინამიური წონასწორობის აღდგენის დრო), დასხივების შემდეგ შესაძლებელია გარე მაღალი სიხშირის სიგნალის გაძლიერება გარკვეული დროის შემდეგ. დასხივება.
აგზნების ყველაზე მოსახერხებელი მეთოდი, რომელიც ამჟამად ფართოდ გამოიყენება გენერატორებში, არის დასხივების მეთოდი გარე მაღალი სიხშირის ველით, რომელიც სიხშირით მნიშვნელოვნად განსხვავდება წარმოქმნილი რხევებისგან, რომლის გავლენითაც ხდება მოლეკულების აუცილებელი გადანაწილება. ენერგიის დონეები.
კვანტური გენერატორების უმეტესობის მუშაობა ეფუძნება სამი ან ოთხი ენერგეტიკული დონის გამოყენებას (თუმცა პრინციპში შესაძლებელია სხვადასხვა დონის გამოყენება). დავუშვათ, რომ თაობა წარმოიქმნება დონიდან გამოწვეული გადასვლის გამო 3 დონემდე 2 (იხ. სურ. 1).
იმისათვის, რომ აქტიური ნივთიერება გაძლიერდეს გარდამავალ სიხშირეზე 3 -> 2, საჭიროა მოსახლეობის დონის გაზრდა 3 მოსახლეობის დონეზე ზემოთ 2. ამ ამოცანას ასრულებს დამხმარე მაღალი სიხშირის ველი სიხშირით ? vsp რომელიც მოლეკულების ნაწილს დონიდან „გადააქვს“. 1 დონემდე 3. პოპულაციის ინვერსია შესაძლებელია კვანტური სისტემის გარკვეული პარამეტრებისთვის და დამხმარე გამოსხივების საკმარისი სიმძლავრით.
ოსცილატორს, რომელიც ქმნის დამხმარე მაღალი სიხშირის ველს ენერგიის უფრო მაღალი დონის პოპულაციის გასაზრდელად, ეწოდება swap ან backlight oscillator. ეს უკანასკნელი ტერმინი ასოცირდება ხილულის რხევების გენერატორებთან და ინფრაწითელი სპექტრები, რომლებშიც სინათლის წყაროები გამოიყენება სატუმბი.
ამრიგად, კვანტური გენერატორის ეფექტური ფუნქციონირებისთვის აუცილებელია აქტიური ნივთიერების შერჩევა, რომელსაც აქვს ენერგიის დონის გარკვეული სისტემა, რომელთა შორის შეიძლება მოხდეს ენერგიის გადასვლა, და ასევე აირჩიოს ყველაზე შესაფერისი მეთოდი მოლეკულების აგზნების ან განცალკევებისთვის. ენერგიის დონის მიხედვით.

ნახაზი 1. ენერგეტიკული გადასვლების სქემა
კვანტურ გენერატორებში

3. კვანტური გენერატორების სქემები
კვანტური გენერატორები და გამაძლიერებლები გამოირჩევიან მათში გამოყენებული აქტიური ნივთიერების ტიპის მიხედვით. დღეისათვის შემუშავებულია ორი ტიპის კვანტური მოწყობილობა, რომლებშიც გამოიყენება აირისებრი და მყარი აქტიური ნივთიერებები.
შეუძლია ინტენსიური ინდუცირებული გამოსხივება.

3.1 მოლეკულური გენერატორები მოლეკულების გამოყოფით ენერგიის დონის მიხედვით.

ჯერ განვიხილოთ კვანტური გენერატორი აირისებრი აქტიური ნივთიერებით, რომელშიც ელ. ველებში, მაღალ და დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე მდებარე მოლეკულების გამოყოფა (დახარისხება) ხორციელდება. ამ ტიპის კვანტურ გენერატორს ჩვეულებრივ უწოდებენ მოლეკულური სხივის გენერატორს.

სურათი 2. მოლეკულური გენერატორის დიაგრამა, რომელიც დაფუძნებულია ამიაკის სხივზე
1 – ამიაკის წყარო; 2- ბადე; 3 - დიაფრაგმა; 4 - რეზონატორი; 5 - დახარისხების მოწყობილობა

პრაქტიკულად დანერგილი მოლეკულური გენერატორები იყენებენ ამიაკის გაზს (ქიმიური ფორმულა NH 3), რომელშიც ძალიან გამოხატულია მოლეკულური გამოსხივება, რომელიც დაკავშირებულია ენერგიის სხვადასხვა დონეებს შორის გადასვლასთან. მიკროტალღური სიხშირის დიაპაზონში ყველაზე ინტენსიური გამოსხივება შეინიშნება სიხშირის შესაბამისი ენერგიის გადასვლის დროს. ვ ნ= 23 870 MHz ( ? ნ=1,26 სმ). გენერატორის გამარტივებული დიაგრამა, რომელიც მუშაობს ამიაკზე აირისებრ მდგომარეობაში, ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში.
მოწყობილობის ძირითადი ელემენტები, რომლებიც გამოსახულია მე-2 სურათზე წერტილოვანი ხაზით, ზოგიერთ შემთხვევაში მოთავსებულია თხევადი აზოტით გაცივებულ სპეციალურ სისტემაში, რომელიც უზრუნველყოფს აქტიური ნივთიერების დაბალ ტემპერატურას და ყველა ელემენტს, რომელიც აუცილებელია დაბალი ხმაურის დონის მისაღებად და გენერატორის სიხშირის მაღალი სტაბილურობა.
ამიაკის მოლეკულები ტოვებენ ავზს ძალიან დაბალ წნევაზე, რომელიც იზომება ვერცხლისწყლის მილიმეტრებში.
გრძივი მიმართულებით თითქმის პარალელურად მოძრავი მოლეკულების სხივის მისაღებად, ამიაკი გადის დიაფრაგმაში დიდი რაოდენობით ვიწრო ღერძულად მიმართული არხებით. ამ არხების დიამეტრი არჩეულია საკმარისად მცირე მოლეკულების საშუალო თავისუფალ გზასთან შედარებით. მოლეკულების სიჩქარის შესამცირებლად და, შესაბამისად, შეჯახების და სპონტანური, ანუ არაინდუცირებული გამოსხივების ალბათობის შესამცირებლად, რომელიც იწვევს რყევის ხმაურს, დიაფრაგმა გაცივებულია თხევადი ჰელიუმით ან აზოტით.
მოლეკულების შეჯახების ალბათობის შესამცირებლად შესაძლებელი იქნებოდა არა ტემპერატურის შემცირების გზაზე წასვლა, არამედ წნევის შემცირების გზაზე, თუმცა, ამ შემთხვევაში, რეზონატორში მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც ერთდროულად ურთიერთქმედებენ მაღალთან. - ამ უკანასკნელის სიხშირის ველი შემცირდება და აღგზნებული მოლეკულების მიერ რეზონატორის მაღალი სიხშირის ველზე გადაცემული ძალა შემცირდება.
გაზის, როგორც მოლეკულური გენერატორის აქტიური ნივთიერების გამოსაყენებლად, საჭიროა გაიზარდოს მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე არიან, მოცემულ ტემპერატურაზე დინამიური წონასწორობით განსაზღვრული მათი რაოდენობის წინააღმდეგ.
განსახილველი ტიპის გენერატორში ეს მიიღწევა მოლეკულური სხივიდან დაბალი ენერგიის მოლეკულების დახარისხებით ეგრეთ წოდებული ოთხპოლუსიანი კონდენსატორის გამოყენებით.
ოთხპოლუსიანი კონდენსატორი წარმოიქმნება სპეციალური პროფილის ოთხი ლითონის გრძივი ღეროებით (სურათი 3a), რომლებიც წყვილებში არიან დაკავშირებული მაღალი ძაბვის გამსწორებლით, რომლებსაც აქვთ იგივე პოტენციალი, მაგრამ მონაცვლეობით. ასეთი კონდენსატორის შედეგად მიღებული ელექტრული ველი გენერატორის გრძივი ღერძზე ნულის ტოლია სისტემის სიმეტრიის გამო და აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას მიმდებარე ღეროებს შორის სივრცეში (სურათი 3b).

სურათი 3. ოთხპოლუსიანი კონდენსატორის დიაგრამა

მოლეკულების დახარისხების პროცესი შემდეგნაირად მიმდინარეობს. დადგენილია, რომ ელექტრულ ველში მოლეკულები ცვლიან თავიანთ შინაგან ენერგიას ელექტრული ველის სიძლიერის მატებით, ზედა დონეების ენერგია იზრდება და ქვედა დონეების ენერგია მცირდება (სურათი 4).

სურათი 4. დონის ენერგიის დამოკიდებულება ელექტრული ველის სიძლიერეზე:

ენერგიის ზედა დონე
ენერგიის დაბალი დონე

ამ ფენომენს სტარკის ეფექტი ეწოდება. სტარკის ეფექტის გამო, ამიაკის მოლეკულები, როდესაც მოძრაობენ ოთხპოლუსიანი კონდენსატორის ველში, რომლებიც ცდილობენ შეამცირონ ენერგია, ანუ მიიღონ უფრო სტაბილური მდგომარეობა, გამოიყოფა: ზედა ენერგიის მოლეკულები.დონეები მიდრეკილია დატოვონ ძლიერი ელექტრული ველის რეგიონი, ანუ ისინი მოძრაობენ კონდენსატორის ღერძისკენ, სადაც ველი არის ნულოვანი, ხოლო ქვედა დონის მოლეკულები, პირიქით, გადადიან ძლიერი ველის რეგიონში. ანუ, დაშორდით კონდენსატორის ღერძს, მიუახლოვდით ამ უკანასკნელის ფირფიტებს. შედეგად, მოლეკულური სხივი არა მხოლოდ დიდწილად თავისუფლდება დაბალი ენერგეტიკული დონის მოლეკულებისგან, არამედ საკმაოდ კარგად არის ფოკუსირებული.
დახარისხების მოწყობილობაში გავლის შემდეგ, მოლეკულური სხივი შედის რეზონატორში, რომელიც მორგებულია გენერატორში გამოყენებული ენერგიის გადასვლის სიხშირეზე. ვ ნ= 23 870 MHz .
ღრუს რეზონატორის მაღალი სიხშირის ველი იწვევს მოლეკულების ინდუცირებულ ემისიას, რომელიც დაკავშირებულია ენერგიის ზედა დონიდან ქვედაზე გადასვლასთან. თუ მოლეკულების მიერ გამოსხივებული ენერგია უდრის რეზონატორში მოხმარებულ ენერგიას და გადადის გარე დატვირთვაზე, მაშინ სისტემაში იქმნება სტაციონარული რხევითი პროცესი და განხილული მოწყობილობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას სიხშირით სტაბილური რხევების გენერატორად.

გენერატორში რხევების დამყარების პროცესი შემდეგნაირად მიმდინარეობს.
რეზონატორში შემავალი მოლეკულები, რომლებიც ძირითადად ენერგეტიკულ ზედა დონეზე არიან, სპონტანურად (სპონტანურად) გადადიან ქვედა დონეზე, ასხივებენ ელექტრომაგნიტური ენერგიის ენერგეტიკულ კვანტებს და აღელვებენ რეზონატორს. თავდაპირველად, რეზონატორის ეს აგზნება ძალიან სუსტია, რადგან მოლეკულების ენერგეტიკული გადასვლა შემთხვევითია. რეზონატორის ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც მოქმედებს სხივის მოლეკულებზე, იწვევს ინდუცირებულ გადასვლებს, რაც თავის მხრივ ზრდის რეზონატორის ველს. ამრიგად, თანდათან იზრდება, რეზონატორის ველი უფრო მეტად იმოქმედებს მოლეკულურ სხივზე და ინდუცირებული გადასვლების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია გაზრდის რეზონატორის ველს. რხევების ინტენსივობის გაზრდის პროცესი გაგრძელდება გაჯერებამდე, რომლის დროსაც რეზონატორის ველი იმდენად ძლიერი იქნება, რომ მოლეკულების რეზონატორში გავლისას გამოიწვევს არა მხოლოდ ინდუცირებულ გადასვლას ზედა დონიდან ქვედაზე, არამედ ნაწილობრივ შებრუნებული გადასვლები, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტური ენერგიის შთანთქმასთან. ამ შემთხვევაში ამიაკის მოლეკულების მიერ გამოთავისუფლებული სიმძლავრე აღარ იზრდება და, შესაბამისად, რხევის ამპლიტუდის შემდგომი ზრდა შეუძლებელი ხდება. დაყენებულია სტაციონარული გენერირების რეჟიმი.
მაშასადამე, ეს არ არის რეზონატორის მარტივი აგზნება, არამედ თვითრხევადი სისტემა, რომელიც მოიცავს უკუკავშირს, რომელიც ხორციელდება რეზონატორის მაღალი სიხშირის ველის მეშვეობით. რეზონატორში გაფრენილი მოლეკულების გამოსხივება აღაგზნებს მაღალი სიხშირის ველს, რაც თავის მხრივ განსაზღვრავს მოლეკულების გამოსხივებას, ამ გამოსხივების ფაზას და თანმიმდევრულობას.
იმ შემთხვევებში, როდესაც არ არის დაცული თვითაგზნების პირობები (მაგალითად, რეზონატორში შემავალი მოლეკულური ნაკადის სიმკვრივე არასაკმარისია), ეს მოწყობილობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც გამაძლიერებელი შიდა ხმაურის ძალიან დაბალი დონით. ასეთი მოწყობილობის მომატება შეიძლება დარეგულირდეს მოლეკულური ნაკადის სიმკვრივის შეცვლით.
მოლეკულური გენერატორის ღრუს რეზონატორს აქვს ძალიან მაღალი ხარისხის ფაქტორი, რომელიც იზომება ათობით ათასით. ასეთი მაღალი ხარისხის ფაქტორის მისაღებად რეზონატორის კედლები საგულდაგულოდ არის დამუშავებული და ვერცხლისფერი. მოლეკულების შესვლისა და გასასვლელის ხვრელები, რომლებსაც აქვთ ძალიან მცირე დიამეტრი, ერთდროულად მოქმედებენ როგორც მაღალი სიხშირის ფილტრები. ისინი მოკლე ტალღების გამტარებია, რომელთა კრიტიკული ტალღის სიგრძე ნაკლებია რეზონატორის შიდა ტალღის სიგრძეზე და, შესაბამისად, რეზონატორის მაღალი სიხშირის ენერგია პრაქტიკულად არ გადის მათში.
რეზონატორის გადასვლის სიხშირეზე დასაზუსტებლად, ამ უკანასკნელში გამოიყენება გარკვეული რეგულირების ელემენტი. უმარტივეს შემთხვევაში, ეს არის ხრახნი, რომლის ჩაძირვა რეზონატორში გარკვეულწილად ცვლის ამ უკანასკნელის სიხშირეს.
მოგვიანებით ნაჩვენები იქნება, რომ მოლეკულური გენერატორის სიხშირე გარკვეულწილად "მკაცრდება", როდესაც იცვლება რეზონატორის დარეგულირების სიხშირე. მართალია, სიხშირის მოზიდვა მცირეა და შეფასებულია 10-11 რიგის მნიშვნელობებში, მაგრამ მათი უგულებელყოფა არ შეიძლება მოლეკულურ გენერატორებზე დაყენებული მაღალი მოთხოვნების გამო. ამ მიზეზით, რიგ მოლეკულურ გენერატორებში მხოლოდ დიაფრაგმა და დახარისხების სისტემა გაცივებულია თხევადი აზოტით (ან თხევადი ჰაერით), ხოლო რეზონატორი მოთავსებულია თერმოსტატში, რომლის ტემპერატურა სტაბილურად ინარჩუნებს ავტომატურ მოწყობილობას. ხარისხის ფრაქციებში. სურათი 5 სქემატურად გვიჩვენებს ამ ტიპის გენერატორის მოწყობილობას.
ამიაკის მოლეკულური გენერატორების სიმძლავრე ჩვეულებრივ არ აღემატება 10 -7 სამ,
ამიტომ, პრაქტიკაში ისინი ძირითადად გამოიყენება, როგორც მაღალი სტაბილური სიხშირის სტანდარტები. ასეთი გენერატორის სიხშირის სტაბილურობა ფასდება მნიშვნელობით
10 -8 - 10 -10. ერთი წამის განმავლობაში, გენერატორი უზრუნველყოფს სიხშირის სტაბილურობას 10 -13 ბრძანებით.
გენერატორის განხილული დიზაინის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ნაკლი არის უწყვეტი ტუმბოს საჭიროება და მოლეკულური ნაკადის შენარჩუნება.

სურათი 5. მოლეკულური გენერატორის მოწყობილობა
რეზონატორის ტემპერატურის ავტომატური სტაბილიზაციით:
1- ამიაკის წყარო; 2 - კაპილარების სისტემა; 3- თხევადი აზოტი; 4 - რეზონატორი; 5 - წყლის ტემპერატურის კონტროლის სისტემა; 6 - ოთხპოლუსიანი კონდენსატორი.

3.2 კვანტური გენერატორები გარე ტუმბოებით

განხილული კვანტური გენერატორების ტიპებში, როგორც მყარი, ასევე აირები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც აქტიური ნივთიერებები, რომლებშიც ნათლად არის გამოხატული ატომების ან მოლეკულების უნარი, რომლებიც აღგზნებულია გარე მაღალი სიხშირის ველით ინდუცირებულ ენერგეტიკულ გადასვლებზე. ოპტიკურ დიაპაზონში, სინათლის გამოსხივების სხვადასხვა წყაროები გამოიყენება აქტიური ნივთიერების აღგზნების (ტუმბოს) მიზნით.
ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორებს აქვთ მრავალი დადებითი თვისება და ფართოდ გამოიყენება რადიოკავშირის სხვადასხვა სისტემებში, ნავიგაციაში და ა.შ.
როგორც სანტიმეტრისა და მილიმეტრის დიაპაზონში კვანტურ გენერატორებში, ლაზერები ჩვეულებრივ იყენებენ სამ დონის სისტემებს, ანუ აქტიურ ნივთიერებებს, რომლებშიც გარდამავალი ხდება ენერგიის სამ დონეს შორის.
თუმცა, უნდა აღინიშნოს ერთი მახასიათებელი, რომელიც მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ოპტიკურ დიაპაზონში ოსცილატორებისა და გამაძლიერებლების აქტიური ნივთიერების არჩევისას.
ურთიერთობიდან ვ 2 -ვ 1 =სთ?აქედან გამომდინარეობს, რომ მუშაობის სიხშირე იზრდება? ოსცილატორებსა და გამაძლიერებლებში უნდა იქნას გამოყენებული ენერგიის მაღალი დონის განსხვავება. ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორებისთვის, დაახლოებით შეესაბამება სიხშირის დიაპაზონს 2 10 7 -9 10 8 მჰც(ტალღის სიგრძე 15-0.33 მკ),ენერგიის დონის განსხვავება ვ 2 -ვ 1 უნდა იყოს 2-4 ბრძანებით სიდიდის უფრო მაღალი ვიდრე სანტიმეტრიანი დიაპაზონის გენერატორებისთვის.
როგორც მყარი, ასევე აირები გამოიყენება როგორც აქტიური ნივთიერებები ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორებში.
ხელოვნური ლალი ფართოდ გამოიყენება, როგორც მყარი აქტიური ნივთიერება - კორუნდის კრისტალები (A1 2 O 3) ქრომის (Cr) იონების შერევით. ლალის გარდა, ნეოდიმი (Nd), კალციუმის ვოლფრატის კრისტალები (СаWO 4) ნეოდიმის იონების შერევით, კალციუმის ფტორიდის კრისტალები (СаF 2) დისპროზიუმის (Dy) ან ურანის სხვა იონებით არის გააქტიურებული სათვალეები და ასევე ფართოდ გამოიყენება.
გაზის ლაზერები, როგორც წესი, იყენებენ ორი ან მეტი აირის ნარევებს.

3.2.1 მყარი აქტიური გენერატორები

ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ტიპია გენერატორები, რომლებშიც აქტიურ ნივთიერებად გამოიყენება ლალი ქრომის ნაზავით (0,05%). სურათი 6 გვიჩვენებს ქრომის იონების ენერგეტიკული დონის მოწყობის გამარტივებულ დიაგრამას ლალისში. შთანთქმის ზოლები, რომლებზეც უნდა განხორციელდეს გადატუმბვა (აგზნება), შეესაბამება სპექტრის მწვანე და ლურჯ ნაწილებს (ტალღის სიგრძე 5600 და 4100A). ჩვეულებრივ, გადატუმბვა ხორციელდება გაზგამშვები ქსენონის ნათურის გამოყენებით, რომლის ემისიის სპექტრი ახლოსაა მზესთან. ქრომის იონები, შთანთქავს მწვანე და ლურჯი სინათლის ფოტონებს, I დონიდან III და IV დონემდე მიდიან. ამ დონეებიდან ზოგიერთი აღგზნებული იონი უბრუნდება ძირითად მდგომარეობას (I დონემდე) და მათი უმეტესობა ენერგიის ემისიის გარეშე გადადის მეტასტაბილურ II დონემდე, რაც ზრდის ამ უკანასკნელის პოპულაციას. II დონემდე გადასული ქრომის იონები დიდხანს რჩებიან ამ აღგზნებულ მდგომარეობაში. ამიტომ მეორე დონეზე
უფრო აქტიური ნაწილაკები შეიძლება დაგროვდეს, ვიდრე I დონეზე. როდესაც II დონის პოპულაცია აჭარბებს I დონის პოპულაციას, ნივთიერებას შეუძლია გააძლიეროს ელექტრომაგნიტური რხევები II-I გადასვლის სიხშირეზე. თუ ნივთიერება მოთავსებულია რეზონატორში, შესაძლებელი ხდება ხილული სპექტრის წითელ ნაწილში თანმიმდევრული, მონოქრომატული რხევების წარმოქმნა. (? = 6943 ა ). რეზონატორის როლი ოპტიკურ დიაპაზონში ხორციელდება ერთმანეთის პარალელურად ზედაპირების არეკვით.

სურათი 6. ქრომის იონების ენერგეტიკული დონეები ლალისში

შთანთქმის ზოლები ოპტიკური ტუმბოს ქვეშ
არარადიაციული გადასვლები
მეტასტაბილური დონე

ლაზერული თვითაგზნების პროცესი ხარისხობრივად მიმდინარეობს ისევე, როგორც მოლეკულურ გენერატორში. ზოგიერთი აღგზნებული ქრომის იონი სპონტანურად (სპონტანურად) მიდის I დონემდე, ხოლო ფოტონებს ასხივებს. ფოტონები, რომლებიც ავრცელებენ ამრეკლავ ზედაპირებზე პერპენდიკულურად, განიცდიან მრავალჯერადი ანარეკლს და განმეორებით გადიან აქტიურ გარემოში და ძლიერდებიან მასში. იზრდება რხევების ინტენსივობა სტაციონარულ მნიშვნელობამდე.
პულსირებულ რეჟიმში, ლალის გენერატორის რადიაციული პულსის კონვერტს აქვს მოკლევადიანი ციმციმები, მიკროწამის მეათედი რიგის ხანგრძლივობით და რამდენიმე მიკროწამის რიგის პერიოდით (ნახ. 7, in).
ოსცილატორის გამოსხივების დამამშვიდებელი (შეწყვეტა) ბუნება აიხსნება II დონეზე იონების ჩამოსვლის სხვადასხვა სიჩქარით, ტუმბოს გამო და მათი რაოდენობის შემცირებით II დონიდან I დონეზე ინდუცირებული გადასვლის დროს.
ნახაზი 7 გვიჩვენებს ოსცილოგრამებს, რომლებიც ხარისხობრივად ხსნიან პროცესს
თაობა ლალის ლაზერში. ტუმბოს გამოსხივების გავლენის ქვეშ (ნახ. 7, ა) II დონეზე ხდება აღგზნებული იონების დაგროვება. ცოტა ხნის შემდეგ მოსახლეობა ნ 2 აღემატება ზღვრულ მნიშვნელობას და შესაძლებელი ხდება გენერატორის თვითაგზნება. თანმიმდევრული ემისიის პერიოდში II დონის იონების შევსება ტუმბოს გამო ჩამორჩება მათ მოხმარებას ინდუცირებული გადასვლების შედეგად და მცირდება II დონის მოსახლეობა. ამ შემთხვევაში გამოსხივება ან მკვეთრად სუსტდება ან ჩერდება კიდეც (როგორც ამ შემთხვევაში) მანამ, სანამ II დონე არ გამდიდრდება ზღვრულ მნიშვნელობამდე (ნახ. 7ბ) გადატუმბვის გამო და რხევების აგზნება კვლავ შესაძლებელი გახდება. განხილული პროცესის შედეგად ლაზერის გამომავალზე შეინიშნება მოკლევადიანი ციმციმები (ნახ. 7გ).

ნახაზი 7. ოსცილოგრამები, რომლებიც ხსნის რუბის ლაზერის მოქმედებას:
ა) სვოპ წყაროს სიმძლავრე
ბ) II დონის მოსახლეობა
გ) გენერატორის გამომავალი სიმძლავრე

ლალის გარდა, სხვა ნივთიერებები ასევე გამოიყენება ოპტიკური დიაპაზონის გენერატორებში, მაგალითად, კალციუმის ვოლფრატის კრისტალი და სათვალეები, რომლებიც გააქტიურებულია ნეოდიმით.
ნეოდიმის იონების ენერგეტიკული დონის გამარტივებული სტრუქტურა კალციუმის ვოლფრატის კრისტალში ნაჩვენებია 8-ში.
ტუმბოს ნათურის შუქის მოქმედებით I დონიდან იონები გადადის III დიაგრამაზე მითითებულ აგზნებად მდგომარეობებში. შემდეგ ისინი გადადიან II დონეზე რადიაციის გარეშე.II დონე მეტასტაბილურია და მასზე ხდება აღგზნებული იონების დაგროვება. თანმიმდევრული გამოსხივება ინფრაწითელ დიაპაზონში ტალღის სიგრძით ?= 1,06 მკხდება იონების II დონიდან IV დონეზე გადასვლისას. იონები IV დონიდან ძირითად მდგომარეობაზე გადადიან რადიაციის გარეშე. ის ფაქტი, რომ რადიაცია ხდება
იონების გადასვლისას IV დონეზე, რომელიც მდებარეობს მიწის დონიდან ზემოთ,
ხელს უწყობს გენერატორის აგზნებას. IV დონის პოპულაცია გაცილებით ნაკლებია ვიდრე P დონისა [ეს გამომდინარეობს ფორმულიდან 1] და ამგვარად, იმისათვის, რომ მივაღწიოთ აგზნების ზღურბლს, იონების ნაკლები რაოდენობა უნდა გადავიდეს II დონეზე და, შესაბამისად, ნაკლები სატუმბი ენერგია უნდა დაიხარჯება.

სურათი 8. ნეოდიმის იონის დონის გამარტივებული სტრუქტურა კალციუმის ვოლფრატში (CaWO 4 )

ნეოდიმით გააქტიურებულ მინას ასევე აქვს ენერგიის დონის მსგავსი დიაგრამა. გააქტიურებული მინის გამოყენებით ლაზერები ასხივებენ იმავე ტალღის სიგრძეზე? = 1,06 მიკრონი.
აქტიური მყარი ნივთიერებები მზადდება გრძელი მრგვალი (იშვიათად მართკუთხა) ღეროების სახით, რომელთა ბოლოები საგულდაგულოდ არის გაპრიალებული და მათზე ამრეკლავი საფარი გამოიყენება სპეციალური დიელექტრიკული მრავალშრიანი ფირების სახით. სიბრტყე პარალელური ბოლო კედლები ქმნიან რეზონატორს, რომელშიც დგინდება გამოსხივებული რხევების მრავალჯერადი არეკვლის რეჟიმი (მდგარი ტალღების რეჟიმთან ახლოს), რაც ხელს უწყობს ინდუცირებული გამოსხივების გაძლიერებას და უზრუნველყოფს მის თანმიმდევრულობას. რეზონატორი ასევე შეიძლება ჩამოყალიბდეს გარე სარკეებით.
მრავალშრიანი დიელექტრიკულ სარკეებს აქვთ დაბალი შინაგანი შთანთქმა და შესაძლებელს ხდის რეზონატორის უმაღლესი ხარისხის ფაქტორის მიღებას. ვერცხლის ან სხვა ლითონის თხელი ფენით წარმოქმნილ ლითონის სარკეებთან შედარებით, მრავალშრიანი დიელექტრიკული სარკეების დამზადება ბევრად უფრო რთულია, მაგრამ გამძლეობით ბევრად აღემატება. ლითონის სარკეები რამდენიმე ციმციმის შემდეგ იშლება და ამიტომ ისინი არ გამოიყენება თანამედროვე ლაზერულ მოდელებში.
ლაზერების პირველ მოდელებში ტუმბოს წყაროდ გამოიყენებოდა პულსირებული სპირალური ქსენონის ნათურები. ნათურის შიგნით იყო აქტიური ნივთიერების ღერო.
გენერატორის ამ დიზაინის სერიოზული მინუსი არის სვოპ წყაროს სინათლის ენერგიის დაბალი გამოყენება. ამ ხარვეზის აღმოსაფხვრელად გენერატორები იყენებენ სვოპ წყაროს სინათლის ენერგიის ფოკუსირებას სპეციალური ლინზების ან რეფლექტორების დახმარებით. მეორე გზა უფრო მარტივია. რეფლექტორი ჩვეულებრივ მზადდება ელიფსური ცილინდრის სახით.
სურათი 9 გვიჩვენებს რუბის გენერატორის დიაგრამას. განათების ნათურა, რომელიც მუშაობს პულსირებულ რეჟიმში, მდებარეობს ელიფსური რეფლექტორის შიგნით, რომელიც ფოკუსირებულია ნათურის შუქზე ლალის ღეროზე. ნათურა იკვებება მაღალი ძაბვის რექტიფიკატორით. იმპულსებს შორის ინტერვალებში მაღალი ძაბვის წყაროს ენერგია გროვდება დაახლოებით 400 სიმძლავრის კონდენსატორში. მიკროფ. საწყისი ანთების პულსის გამოყენების მომენტში ძაბვით 15 კვ, ამოღებულია საფეხურის ტრანსფორმატორის მეორადი გრაგნილიდან, ნათურა ანათებს და აგრძელებს წვას, სანამ არ მოიხმარება მაღალი ძაბვის რექტიფიკატორის კონდენსატორში შენახული ენერგია.
სატუმბი სიმძლავრის გასაზრდელად, ლალის ღეროს გარშემო შეიძლება დამონტაჟდეს რამდენიმე ქსენონის ნათურა, რომლის შუქი კონცენტრირებულია ლალის ღეროზე რეფლექტორების დახმარებით.
ნახ. გენერატორის 23.10, ტუმბოს ზღურბლის ენერგია, ანუ ენერგია, რომლითაც იწყება გენერაცია, არის დაახლოებით 150. ჯ. დიაგრამაზე მითითებული შენახვის ტევადობით თან = 400 მიკროფ ასეთი ენერგია მიეწოდება წყაროს ძაბვას დაახლოებით 900 AT.

სურათი 9. ლალის ოსცილატორი ელიფსური რეფლექტორით ტუმბოს ნათურის შუქის ფოკუსირებისთვის:

რეფლექტორი
ანთების სპირალი
ქსენონის ნათურა
ლალი

იმის გამო, რომ ტუმბოს წყაროების სპექტრი გაცილებით ფართოა, ვიდრე კრისტალის სასარგებლო შთანთქმის ზოლი, ტუმბოს წყაროს ენერგია ძალიან სუსტად გამოიყენება და, შესაბამისად, აუცილებელია წყაროს სიმძლავრის საგრძნობლად გაზრდა, რათა მოხდეს. უზრუნველყოს ტუმბოს სიმძლავრე, რომელიც საკმარისია წარმოებისთვის ვიწრო შთანთქმის ზოლში. ბუნებრივია, ეს იწვევს ბროლის ტემპერატურის ძლიერ მატებას. გადახურების თავიდან ასაცილებლად, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფილტრები, რომელთა გადაცემის ზოლი დაახლოებით ემთხვევა აქტიური ნივთიერების შთანთქმის ზოლს, ან შეიძლება გამოყენებულ იქნას კრისტალის იძულებითი გაგრილების სისტემა, მაგალითად, თხევადი აზოტის გამოყენებით.
ტუმბოს ენერგიის არაეფექტური გამოყენება არის ლაზერების შედარებით დაბალი ეფექტურობის მთავარი მიზეზი. რუბზე დაფუძნებული გენერატორები პულსირებულ რეჟიმში საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ ეფექტურობა დაახლოებით 1%, გენერატორები მინაზე - 3-5% -მდე.
ლალის ლაზერები უპირატესად იმპულსური რეჟიმში მუშაობენ. უწყვეტ რეჟიმში გადასვლა შემოიფარგლება ლალის ბროლისა და ტუმბოს წყაროების გადახურებით, აგრეთვე სარკეების დამწვრობით.
ამჟამად მიმდინარეობს კვლევა ლაზერებზე ნახევარგამტარული მასალების გამოყენებით. როგორც აქტიურ ელემენტს იყენებენ გალიუმის არსენიდის ნახევარგამტარ დიოდს, რომლის აგზნება (გამოტუმბვა) ხორციელდება არა სინათლის ენერგიით, არამედ დიოდში გავლილი მაღალი სიმკვრივის დენით.
ლაზერის აქტიური ელემენტის მოწყობილობა ძალიან მარტივია (იხ. სურათი 10) იგი შედგება ნახევარგამტარული მასალის ორი ნახევრისგან. R- და ნ-ტიპი. n ტიპის მასალის ქვედა ნახევარი გამოყოფილია p ტიპის მასალის ზედა ნახევრიდან სიბრტყით. რაიონი გარდამავალი. თითოეული ფირფიტა აღჭურვილია კონტაქტით დიოდის დასაკავშირებლად სატუმბი წყაროსთან, რომელიც არის DC წყარო. დიოდის ბოლო მხარეები, მკაცრად პარალელურად და საგულდაგულოდ გაპრიალებული, ქმნიან რეზონატორს, რომელიც მორგებულია წარმოქმნილი რხევების სიხშირეზე, რომელიც შეესაბამება ტალღის სიგრძეს 8400 ა. დიოდის ზომებია 0,1. x 0.1 x 1,25 მმ. დიოდი მოთავსებულია თხევადი აზოტის ან ჰელიუმის შემცველ კრიოსტატში და მასში გადის ტუმბოს დენი, რომლის სიმკვრივეა რაიონი გადასვლა აღწევს მნიშვნელობებს 10 4 -10 6 a/cm 2 ამ შემთხვევაში, ინფრაწითელი დიაპაზონის თანმიმდევრული რხევების გამოსხივება ხდება ტალღის სიგრძით. ? = 8400A.

სურათი 10. ლაზერის აქტიური ელემენტის მოწყობილობა ნახევარგამტარ დიოდზე.

გაპრიალებული კიდეები
კონტაქტი
p-n შეერთების თვითმფრინავი
კონტაქტი

ენერგეტიკული კვანტების გამოსხივება ნახევარგამტარში შესაძლებელია, როდესაც ელექტრონები გადადიან გამტარობის ზოლიდან თავისუფალ დონეებზე ვალენტურობის ზოლში - უმაღლესი ენერგიის დონეებიდან ქვედაზე. ამ შემთხვევაში „ქრება“ ორი დენის მატარებელი – ელექტრონი და ხვრელი.
როდესაც ენერგეტიკული კვანტი შეიწოვება, ვალენტობის ზოლიდან ელექტრონი გადადის გამტარ ზოლში და წარმოიქმნება ორი დენის მატარებელი.
იმისათვის, რომ შესაძლებელი იყოს რხევების გაძლიერება (ისევე, როგორც გენერირება), ენერგიის გამოთავისუფლებით გადასვლების რაოდენობა უნდა სჭარბობდეს ენერგიის შთანთქმით გადასვლებს. ეს მიიღწევა ნახევარგამტარულ დიოდში მძიმე დოპინგით რ- და ნ-რეგიონები, როდესაც მასზე ვრცელდება წინა ძაბვა, როგორც ეს ნაჩვენებია 10-ზე. როდესაც შეერთება მიკერძოებულია წინა მიმართულებით, ელექტრონები n-უბნებში დიფუზური p-რეგიონი. ამ ელექტრონების გამო, გამტარობის ზოლის მოსახლეობა მკვეთრად იზრდება რ-გამტარი და მას შეუძლია გადააჭარბოს ელექტრონების კონცენტრაციას ვალენტობის ზოლში.
ხვრელების დიფუზია R- in n-რეგიონი.
ვინაიდან მატარებლების დიფუზია ხდება არაღრმა სიღრმეზე (რამდენიმე მიკრონის ბრძანებით), რადიაციაში მონაწილეობს არა ნახევარგამტარული დიოდის ბოლო სახის მთლიანი ზედაპირი, არამედ მხოლოდ ინტერფეისის სიბრტყის უშუალო მიმდებარე რეგიონები. R- და n-ტერიტორიები.
ამ ტიპის იმპულსური რეჟიმით, თხევად ჰელიუმში მომუშავე ლაზერებს აქვთ დაახლოებით 300 სიმძლავრე. სამ ხანგრძლივობით დაახლოებით 50 ns და დაახლოებით 15 სამ ხანგრძლივობით 1 ქალბატონი. უწყვეტ რეჟიმში გამომავალი სიმძლავრე შეიძლება მიაღწიოს 10-20-ს მვტ ტუმბოს სიმძლავრეზე დაახლოებით 50 მვტ.
რხევები გამოიყოფა მხოლოდ იმ მომენტიდან, როდესაც შეერთებისას დენის სიმკვრივე მიაღწევს ზღვრულ მნიშვნელობას, რომელიც დარიშხანის გალიუმისთვის არის დაახლოებით 10 4. ა/სმ 2 . ასეთი მაღალი სიმკვრივე მიიღწევა მცირე ფართობის არჩევით რაიონი გადასვლები ჩვეულებრივ შეესაბამება დენს რამდენიმე ამპერის რიგის დიოდის გავლით.

3.2.2 გენერატორები აირისებრი აქტიური ნივთიერებით

ოპტიკური დიაპაზონის კვანტურ გენერატორებში აქტიური ნივთიერება, როგორც წესი, ორი აირის ნარევია. ყველაზე გავრცელებული არის გაზის ლაზერი, რომელიც დაფუძნებულია ჰელიუმის (He) და ნეონის (Ne) ნარევზე.
ჰელიუმის და ნეონის ენერგეტიკული დონეების მდებარეობა ნაჩვენებია სურათზე 11. გაზის ლაზერში კვანტური გადასვლების თანმიმდევრობა ასეთია. მაღალი სიხშირის გენერატორის ელექტრომაგნიტური რხევების გავლენის ქვეშ კვარცის მინის მილში ჩასმული აირის ნარევში წარმოიქმნება ელექტრული გამონადენი, რაც იწვევს ჰელიუმის ატომების გადასვლას I ძირითადი მდგომარეობიდან II მდგომარეობამდე (2 3 S) და III (2 1 ს). როდესაც აღგზნებული ჰელიუმის ატომები ნეონის ატომებს ეჯახება, მათ შორის ხდება ენერგიის გაცვლა, რის შედეგადაც აღგზნებული ჰელიუმის ატომები ენერგიას გადასცემს ნეონის ატომებს და მნიშვნელოვნად იზრდება ნეონის 2S და 3S დონის მოსახლეობა.
და ა.შ.................

კვანტურ გენერატორებში მიკროსისტემების შიდა ენერგია - ატომები, მოლეკულები, იონები - გამოიყენება ელექტრომაგნიტური რხევების შესაქმნელად.

კვანტურ გენერატორებს ასევე უწოდებენ ლაზერებს. სიტყვა ლაზერი შედგება კვანტური გენერატორების ინგლისური სახელწოდების საწყისი ასოებისგან - სინათლის გამაძლიერებელი სტიმულირებული გამოსხივების შექმნით.

კვანტური გენერატორის მუშაობის პრინციპი ასეთია. მატერიის ენერგეტიკული სტრუქტურის განხილვისას აჩვენა, რომ მიკრონაწილაკების (ატომები, მოლეკულები, იონები, ელექტრონები) ენერგიის ცვლილება არ ხდება განუწყვეტლივ, არამედ დისკრეტულად - ნაწილებში, რომელსაც ეწოდება კვანტა (ლათინური კვანტიმ - რაოდენობა).

მიკროსისტემებს, რომლებშიც ელემენტარული ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, ეწოდება კვანტური სისტემები.

კვანტური სისტემის გადასვლას ერთი ენერგეტიკული მდგომარეობიდან მეორეზე თან ახლავს ელექტრომაგნიტური ენერგიის კვანტური ემისია ან შთანთქმა. hv: E 2 - Ei \u003d hv, სადაც E 1 და E 2 - ენერგეტიკული მდგომარეობა: თ - პლანკის მუდმივი; v - სიხშირე.

ცნობილია, რომ ნებისმიერი სისტემის, მათ შორის ატომისა და მოლეკულის, ყველაზე სტაბილური მდგომარეობა ყველაზე დაბალი ენერგიის მქონე მდგომარეობაა. ამიტომ, თითოეული სისტემა მიდრეკილია დაიკავოს და შეინარჩუნოს მდგომარეობა ყველაზე დაბალი ენერგიით. ამიტომ, ნორმალურ მდგომარეობაში, ელექტრონი მოძრაობს ბირთვთან უახლოეს ორბიტაზე. ატომის ამ მდგომარეობას ეწოდება ძირეული ან სტაციონარული მდგომარეობა.

გარე ფაქტორების გავლენით - გათბობა, განათება, ელექტრომაგნიტური ველი - ატომის ენერგეტიკული მდგომარეობა შეიძლება შეიცვალოს.

თუ ატომი, მაგალითად, წყალბადი ურთიერთქმედებს ელექტრომაგნიტურ ველთან, მაშინ ის შთანთქავს ენერგიას E 2 -E 1 = hv და მისი ელექტრონი მიდის უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე. ატომის ამ მდგომარეობას ეწოდება აღგზნებული. ატომს შეუძლია მასში დარჩეს ძალიან მოკლე დროში, რომელსაც ეწოდება აღგზნებული ატომის სიცოცხლე. ამის შემდეგ, ელექტრონი ბრუნდება ქვედა დონეზე, ანუ მთავარ სტაბილურ მდგომარეობაში, გამოყოფს ჭარბ ენერგიას გამოსხივებული ენერგიის კვანტის - ფოტონის სახით.

ელექტრომაგნიტური ენერგიის გამოსხივებას კვანტური სისტემის აღგზნებული მდგომარეობიდან გარე გავლენის გარეშე გადასვლისას სპონტანური ან სპონტანური ეწოდება. სპონტანური ემისიის დროს ფოტონები გამოიყოფა შემთხვევითი დროით, თვითნებური მიმართულებით, თვითნებური პოლარიზებით. ამიტომ მას არათანმიმდევრული ეწოდება.

თუმცა, გარე ელექტრომაგნიტური ველის მოქმედებით, ელექტრონი შეიძლება დაბრუნდეს ქვედა ენერგეტიკულ დონეზე, ატომის სიცოცხლის გასვლამდეც კი აღგზნებულ მდგომარეობაში. თუ, მაგალითად, ორი ფოტონი მოქმედებს აღგზნებულ ატომზე, მაშინ გარკვეულ პირობებში ატომის ელექტრონი ბრუნდება ქვედა დონეზე, ასხივებს კვანტს ფოტონის სახით. ამ შემთხვევაში სამივე ფოტონს აქვს გამოსხივების საერთო ფაზა, მიმართულება და პოლარიზაცია. შედეგად, იზრდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგია.

კვანტური სისტემის მიერ ელექტრომაგნიტური ენერგიის გამოყოფას მისი ენერგიის დონის შემცირებით გარე ელექტრომაგნიტური ველის მოქმედებით ეწოდება იძულებითი, ინდუცირებული ან სტიმულირებული.

ინდუცირებული გამოსხივება სიხშირით, ფაზაში და მიმართულებაში ემთხვევა გარე დასხივებას. მაშასადამე, ასეთ გამოსხივებას თანმიმდევრული ეწოდება (კოჰერენტობა - ლათინური cogerentia - ადჰეზია, კავშირი).

ვინაიდან გარე ველის ენერგია არ იხარჯება სისტემის დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე გადასვლის სტიმულირებაზე, ელექტრომაგნიტური ველი ძლიერდება და მისი ენერგია იზრდება გამოსხივებული კვანტის ენერგიის მნიშვნელობით. ეს ფენომენი გამოიყენება რხევების გასაძლიერებლად და გენერირებისთვის კვანტური მოწყობილობების გამოყენებით.

ამჟამად ლაზერები მზადდება ნახევარგამტარული მასალებისგან.

ნახევარგამტარული ლაზერი არის ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიც პირდაპირ გარდაქმნის ელექტრო ენერგიას ოპტიკურ გამოსხივების ენერგიად.

ლაზერის ფუნქციონირებისთვის, ანუ იმისთვის, რომ ლაზერმა შექმნას ელექტრომაგნიტური რხევები, აუცილებელია, რომ მის ნივთიერებაში იყოს უფრო მეტი აღგზნებული ნაწილაკი, ვიდრე აუზიანებელი.

მაგრამ ნახევარგამტარის ნორმალურ მდგომარეობაში ნებისმიერ ტემპერატურაზე მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე, ელექტრონების რაოდენობა ნაკლებია, ვიდრე ქვედა დონეზე. ამიტომ, ნორმალურ მდგომარეობაში, ნახევარგამტარი შთანთქავს ელექტრომაგნიტურ ენერგიას.

ელექტრონების არსებობას ამა თუ იმ დონეზე უწოდებენ დონის პოპულაციას.

ნახევარგამტარის მდგომარეობას, რომელშიც მეტი ელექტრონია უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე, ვიდრე ქვედა დონეზე, ეწოდება პოპულაციის ინვერსიის მდგომარეობას. ინვერსიული პოპულაცია შეიძლება შეიქმნას სხვადასხვა გზით: მუხტის მატარებლების ინექციით p-n შეერთების პირდაპირი შეერთებით, ნახევარგამტარის შუქით დასხივებით და ა.შ.

ენერგიის წყარო, რომელიც ქმნის მოსახლეობის ინვერსიას, ასრულებს სამუშაოს ენერგიის გადაცემით მატერიაში და შემდეგ ელექტრომაგნიტურ ველში. ინვერსიული პოპულაციის მქონე ნახევარგამტარში შეიძლება მიღებულ იქნეს სტიმულირებული ემისია, რადგან მას აქვს დიდი რაოდენობით აღგზნებული ელექტრონები, რომლებსაც შეუძლიათ ენერგიის დათმობა.

თუ ინვერსიული პოპულაციის მქონე ნახევარგამტარი დასხივებულია ელექტრომაგნიტური რხევებით ენერგიის დონეებს შორის გადასვლის სიხშირის ტოლი სიხშირით, მაშინ ელექტრონები ზედა დონიდან ქვედაზე მიდიან ძალით, ასხივებენ ფოტონებს. ამ შემთხვევაში ხდება სტიმულირებული თანმიმდევრული ემისია. იგი გაძლიერებულია. ასეთ მოწყობილობაში დადებითი გამოხმაურების წრე შევქმენით, ვიღებთ ლაზერს - ელექტრომაგნიტური რხევების ავტოგენერატორს ოპტიკურ დიაპაზონში.

ლაზერების დასამზადებლად ყველაზე ხშირად გამოიყენება გალიუმის არსენიდი, საიდანაც მზადდება კუბი გვერდებით რამდენიმე მეათედი მილიმეტრის სიგრძით.

თავი 4. გადამცემების სიხშირის სტაბილიზაცია

რადიოს დიაპაზონში კვანტური გამაძლიერებლების და ოსცილატორების შემუშავებასა და კვლევაში მიღწეული წარმატებები დაედო საფუძველს წინადადების განხორციელებისთვის სტიმულირებულ ემისიაზე დაფუძნებული სინათლის გაძლიერებისა და გენერირების შესახებ და გამოიწვია კვანტური ოსცილატორების შექმნა ოპტიკურ დიაპაზონში. ოპტიკური კვანტური გენერატორები (OQG) ან ლაზერები ძლიერი მონოქრომატული სინათლის ერთადერთი წყაროა. ატომური სისტემების დახმარებით სინათლის გაძლიერების პრინციპი პირველად შემოგვთავაზა 1940 წელს ვ.ა. ფაბრიკანტი. თუმცა, ოპტიკური კვანტური გენერატორის შექმნის შესაძლებლობის დასაბუთება მხოლოდ 1958 წელს მისცეს ჩ.ტაუნსმა და ა.შავლოვმა რადიოს დიაპაზონში კვანტური მოწყობილობების განვითარების მიღწევების საფუძველზე. პირველი ოპტიკური კვანტური გენერატორი განხორციელდა 1960 წელს. ეს იყო ლაზერული ლაზერი ლალის კრისტალით, როგორც სამუშაო ნივთიერებით. მასში პოპულაციის ინვერსიის შექმნა განხორციელდა სამ დონის ტუმბოს მეთოდით, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება პარამაგნიტურ კვანტურ გამაძლიერებლებში.

დღეისათვის შემუშავებულია ოპტიკური კვანტური გენერატორების ფართო არჩევანი, რომლებიც განსხვავდება სამუშაო ნივთიერებებით (კრისტალები, მინები, პლასტმასი, სითხეები, აირები, ნახევარგამტარები გამოიყენება ამ სიმძლავრეში) და მოსახლეობის ინვერსიის შექმნის მეთოდებში (ოპტიკური ტუმბო, აირებში გამონადენი, ქიმიური რეაქციები და ა.შ.).

არსებული ოპტიკური კვანტური გენერატორების გამოსხივება ფარავს ტალღის სიგრძის დიაპაზონს ულტრაიისფერიდან შორეულ ინფრაწითელ ზონამდე სპექტრის მილიმეტრიანი ტალღების მიმდებარედ. რადიოს დიაპაზონში კვანტური გენერატორის მსგავსად, ოპტიკური კვანტური გენერატორი შედგება ორი ძირითადი ნაწილისგან: მოქმედი (აქტიური) ნივთიერებისგან, რომელშიც ამა თუ იმ გზით

იქმნება პოპულაციების ინვერსია და რეზონანსული სისტემა (სურ. 62). როგორც ეს უკანასკნელი, ლაზერში გამოიყენება Fabry-Perot ტიპის ინტერფერომეტრის ღია რეზონატორები, რომლებიც წარმოიქმნება ერთმანეთისგან დაშორებული ორი სარკის სისტემით.

სამუშაო ნივთიერება აძლიერებს ოპტიკურ გამოსხივებას აქტიური ნაწილაკების გამოსხივების გამო. რეზონანსული სისტემა, რომელიც იწვევს წარმოქმნილი ოპტიკური ინდუცირებული გამოსხივების მრავალჯერად გავლას აქტიურ გარემოში, განსაზღვრავს ველის ეფექტურ ურთიერთქმედებას მასთან. თუ ლაზერს განვიხილავთ როგორც თვითრხევადი სისტემა, მაშინ რეზონატორი იძლევა დადებით უკუკავშირს სარკეებს შორის გავრცელებული გამოსხივების ნაწილის აქტიურ გარემოში დაბრუნების შედეგად. იმისათვის, რომ მოხდეს რხევები, ლაზერის სიმძლავრე, რომელიც მიღებულია აქტიური გარემოდან, უნდა იყოს რეზონატორში დანაკარგების სიმძლავრის ტოლი ან აღემატებოდეს მას. ეს უდრის იმ ფაქტს, რომ წარმოქმნის ტალღის ინტენსივობა გამაძლიერებელ გარემოში გავლის შემდეგ, რომელიც ასახავს სარკეებიდან -/ და 2, დაბრუნდება თავდაპირველ განივი მონაკვეთზე, უნდა დარჩეს უცვლელი ან აღემატებოდეს საწყის მნიშვნელობას.

აქტიურ გარემოში გავლისას ტალღის ინტენსივობა 1^ იცვლება ექსპონენტურად (გაჯერების უგულებელყოფა) L, ° 1^ ეჟრ [ (oc,^ - b())-c ] და სარკედან ასახვისას ის იცვლება გერთხელ ( t -კოეფიციენტი. სარკის ანარეკლი), ასე რომ, თაობის წარმოშობის პირობა შეიძლება დაიწეროს როგორც

სადაც ლ - სამუშაო აქტიური საშუალების სიგრძე; რ 1 და რ 2 - სარკეების ასახვის კოეფიციენტები 1 და 2; a u - აქტიური საშუალების მომატება; b 0 - ამორტიზაციის მუდმივი, სამუშაო ნივთიერებაში ენერგიის დანაკარგების გათვალისწინებით არაერთგვაროვნებაზე და დეფექტებზე გაფანტვის შედეგად.

I. ოპტიკური კვანტური გენერატორების რეზონატორები

რეზონანსული ლაზერული სისტემები, როგორც აღინიშნა, არის ღია რეზონატორები. ამჟამად ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ღია რეზონატორები ბრტყელი და სფერული სარკეებით. ღია რეზონატორების დამახასიათებელი თვისება ის არის, რომ მათი გეომეტრიული ზომები მრავალჯერ აღემატება ტალღის სიგრძეს. მოცულობითი ღია რეზონატორების მსგავსად, მათ აქვთ რხევის ბუნებრივი რეჟიმის ნაკრები, რომელიც ხასიათდება ველის გარკვეული განაწილებით. მათ დასაკუთარი სიხშირეები. ღია რეზონატორის საკუთრივ რეჟიმები არის ველის განტოლებების ამონახსნები, რომლებიც აკმაყოფილებენ სარკეების სასაზღვრო პირობებს.

არსებობს რამდენიმე მეთოდი ღრუს რეზონატორების გამოსათვლელად, რომლებიც საშუალებას აძლევს ადამიანს აღმოაჩინოს ეგგენმოდი. ღია რეზონატორების მკაცრი და ყველაზე სრულყოფილი თეორია მოცემულია L.A. Vaivshtein-ის ნაშრომებში.* ღია რეზონატორებში რხევების ტიპების გამოთვლის ვიზუალური მეთოდი შემუშავდა A. Fox-ისა და T. Lee-ს ნაშრომებში.

(113)

მასში გამოიყენება. რიცხვითი გამოთვლა, რომელიც სიმულაციას უწევს სარკეებიდან მრავალჯერადი არეკვლის შედეგად რეზონატორში რხევების ტიპების დადგენის პროცესს. თავდაპირველად დგინდება ველის თვითნებური განაწილება ერთ-ერთი სარკის ზედაპირზე. შემდეგ, ჰაიგენსის პრინციპის გამოყენებით, გამოითვლება ველის განაწილება სხვა სარკის ზედაპირზე. შედეგად მიღებული განაწილება აღებულია როგორც ორიგინალური და გაანგარიშება მეორდება. მრავალჯერადი არეკვლის შემდეგ სარკის ზედაპირზე ველის ამპლიტუდისა და ფაზის განაწილება სტაციონარული მნიშვნელობისკენ მიისწრაფვის, ე.ი. თითოეულ სარკეზე ველი თვითრეპროდუცირებულია უცვლელად. შედეგად მიღებული ველის განაწილება არის ღია რეზონატორის რხევის ნორმალური ტიპი.

ა.ფოქსის და ტ.ლის გამოთვლა ეფუძნება კირჩჰოფის შემდეგ ფორმულას, რომელიც არის ჰაიგენსის პრინციპის მათემატიკური გამოხატულება, რომელიც საშუალებას გაძლევთ იპოვოთ კერა დაკვირვების წერტილში. მაგრამმოცემულ ველზე რაღაც ზედაპირზე Sb

სადაც Eb არის ველი B წერტილში S ზედაპირზე ბ; კ-ტალღის ნომერი; რ - მანძილი წერტილებს შორის მაგრამდა AT; ქ - კუთხე წერტილების დამაკავშირებელ ხაზებს შორის მაგრამდა AT,და ნორმალური ზედაპირის Sb

გადასასვლელების რაოდენობის მატებასთან ერთად, სარკეებზე კერა მიდრეკილია სტაციონარული განაწილებისკენ, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

სადაც V(x , y) - განაწილების ფუნქცია, რომელიც დამოკიდებულია სარკეების ზედაპირზე არსებულ კოორდინატებზე და არ იცვლება ანარეკლიდან ასახვამდე;

y არის რთული მუდმივი, დამოუკიდებელი სივრცითი კოორდინატებისგან.

ფორმულის (112) ჩანაცვლება გამოხატულებაში (III). ვიღებთ ინტეგრალურ განტოლებას

მას აქვს გამოსავალი მხოლოდ გარკვეული მნიშვნელობებისთვის [გამა] = [გამა მინ.] მოწოდებული საკუთარი ღირებულებები, Vmn ფუნქციები , აკმაყოფილებენ ინტეგრალურ განტოლებას, ახასიათებენ რეზონატორის სხვადასხვა ტიპის რხევების ველის სტრუქტურას, რომლებიც ე.წ. განივირხევები და მითითებულია, როგორც ტიპის რხევები TEMmnსიმბოლო TEMმიუთითებს, რომ რეზონატორის შიგნით წყალი ახლოსაა განივი ელექტრომაგნიტურთან, ე.ი. არ აქვს ველის კომპონენტები ტალღის გავრცელების მიმართულებით. ინდექსები მდა n აღნიშნავს ველის მიმართულების ცვლილებების რაოდენობას სარკის გვერდებზე (მართკუთხა სარკეებისთვის) ან კუთხის გასწვრივ და რადიუსის გასწვრივ (მრგვალი სარკეებისთვის). სურათი 64 გვიჩვენებს ელექტრული ველის კონფიგურაციას ღია რეზონატორების უმარტივესი განივი რხევის რეჟიმებისთვის მრგვალი სარკეებით. ღია რეზონატორების საკუთრივ რეჟიმები ხასიათდება არა მხოლოდ ველის განაწილებით, არამედ მისი განაწილებით რეზონატორების ღერძის გასწვრივ, რომელიც არის მუდმივი ტალღა და განსხვავდება ნახევრად ტალღების რაოდენობით, რომლებიც შეესაბამება რეზონატორის სიგრძეს. ამის გასათვალისწინებლად, მესამე ინდექსი შემოტანილია ვიბრაციის ტიპების აღნიშვნებში აახასიათებს ნახევრად ტალღების რაოდენობას, რომლებიც ჯდება რეზონატორის ღერძის გასწვრივ.

ოპტიკური კვანტური გენერატორები მყარ მდგომარეობაში

მყარი მდგომარეობის ოპტიკური კვანტური გენერატორები, ან მყარი მდგომარეობის ლაზერები, იყენებენ კრისტალებს ან ამორფულ დიელექტრიკებს, როგორც აქტიურ გამაძლიერებელ საშუალებას. სამუშაო ნაწილაკები, რომელთა ენერგეტიკულ მდგომარეობებს შორის გადასვლები განსაზღვრავს წარმოქმნას, როგორც წესი, არის პერიოდული სისტემის გარდამავალი ჯგუფების ატომების იონები, ყველაზე ხშირად გამოყენებული იონებია Na 3+, Cr 3+, Ho 3+. , Pr 3+. აქტიური ნაწილაკები ქმნიან ფრაქციებს ან ერთეულებს მუშა გარემოს ატომების მთლიანი რაოდენობის პროცენტში, ისე რომ ისინი, თითქოსდა, ქმნიან დაბალი კონცენტრაციის „ხსნარს“ და, შესაბამისად, ნაკლებად ურთიერთობენ ერთმანეთთან. გამოყენებული ენერგეტიკული დონეები არის სამუშაო ნაწილაკების დონეები, რომლებიც გაყოფილი და გაფართოებულია მყარი მყარი არაჰომოგენური შიდა ველებით. როგორც აქტიური გამაძლიერებელი საშუალების საფუძველი, ყველაზე ხშირად გამოიყენება კორუნდის კრისტალები (Al2O3), იტრიუმ-ალუმინის ბროწეული. YAG(Y3Al5O12), სხვადასხვა მარკის მინა და ა.შ.

პოპულაციის ინვერსია მყარი მდგომარეობის ლაზერების სამუშაო გარემოში იქმნება პარამაგნიტურ გამაძლიერებლებში გამოყენებული მეთოდის მსგავსი მეთოდით. იგი ხორციელდება ოპტიკური ტუმბოს დახმარებით, ე.ი. მაღალი ინტენსივობის სინათლის ზემოქმედება.

როგორც კვლევებმა აჩვენა, ამჟამად არსებული აქტიური მედიის უმეტესობა, რომლებიც გამოიყენება მყარი მდგომარეობის ლაზერებში, დამაკმაყოფილებლად არის აღწერილი ორი ძირითადი იდეალიზებული ენერგიით. სქემები:სამ- და ოთხდონიანი (სურ. 71).

ჯერ განვიხილოთ პოპულაციის ინვერსიის შექმნის მეთოდი მედიაში, რომელიც აღწერილია სამ დონის სქემით (იხ. სურ. 71a). ნორმალურ მდგომარეობაში მხოლოდ ქვედა ძირითადი დონეა დასახლებული. 1 (დონეებს შორის ენერგეტიკული მანძილი გაცილებით დიდია ვიდრე kT), ვინაიდან გადასვლები 1->2 და 1->3) ეკუთვნის ოპტიკურ დიაპაზონს. 2 და 1 დონეებს შორის გადასვლა ფუნქციონირებს. დონე 3 დამხმარე და გამოიყენება დონეების სამუშაო წყვილის ინვერსიის შესაქმნელად. ის რეალურად იკავებს დასაშვები ენერგეტიკული მნიშვნელობების ფართო სპექტრს, სამუშაო ნაწილაკების ინტრაკრისტალურ ველებთან ურთიერთქმედების გამო.

კვანტური გენერატორი

კვანტური გენერატორი- ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წყაროების ზოგადი სახელწოდება, რომლებიც მუშაობენ ატომებისა და მოლეკულების სტიმულირებული გამოსხივების საფუძველზე. იმისდა მიხედვით, თუ რა ტალღის სიგრძეს ასხივებს კვანტური გენერატორი, მას სხვანაირად შეიძლება ვუწოდოთ: ლაზერი, მასერი, რაზერი, გაზერი.

შექმნის ისტორია

კვანტური გენერატორი ეფუძნება ა.აინშტაინის მიერ შემოთავაზებულ სტიმულირებული ემისიის პრინციპს: როდესაც კვანტური სისტემა აღგზნებულია და ამავე დროს არის კვანტური გადასვლის შესაბამისი გამოსხივება, სისტემის დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე გადახტომის ალბათობა იზრდება უკვე არსებული გამოსხივების ფოტონების სიმკვრივის პროპორციულად. ამ საფუძველზე კვანტური გენერატორის შექმნის შესაძლებლობაზე მიუთითა საბჭოთა ფიზიკოსმა ვ.ა.ფაბრიკანტმა 1940-იანი წლების ბოლოს.

ლიტერატურა

ლანდსბერგი გ.ს. ფიზიკის დაწყებითი სახელმძღვანელო. ტომი 3. რხევები და ტალღები. ოპტიკა. ატომური და ბირთვული ფიზიკა. - 1985 წ.

ჰერმან ჯ., ვილჰელმი ბ. "ლაზერები ულტრამოკლე სინათლის პულსების წარმოქმნისთვის" - 1986 წ.

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წ.

• ნოკერ შტუტერერი
• რესინთეზი

ნახეთ, რა არის "კვანტური გენერატორი" სხვა ლექსიკონებში:

კვანტური გენერატორი- ელექტრო გენერატორი მაგნი. ტალღები, რომლებშიც გამოყენებულია სტიმულირებული ემისიის ფენომენი (იხ. QUANTUM ELECTRONICS). რადიო დიაპაზონის კ.გ., ასევე კვანტური გამაძლიერებელი, ე.წ. მასერი. პირველი KG შეიქმნა მიკროტალღურ დიაპაზონში 1955 წელს. მასში აქტიური საშუალო ... ფიზიკური ენციკლოპედია

კვანტური გენერატორი- თანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წყარო, რომლის მოქმედება ეფუძნება ატომების, იონების და მოლეკულების მიერ ფოტონების სტიმულირებულ გამოსხივებას. რადიოს დიაპაზონის კვანტურ გენერატორებს უწოდებენ მასერებს, ოპტიკური დიაპაზონის კვანტურ გენერატორებს ... ... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

კვანტური გენერატორი- თანმიმდევრული გამოსხივების წყარო, რომელიც დაფუძნებულია სტიმულირებული ემისიის და უკუკავშირის გამოყენებაზე. შენიშვნა კვანტური გენერატორები იყოფა აქტიური ნივთიერების ტიპის, აგზნების მეთოდისა და სხვა მახასიათებლების მიხედვით, მაგალითად, სხივი, გაზი ... ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

კვანტური გენერატორი- მონოქრომატული თანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წყარო (ოპტიკური ან რადიო დიაპაზონი), რომელიც მოქმედებს აღგზნებული ატომების, მოლეკულების, იონების სტიმულირებული გამოსხივების საფუძველზე. როგორც სამუშაო ნივთიერება, აირები, კრისტალური ... დიდი პოლიტექნიკური ენციკლოპედია

კვანტური გენერატორი- მოწყობილობა თანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წარმოქმნისთვის. თანმიმდევრულობა არის რამდენიმე რხევითი ან ტალღური პროცესის კოორდინირებული ნაკადი დროში და სივრცეში, რომელიც ვლინდება, მაგალითად, მათი დამატებისას. ჩარევით... ტექნოლოგიის ენციკლოპედია

კვანტური გენერატორი- თანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წყარო, რომლის მოქმედება ეფუძნება ატომების, იონების და მოლეკულების მიერ ფოტონების სტიმულირებულ გამოსხივებას. რადიოს დიაპაზონის კვანტურ გენერატორებს უწოდებენ მასერებს, ოპტიკური დიაპაზონის კვანტურ გენერატორებს ... ... ენციკლოპედიური ლექსიკონი

კვანტური გენერატორი- kvantinis generatorus statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektromagnetinių bangų generatorus, kurio veikimas pagrįstas sužadintųjų atomų, molekulių, jonų priverstinio spinduliavimo. ატიტიკმენის: ინგლ. კვანტური…… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

კვანტური გენერატორი- kvantinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: ინგლ. კვანტური გენერატორი ვოკ. Quantengenerator, მ რუს. კვანტური გენერატორი, m pranc. oscillateur quantique, m … Fizikos Terminų Jodynas

კვანტური გენერატორი- ელექტრომაგნიტური ტალღების გენერატორი, რომელიც იყენებს სტიმულირებული ემისიის ფენომენს (იხ. სტიმულირებული ემისია) (იხ. კვანტური ელექტრონიკა). სუპერმაღალი სიხშირეების რადიო დიაპაზონის K. g (SHF), ისევე როგორც ამ კვანტური გამაძლიერებელი ... ... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

კვანტური გენერატორი- ელექტრომაგნიტური თანმიმდევრული გამოსხივების წყარო (ოპტიკური ან რადიო დიაპაზონი), რომელშიც გამოყენებულია აღგზნებული ატომების, მოლეკულების, იონების და ა.შ. გამოწვეული გამოსხივების ფენომენი. დიდი ენციკლოპედიური პოლიტექნიკური ლექსიკონი

ელექტრომაგნიტური თანმიმდევრული წყარო რადიაცია(ოპტიკური ან რადიო დიაპაზონი), რომელშიც ფენომენი გამოიყენება სტიმულირებული ემისიააღგზნებული ატომები, მოლეკულები, იონები და ა.შ.. გაზები, სითხეები, მყარი დიელექტრიკები და PP კრისტალები გამოიყენება როგორც მოქმედი ნივთიერებები CG-ში. მუშა ინ-ვა-ს აგზნება, ანუ კ-ის მუშაობისთვის საჭირო ენერგიის მიწოდება ხორციელდება ძლიერი ელექტრო. ველი, სინათლე გარედან წყარო, ელექტრონული სხივები და ა.შ. K.g-ის გამოსხივება, გარდა მაღალი მონოქრომატულობისა და თანმიმდევრულობააქვს ვიწრო აქცენტი და საშუალება. ძალა. იხილეთ ასევე ლაზერი, მასერი, მოლეკულური გენერატორი.

• იგივეა რაც ლაზერი...

  თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების დასაწყისი

• - კვანტური გენერატორი მოწყობილობა თანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წარმოქმნისთვის...

  ტექნოლოგიის ენციკლოპედია

• - ოპტიკური კვანტური გენერატორი იგივეა, რაც ლაზერი ...

  ტექნოლოგიის ენციკლოპედია

• - თანმიმდევრული ელ.-მაგნიტის წყარო. გამოსხივება, რომლის მოქმედება ეფუძნება ატომების, იონების და მოლეკულების მიერ ფოტონების სტიმულირებულ გამოსხივებას. კ.გ რადიო ჯგუფმა დარეკა. მასერები, K.g. ოპტიკური. დიაპაზონი - ლაზერები ...
• იგივეა რაც ლაზერი...

  ბუნებისმეტყველება. ენციკლოპედიური ლექსიკონი

• - ტექნიკური მოწყობილობა მონოქრომატული თანმიმდევრული გამოსხივების იმპულსური ან უწყვეტი წარმოქმნისთვის სპექტრის ოპტიკურ დიაპაზონში ...

  დიდი სამედიცინო ლექსიკონი

• - ელექტრომაგნიტური თანმიმდევრული გამოსხივების წყარო, რომელშიც გამოიყენება აღგზნებული ატომების, მოლეკულების, იონების და ა.შ. გამოწვეული გამოსხივების ფენომენი.გაზები, სითხეები, ...

  დიდი ენციკლოპედიური პოლიტექნიკური ლექსიკონი

• - ელექტრომაგნიტური ტალღის გენერატორი, რომელიც იყენებს სტიმულირებული გამოსხივების ფენომენს ...
• იგივეა რაც ლაზერი...

  დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

• იგივეა რაც ლაზერი...

  თანამედროვე ენციკლოპედია

• - თანმიმდევრული ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წყარო, რომლის მოქმედება ემყარება ატომების, იონების და მოლეკულების მიერ ფოტონების სტიმულირებულ გამოსხივებას ...
• იგივეა რაც ლაზერი...

  დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

• - QUANTUM, -a, m ფიზიკაში: ფიზიკური სიდიდის მიერ გამოყოფილი ან შთანთქმული ენერგიის უმცირესი რაოდენობა არასტაციონარული მდგომარეობაში. კ ენერგეტიკა. კ მსუბუქი...

  ოჟეგოვის განმარტებითი ლექსიკონი

• - კვანტური, კვანტური, კვანტური. ადგ. კვანტურამდე. კვანტური სხივები. Კვანტური მექანიკა...

  უშაკოვის განმარტებითი ლექსიკონი

• - კვანტური ადგ. 1. თანაფარდობა არსებითი სახელით. მასთან დაკავშირებული კვანტი 2...

  ეფრემოვას განმარტებითი ლექსიკონი

• - კვ. "...

  რუსული მართლწერის ლექსიკონი

„კვანტური გენერატორი“ წიგნებში

კვანტური გადასვლა

წიგნიდან ანტისემიტიზმი, როგორც ბუნების კანონი ავტორი ბრუშტეინი მიხაილ

კვანტური გარდამავალი უახლესი რეფორმატორები, რომლებიც იგონებენ სამაგალითო სოციალურ სისტემებს ქაღალდზე, კარგი იქნებოდა, გადახედონ სოციალურ და სოციალურ სისტემას, რომელშიც პირველი ებრაელები ცხოვრობდნენ. ის, რაც სინაში მოხდა, შეიძლება სხვაგვარად მოიქცეს.

კვანტური ნახტომი

წიგნიდან მე და ჩემი დიდი კოსმოსი ავტორი კლიმკევიჩ სვეტლანა ტიტოვნა

კვანტური ნახტომი 589 = ადამიანი ატარებს ღმერთის შემოქმედებით ენერგიას - სიყვარული = 592 = დიდი სულიერი გამოღვიძება - კოსმიური ციკლების ნიშანი = "რიცხვითი კოდები". წიგნი 2. კრიონის იერარქია 27 01.2012 "დროის სივრცე - სივრცის დრო ..." - სიტყვები გაღვიძებისთანავე. მე ვარ ის, რაც მე

4.1. კვანტური პროცესორი

წიგნიდან Quantum Magic ავტორი დორონინი სერგეი ივანოვიჩი

4.1. კვანტური პროცესორი

კვანტური ნახტომი

წიგნიდან მიზიდულობის კანონი ჰიქს ესთერის მიერ

კვანტური ნახტომი ჯერი: ადვილია გადავდგათ პატარა ნაბიჯი იქიდან, სადაც ვართ და უბრალოდ გავაკეთოთ ცოტა მეტი იმით, რასაც ვაკეთებთ, იყოთ ცოტა მეტი საკუთარ თავზე და გქონდეთ ცოტა მეტი ის, რაც ახლა გვაქვს. რაც შეეხება იმას, რასაც შეიძლება ეწოდოს "კვანტური ნახტომი", ანუ რაღაცის მიღწევა,

Კვანტური ნახტომი

წიგნიდან Playing in the Void. მრავალფეროვნების მითოლოგია ავტორი დემჩოგ ვადიმ ვიქტოროვიჩი

კვანტური ნახტომი განწმენდის შედეგია იმის გაცნობიერება, რომ ყველაფერი ხდება „ჩვენს ხელებში“. მეთოდს, რომელიც ეხმარება ამის დადგენას, თამაშში კვანტურ ნახტომს უწოდებენ. და ის დაფუძნებულია ჩვენს შემხედვარე სივრცის ბუნებრივ გულუბრყვილობაზე.ფაქტია, რომ

კვანტური ტვინი

წიგნიდან Playing in the Void. შეშლილი სიბრძნის კარნავალი ავტორი დემჩოგ ვადიმ ვიქტოროვიჩი

კვანტური ტვინი დავიწყოთ პოეზიით: სერ ჩარლზ შერინგტონი, ნეიროფიზიოლოგიის საყოველთაოდ აღიარებული მამა, ტვინს ადარებს „... ჯადოსნურ თვითგადახვევას, რომელშიც მილიონობით ცქრიალა შატლი ქსოვს ჩვენს თვალწინ დნობის ნიმუშს (მიაქციეთ ყურადღება -“ ჩვენს თვალწინ დნება.“ - V.D.), ყოველთვის

კვანტური სამყარო

ფილიპ გარდინერის მიერ

კვანტური სამყარო მე შთაგონებული ვარ იმ იდეით, რომ სამყაროში (მიკროდან მაკრო დონეზე, პლანეტების კოსმოსური მოძრაობიდან ელექტრონების ურთიერთქმედებამდე, მიკროსკოპული სილიციუმის დიოქსიდიდან ეგვიპტის პირამიდამდე) არის უნივერსალური მოდელი, არა

კვანტური ღმერთი

წიგნიდან გეითსი სხვა სამყაროებამდე ფილიპ გარდინერის მიერ

კვანტური ღმერთი ამ წიგნზე მუშაობისას ავიღე ერთი დღე კვანტური ფიზიკიდან და გავემგზავრე ლიჩფილდში, სტაფორდშირი. მშვენივრად გავატარე დრო ლიჩფილდის ულამაზეს, ეზოთერულ ტაძარში, მის გასაოცარ ფასადს ვუყურებდი.

ᲙᲕᲐᲜᲢᲣᲠᲘ ᲜᲐᲮᲢᲝᲛᲘ

წიგნიდან მეექვსე რასა და ნიბირუ ავტორი ბიაზირევი გეორგი

კვანტური ნახტომი როდესაც თქვენ მიაღწევთ სამადჰის, სული იქცევა ღვთაებრივ შუქად ძვირფასო მკითხველო, თქვენ უკვე იცით, რომ 2011 წელს მზის სისტემის მეთორმეტე პლანეტა, ნიბირუ, გამოჩნდება ჩვენს ცაზე. 2013 წლის თებერვალში პლანეტა X მიუახლოვდება დედამიწას ყველაზე ახლოს

დანართი III. გონება: კვანტური გონება

წიგნიდან სიჩუმის ძალა ავტორი მინდელ არნოლდი

დანართი III. გონები: კვანტური გონება შემდეგ გვერდებზე მე შევაჯამებ რამდენიმე მნიშვნელობას, რომელსაც მე ვუკავშირებ ტერმინს „კვანტური გონება“. ნიკ ჰერბერტის წიგნები

კვანტური დუალიზმი

წიგნიდან მეცნიერების დასასრული: შეხედეთ ცოდნის საზღვრებს მეცნიერების ეპოქის ბოლოს ავტორი ჰორგან ჯონი

კვანტური დუალიზმი არის ერთი წერტილი, რაზეც კრიკი, ედელმანი და თითქმის ყველა ნეირომეცნიერი თანხმდებიან: გონების თვისებები არსებითად დამოუკიდებელია კვანტური მექანიკისგან. ფიზიკოსები, ფილოსოფოსები და სხვა მეცნიერები ვარაუდობენ კვანტურ მექანიკასა და ცნობიერებას შორის კავშირების შესახებ.

კვანტური გონება და პროცესის გონება

წიგნიდან Process Mind. გზამკვლევი ღმერთის გონებასთან დასაკავშირებლად ავტორი მინდელ არნოლდი

The Quantum Mind and the Process Mind The Process Mind არის ჩემი წინა ნამუშევრების განვითარება და კერძოდ წიგნის The Quantum Mind, რომელიც დაიწერა დაახლოებით ათი წლის წინ. ამ წიგნში მე განვიხილეთ ჩვენი ფსიქოლოგიის კვანტური მახასიათებლები და ვაჩვენე როგორ

ელექტრონები - კვანტური გაზი

წიგნიდან ცოცხალი კრისტალი ავტორი გეგუზინ იაკოვი ევსეევიჩი

ელექტრონები - კვანტური გაზი ჩვენი საუკუნის დასაწყისში კრისტალების შესწავლის ისტორიაში იყო პერიოდი, როდესაც, სხვა საკითხებთან ერთად, "ელექტრონების მეტალში" პრობლემა იყო ძალიან იდუმალი, დამაინტრიგებელი, ჩანდა - ჩიხი. . თავად განსაჯეთ. ექსპერიმენტატორები, რომლებიც სწავლობენ ელექტრო თვისებებს

კვანტური გენერატორი

ავტორის წიგნიდან დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია (KV). TSB

ოპტიკური კვანტური გენერატორი

ავტორის წიგნიდან დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია (OP). TSB