عمل الدورة: مولدات الكم. تقرير الفيزياء "مولدات الكم"

جامعة ولاية البلطيق التقنية
"فونميخ" سمي بهذا الاسم. دي إف أوستينوفا
القسم I4
"أنظمة التحكم الراديوية الإلكترونية"

أجهزة استقبال وتحويل الإشارات
الدورات الدراسية حول هذا الموضوع
« مولدات الكم »

مكتمل:
بيريديلسكي أوليغ
المجموعة I471
التحقق:
تاراسوف أ.

سان بطرسبورج
2010

1 المقدمة
تتناول هذه الورقة مبادئ تشغيل المولدات الكمومية ودوائر المولدات وخصائص تصميمها وقضايا استقرار تردد المولدات ومبادئ التعديل في المولدات الكمومية.
1.1 معلومات عامة
يعتمد مبدأ تشغيل المولدات الكمومية على تفاعل مجال عالي التردد مع ذرات أو جزيئات المادة. إنها تسمح بتوليد تذبذبات ذات تردد أعلى بكثير وثبات عالي.
باستخدام المولدات الكمومية، من الممكن إنشاء معايير تردد تتجاوز جميع المعايير الموجودة في الدقة. استقرار التردد على المدى الطويل، أي. ويقدر الثبات على مدى فترة طويلة بـ 10 -9 - 10 -10، ويمكن أن يصل الثبات قصير المدى (بالدقائق) إلى 10 -11.

حاليا فيفي الوقت الحاضر، تُستخدم المذبذبات الكمومية على نطاق واسع كمعايير تردد في أنظمة خدمة الوقت. يمكن لمكبرات الصوت الكمومية المستخدمة في أجهزة استقبال أنظمة الراديو المختلفة أن تزيد بشكل كبير من حساسية المعدات وتقلل من مستوى الضوضاء الداخلية.
إحدى ميزات المولدات الكمومية، التي تحدد تحسنها السريع، هي قدرتها على العمل بفعالية عند ترددات عالية جدًا، بما في ذلك النطاق البصري، أي تقريبًا ما يصل إلى ترددات في حدود 10 9 ميغاهيرتز
تتيح مولدات النطاق البصري الحصول على اتجاهية إشعاعية عالية وكثافة طاقة عالية في شعاع الضوء (حوالي 10 12 -10 13 ث / م 2 ) ونطاق ترددي ضخم، مما يسمح بنقل كمية كبيرة من المعلومات.
يفتح استخدام مولدات النطاق البصري في أنظمة الاتصالات والموقع والملاحة آفاقًا جديدة لزيادة نطاق وموثوقية الاتصالات بشكل كبير، ودقة أنظمة الرادار في المدى والزاوية، فضلاً عن احتمالات إنشاء أنظمة ملاحة عالية الدقة.
تستخدم مولدات النطاق البصري في البحث العلمي
البحث والصناعة. إن التركيز العالي للغاية للطاقة في شعاع ضيق يجعل من الممكن، على سبيل المثال، حرق ثقوب ذات قطر صغير جدًا في السبائك والمعادن فائقة الصلابة، بما في ذلك المعدن الأكثر صلابة، وهو الماس.
عادة ما يتم تمييز المولدات الكمومية:

بطبيعة المادة الفعالة (الصلبة أو الغازية)، الظواهر الكمومية التي تحدد عمل الأجهزة.
عن طريق نطاق تردد التشغيل (نطاق السنتيمتر والمليمتر، النطاق البصري - الأشعة تحت الحمراء والأجزاء المرئية من الطيف)
عن طريق إثارة المادة الفعالة أو فصل الجزيئات حسب مستويات الطاقة.

بناءً على نطاق تردد التشغيل، يتم تقسيم المولدات الكمومية إلى: مازرزو الليزر. اسم مازر- اختصار عبارة "تضخيم الموجات الميكروية عن طريق تحفيز انبعاث إشعاع MASER". اسم الليزر- اختصار عبارة "تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز لإشعاع الليزر"

1.2 تاريخ الخلق
يجب أن يبدأ تاريخ إنشاء الميزر في عام 1917، عندما قدم ألبرت أينشتاين لأول مرة مفهوم الانبعاث المحفز. وكانت هذه هي الخطوة الأولى نحو الليزر. الخطوة التالية اتخذها الفيزيائي السوفيتي ف. فابريكانت، الذي أشار في عام 1939 إلى إمكانية استخدام الانبعاث المحفز لتضخيم الإشعاع الكهرومغناطيسي أثناء مروره عبر المادة. الفكرة التي عبر عنها ف. افترضت شركة Fabrikant استخدام الأنظمة الدقيقة مع تعداد السكان العكسي للمستويات. في وقت لاحق، بعد نهاية الحرب الوطنية العظمى، V.A. عادت الشركة المصنعة إلى هذه الفكرة، وبناءً على بحثه، قدمت في عام 1951 (مع M.M. Vudynsky وF.A. Butaeva) طلبًا لاختراع طريقة لتضخيم الإشعاع باستخدام الانبعاث المحفز. تم إصدار شهادة لهذا الطلب مكتوب فيها تحت عنوان "موضوع الاختراع" ما يلي: "طريقة لتضخيم الإشعاع الكهرومغناطيسي (الأطوال الموجية فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء والراديو) تتميز بأن الإشعاع المضخم هو تمر عبر وسط يتم فيه، بمساعدة الإشعاع المساعد أو بطريقة أخرى، إنشاء تركيز زائد من الذرات أو الجسيمات الأخرى أو أنظمتها عند مستويات الطاقة العليا المقابلة للحالات المثارة مقارنة بالحالة المتوازنة.
في البداية، تم تطبيق هذه الطريقة لتضخيم الإشعاع في نطاق الراديو، أو بشكل أكثر دقة في نطاق الترددات الفائقة (نطاق الميكروويف). في مايو 1952، في مؤتمر عموم الاتحاد حول التحليل الطيفي الراديوي، قال الفيزيائيون السوفييت (الأكاديميون الآن) إن.جي. باسوف وأ.م. قدم بروخوروف تقريرًا عن الإمكانية الأساسية لإنشاء مضخم إشعاعي في نطاق الموجات الدقيقة. أطلقوا عليه اسم "المولد الجزيئي" (كان من المفترض أن يستخدم شعاعًا من جزيئات الأمونيا). وفي الوقت نفسه تقريبًا، تم طرح اقتراح استخدام الانبعاث المحفز لتضخيم وتوليد موجات ملليمترية في جامعة كولومبيا في الولايات المتحدة الأمريكية من قبل الفيزيائي الأمريكي تشارلز تاونز. وفي عام 1954، أصبح المذبذب الجزيئي، الذي سُمي بالميزر، حقيقة واقعة. تم تطويره وإنشائه بشكل مستقل وفي وقت واحد في مكانين حول العالم - في معهد الفيزياء P.N. أكاديمية ليبيديف للعلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية (مجموعة بقيادة ن.ج. باسوف وأ.م. بروخوروف) وفي جامعة كولومبيا في الولايات المتحدة الأمريكية (مجموعة بقيادة سي. تاونز). ومن ثم جاء مصطلح "الليزر" من مصطلح "مازر" نتيجة استبدال حرف "M" (الحرف الأول من كلمة ميكرويف - ميكروويف) بالحرف "L" (الحرف الأول من كلمة Light -) ضوء). يعتمد تشغيل كل من الميزر والليزر على نفس المبدأ - وهو المبدأ الذي صاغه في عام 1951 V.A. الصانع. كان ظهور المازر يعني ولادة اتجاه جديد في العلوم والتكنولوجيا. في البداية كانت تسمى الفيزياء الإشعاعية الكمومية، وبعد ذلك أصبحت تعرف باسم الإلكترونيات الكمومية.

2. مبادئ تشغيل المولدات الكمومية.

في المولدات الكمومية، في ظل ظروف معينة، يلاحظ التحويل المباشر للطاقة الداخلية للذرات أو الجزيئات إلى طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي. يحدث تحول الطاقة هذا نتيجة التحولات الكمومية - تحولات الطاقة المصحوبة بإطلاق كميات (أجزاء) من الطاقة.
في غياب التأثير الخارجي، يتم تبادل الطاقة بين جزيئات (أو ذرات) المادة. تبعث بعض الجزيئات اهتزازات كهرومغناطيسية، فتنتقل من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى أقل، بينما تمتصها جزيئات أخرى، مما يؤدي إلى الانتقال العكسي. بشكل عام، في ظل ظروف ثابتة، يكون النظام الذي يتكون من عدد كبير من الجزيئات في حالة توازن ديناميكي، أي. ونتيجة للتبادل المستمر للطاقة، فإن كمية الطاقة المنبعثة تساوي الكمية الممتصة.
سكان مستويات الطاقة ، أي. يتم تحديد عدد الذرات أو الجزيئات الموجودة على مستويات مختلفة حسب درجة حرارة المادة. يتم تحديد سكان المستويات N 1 و N 2 مع الطاقات W 1 و W 2 من خلال توزيع بولتزمان:

(1)

أين ك- ثابت بولتزمان؛
ت– درجة الحرارة المطلقة للمادة .

في حالة التوازن الحراري، تحتوي الأنظمة الكمومية على عدد أقل من الجزيئات عند مستويات طاقة أعلى، وبالتالي فهي لا تنبعث منها، ولكنها تمتص الطاقة فقط عند تعرضها للإشعاع الخارجي. وفي هذه الحالة تنتقل الجزيئات (أو الذرات) إلى مستويات طاقة أعلى.
في المذبذبات الجزيئية ومكبرات الصوت التي تستخدم التحولات بين مستويات الطاقة، من الواضح أنه من الضروري خلق ظروف اصطناعية يكون فيها عدد السكان في مستوى الطاقة الأعلى أعلى. في هذه الحالة، تحت تأثير مجال خارجي عالي التردد بتردد معين، قريب من تردد التحول الكمي، يمكن ملاحظة الإشعاع المكثف المرتبط بالانتقال من مستوى طاقة مرتفع إلى مستوى طاقة منخفض. ويسمى هذا الإشعاع الناجم عن مجال خارجي بالإشعاع المستحث.
إن المجال الخارجي عالي التردد للتردد الأساسي المقابل لتردد الانتقال الكمي (هذا التردد يسمى تردد الرنين) لا يسبب إشعاعًا محفزًا مكثفًا فحسب، بل يتسبب أيضًا في إشعاع الجزيئات الفردية، والتي يوفر إضافة الاهتزازات وإظهار تأثير التضخيم.
تسمى حالة التحول الكمي عندما يتجاوز عدد سكان المستوى الأعلى عدد سكان مستوى الانتقال الأدنى بالمقلوب.
هناك عدة طرق للحصول على عدد سكاني مرتفع بمستويات الطاقة العليا (الانعكاس السكاني).
في المواد الغازية، مثل الأمونيا، من الممكن فصل (فرز) الجزيئات إلى حالات طاقة مختلفة باستخدام مجال كهربائي خارجي ثابت.
في المواد الصلبة، يكون هذا الفصل صعبا، لذلك يتم استخدام طرق مختلفة لإثارة الجزيئات، أي. طرق إعادة توزيع الجزيئات عبر مستويات الطاقة عن طريق التشعيع بمجال خارجي عالي التردد.

يمكن أن يحدث تغيير في مجموعة المستويات (انعكاس مجموعة المستويات) عن طريق التشعيع النبضي بمجال عالي التردد من تردد الرنين ذي الشدة الكافية. مع الاختيار الصحيح لمدة النبضة (يجب أن تكون مدة النبضة أقل بكثير من وقت الاسترخاء، أي وقت استعادة التوازن الديناميكي)، بعد التشعيع، من الممكن تضخيم الإشارة الخارجية عالية التردد لبعض الوقت.
إن طريقة الإثارة الأكثر ملاءمة، والتي تستخدم حاليًا على نطاق واسع في المولدات، هي طريقة التشعيع بمجال خارجي عالي التردد، والذي يختلف بشكل كبير في التردد عن الاهتزازات المتولدة، والتي تحت تأثيرها تحدث إعادة التوزيع الضرورية للجزيئات عبر مستويات الطاقة.
يعتمد تشغيل معظم المولدات الكمومية على استخدام ثلاثة أو أربعة مستويات للطاقة (رغم أنه من حيث المبدأ يمكن استخدام عدد مختلف من المستويات). لنفترض أن التوليد يحدث نتيجة للانتقال المستحث من المستوى 3 لكل مستوى 2 (انظر الشكل 1).
لكي تتعزز المادة الفعالة عند تردد التحول 3 -> 2, تحتاج إلى جعل مستوى السكان 3 فوق مستوى السكان 2. يتم تنفيذ هذه المهمة بواسطة مجال مساعد عالي التردد بتردد ? vsp الذي "يرمي" بعض الجزيئات من المستوى 1 لكل مستوى 3. إن الانقلاب السكاني ممكن مع معلمات معينة للنظام الكمي وقدرة إشعاعية مساعدة كافية.
يُطلق على المولد الذي يقوم بإنشاء مجال مساعد عالي التردد لزيادة عدد السكان بمستوى طاقة أعلى اسم المضخة أو مولد الإضاءة الخلفية. المصطلح الأخير مرتبط بمولدات المرئية و الأشعة تحت الحمراء الأطياف التي تستخدم فيها مصادر الضوء للضخ.
وبالتالي، لتنفيذ التشغيل الفعال للمولد الكمي، من الضروري اختيار مادة فعالة لها نظام معين من مستويات الطاقة التي يمكن أن يحدث بينها انتقال للطاقة، وكذلك اختيار الطريقة الأكثر ملاءمة للإثارة أو فصل الطاقة. الجزيئات إلى مستويات الطاقة.

الشكل 1. رسم تخطيطي لتحولات الطاقة
في المولدات الكمومية

3. دوائر المولدات الكمومية
تتميز المولدات والمضخمات الكمومية بنوع المادة الفعالة المستخدمة فيها. حاليًا، تم تطوير نوعين رئيسيين من الأجهزة الكمومية، والتي تستخدم المواد النشطة الغازية والصلبة
قادرة على الإشعاع المستحث المكثف.

3.1 المولدات الجزيئية مع فصل الجزيئات حسب مستويات الطاقة.

دعونا نفكر أولاً في مولد كمي يحتوي على مادة غازية نشطة، حيث يتم استخدام الكهرباء الحقول، ويتم فصل (فرز) الجزيئات الموجودة في مستويات الطاقة العالية والمنخفضة. يُسمى هذا النوع من المذبذب الكمي عادةً بمذبذب الحزمة الجزيئية.

الشكل 2. رسم تخطيطي للمولد الجزيئي باستخدام شعاع الأمونيا
1 – مصدر الأمونيا . 2- شبكة. 3 - الحجاب الحاجز. 4 - مرنان. 5 – جهاز الفرز

في المولدات الجزيئية المنفذة عمليا، يتم استخدام غاز الأمونيا (الصيغة الكيميائية NH 3)، حيث يكون الإشعاع الجزيئي المرتبط بالانتقال بين مستويات الطاقة المختلفة واضحا للغاية. في نطاق الترددات فائقة الارتفاع، يُلاحظ الإشعاع الأكثر كثافة أثناء انتقال الطاقة المتوافق مع التردد F ن= 23,870 ميجا هرتز ( ? ن= 1.26 سم). يظهر في الشكل 2 رسم تخطيطي مبسط لمولد يعمل على الأمونيا في الحالة الغازية.
العناصر الرئيسية للجهاز، المبينة بالخطوط المنقطة في الشكل 2، توضع في بعض الحالات في نظام خاص مبرد بالنيتروجين السائل، مما يضمن انخفاض درجة حرارة المادة الفعالة وجميع العناصر اللازمة للحصول على مستوى ضوضاء منخفض وعالي استقرار تردد المولد.
تغادر جزيئات الأمونيا الخزان عند ضغط منخفض جدًا، يُقاس بوحدات ملليمتر من الزئبق.
للحصول على شعاع من الجزيئات يتحرك بشكل متوازي تقريبا في الاتجاه الطولي، يتم تمرير الأمونيا من خلال الحجاب الحاجز مع عدد كبير من القنوات الضيقة الموجهة محوريا. يتم اختيار قطر هذه القنوات ليكون صغيرًا جدًا مقارنة بمتوسط ​​المسار الحر للجزيئات. لتقليل سرعة حركة الجزيئات، وبالتالي تقليل احتمالية الاصطدامات والإشعاعات التلقائية، أي غير المستحثة، التي تؤدي إلى تقلبات الضوضاء، يتم تبريد الحجاب الحاجز بالهيليوم السائل أو النيتروجين.
لتقليل احتمالية تصادم الجزيئات، لا يمكن السير على طول طريق انخفاض درجة الحرارة، ولكن على طول طريق تقليل الضغط، ومع ذلك، فإن هذا من شأنه أن يقلل من عدد الجزيئات الموجودة في الرنان والتي تتفاعل في نفس الوقت مع مجال التردد العالي الأخير، والطاقة المنبعثة من الجزيئات المثارة إلى مجال التردد العالي للمرنان ستنخفض.
لاستخدام الغاز كمادة فعالة في المولد الجزيئي، من الضروري زيادة عدد الجزيئات الموجودة عند مستوى طاقة أعلى مقابل عددها المحدد بالتوازن الديناميكي عند درجة حرارة معينة.
في مولد من هذا النوع، يتم تحقيق ذلك عن طريق فرز الجزيئات ذات مستوى الطاقة المنخفضة من الحزمة الجزيئية باستخدام ما يسمى بمكثف رباعي القطب.
يتكون المكثف الرباعي الأقطاب من أربعة قضبان معدنية طولية ذات شكل خاص (الشكل 3 أ)، متصلة في أزواج من خلال واحد إلى مقوم الجهد العالي، والتي لها نفس الإمكانات ولكن بالتناوب في الإشارة. المجال الكهربائي الناتج لمثل هذا المكثف على المحور الطولي للمولد، بسبب تناظر النظام، يساوي الصفر ويصل إلى قيمته القصوى في الفضاء بين القضبان المجاورة (الشكل 3 ب).

الشكل 3. دائرة مكثف رباعي القطب

تتم عملية فرز الجزيئات على النحو التالي. لقد ثبت أن الجزيئات الموجودة في مجال كهربائي تغير طاقتها الداخلية مع زيادة شدة المجال الكهربائي وتزداد طاقة المستويات الدنيا (الشكل 4).

الشكل 4. اعتماد مستويات الطاقة على شدة المجال الكهربائي:

مستوى الطاقة العلوي
انخفاض مستوى الطاقة

وتسمى هذه الظاهرة تأثير ستارك. بسبب تأثير ستارك، يتم فصل جزيئات الأمونيا، عند التحرك في مجال مكثف رباعي الأقطاب، في محاولة لتقليل طاقتها، أي اكتساب حالة أكثر استقرارًا: جزيئات الطاقة العلياتميل المستويات إلى مغادرة منطقة المجال الكهربائي القوي، أي أنها تتحرك نحو محور المكثف، حيث يكون المجال صفراً، وجزيئات المستوى الأدنى، على العكس، تتحرك إلى منطقة المجال القوي، أي أنها تبتعد عن محور المكثف وتقترب من صفائح الأخير. ونتيجة لذلك، لا يتم تحرير الشعاع الجزيئي إلى حد كبير من الجزيئات ذات مستوى الطاقة الأدنى فحسب، بل يتم أيضًا تركيزه بشكل جيد.
بعد المرور عبر جهاز الفرز، يدخل الشعاع الجزيئي إلى مرنان مضبوط على تردد تحول الطاقة المستخدم في المولد F ن= 23,870 ميجاهيرتز .
يتسبب المجال عالي التردد لمرنان التجويف في انبعاث محفز للجزيئات المرتبطة بالانتقال من مستوى الطاقة العلوي إلى مستوى أقل. إذا كانت الطاقة المنبعثة من الجزيئات تساوي الطاقة المستهلكة في الرنان ويتم نقلها إلى حمل خارجي، فسيتم إنشاء عملية تذبذبية ثابتة في النظام ويمكن استخدام الجهاز قيد النظر كمولد للتذبذبات المستقرة التردد.

تتم عملية إنشاء التذبذبات في المولد على النحو التالي.
الجزيئات التي تدخل المرنان، والتي تكون في الغالب عند مستوى الطاقة العلوي، تقوم تلقائيًا (عفويًا) بالانتقال إلى المستوى الأدنى، وتصدر كميات الطاقة من الطاقة الكهرومغناطيسية وتثير الرنان. في البداية، يكون هذا الإثارة للرنان ضعيفًا جدًا، نظرًا لأن انتقال الطاقة للجزيئات يكون عشوائيًا. يؤدي المجال الكهرومغناطيسي للرنان، الذي يعمل على جزيئات الحزمة، إلى حدوث تحولات مستحثة، مما يؤدي بدوره إلى زيادة مجال الرنان. وبالتالي، مع زيادة مجال الرنان تدريجيًا، سيؤثر بشكل متزايد على الحزمة الجزيئية، وستؤدي الطاقة المنطلقة أثناء التحولات المستحثة إلى تقوية مجال الرنان. ستستمر عملية زيادة شدة التذبذبات حتى يحدث التشبع، وعند هذه النقطة سيكون مجال المرنان كبيرًا جدًا لدرجة أنه أثناء مرور الجزيئات عبر المرنان لن يتسبب فقط في التحولات المستحثة من المستوى الأعلى إلى المستوى الأدنى، ولكن أيضًا جزئيًا أيضًا عكس التحولات المرتبطة بامتصاص الطاقة الكهرومغناطيسية. في هذه الحالة، لم تعد الطاقة الصادرة عن جزيئات الأمونيا تزداد، وبالتالي، تصبح الزيادة الإضافية في سعة الاهتزازات مستحيلة. تم إنشاء وضع التوليد الثابت.
لذلك، هذا ليس إثارة بسيطة للرنان، ولكن نظام تذبذب ذاتي، بما في ذلك ردود الفعل، والذي يتم تنفيذه من خلال مجال التردد العالي للرنان. يثير إشعاع الجزيئات التي تطير عبر الرنان مجالًا عالي التردد، والذي بدوره يحدد الانبعاث المحفز للجزيئات، ومراحل هذا الإشعاع وتماسكه.
في الحالات التي لا يتم فيها استيفاء شروط الإثارة الذاتية (على سبيل المثال، كثافة التدفق الجزيئي الذي يمر عبر الرنان غير كافية)، يمكن استخدام هذا الجهاز كمكبر للصوت بمستوى منخفض جدًا من الضوضاء الداخلية. يمكن تعديل كسب مثل هذا الجهاز عن طريق تغيير كثافة التدفق الجزيئي.
يتمتع مرنان التجويف الخاص بالمولد الجزيئي بعامل جودة عالي جدًا، يُقاس بعشرات الآلاف. للحصول على عامل الجودة العالي هذا، تتم معالجة جدران الرنان بعناية ومطليها بالفضة. تعمل فتحات دخول وخروج الجزيئات، ذات القطر الصغير جدًا، كمرشحات عالية التردد في نفس الوقت. إنها أدلة موجية قصيرة، طولها الموجي الحرج أقل من الطول الموجي الطبيعي للمرنان، وبالتالي فإن طاقة التردد العالي للمرنان لا تفلت من خلالها عمليا.
لضبط الرنان على تردد الانتقال، يستخدم الأخير نوعًا من عناصر الضبط. في أبسط الحالات، فهو عبارة عن برغي، يؤدي غمره في الرنان إلى تغيير تردد الأخير قليلاً.
في المستقبل، سيتبين أن تردد المذبذب الجزيئي "يتأخر" إلى حد ما عندما يتغير تردد ضبط المرنان. صحيح أن تأخير التردد صغير ويقدر بقيم في حدود 10 -11، لكن لا يمكن إهمالها بسبب المتطلبات العالية المفروضة على المولدات الجزيئية. لهذا السبب، في عدد من المولدات الجزيئية، يتم تبريد الحجاب الحاجز ونظام الفرز فقط بالنيتروجين السائل (أو الهواء السائل)، ويتم وضع الرنان في منظم الحرارة، حيث يتم الحفاظ على درجة الحرارة ثابتة بواسطة جهاز أوتوماتيكي مع دقة كسور الدرجة. يوضح الشكل 5 بشكل تخطيطي جهازًا من هذا النوع من المولدات.
عادة لا تتجاوز قوة المولدات الجزيئية التي تستخدم الأمونيا 10 -7 دبليو,
ولذلك، فهي تُستخدم عملياً بشكل رئيسي كمعايير تردد عالية الاستقرار. يتم تقدير استقرار التردد لمثل هذا المولد بالقيمة
10 -8 - 10 -10. في غضون ثانية واحدة، يوفر المولد استقرار التردد في حدود 10 -13.
أحد العيوب المهمة لتصميم المولد قيد النظر هو الحاجة إلى الضخ المستمر وصيانة التدفق الجزيئي.

الشكل 5. تصميم المولد الجزيئي
مع التثبيت التلقائي لدرجة حرارة الرنان:
1- مصدر الأمونيا. 2 – الجهاز الشعري. 3- النيتروجين السائل. 4 - مرنان. 5 – نظام التحكم بدرجة حرارة الماء . 6- مكثف رباعي الأقطاب.

3.2 مولدات الكم مع الضخ الخارجي

في نوع المولدات الكمومية قيد النظر، يمكن استخدام كل من المواد الصلبة والغازات كمواد فعالة، حيث يتم التعبير بوضوح عن القدرة على التحولات المستحثة بالطاقة للذرات أو الجزيئات المثارة بواسطة مجال خارجي عالي التردد. في النطاق البصري، يتم استخدام مصادر مختلفة للإشعاع الضوئي لإثارة (ضخ) المادة الفعالة.
تتمتع مولدات النطاق البصري بعدد من الصفات الإيجابية وتستخدم على نطاق واسع في أنظمة الاتصالات الراديوية المختلفة والملاحة وما إلى ذلك.
كما هو الحال في المولدات الكمومية ذات الموجات السنتيمترية والمليمترية، يستخدم الليزر عادةً أنظمة ثلاثية المستويات، أي مواد فعالة يحدث فيها انتقال بين ثلاثة مستويات للطاقة.
ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى ميزة واحدة يجب مراعاتها عند اختيار المادة الفعالة للمولدات ومكبرات الصوت ذات النطاق البصري.
من العلاقة دبليو 2 -دبليو 1 =ح؟ويترتب على ذلك أنه مع زيادة وتيرة التشغيل؟ في المذبذبات ومكبرات الصوت من الضروري استخدام اختلاف أعلى في مستويات الطاقة. لمولدات النطاق البصري المقابلة تقريبًا لنطاق التردد 2 10 7 -9 10 8 ميغاهيرتز(الطول الموجي 15-0.33 عضو الكنيست)،اختلاف مستوى الطاقة دبليو 2 -دبليو 1 يجب أن يكون حجمها أعلى بمقدار 2-4 مرات من المولدات ذات نطاق السنتيمتر.
يتم استخدام كل من المواد الصلبة والغازات كمواد فعالة في مولدات النطاق البصري.
يستخدم الياقوت الاصطناعي على نطاق واسع كمادة نشطة صلبة - بلورات اكسيد الالمونيوم (A1 2 O 3) مع خليط من أيونات الكروم (Cr). بالإضافة إلى الياقوت، يتم تنشيط الزجاج بالنيوديميوم (Nd)، وبلورات تنجستات الكالسيوم (CaWO 4) مع خليط من أيونات النيوديميوم، وبلورات فلوريد الكالسيوم (CaF 2) مع مزيج من الديسبروسيوم (Dy) أو أيونات اليورانيوم ومواد أخرى. كما تستخدم على نطاق واسع.
يستخدم ليزر الغاز عادةً خليطًا من غازين أو أكثر.

3.2.1 المولدات ذات المادة الفعالة الصلبة

النوع الأكثر انتشارًا من مولدات النطاق البصري هي المولدات التي يتم فيها استخدام الياقوت مع خليط الكروم (0.05٪) كمادة فعالة. يوضح الشكل 6 مخططًا مبسطًا لترتيب مستويات الطاقة لأيونات الكروم في الياقوت. تتوافق نطاقات الامتصاص التي يلزم فيها الضخ (الإثارة) مع الأجزاء الخضراء والزرقاء من الطيف (الطول الموجي 5600 و4100A). عادة، يتم الضخ باستخدام مصباح زينون لتفريغ الغاز، ويكون طيف انبعاثه قريبًا من طيف انبعاث الشمس. تنتقل أيونات الكروم، التي تمتص فوتونات الضوء الأخضر والأزرق، من المستوى الأول إلى المستويين الثالث والرابع. تعود بعض الأيونات المثارة من هذه المستويات إلى الحالة الأرضية (إلى المستوى I)، ويمر معظمها دون انبعاث طاقة إلى المستوى شبه المستقر P، مما يزيد من تعداد الأخير. تظل أيونات الكروم التي انتقلت إلى المستوى الثاني في هذه الحالة المثارة لفترة طويلة. لذلك، في المستوى الثاني
من الممكن تجميع عدد أكبر من الجسيمات النشطة مقارنة بالمستوى الأول. عندما يتجاوز عدد سكان المستوى الثاني عدد سكان المستوى الأول، تكون المادة قادرة على تعزيز التذبذبات الكهرومغناطيسية عند تردد الانتقال من II إلى I. إذا تم وضع مادة ما في مرنان، يصبح من الممكن توليد اهتزازات متماسكة وأحادية اللون في الجزء الأحمر من الطيف المرئي (? = 6943 أ ). يتم تنفيذ دور الرنان في النطاق البصري بواسطة الأسطح العاكسة المتوازية مع بعضها البعض.

الشكل 6. مستويات الطاقة لأيونات الكروم في الياقوت

أشرطة الامتصاص تحت الضخ البصري
التحولات غير الإشعاعية
مستوى شبه مستقر

تتم عملية الإثارة الذاتية بالليزر من الناحية النوعية بنفس الطريقة كما في المولد الجزيئي. تنتقل بعض أيونات الكروم المثارة تلقائيًا (تلقائيًا) إلى المستوى الأول، وتنبعث منها فوتونات. تتعرض الفوتونات التي تنتشر بشكل عمودي على الأسطح العاكسة لانعكاسات متعددة وتمر بشكل متكرر عبر الوسط النشط ويتم تضخيمه فيه. تزداد شدة التذبذبات إلى قيمة ثابتة.
في الوضع النبضي، يتميز غلاف النبض الإشعاعي لمولد الياقوت بطابع ومضات قصيرة المدى تدوم في حدود أعشار ميكروثانية وبفترة تصل إلى عدة ميكروثانية (الشكل 7، الخامس).
يتم تفسير طبيعة الاسترخاء (المتقطع) لإشعاع المولد بمعدلات مختلفة لوصول الأيونات إلى المستوى الثاني بسبب الضخ وانخفاض عددها أثناء التحولات المستحثة من المستوى الثاني إلى المستوى الأول.
يوضح الشكل 7 مخططات الذبذبات التي تشرح العملية نوعيًا
جيل في ليزر روبي. تحت تأثير إشعاع المضخة (الشكل 7، أ)يحدث تراكم الأيونات المثارة في المستوى الثاني. بعد مرور بعض الوقت السكان ن 2 سوف تتجاوز قيمة العتبة وسيصبح الإثارة الذاتية للمولد ممكنة. خلال فترة الانبعاث المتماسك، يتأخر تجديد أيونات المستوى الثاني بسبب الضخ عن استهلاكها نتيجة للتحولات المستحثة، وينخفض ​​عدد سكان المستوى الثاني. في هذه الحالة، إما أن يضعف الإشعاع بشكل حاد أو حتى يتوقف (كما في هذه الحالة) حتى يتم إثراء المستوى الثاني بسبب الضخ بقيمة تتجاوز العتبة (الشكل 7، ب)، ويصبح من الممكن إثارة التذبذبات مرة أخرى. ونتيجة للعملية التي تم النظر فيها، سيتم ملاحظة سلسلة من الومضات قصيرة المدى عند مخرج الليزر (الشكل 7، ج).

الشكل 7. مخططات الذبذبات التي تشرح عمل ليزر الياقوت:
أ) قوة مصدر الضخ
ب) المستوى الثاني من السكان
ج) طاقة خرج المولد

بالإضافة إلى الياقوت، يتم استخدام مواد أخرى في مولدات النطاق البصري، على سبيل المثال، كريستال تنغستات الكالسيوم والزجاج المنشط بالنيوديميوم.
يظهر الشكل 8 بنية مبسطة لمستويات الطاقة لأيونات النيوديميوم في بلورة تنغستات الكالسيوم.
تحت تأثير الضوء من مصباح الضخ، يتم نقل الأيونات من المستوى الأول إلى الحالات المثارة الموضحة في الشكل III. ثم ينتقلون إلى المستوى P بدون إشعاع، ويكون المستوى II متبدل الاستقرار، وتتراكم عليه الأيونات المثارة. إشعاع متماسك في نطاق الأشعة تحت الحمراء مع الطول الموجي ?= 1,06 عضو الكنيستيحدث عندما تنتقل الأيونات من المستوى الثاني إلى المستوى الرابع. تقوم الأيونات بالانتقال من المستوى الرابع إلى الحالة الأرضية دون إشعاع. حقيقة حدوث الإشعاع
وعندما تنتقل الأيونات إلى المستوى الرابع، الذي يقع فوق مستوى سطح الأرض، يكون ذلك بشكل ملحوظ
يسهل إثارة المولد. سكان المستوى الرابع أقل بكثير من المستوى P [هذا يتبع من الصيغة 1] وبالتالي، لتحقيق عتبة الإثارة إلى المستوى الثاني، يجب نقل عدد أقل من الأيونات، وبالتالي يجب إنفاق طاقة ضخ أقل.

الشكل 8. هيكل مبسط لمستويات أيون النيوديميوم في تنغستات الكالسيوم (CaWO 4 )

يحتوي الزجاج المشبع بالنيوديميوم أيضًا على مخطط مماثل لمستوى الطاقة. ينبعث الليزر الذي يستخدم الزجاج المنشط بنفس الطول الموجي = 1.06 ميكرون.
يتم تصنيع المواد الصلبة النشطة على شكل قضبان طويلة مستديرة (أقل مستطيلة في كثير من الأحيان)، يتم صقل نهاياتها بعناية ويتم تطبيق طبقات عاكسة عليها على شكل أفلام عازلة خاصة متعددة الطبقات. تشكل الجدران الطرفية المتوازية للمستوى مرنانًا يتم فيه إنشاء نظام من الانعكاس المتعدد للتذبذبات المنبعثة (بالقرب من نظام الموجات الدائمة)، مما يعزز الإشعاع المستحث ويضمن تماسكه. يمكن أيضًا تشكيل الرنان بواسطة مرايا خارجية.
تتميز المرايا العازلة متعددة الطبقات بامتصاص جوهري منخفض وتتيح الحصول على أعلى عامل جودة للرنان. بالمقارنة مع المرايا المعدنية التي تتكون من طبقة رقيقة من الفضة أو أي معدن آخر، فإن تصنيع المرايا العازلة متعددة الطبقات أصعب بكثير، ولكنها متفوقة بكثير في المتانة. تفشل المرايا المعدنية بعد عدة ومضات، ولذلك لا تستخدم في نماذج الليزر الحديثة.
استخدمت نماذج الليزر الأولى مصابيح زينون نابضة حلزونية الشكل كمصدر للضخ. داخل المصباح كان هناك قضيب من المادة الفعالة.
العيب الخطير لتصميم المولد هذا هو انخفاض معدل استخدام الطاقة الضوئية لمصدر الضخ. ومن أجل القضاء على هذا العيب، تستخدم المولدات تركيز الطاقة الضوئية لمصدر الضخ باستخدام عدسات خاصة أو عاكسات. الطريقة الثانية أبسط. عادة ما يكون العاكس على شكل أسطوانة بيضاوية.
ويبين الشكل 9 دائرة مذبذب روبي. يقع مصباح الإضاءة الخلفية، الذي يعمل في الوضع النبضي، داخل عاكس بيضاوي الشكل يركز ضوء المصباح على قضيب الياقوت. يتم تشغيل المصباح بواسطة مقوم الجهد العالي. في الفترات الفاصلة بين النبضات، تتراكم طاقة مصدر الجهد العالي في مكثف بسعة حوالي 400 mkf. في لحظة تطبيق نبض الإشعال بجهد 15 كيلو فولت, تتم إزالته من الملف الثانوي لمحول الرفع، ويضيء المصباح ويستمر في الاحتراق حتى يتم استهلاك الطاقة المتراكمة في مكثف مقوم الجهد العالي.
ولزيادة قوة الضخ يمكن تركيب عدة مصابيح زينون حول قضيب الياقوت، حيث يتركز ضوءها على قضيب الياقوت باستخدام العاكسات.
بالنسبة للذي هو موضح في الشكل 23.10 طاقة ضخ عتبة المولد أي الطاقة التي يبدأ عندها التوليد حوالي 150 ج. مع سعة التخزين الموضحة في الرسم التخطيطي مع = 400 mkf يتم توفير هذه الطاقة عند مصدر جهد يبلغ حوالي 900 في.

الشكل 9. مذبذب روبي مع عاكس بيضاوي الشكل لتركيز ضوء مصباح الضخ:

العاكس
دوامة الاشتعال
مصباح زينون
روبي

نظرًا لحقيقة أن نطاق مصادر الضخ أوسع بكثير من نطاق الامتصاص المفيد للكريستال، فإن طاقة مصدر الضخ تستخدم بشكل سيء للغاية وبالتالي من الضروري زيادة قوة المصدر بشكل كبير من أجل توفير ما يكفي ضخ الطاقة للتوليد في نطاق امتصاص ضيق. وبطبيعة الحال، يؤدي هذا إلى زيادة قوية في درجة حرارة البلورة. لمنع ارتفاع درجة الحرارة، يمكنك استخدام المرشحات التي يتزامن عرض نطاقها الترددي تقريبًا مع نطاق امتصاص المادة الفعالة، أو استخدام نظام التبريد القسري للبلورة، على سبيل المثال، باستخدام النيتروجين السائل.
يعد الاستخدام غير الفعال لطاقة المضخة هو السبب الرئيسي لانخفاض كفاءة الليزر نسبيًا. تتيح المولدات المعتمدة على الياقوت في وضع النبض الحصول على كفاءة تصل إلى 1٪، والمولدات المعتمدة على الزجاج - حتى 3-5٪.
يعمل ليزر روبي بشكل أساسي في الوضع النبضي. يقتصر الانتقال إلى الوضع المستمر على ارتفاع درجة حرارة بلورة الياقوت ومصادر الضخ الناتجة، فضلاً عن احتراق المرايا.
تجري حاليًا الأبحاث حول استخدام الليزر لمواد أشباه الموصلات. يستخدمون صمامًا ثنائيًا لأشباه الموصلات مصنوعًا من زرنيخيد الغاليوم كعنصر نشط، ولا يتم الإثارة (الضخ) منه عن طريق الطاقة الضوئية، ولكن عن طريق تيار عالي الكثافة يمر عبر الصمام الثنائي.
تصميم العنصر النشط بالليزر بسيط للغاية (انظر الشكل 10) ويتكون من نصفين من مادة شبه موصلة ص- و ن-يكتب. يتم فصل النصف السفلي من مادة النوع n عن النصف العلوي من مادة النوع p بواسطة مستوى ص-ن انتقال. تم تجهيز كل لوحة بجهة اتصال لتوصيل الصمام الثنائي بمصدر الضخ، وهو مصدر تيار مباشر. تشكل الوجوه النهائية للديود، المتوازية تمامًا والمصقولة بعناية، مرنانًا مضبوطًا على تردد التذبذبات المولدة المقابلة لطول موجة يبلغ 8400 أمبير. أبعاد الصمام الثنائي هي 0.1× 0.1 × 1,25 مم. يتم وضع الصمام الثنائي في ناظم البرد مع النيتروجين السائل أو الهيليوم ويتم تمرير تيار مضخة من خلاله، كثافته ص-ن يصل الانتقال إلى قيم 10 4 – 10 6 أ/سم2 في هذه الحالة، تذبذبات متماسكة في نطاق الأشعة تحت الحمراء بطول موجة ? = 8400 أ.

الشكل 10. هيكل العنصر النشط في ليزر ديود أشباه الموصلات.

حواف مصقولة
اتصال
طائرة تقاطع pn
اتصال

من الممكن انبعاث كمات الطاقة في أشباه الموصلات عندما تنتقل الإلكترونات من نطاق التوصيل إلى المستويات الحرة في نطاق التكافؤ - من مستويات الطاقة الأعلى إلى المستويات الأدنى. في هذه الحالة، "يختفي" حاملان للتيار - إلكترون وثقب.
عندما يتم امتصاص كمية الطاقة، ينتقل الإلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل ويتم تشكيل حاملتين للتيار.
لكي يكون تضخيم (وكذلك توليد) التذبذبات ممكنًا، من الضروري أن يسود عدد التحولات مع إطلاق الطاقة على التحولات مع امتصاص الطاقة. يتم تحقيق ذلك في الصمام الثنائي لأشباه الموصلات المخدر بشدة ر- و ن-المناطق التي يتم فيها تطبيق جهد أمامي، كما هو موضح في الشكل 10. عندما تكون الوصلة منحازة في الاتجاه الأمامي، تنطلق الإلكترونات من ن-المناطق تنتشر في ع-منطقة. وبسبب هذه الإلكترونات، يزداد عدد نطاق التوصيل بشكل حاد ر- موصل، ويمكن أن يتجاوز تركيز الإلكترونات في نطاق التكافؤ.
انتشار الثقوب من ص- الخامس ن-منطقة.
نظرًا لأن انتشار الموجات الحاملة يحدث على عمق صغير (في حدود بضعة ميكرونات)، فلا يشارك كامل سطح نهاية الصمام الثنائي لأشباه الموصلات في الإشعاع، ولكن فقط المناطق المتاخمة مباشرة لمستوى السطح البيني ص- و ن-المناطق.
في الوضع النبضي من هذا النوع، تبلغ قوة الليزر الذي يعمل بالهيليوم السائل حوالي 300 دبليو مع مدة حوالي 50 نانوثانية وحوالي 15 دبليو مع المدة 1 عضو الكنيست. في الوضع المستمر، يمكن أن تصل طاقة الخرج إلى 10-20 ميغاواط بقوة مضخة تبلغ حوالي 50 ميغاواط.
يحدث انبعاث التذبذبات فقط من اللحظة التي تصل فيها كثافة التيار في الوصلة إلى قيمة عتبة تبلغ حوالي 10 4 بالنسبة للغاليوم الزرنيخ أ/سم 2 . يتم تحقيق هذه الكثافة العالية عن طريق اختيار مساحة صغيرة ص-ن تتوافق التحولات عادةً مع التيار عبر الصمام الثنائي بترتيب عدة أمبيرات.

3.2.2 مولدات تحتوي على مادة نشطة غازية

في مولدات الكم الضوئية، تكون المادة الفعالة عادة عبارة عن خليط من غازين. الأكثر شيوعًا هو الليزر الغازي الذي يستخدم مزيجًا من الهيليوم (He) والنيون (Ne).
يظهر موقع مستويات الطاقة للهيليوم والنيون في الشكل 11. ويكون تسلسل التحولات الكمومية في ليزر الغاز كما يلي. تحت تأثير الذبذبات الكهرومغناطيسية لمولد عالي التردد، يحدث تفريغ كهربائي في خليط غازي محاط بأنبوب زجاج كوارتز، مما يؤدي إلى انتقال ذرات الهيليوم من الحالة الأرضية I إلى الحالات II (2 3 S) و III (2 1 ق). عندما تصطدم ذرات الهيليوم المثارة بذرات النيون، يحدث تبادل للطاقة بينهما، ونتيجة لذلك تقوم ذرات الهيليوم المثارة بنقل الطاقة إلى ذرات النيون ويزداد عدد مستويات النيون 2S و3S بشكل ملحوظ.
إلخ.................

مولد الكم

مولد الكم- اسم عام لمصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تعمل على أساس الانبعاث المحفز للذرات والجزيئات. اعتمادًا على الطول الموجي الذي يصدره المولد الكمي، يمكن تسميته بشكل مختلف: ليزر، مازر، رازر، غازر.

تاريخ الخلق

يعتمد المولد الكمي على مبدأ الانبعاث المحفز الذي اقترحه أ. أينشتاين: عندما يكون النظام الكمي متحمسًا وفي نفس الوقت يكون هناك إشعاع بتردد يتوافق مع التحول الكمي، فإن احتمال انتقال النظام إلى طاقة أقل يزداد المستوى بما يتناسب مع كثافة فوتونات الإشعاع الموجودة بالفعل. وقد أشار الفيزيائي السوفييتي V. A. Fabrikant إلى إمكانية إنشاء مولد كمي على هذا الأساس في أواخر الأربعينيات.

الأدب

لاندسبيرج جي إس. كتاب الفيزياء الابتدائي. المجلد 3. التذبذبات والأمواج. بصريات. الفيزياء الذرية والنووية. - 1985.

Herman J., Wilhelmi B. "الليزر لتوليد نبضات ضوئية فائقة القصر" - 1986.

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

• نوتكر ستاتررر
• إعادة التركيب

تعرف على ما هو "مولد الكم" في القواميس الأخرى:

مولد الكم- مولد كهربائي ماج. الموجات التي تستخدم فيها ظاهرة الانبعاث المحفز (انظر الإلكترونيات الكمية). نطاق الراديو K. g، بالإضافة إلى مكبر الصوت الكمي، يسمى. مازر. تم إنشاء أول K. g في نطاق الميكروويف في عام 1955. الوسيط النشط فيه ... الموسوعة الفيزيائية

مولد الكم- مصدر للإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك، الذي يعتمد تأثيره على انبعاث الفوتونات المحفز بواسطة الذرات والأيونات والجزيئات. تسمى المولدات الكمومية في المدى الراديوي بالميزر، والمولدات الكمومية في المدى البصري... ... القاموس الموسوعي الكبير

مولد الكم- مصدر إشعاع متماسك يعتمد على استخدام الانبعاث المحفز والتغذية المرتدة. ملاحظة: تنقسم المولدات الكمومية حسب نوع المادة الفعالة وطريقة الإثارة وغيرها من الخصائص، مثلا الشعاع، الغاز... دليل المترجم الفني

مولد الكم- مصدر للإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك أحادي اللون (المدى البصري أو الراديوي) الذي يعمل على أساس الانبعاث المحفز للذرات والجزيئات والأيونات المثارة. غازات بلورية ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

مولد الكم- جهاز لتوليد إشعاع كهرومغناطيسي متماسك. التماسك هو حدوث منسق في الزمان والمكان للعديد من العمليات التذبذبية أو الموجية، والذي يتجلى عند إضافتها، على سبيل المثال. في حالة التدخل.. موسوعة التكنولوجيا

مولد الكم- مصدر للإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك، الذي يعتمد تأثيره على انبعاث الفوتونات المحفز بواسطة الذرات والأيونات والجزيئات. تسمى المولدات الكمومية في المدى الراديوي بالميزر، والمولدات الكمومية في المدى البصري ... ... القاموس الموسوعي

مولد الكم- وضع مولدات الطاقة T sritis Standartizacija ir Metrologija apibrėžtis Elektromagnetinių Bangų generatorius، kurio veikimas pagrįstas sužadintųjų atomų، molekulių، jonų priverstinio spinduliavimo reiškiniu. السمات: الإنجليزية. الكم... ... Penkiakalbis aiškinamasis Metrologijos terminų žodynas

مولد الكم- kvantinis generatorius Statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. مولد الكم vok. المولد الكمي، م روس. مولد الكم، م برانك. مذبذب كمي، م … نهاية فيزيكوس žodynas

مولد الكم- مولد للموجات الكهرومغناطيسية يستخدم ظاهرة الانبعاث المحفز (انظر الانبعاث المحفز) (انظر إلكترونيات الكم). K. g. نطاق الراديو ذو الترددات العالية جدًا (الميكروويف) بالإضافة إلى مكبر الصوت الكمي لهذا ... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

كانت النجاحات التي تحققت في تطوير وبحث مكبرات الصوت والمذبذبات الكمومية في النطاق الراديوي بمثابة الأساس لتنفيذ اقتراح تضخيم وتوليد الضوء بناءً على الانبعاثات المحفزة وأدت إلى إنشاء مذبذبات كمومية في النطاق البصري. تعد المذبذبات الكمومية الضوئية (OQOs) أو الليزر هي المصادر الوحيدة للضوء القوي أحادي اللون. تم اقتراح مبدأ تضخيم الضوء باستخدام الأنظمة الذرية لأول مرة في عام 1940 من قبل V.A. الصانع. ومع ذلك، فإن تبرير إمكانية إنشاء مولد كمي بصري لم يتم تقديمه إلا في عام 1958 من قبل C. Townes وA. Shavlov بناءً على الإنجازات التي تم تحقيقها في تطوير الأجهزة الكمومية في النطاق الراديوي. تم تحقيق أول مولد كمي بصري في عام 1960. وكان عبارة عن ليزر يحتوي على بلورة ياقوتية كمادة عاملة. تم إنشاء الانعكاس السكاني فيه بواسطة طريقة الضخ ثلاثية المستويات، والتي تستخدم عادةً في مكبرات الصوت الكمومية المغنطيسية.

حاليًا، تم تطوير العديد من مولدات الكم الضوئية المختلفة، والتي تختلف في المواد العاملة (يتم استخدام البلورات والنظارات والبلاستيك والسوائل والغازات وأشباه الموصلات) وطرق إنشاء الانعكاس السكاني (الضخ البصري، والتفريغ في الغازات، والتفاعلات الكيميائية، وما إلى ذلك). .

يغطي إشعاع مولدات الكم الضوئية الموجودة نطاق الطول الموجي من الأشعة فوق البنفسجية إلى منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة من الطيف المجاور للموجات المليمترية. على غرار المولد الكمي في النطاق الراديوي، يتكون المولد الكمي البصري من جزأين رئيسيين: مادة عاملة (نشطة)، يتم فيها بطريقة أو بأخرى

يتم إنشاء انقلاب للسكان ونظام الرنين (الشكل 62). كما هو الأخير، يتم استخدام الرنانات المفتوحة من نوع مقياس التداخل Fabry-Perot في أشعة الليزر، والتي تتكون من نظام من مرآتين تقعان على مسافة من بعضهما البعض.

تعمل المادة العاملة على تعزيز الإشعاع البصري بسبب الانبعاث المستحث للجزيئات النشطة. يحدد نظام الرنين، الذي يسبب مرورًا متعددًا للإشعاع المستحث بصريًا الناتج عبر الوسط النشط، التفاعل الفعال للمجال معه. إذا اعتبرنا الليزر نظامًا ذاتي التذبذب، فإن المرنان يوفر ردود فعل إيجابية نتيجة لعودة جزء من الإشعاع المنتشر بين المرايا إلى الوسط النشط. لكي تحدث تذبذبات، يجب أن تكون الطاقة التي يستقبلها الليزر من الوسط النشط مساوية أو تتجاوز الطاقة المفقودة في الرنان. وهذا يعادل حقيقة أن شدة موجة التوليد بعد المرور عبر وسط التضخيم، والانعكاس من المرايا -/ و2، والعودة إلى المقطع العرضي الأصلي، يجب أن تظل دون تغيير أو تتجاوز القيمة الأولية.

عند المرور عبر الوسط النشط، تزداد شدة الموجة 1^ يتغير وفقا للقانون الأسي (تجاهل التشبع) L, ° 1^ ezhr [ (oc,^ - b())-c ]، وعندما تنعكس من المرآة فإنها تتغير زمرة واحدة ( ت -معامل في الرياضيات او درجة. انعكاس المرآة)، لذلك يمكن كتابة شرط حدوث التوليد على النحو التالي:

أين ل - طول الوسط النشط العامل؛ ص 1 و ص 2 - معاملات انعكاس المرايا 1 و 2؛ a u هو كسب الوسط النشط؛ ب 0 - ثابت التوهين مع مراعاة فقدان الطاقة في المادة العاملة نتيجة للتشتت بسبب عدم التجانس والعيوب.

I. مرنانات المولدات الكمومية الضوئية

أنظمة الليزر الرنانة، كما ذكرنا سابقًا، هي رنانات مفتوحة. حاليًا، يتم استخدام الرنانات المفتوحة ذات المرايا المسطحة والكروية على نطاق واسع. من السمات المميزة للرنانات المفتوحة أن أبعادها الهندسية أكبر بعدة مرات من الطول الموجي. مثل الرنانات المفتوحة الحجمية، لديها مجموعة من أنواع التذبذبات الخاصة بها، والتي تتميز بتوزيع مجال معين في لهم والترددات الخاصة. الأنواع الطبيعية لتذبذبات الرنان المفتوح هي حلول لمعادلات المجال التي تلبي الشروط الحدودية على المرايا.

هناك عدة طرق لحساب الرنانات المجوفة التي تسمح للشخص بالعثور على أنواع الاهتزازات الخاصة به. تم تقديم نظرية دقيقة وأكثر اكتمالًا للرنانات المفتوحة في أعمال L.A. Vaivestein.* وقد تم تطوير طريقة مرئية لحساب أنواع التذبذبات في الرنانات المفتوحة في أعمال A. Fox وT. Lee.

(113)

يتم استخدامه فيه. حساب عددي يحاكي عملية تحديد أنواع التذبذبات في الرنان نتيجة الانعكاس المتعدد من المرايا. في البداية، يتم تعيين توزيع المجال التعسفي على سطح إحدى المرايا. ومن ثم، وباستخدام مبدأ هويجنز، يتم حساب توزيع المجال على سطح مرآة أخرى. يتم أخذ التوزيع المتعلم على أنه التوزيع الأصلي ويتم تكرار الحساب. بعد انعكاسات متعددة، يميل توزيع سعة وطور المجال على سطح المرآة إلى قيمة ثابتة، أي. الحقل الموجود على كل مرآة يعيد إنتاج نفسه دون تغيير. يمثل توزيع المجال الناتج النوع الطبيعي من التذبذب للرنان المفتوح.

يعتمد حساب A. Fox وT. Lee على صيغة Kirchhoff التالية، وهي تعبير رياضي لمبدأ Huygens، والذي يسمح للمرء بإيجاد القاع عند نقطة المراقبة أبواسطة حقل معين على بعض السطح Sb

حيث Eb هو المجال عند النقطة B على السطح S ب؛ ك-رقم الموجة؛ ر - المسافة بين النقاط أو في؛ س - الزاوية بين الخط الذي يربط النقاط أو في،وعادي على السطح بينالي الشارقة

ومع زيادة عدد التمريرات فإن معدل التدفق على المرايا يميل إلى التوزيع الثابت، والذي يمكن تمثيله على النحو التالي:

أين الخامس (خ ،ذ) - دالة توزيع تعتمد على الإحداثيات الموجودة على سطح المرايا ولا تتغير من انعكاس إلى انعكاس؛

y هو ثابت معقد مستقل عن الإحداثيات المكانية.

استبدال الصيغة (112) في التعبير (III). نحصل على المعادلة التكاملية

وله حل فقط لقيم معينة تسمى [جاما] = [جاما دقيقة]. القيم الذاتية,وظائف فمن , إرضاء المعادلة التكاملية، تميز هيكل مجال أنواع مختلفة من تذبذبات الرنان، والتي تسمى مستعرضالاهتزازات ويتم تعيينها على أنها اهتزازات من النوع تيممنرمز تيميشير إلى أن المياه داخل الرنان قريبة من الكهرومغناطيسية المستعرضة، أي. عدم وجود مكونات ميدانية على طول اتجاه انتشار الموجة. الفهارس مويشير n إلى عدد التغييرات في اتجاه المجال على طول جوانب المرآة (للمرايا المستطيلة) أو على طول الزاوية وعلى طول نصف القطر (للمرايا المستديرة). يوضح الشكل 64 تكوين المجال الكهربائي لأبسط أنواع التذبذبات العرضية للرنانات المفتوحة ذات المرايا المستديرة. تتميز الأنواع الجوهرية من تذبذبات الرنانات المفتوحة ليس فقط بالتوزيع العرضي للمجال، ولكن أيضًا بتوزيعه على طول محور الرنانات، وهي موجة واقفة وتختلف في عدد أنصاف الموجات التي تتناسب على طول طول الرنان. ولأخذ ذلك في الاعتبار، تم إدخال مؤشر ثالث في تعيين أنواع الاهتزاز أ، يصف عدد الموجات النصفية التي تتلاءم مع محور الرنان.

مولدات الكم الضوئية ذات الحالة الصلبة

تستخدم مذبذبات الكم الضوئية ذات الحالة الصلبة، أو ليزر الحالة الصلبة، بلورات أو عوازل غير متبلورة كوسيلة كسب نشطة. الجسيمات العاملة، التي تحدد التحولات بين حالات الطاقة توليدها، هي، كقاعدة عامة، أيونات ذرات المجموعات الانتقالية في الجدول الدوري. غالبًا ما تكون الأيونات Na 3+، Cr 3+، Ho 3+، Pr 3+ مستخدم. تشكل الجسيمات النشطة أجزاء أو وحدات مئوية من إجمالي عدد ذرات الوسط العامل، لذلك يبدو أنها تشكل "محلولًا" ضعيف التركيز وبالتالي تتفاعل قليلاً مع بعضها البعض. مستويات الطاقة المستخدمة هي مستويات الجسيمات العاملة، المنقسمة والموسعة بواسطة المجالات الداخلية القوية غير المتجانسة للمادة الصلبة. غالبًا ما تستخدم بلورات اكسيد الالمونيوم (Al2O3) وعقيق الإيتريوم والألومنيوم كأساس لوسط الكسب النشط. ياج(Y3Al5O12)، ماركات مختلفة من الزجاج، الخ.

يتم إنشاء الانعكاس السكاني في المادة العاملة لأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة بطريقة مشابهة لتلك المستخدمة في مكبرات الصوت البارامغناطيسية. ويتم ذلك باستخدام الضخ البصري، أي. تعرض المادة لأشعة ضوئية عالية الشدة.

كما تظهر الدراسات، فإن معظم الوسائط النشطة الموجودة حاليًا والمستخدمة في ليزر الحالة الصلبة يتم وصفها بشكل مرضٍ من خلال اثنين من الطاقة المثالية الرئيسية المخططات:ثلاثة وأربعة مستويات (الشكل 71).

دعونا نفكر أولاً في طريقة إنشاء الانعكاس السكاني في الوسائط الموصوفة بمخطط ثلاثي المستويات (انظر الشكل 71، أ). في الحالة الطبيعية، يتم ملء المستوى الرئيسي السفلي فقط 1 (مسافة الطاقة بين المستويات أكبر بكثير من كيلو طن)، حيث أن التحولات 1->2، و1->3) تنتمي إلى النطاق البصري. الانتقال بين المستويين 2 و 1 قيد التشغيل. مستوى 3 مساعد ويستخدم لإنشاء انعكاس لزوج العمل من المستويات. إنها في الواقع تحتل نطاقًا واسعًا من قيم الطاقة المسموح بها، وذلك بسبب تفاعل الجسيمات العاملة مع المجالات داخل البلورات.

مصدر متماسك الكهرومغناطيسي إشعاع(المدى البصري أو الراديوي) الذي تستخدم فيه الظاهرة الانبعاث المستحثالذرات المثارة والجزيئات والأيونات وما إلى ذلك. تستخدم الغازات والسوائل والعوازل الصلبة وبلورات PP كمواد عمل في ثاني أكسيد الكربون. يتم إثارة العامل، أي إمداد الطاقة اللازمة لعمل المولد، بواسطة تيار كهربائي قوي. المجال، الضوء من الخارج المصدر وحزم الإلكترون وما إلى ذلك. إشعاع K. g. بالإضافة إلى أحادية اللون العالية و منطق،لديه تركيز ووسائل ضيقة. قوة. أنظر أيضا الليزر، الميزر، المولد الجزيئي.

• - نفس الليزر...

  بدايات العلوم الطبيعية الحديثة

• - المولد الكمي جهاز لتوليد إشعاع كهرومغناطيسي متماسك...

  موسوعة التكنولوجيا

• - مولد الكم الضوئي هو نفسه الليزر...

  موسوعة التكنولوجيا

• - مصدر كهرومغناطيسي متماسك الإشعاع، الذي يعتمد عمله على انبعاث الفوتونات المحفزة بواسطة الذرات والأيونات والجزيئات. يُطلق على نطاق الراديو K. g. مازرز، ك. ز. النطاق - الليزر ...
• - نفس الليزر...

  علم الطبيعة. القاموس الموسوعي

• - جهاز تقني للتوليد النبضي أو المستمر للإشعاع المتماسك أحادي اللون في المدى البصري للطيف...

  قاموس طبي كبير

• - مصدر للإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك، والذي يستخدم ظاهرة الإشعاع المستحث من الذرات والجزيئات والأيونات وغيرها. الغازات والسوائل...

  قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير

• - مولد موجات كهرومغناطيسية يستخدم ظاهرة الانبعاث المحفز...
• - نفس الليزر...

  الموسوعة السوفيتية الكبرى

• - نفس الليزر...

  الموسوعة الحديثة

• - مصدر للإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك، الذي يعتمد تأثيره على انبعاث الفوتونات المحفز بواسطة الذرات والأيونات والجزيئات...
• - نفس الليزر...

  قاموس موسوعي كبير

• - الكم، -أ، م في الفيزياء: أصغر كمية من الطاقة تنطلق أو تمتصها كمية فيزيائية في حالتها غير الثابتة. ك. الطاقة. ك. نور...

  قاموس أوزيجوف التوضيحي

• - الكم، الكم، الكم. صفة إلى الكم الأشعة الكمومية. ميكانيكا الكم...

  قاموس أوشاكوف التوضيحي

• - الكم صفة. 1. النسبة مع اسم الكم المرتبط به 2...

  القاموس التوضيحي لإفريموفا

• - ك.ف"...

  قاموس التهجئة الروسية

"مولد الكم" في الكتب

التحول الكمي

من كتاب معاداة السامية كقانون من قوانين الطبيعة مؤلف بروشتين ميخائيل

التحول الكمي من الأفضل للإصلاحيين الجدد، الذين يخترعون أنظمة اجتماعية مثالية على الورق، أن يلقوا نظرة على النظام الاجتماعي الذي عاش بموجبه اليهود الأوائل. يمكن للمرء أن يرى ما حدث في سيناء بطرق مختلفة.

نقلة نوعية

من كتاب أنا ومساحتي الكبيرة مؤلف كليمكيفيتش سفيتلانا تيتوفنا

القفزة الكمية 589 = يحمل الإنسان في داخله طاقة الله الخلاقة – الحب = 592 = صحوة روحية عظيمة – علامة الدورات الكونية = "رموز الأرقام". الكتاب 2. التسلسل الهرمي لـ Kryon 27 01/2012 "مساحة الزمن - زمن المكان..." - كلمات عند الاستيقاظ

4.1. المعالج الكمي

من كتاب سحر الكم مؤلف دورونين سيرجي إيفانوفيتش

4.1. المعالج الكمي

نقلة نوعية

من كتاب قانون الجذب بواسطة استير هيكس

Quantum Leap جيري: من السهل أن نخطو خطوة صغيرة من حيث نحن ونفعل أكثر قليلاً مما نفعل، ونكون أنفسنا أكثر قليلاً، ونحصل على أكثر قليلاً مما لدينا الآن. وماذا عن ما يمكن أن نسميه "القفزة الكمية"، أي تحقيق شيء ما

نقلة نوعية

من كتاب اللعب في الفراغ. الأساطير من وجوه كثيرة مؤلف ديمشوج فاديم فيكتوروفيتش

القفزة الكمية نتيجة التطهير هي إدراك أن كل شيء يحدث "في راحة أيدينا". وتسمى الطريقة التي تساعد في تحقيق ذلك بالقفزة الكمية في اللعبة. وهو مبني على الثقة الطبيعية بالفضاء الذي ينظر إلينا

الدماغ الكمي

من كتاب اللعب في الفراغ. كرنفال الحكمة المجنونة مؤلف ديمشوج فاديم فيكتوروفيتش

الدماغ الكمي لنبدأ بالشعر: يشبه السير تشارلز شيرينجتون، الأب المعترف به عمومًا لعلم وظائف الأعضاء العصبية، الدماغ بـ "... آلة نسج ذاتية سحرية تنسج فيها الملايين من المكوكات المتلألئة نمطًا يذوب أمام أعيننا (ملاحظة - " يذوب أمام أعيننا." - في.د.)، دائمًا

العالم الكمي

بواسطة جاردينر فيليب

العالم الكمي ألهمتني فكرة أنه يوجد في الكون (من المستوى الجزئي إلى المستوى الكلي، ومن الحركة الكونية للكواكب إلى تفاعل الإلكترونات، ومن ثاني أكسيد السيليكون المجهري إلى الهرم المصري الذي صنعه الإنسان) نموذج عالمي ، لا

إله الكم

من كتاب أبواب إلى عوالم أخرى بواسطة جاردينر فيليب

إله الكم أثناء العمل على هذا الكتاب، أخذت إجازة من فيزياء الكم يومًا واحدًا وذهبت إلى ليتشفيلد، ستافوردشاير. لقد قضيت وقتًا رائعًا في الشعور الجميل والباطني لكاتدرائية ليتشفيلد، وأنا أنظر إلى واجهتها المذهلة

نقلة نوعية

من كتاب السباق السادس ونيبيرو مؤلف بيازيريف جورجي

قفزة نوعية عندما تحقق السمادهي، تتحول الروح إلى نور إلهي أعزائي القراء، أنتم تعلمون بالفعل أنه في عام 2011، سيكون الكوكب الثاني عشر في النظام الشمسي، نيبيرو، مرئيًا في سمائنا. في فبراير 2013، سيصل الكوكب X إلى أقرب نقطة من الأرض

الملحق الثالث. العقول: العقل الكمي

من كتاب قوة الصمت مؤلف ميندل أرنولد

الملحق الثالث. العقول: العقل الكمي في الصفحات التالية، سألخص بعض المعاني العديدة التي أربطها بمصطلح "العقل الكمي". ويمكن العثور على وصف تقني - ومع ذلك منتشر على نطاق واسع - للعقل الكمي في كتب نيك هربرت

ثنائية الكم

من كتاب نهاية العلم: نظرة إلى حدود المعرفة في شفق عصر العلم بواسطة هورغان جون

الثنائية الكمومية: هناك نقطة واحدة يتفق عليها كريك وإديلمان وجميع علماء الأعصاب تقريبًا: خصائص العقل مستقلة بشكل أساسي عن ميكانيكا الكم. لقد تكهن الفيزيائيون والفلاسفة وغيرهم من العلماء حول الروابط بين ميكانيكا الكم والوعي، على الأقل

العقل الكمي والعقل العملي

من كتاب العقل العملي. دليل للتواصل مع عقل الله مؤلف ميندل أرنولد

العقل الكمي والعقل العملي إن العقل العملي هو تطوير لجميع أعمالي السابقة، وعلى وجه الخصوص، كتاب “العقل الكمي”، الذي كتبته منذ حوالي عشر سنوات. ناقشت في هذا الكتاب الخصائص الشبيهة بالكم في علم النفس لدينا وأظهرت كيفية القيام بذلك

الإلكترونات - غاز الكم

من كتاب الكريستال الحي مؤلف جيجوزين ياكوف إيفسيفيتش

الإلكترونات - الغاز الكمي في تاريخ دراسة البلورات في بداية قرننا، كانت هناك فترة كانت فيها مشكلة "الإلكترونات في المعدن"، من بين أمور أخرى، غامضة للغاية ومثيرة للاهتمام وبدت وكأنها طريق مسدود. أحكم لنفسك. المجربون يدرسون الخواص الكهربائية

مولد الكم

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (KB) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات

مولد الكم البصري

من كتاب الموسوعة السوفيتية الكبرى (OP) للمؤلف مكتب تقييس الاتصالات مولد الكم - اسم عام لمصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تعمل على أساس الانبعاث المحفز للذرات والجزيئات.

س

اعتمادًا على الطول الموجي الذي يصدره المولد الكمي، يمكن تسميته بشكل مختلف:

الليزر (المدى البصري)؛

مازر (نطاق الميكروويف)؛

الماسح (نطاق الأشعة السينية) ؛

غازر (نطاق جاما).

س

في الواقع، يعتمد تشغيل هذه الأجهزة على استخدام مسلمات بور:

لا يمكن للذرة والأنظمة الذرية أن تبقى لفترة طويلة إلا في حالات ثابتة أو كمومية خاصة، ولكل منها طاقة محددة. في الحالة الثابتة، لا تبعث الذرة موجات كهرومغناطيسية.

يحدث انبعاث الضوء عندما ينتقل الإلكترون من حالة ثابتة ذات طاقة أعلى إلى حالة ثابتة ذات طاقة أقل. طاقة الفوتون المنبعث تساوي فرق الطاقة بين الحالات الثابتة.

الأكثر شيوعًا اليوم هو الليزر، أي مولدات الكم الضوئية. وبالإضافة إلى ألعاب الأطفال، فقد انتشرت على نطاق واسع في الطب والفيزياء والكيمياء وتكنولوجيا الكمبيوتر وغيرها من الصناعات. لقد ظهر الليزر باعتباره "الحل الجاهز" للعديد من المشاكل.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على مبدأ تشغيل الليزر.

DC4-14

الليزر - مولد كمي بصري يخلق شعاعًا ضوئيًا قويًا ومتماسكًا ومتماسكًا بشكل ضيق. (الشريحتان 1، 2)

( 1. الانبعاث التلقائي والمحفز.

إذا كان الإلكترون في المستوى الأدنى، فإن الذرة سوف تمتص الفوتون الساقط، وينتقل الإلكترون من المستوى E 1 إلى المستوى E2 . هذه الحالة غير مستقرة أيها الإلكترونبطريقة عفوية سوف ينتقل إلى المستوى E 1 مع انبعاث الفوتون. يحدث الانبعاث التلقائي تلقائيًا، وبالتالي فإن الذرة سوف تبعث الضوء بشكل غير متسق، بشكل فوضوي، وبالتالي فإن موجات الضوء غير متسقة مع بعضها البعض لا في الطور، ولا في الاستقطاب، ولا في الاتجاه. هذا هو الضوء الطبيعي.

لكن الانبعاث المستحث (القسري) ممكن أيضًا. إذا كان الإلكترون في المستوى الأعلى E 2 (ذرة في حالة مثارة)، فعندما يسقط الفوتون، يمكن أن يحدث انتقال قسري للإلكترون إلى مستوى أدنى عن طريق انبعاث فوتون ثانٍ.

س

يسمى الإشعاع أثناء انتقال الإلكترون في الذرة من مستوى الطاقة الأعلى إلى المستوى الأدنى مع انبعاث فوتون تحت تأثير مجال كهرومغناطيسي خارجي (الفوتون الحادث)القسري أو المستحث .

خصائص الانبعاث المحفز:

التردد والطور المتطابقان للفوتونات الأولية والثانوية؛

نفس اتجاه الانتشار

نفس الاستقطاب.

ونتيجة لذلك، ينتج عن الانبعاث المحفز فوتونين توأم متطابقين.

س

2. استخدام الوسائط النشطة.

تسمى حالة المادة في الوسط الذي يكون فيه أقل من نصف الذرات في حالة مثارةالدولة مع السكان العاديين من مستويات الطاقة . هذه حالة طبيعية للبيئة.

س

تسمى البيئة التي يكون فيها أكثر من نصف الذرات في حالة مثارةوسط نشط مع عدد عكسي من مستويات الطاقة . (الشريحة 9)

في وسط مع مجموعة عكسية من مستويات الطاقة، يتم تضخيم موجة الضوء. هذه بيئة نشطة.

يمكن مقارنة تكثيف الضوء بنمو الانهيار الجليدي.

س

للحصول على الوسط النشط، يتم استخدام نظام ثلاثي المستويات.

في المستوى الثالث، يعيش النظام لفترة قصيرة جدًا، وبعد ذلك ينتقل تلقائيًا إلى الحالة E 2 دون انبعاث الفوتون. التحول من الدولة2 في حالة 1 يصاحبه انبعاث الفوتون الذي يستخدم في الليزر.

تسمى عملية انتقال الوسط إلى الحالة العكسيةضخ . في أغلب الأحيان، يتم استخدام تشعيع الضوء (الضخ البصري)، والتفريغ الكهربائي، والتيار الكهربائي، والتفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال، بعد وميض مصباح قوي، يدخل النظام في حالة3 ، بعد فترة قصيرة من الزمن في الولاية2 الذي يعيش فيه لفترة طويلة نسبيا. وهذا يخلق الاكتظاظ السكاني على المستوى2 .

س

3. ردود فعل إيجابية.

من أجل الانتقال من وضع تضخيم الضوء إلى وضع التوليد في الليزر، يتم استخدام التغذية الراجعة.

يتم تنفيذ ردود الفعل باستخدام مرنان بصري، والذي عادة ما يكون زوجًا من المرايا المتوازية. (الشريحة 11)

نتيجة لأحد التحولات العفوية من المستوى الأعلى إلى المستوى الأدنى يظهر الفوتون. عند التحرك نحو إحدى المرايا، يتسبب الفوتون في حدوث سيل من الفوتونات. بعد الانعكاس من المرآة، يتحرك سيل من الفوتونات في الاتجاه المعاكس، مما يؤدي في الوقت نفسه إلى إصدار جميع الذرات الجديدة للفوتونات. ستستمر العملية طالما كانت موجودةعكس السكان مستوى

عكس السكان مستويات الطاقة - حالة عدم التوازن في البيئة، حيث يكون عدد الجزيئات (الذرات والجزيئات) الموجودة في مستويات الطاقة العليا، أي في حالة الإثارة، أكبر من عدد الجزيئات الموجودة في مستويات الطاقة المنخفضة. .

العنصر النشط

ضخ

ضخ

مرنان بصري

تيارات الضوء التي تتحرك في اتجاهات جانبية تترك العنصر النشط بسرعة دون أن يكون لديها وقت لاكتساب طاقة كبيرة. يتم تضخيم موجة الضوء المنتشرة على طول محور الرنان عدة مرات. الجزء السفلي من المرايا مصنوع نصف شفاف، ومنه تخرج موجة الليزر إلى البيئة.

س

4. ليزر روبي .

الجزء الرئيسي من ليزر روبي هوقضيب روبي. روبي يتكون من الذراتآلو يامع خليط من الذراتسجل تجاري. إن ذرات الكروم هي التي تعطي الياقوت لونه ولها حالة شبه مستقرة.

س

يسمى أنبوب مصباح تفريغ الغازمصباح المضخة . يومض المصباح لفترة وجيزة ويحدث الضخ.

يعمل ليزر الياقوت في الوضع النبضي. هناك أنواع أخرى من الليزر: الغاز، أشباه الموصلات... يمكن أن تعمل في الوضع المستمر.

س

5. خصائص إشعاع الليزر :

أقوى مصدر للضوء.

قوة الشمس = 10 4 واط/سم 2 , قوة الليزر = 10 14 واط/سم 2 .

أحادية اللون استثنائية(موجات أحادية اللون – موجات غير محدودة مكانيًا بتردد واحد محدد وثابت تمامًا) ;

يعطي درجة صغيرة جدًا من تباعد الزوايا؛

منطق ( أولئك. حدوث منسق في الزمان والمكان للعديد من العمليات التذبذبية أو الموجية) .

DC3

لعملية الليزر

مطلوب نظام الضخ. أي أننا سنعطي الذرة أو النظام الذري بعض الطاقة، وبعد ذلك، وفقًا لمسلمة بور الثانية، ستنتقل الذرة إلى مستوى أعلى بمزيد من الطاقة. والمهمة التالية هي إعادة الذرة إلى مستواها السابق، بينما تبعث الفوتونات كطاقة.

مع وجود طاقة كافية للمصباح، يتم نقل معظم أيونات الكروم إلى حالة مثارة.

تسمى عملية نقل الطاقة إلى الجسم العامل بالليزر لتحويل الذرات إلى حالة مثارة بالضخ.

الفوتون المنبعث في هذه الحالة يمكن أن يسبب انبعاث محفز لفوتونات إضافية، والذي بدوره سوف يسبب انبعاث محفز)

DC15

الأساس المادي لعملية الليزر هو الظاهرة. وجوهر الظاهرة هو أن الفوتون المثار قادر على أن ينبعث تحت تأثير فوتون آخر دون امتصاصه، إذا كان الأخير يساوي فرق الطاقة

ينبعث مازر الميكروويف، مقاس - الأشعة السينية ، والغاز – أشعة غاما.

DC16

مازر - انبعاث مولد الكم

موجات كهرومغناطيسية متماسكة في مدى السنتيمتر (موجات الميكروويف).

يتم استخدام الماسرز في التكنولوجيا (على وجه الخصوص، في الاتصالات الفضائية)، وفي الأبحاث الفيزيائية، وكذلك كمولدات كمية ذات تردد قياسي.

س

بدلاً (أشعة الليزر) - مصدر للإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك في نطاق الأشعة السينية، بناءً على تأثير الانبعاث المحفز. وهو نظير للموجة القصيرة لليزر.

س

تشمل تطبيقات الأشعة السينية المتماسكة البحث في البلازما الكثيفة، والفحص المجهري للأشعة السينية، والتصوير الطبي بدقة الطور، واستكشاف سطح المواد، والأسلحة. يمكن أن يكون ليزر الأشعة السينية الناعم بمثابة ليزر دفع.

س

ويستمر العمل في حقل الغاز، حيث لم يتم إنشاء نظام ضخ فعال.

يتم استخدام الليزر في قائمة كاملة من الصناعات :

6. تطبيق الليزر : (الشريحة 16)

في علم الفلك الراديوي لتحديد المسافات إلى أجسام النظام الشمسي بأقصى قدر من الدقة (محدد الموقع الضوئي)؛

معالجة المعادن (القطع واللحام والصهر والحفر)؛

في الجراحة بدلا من مشرط (على سبيل المثال، في طب العيون)؛

للحصول على صور ثلاثية الأبعاد (التصوير المجسم)؛

الاتصالات (خاصة في الفضاء)؛

تسجيل وتخزين المعلومات؛

في التفاعلات الكيميائية.

لإجراء تفاعلات نووية حرارية في مفاعل نووي؛

السلاح النووي.

س

وهكذا، دخلت المولدات الكمومية بقوة في الحياة اليومية للبشرية، مما جعل من الممكن حل العديد من المشاكل التي كانت ملحة في ذلك الوقت.