Предметна работа: квантни генератори. Физички извештај „квантни генератори“

Балтичкиот државен технички универзитет
„Военмех“ именуван по. D. F. Устинова
Одделение I4
„Радио-електронски контролни системи“

Уреди за примање и конвертирање сигнали
Предмети на темата
« Квантни генератори »

Завршено:
Переделски Олег
Група I471
Проверено:
Тарасов А.И.

Санкт Петербург
2010

1. Вовед
Овој труд ги разгледува принципите на работа на квантните генератори, генераторските кола, нивните дизајнерски карактеристики, прашањата за фреквентната стабилност на генераторите и принципите на модулација кај квантните генератори.
1.1 Општи информации
Принципот на работа на квантните генератори се заснова на интеракцијата на високофреквентно поле со атоми или молекули на материјата. Тие овозможуваат генерирање на осцилации со значително поголема фреквенција и висока стабилност.
Со користење на квантни генератори, можно е да се создадат стандарди за фреквенција кои ги надминуваат сите постоечки стандарди во точност. Долгорочна стабилност на фреквенцијата, т.е. Стабилноста на долг период се проценува на 10 -9 – 10 -10, а краткорочната стабилност (минути) може да достигне 10 -11.

Во моментов воВо денешно време, квантните осцилатори се широко користени како фреквентни стандарди во системите за временско сервисирање. Квантните засилувачи што се користат во приемните уреди на различни радио системи можат значително да ја зголемат чувствителноста на опремата и да го намалат нивото на внатрешен шум.
Една од карактеристиките на квантните генератори, која го одредува нивното брзо подобрување, е нивната способност ефективно да работат на многу високи фреквенции, вклучувајќи го и оптичкиот опсег, т.е. речиси до фреквенции од редот на 10 9 MHz
Генераторите со оптички опсег овозможуваат да се добие висока директивност на зрачење и висока енергетска густина во светлосниот зрак (околу 10 12 -10 13 В/М 2 ) и огромен фреквентен опсег, што овозможува пренос на голема количина на информации.
Употребата на генератори на оптички опсег во комуникациските, локациските и навигациските системи отвора нови перспективи за значително зголемување на опсегот и доверливоста на комуникациите, резолуцијата на радарските системи во опсегот и аголот, како и изгледите за создавање високопрецизни системи за навигација.
Во научните истражувања се користат генератори на оптички опсег
истражување и индустрија. Екстремно високата концентрација на енергија во тесен зрак овозможува, на пример, да се изгорат дупки со многу мал дијаметар во супертврдите легури и минерали, вклучувајќи го и најтврдиот минерал, дијамантот.
Квантните генератори обично се разликуваат:

по природата на активната супстанција (цврста или гасовита), квантни појави во кои ја одредуваат работата на уредите.

по опсег на работна фреквенција (сантиметар и милиметарски опсег, оптички опсег - инфрацрвени и видливи делови од спектарот)

со методот на побудување на активната супстанција или одвојување на молекулите по енергетски нивоа.

Врз основа на опсегот на работната фреквенција, квантните генератори се поделени на масериИ ласери. Име масер- кратенка од фразата „микробранова засилување со стимулирана емисија на зрачење МАСЕР“. Име ласерски- кратенка од фразата „засилување на светлината со стимулирана емисија на зрачење ЛАСЕР“

1.2 Историја на создавањето
Историјата на создавањето на масерот треба да започне во 1917 година, кога Алберт Ајнштајн првпат го воведе концептот на стимулирана емисија. Ова беше првиот чекор кон ласерот. Следниот чекор го направи советскиот физичар В.А. Фабрикант, кој во 1939 година укажа на можноста за користење на стимулирана емисија за засилување на електромагнетното зрачење додека минува низ материјата. Идејата искажана од В.А. Фабрикант, претпоставуваше употреба на микросистеми со инверзна популација на нивоа. Подоцна, по завршувањето на Големата патриотска војна, В.А. Фабрикант се врати на оваа идеја и, врз основа на неговото истражување, поднесе во 1951 година (заедно со М.М. Вудински и Ф.А. Бутаева) апликација за пронаоѓање метод за засилување на зрачењето со помош на стимулирана емисија. За оваа апликација е издаден сертификат во кој под наслов „Предмет на пронајдокот“ пишува: „Метод за засилување на електромагнетното зрачење (ултравиолетово, видливо, инфрацрвено и радио бранови должини), кое се карактеризира со тоа што засиленото зрачење е минува низ медиум во кој со помош на помошно зрачење или на друг начин создаваат прекумерна концентрација на атоми, други честички или нивни системи на горните енергетски нивоа што одговараат на возбудени состојби во споредба со рамнотежната.
Првично, овој метод на засилување на зрачењето беше имплементиран во опсегот на радио, или поточно во опсегот на ултрависока фреквенција (микробранова опсег). Во мај 1952 година, на Сојузната конференција за радио спектроскопија, советските физичари (сега академици) Н.Г. Басов и А.М. Прохоров направи извештај за основната можност за создавање засилувач на зрачење во опсегот на микробранова печка. Тие го нарекоа „молекуларен генератор“ (требаше да користи зрак од молекули на амонијак). Речиси истовремено, предлогот за користење на стимулирана емисија за засилување и генерирање на милиметарски бранови беше изнесен на Универзитетот Колумбија во САД од американскиот физичар Чарлс Таунс. Во 1954 година, молекуларен осцилатор, набрзо наречен масер, стана реалност. Таа беше развиена и создадена самостојно и истовремено на две места на земјината топка - во Институтот за физика П.Н. Академијата на науките Лебедев на СССР (група предводена од Н.Г. Басов и А.М. Прохоров) и на Универзитетот Колумбија во САД (група предводена од Ц. Таунс). Последователно, терминот „ласер“ дојде од терминот „мазер“ како резултат на замена на буквата „М“ (почетната буква од зборот Микробранова - микробранова печка) со буквата „Л“ (почетната буква од зборот Light - светлина). Работата и на масерот и на ласерот се заснова на истиот принцип - принципот формулиран во 1951 година од В.А. Производителот. Појавата на масерот значеше дека се роди нова насока во науката и технологијата. Отпрвин се нарекуваше квантна радиофизика, а подоцна стана позната како квантна електроника.

2. Работни принципи на квантните генератори.

Во квантните генератори, под одредени услови, се забележува директна конверзија на внатрешната енергија на атомите или молекулите во енергија на електромагнетното зрачење. Оваа енергетска трансформација се јавува како резултат на квантни транзиции - енергетски транзиции придружени со ослободување на кванти (делови) на енергија.
Во отсуство на надворешно влијание, енергијата се разменува помеѓу молекулите (или атомите) на супстанцијата. Некои молекули испуштаат електромагнетни вибрации, движејќи се од повисоко енергетско ниво на пониско, додека други ги апсорбираат, правејќи обратна транзиција. Општо земено, во стационарни услови, систем кој се состои од огромен број молекули е во динамична рамнотежа, т.е. Како резултат на континуирана размена на енергија, количината на емитирана енергија е еднаква на количината што се апсорбира.
Популацијата на нивоа на енергија, т.е. бројот на атоми или молекули лоцирани на различни нивоа се одредува според температурата на супстанцијата. Популацијата на нивоата N 1 и N 2 со енергии W 1 и W 2 е одредена со Болцмановата распределба:

(1)

Каде к– Болцманова константа;
Т– апсолутна температура на супстанцијата.

Во состојба на топлинска рамнотежа, квантните системи имаат помалку молекули на повисоки енергетски нивоа и затоа тие не испуштаат, туку само апсорбираат енергија кога се изложени на надворешно зрачење. Во овој случај, молекулите (или атомите) се движат кон повисоки нивоа на енергија.
Во молекуларните осцилатори и засилувачи кои користат транзиции помеѓу енергетските нивоа, очигледно е неопходно да се создадат вештачки услови под кои популацијата на повисоко енергетско ниво ќе биде поголема. Во овој случај, под влијание на надворешно високофреквентно поле со одредена фреквенција, блиску до фреквенцијата на квантната транзиција, може да се забележи интензивно зрачење поврзано со преминот од високо на ниско ниво на енергија. Таквото зрачење предизвикано од надворешно поле се нарекува индуцирано зрачење.
Надворешно високофреквентно поле на основната фреквенција што одговара на фреквенцијата на квантната транзиција (оваа фреквенција се нарекува резонантна фреквенција) не само што предизвикува интензивно стимулирано зрачење, туку и го фазизира зрачењето на поединечните молекули, што обезбедува додавање на вибрации и манифестација на ефектот на засилување.
Состојбата на квантна транзиција кога популацијата на горното ниво ја надминува популацијата на пониското преодно ниво се нарекува превртена.
Постојат неколку начини да се добие висока популација на горните енергетски нивоа (инверзија на популација).
Во гасовити супстанции, како што е амонијакот, можно е да се одделат (сортираат) молекулите во различни енергетски состојби користејќи надворешно постојано електрично поле.
Кај цврстите материи ваквото раздвојување е тешко, па затоа се користат различни методи на возбудување на молекулите, т.е. методи за прераспределба на молекулите низ енергетските нивоа со зрачење со надворешно високофреквентно поле.

Промена во популацијата на нивоа (инверзија на популацијата на нивоа) може да се произведе со импулсно зрачење со високофреквентно поле со резонантна фреквенција со доволен интензитет. Со правилен избор на времетраењето на пулсот (времетраењето на пулсот треба да биде многу помало од времето на релаксација, т.е. времето за враќање на динамичката рамнотежа), по зрачењето можно е да се засили надворешниот високофреквентен сигнал некое време.
Најзгодниот метод на возбудување, кој моментално широко се користи кај генераторите, е методот на зрачење со надворешно високофреквентно поле, кое значително се разликува по фреквенција од генерираните вибрации, под чие влијание се јавува потребната прераспределба на молекулите низ енергетските нивоа.
Работата на повеќето квантни генератори се заснова на употреба на три или четири нивоа на енергија (иако во принцип може да се користи различен број на нивоа). Да претпоставиме дека генерацијата се јавува поради индуцирана транзиција од нивото 3 по ниво 2 (види Сл. 1).
Со цел активната супстанција да се зајакне при фреквенцијата на транзиција 3 -> 2, треба да се направи ниво на население 3 над нивото на населението 2. Оваа задача ја врши помошно високофреквентно поле со фреквенција ? vsp кој „исфрла“ дел од молекулите од нивото 1 по ниво 3. Инверзија на популацијата е можна со одредени параметри на квантниот систем и доволна помошна моќност на зрачење.
Генераторот кој создава помошно високофреквентно поле за зголемување на популацијата на повисоко ниво на енергија се нарекува пумпа или генератор на позадинско осветлување. Последниот термин е поврзан со генератори на осцилации на видливи и инфрацрвена спектри во кои изворите на светлина се користат за пумпање.
Така, за да се изврши ефективна работа на квантен генератор, неопходно е да се избере активна супстанција која има одреден систем на енергетски нивоа меѓу кои може да дојде до енергетска транзиција, како и да се избере најсоодветниот метод за возбудување или раздвојување на молекули во енергетски нивоа.

Слика 1. Дијаграм на енергетски транзиции
во квантните генератори

3. Кола на квантни генератори
Квантните генератори и засилувачи се разликуваат по видот на активната супстанција што се користи во нив. Во моментов, развиени се главно два вида квантни уреди, кои користат гасовити и цврсти активни супстанции
способни за интензивно индуцирано зрачење.

3.1 Молекуларни генератори со одвојување на молекулите по нивоа на енергија.

Дозволете ни прво да разгледаме квантен генератор со гасовита активна супстанција, во која, користејќи електричен полиња, се врши раздвојување (сортирање) на молекулите лоцирани на високо и ниско енергетски нивоа. Овој тип на квантен осцилатор обично се нарекува осцилатор на молекуларен зрак.

Слика 2. Дијаграм на молекуларен генератор кој користи амонијак
1 – извор на амонијак; 2- мрежа; 3 – дијафрагма; 4 – резонатор; 5 – уред за сортирање

Во практично имплементираните молекуларни генератори се користи гасот амонијак (хемиска формула NH 3), во кој молекуларното зрачење поврзано со преминот помеѓу различните енергетски нивоа е многу изразено. Во опсегот на ултрависока фреквенција, најинтензивното зрачење се забележува за време на енергетската транзиција што одговара на фреквенцијата ѓ n= 23.870 MHz ( ? n= 1,26 см). Поедноставен дијаграм на генератор кој работи на амонијак во гасовита состојба е прикажан на слика 2.
Главните елементи на уредот, наведени со точки линии на Слика 2, во некои случаи се ставаат во посебен систем ладен со течен азот, кој обезбедува ниска температура на активната супстанција и сите елементи потребни за да се добие ниско ниво на бучава и висока стабилност на фреквенцијата на генераторот.
Молекулите на амонијак го напуштаат резервоарот при многу низок притисок, мерено во единици од милиметри жива.
За да се добие зрак од молекули кои се движат речиси паралелно во надолжната насока, амонијакот се пренесува низ дијафрагмата со голем број тесни аксијално насочени канали. Дијаметарот на овие канали е избран да биде прилично мал во споредба со просечната слободна патека на молекулите. За да се намали брзината на движење на молекулите и, според тоа, да се намали веројатноста за судири и спонтано, т.е. неиндуцирано зрачење што доведува до флуктуациски шум, дијафрагмата се лади со течен хелиум или азот.
За да се намали веројатноста за судир на молекулите, не може да се оди по патеката на намалување на температурата, туку по патеката на намалување на притисокот, меѓутоа, тоа би го намалило бројот на молекули во резонаторот кои истовремено комуницираат со високофреквентното поле на второто, а моќта што ја даваат возбудените молекули до високофреквентното поле на резонаторот би се намалила.
За да се користи гасот како активна супстанција во молекуларниот генератор, потребно е да се зголеми бројот на молекули лоцирани на повисоко енергетско ниво наспроти нивниот број определен со динамичка рамнотежа на дадена температура.
Во генератор од овој тип, тоа се постигнува со сортирање на молекули со ниско енергетско ниво од молекуларниот зрак со помош на таканаречен четворополен кондензатор.
Четириполен кондензатор е формиран од четири метални надолжни шипки од посебен профил (Слика 3а), поврзани во парови преку еден со високонапонски исправувач, кои имаат ист потенцијал, но наизменично во знакот. Добиеното електрично поле на таков кондензатор на надолжната оска на генераторот, поради симетријата на системот, е еднакво на нула и ја достигнува својата максимална вредност во просторот помеѓу соседните прачки (Слика 3б).

Слика 3. Коло на четирипол кондензатор

Процесот на сортирање на молекулите се одвива на следниов начин. Утврдено е дека молекулите лоцирани во електричното поле ја менуваат својата внатрешна енергија со зголемување на јачината на електричното поле, енергијата на горните нивоа се зголемува, а долните нивоа се намалуваат (слика 4).

Слика 4. Зависност на нивоата на енергија од јачината на електричното поле:

горното ниво на енергија

пониско ниво на енергија

Овој феномен се нарекува Старк ефект. Поради ефектот Старк, молекулите на амонијак, кога се движат во полето на четириполен кондензатор, обидувајќи се да ја намалат својата енергија, т.е., да добијат постабилна состојба, се одвојуваат: молекули на горната енергијанивоата имаат тенденција да го напуштат регионот на силно електрично поле, т.е., тие се движат кон оската на кондензаторот, каде што полето е нула, а молекулите од пониското ниво, напротив, се движат во регионот на силно поле, т.е., тие се оддалечуваат од оската на кондензаторот, приближувајќи се до плочите на вториот. Како резултат на ова, молекуларниот зрак не само што е во голема мера ослободен од молекулите со пониско енергетско ниво, туку и доста добро фокусиран.
Откако ќе помине низ уредот за сортирање, молекуларниот зрак влегува во резонатор прилагоден на фреквенцијата на транзицијата на енергија што се користи во генераторот ѓ n= 23.870 MHz .
Високофреквентното поле на резонатор на шуплина предизвикува стимулирана емисија на молекули поврзани со преминот од горното ниво на енергија на пониско. Ако енергијата емитирана од молекулите е еднаква на енергијата потрошена во резонаторот и пренесена на надворешно оптоварување, тогаш во системот се воспоставува стационарен осцилаторен процес и уредот што се разгледува може да се користи како генератор на фреквентно стабилни осцилации.

Процесот на воспоставување на осцилации во генераторот се одвива на следниов начин.
Молекулите кои влегуваат во резонаторот, кои се претежно на горното енергетско ниво, спонтано (спонтано) прават транзиција кон пониското ниво, емитувајќи енергетски кванти на електромагнетна енергија и возбудувајќи го резонаторот. Првично, ова возбудување на резонаторот е многу слабо, бидејќи енергетската транзиција на молекулите е случајна. Електромагнетното поле на резонаторот, дејствувајќи на молекулите на зракот, предизвикува индуцирани транзиции, кои пак го зголемуваат полето на резонаторот. Така, постепено зголемувајќи се, резонаторското поле сè повеќе ќе влијае на молекуларниот зрак, а енергијата ослободена за време на индуцираните транзиции ќе го зајакне резонаторското поле. Процесот на зголемување на интензитетот на осцилациите ќе продолжи се додека не дојде до заситеност, во тој момент резонаторското поле ќе биде толку големо што за време на минување на молекулите низ резонаторот ќе предизвика не само индуцирани премини од горното кон долното ниво, туку делумно и обратни транзиции поврзани со апсорпција на електромагнетна енергија. Во овој случај, моќта ослободена од молекулите на амонијак повеќе не се зголемува и, според тоа, дополнителното зголемување на амплитудата на вибрациите станува невозможно. Воспоставен е стационарен режим на генерирање.
Затоа, ова не е едноставно возбудување на резонаторот, туку самоосцилаторен систем, вклучително и повратна информација, што се изведува преку високофреквентното поле на резонаторот. Зрачењето на молекулите што летаат низ резонаторот возбудува високофреквентно поле, што пак ја одредува стимулираната емисија на молекулите, фазата и кохерентноста на ова зрачење.
Во случаи кога условите за самовозбудување не се исполнети (на пример, густината на молекуларниот флукс што минува низ резонаторот е недоволна), овој уред може да се користи како засилувач со многу ниско ниво на внатрешен шум. Добивката на таков уред може да се прилагоди со промена на густината на молекуларниот флукс.
Резонаторот на шуплината на молекуларниот генератор има многу висококвалитетен фактор, измерен во десетици илјади. За да се добие толку висококвалитетен фактор, ѕидовите на резонаторот се внимателно обработени и позребрани. Дупките за влез и излез на молекулите, кои имаат многу мал дијаметар, истовремено служат како филтри со висока фреквенција. Тие се кратки брановоди, чија критична бранова должина е помала од природната бранова должина на резонаторот и затоа високофреквентната енергија на резонаторот практично не бега низ нив.
За да го прилагоди резонаторот до фреквенцијата на транзиција, вториот користи некој вид на подесувачки елемент. Во наједноставен случај, тоа е завртка, чие потопување во резонатор малку ја менува фреквенцијата на второто.
Во иднина, ќе се покаже дека фреквенцијата на молекуларниот осцилатор е малку „одложена“ кога се менува фреквенцијата на подесување на резонаторот. Навистина, доцнењето на фреквенцијата е мало и се проценува на вредности од редот од 10 -11, но тие не можат да се занемарат поради високите барања поставени на молекуларните генератори. Поради оваа причина, во голем број молекуларни генератори, само дијафрагмата и системот за сортирање се ладат со течен азот (или течен воздух), а резонаторот се става во термостат, температурата во која се одржува константна со автоматски уред со точност на дропки од степен. Слика 5 шематски прикажува уред од овој тип на генератор.
Моќта на молекуларните генератори кои користат амонијак обично не надминува 10 -7 В,
Затоа, во пракса тие се користат главно како високостабилни фреквентни стандарди. Стабилноста на фреквенцијата на таков генератор се проценува според вредноста
10 -8 – 10 -10. Во рок од една секунда, генераторот обезбедува фреквентна стабилност од редот од 10 -13.
Еден од значајните недостатоци на разгледуваниот дизајн на генераторот е потребата за континуирано пумпање и одржување на молекуларниот проток.

Слика 5. Дизајн на молекуларен генератор
со автоматска стабилизација на температурата на резонаторот:
1- извор на амонијак; 2 – капиларен систем; 3- течен азот; 4 – резонатор; 5 – систем за контрола на температурата на водата; 6 – четириполен кондензатор.

3.2 Квантни генератори со надворешно пумпање

Во видот на квантните генератори што се разгледуваат, и цврстите и гасовите можат да се користат како активни супстанции, во кои јасно е изразена способноста за енергетски индуцирани транзиции на атоми или молекули возбудени од надворешно високофреквентно поле. Во оптичкиот опсег, различни извори на светлосно зрачење се користат за возбудување (пумпање) на активната супстанција.
Генераторите со оптички опсег имаат голем број позитивни квалитети и се широко користени во различни системи за радио комуникација, навигација итн.
Како и кај квантните генератори со сантиметарски и милиметарски бранови, ласерите обично користат системи на три нивоа, односно активни супстанции во кои се јавува транзиција помеѓу три нивоа на енергија.
Сепак, треба да се забележи една карактеристика што мора да се земе предвид при изборот на активна супстанција за генератори и засилувачи од оптичкиот опсег.
Од односот В 2 – В 1 =h?Следи дека како што се зголемува работната фреквенција? кај осцилаторите и засилувачите потребно е да се користи поголема разлика во енергетските нивоа. За генератори со оптички опсег што приближно одговара на опсегот на фреквенција 2 10 7 -9 10 8 MHz(бранова должина 15-0,33 mk),разликата во нивото на енергија В 2 – В 1 треба да биде 2-4 реда по големина поголема отколку кај генераторите со опсег од сантиметар.
И цврстите и гасовите се користат како активни супстанции во генераторите со оптички опсег.
Вештачкиот рубин е широко користен како цврста активна супстанција - кристали од корунд (A1 2 O 3) со мешавина на јони на хром (Cr). Покрај рубин, чаши активирани со неодимиум (Nd), кристали на калциум волфрам (CaWO 4) со мешавина од јони на неодимиум, кристали на калциум флуорид (CaF 2) со мешавина на диспрозиум (Dy) или други материјали и ураниум се исто така широко користени.
Гасните ласери обично користат мешавини од два или повеќе гасови.

3.2.1 Генератори со цврста активна супстанција

Најраспространет тип на генератори на оптички опсег се генераторите во кои како активна супстанција се користи рубин со мешавина на хром (0,05%). Слика 6 покажува поедноставен дијаграм на распоредот на енергетските нивоа на јоните на хром во рубин. Апсорпционите ленти на кои е неопходно да се пумпа (возбуди) одговараат на зелените и сините делови од спектарот (бранова должина 5600 и 4100 А). Вообичаено, пумпањето се врши со помош на ксенонска ламба за празнење гас, чијшто спектар на емисија е близок до оној на сонцето. Јоните на хром, апсорбирајќи ги фотоните на зелената и сината светлина, се движат од I ниво до нивоа III и IV. Некои од возбудените јони од овие нивоа се враќаат во основната состојба (до ниво I), а повеќето од нив поминуваат без да испуштаат енергија до метастабилното ниво P, зголемувајќи ја популацијата на второто. Јоните на хром кои поминале на ниво II остануваат во оваа возбудена состојба долго време. Затоа, на второто ниво
можно е да се акумулира поголем број активни честички отколку на ниво I. Кога популацијата на ниво II ја надминува популацијата на ниво I, супстанцијата е способна да ги зајакне електромагнетните осцилации на фреквенцијата на транзицијата II-I. Ако супстанцијата се стави во резонатор, станува возможно да се генерираат кохерентни, монохроматски вибрации во црвениот дел од видливиот спектар (? = 6943 А ). Улогата на резонатор во оптичкиот опсег ја вршат рефлектирачките површини паралелни една на друга.

Слика 6. Нивоа на енергија на јоните на хром во рубин

апсорпциони ленти под оптичко пумпање

нерадијативни транзиции

метастабилно ниво

Процесот на ласерско само-возбудување се одвива квалитативно на ист начин како кај молекуларниот генератор. Некои од возбудените јони на хром спонтано (спонтано) се префрлаат на ниво I, емитувајќи фотони. Фотоните кои се шират нормално на рефлектирачките површини доживуваат повеќекратни рефлексии и постојано минуваат низ активниот медиум и се засилуваат во него. Интензитетот на осцилациите се зголемува до стационарна вредност.
Во пулсен режим, обвивката на пулсот на зрачење на генераторот на рубин има карактер на краткотрајни блесоци кои траат од редот на десетини од микросекунда и со период од редот на неколку микросекунди (сл. 7, V).
Релаксирачката (навремена) природа на зрачењето на генераторот се објаснува со различни стапки на пристигнување на јони на ниво II поради пумпање и намалување на нивниот број за време на индуцираните транзиции од ниво II на ниво I.
Слика 7 покажува осцилограми кои квалитативно го објаснуваат процесот
генерација во рубин ласер. Под влијание на зрачењето на пумпата (сл. 7, А)акумулација на возбудени јони се јавува на ниво II. По некое време населението Н 2 ќе ја надмине вредноста на прагот и ќе стане возможно самовозбудување на генераторот. За време на периодот на кохерентна емисија, надополнувањето на јоните на ниво II поради пумпање заостанува зад нивната потрошувачка како резултат на индуцираните транзиции, а популацијата на ниво II се намалува. Во овој случај, зрачењето или нагло слабее или дури и запира (како во овој случај) додека, поради пумпањето, нивото II не се збогати до вредност што го надминува прагот (сл. 7, б) и повторно станува возможно возбудувањето на осцилациите. Како резултат на разгледуваниот процес, ќе се забележат серија краткотрајни трепкања на излезот на ласерот (сл. 7, в).

Слика 7. Осцилограми кои ја објаснуваат работата на рубин ласер:
а) моќност на изворот на пумпање
б) население од II ниво
в) излезна моќност на генераторот

Во прилог на рубин, други супстанции се користат во генераторите со оптички опсег, на пример, кристал од калциум волфрам и стакло активирано со неодимиум.
Поедноставена структура на енергетските нивоа на јоните на неодимиум во кристалот од калциум волфрам е прикажана на Слика 8.
Под влијание на светлината од пумпата светилка, јоните од нивото I се пренесуваат во возбудени состојби наведени на дијаграмот III. Потоа тие се движат на ниво P без зрачење Нивото II е метастабилно, а на него се акумулираат возбудени јони. Кохерентно зрачење во инфрацрвениот опсег со бранова должина ?= 1,06 mkсе јавува кога јоните се движат од ниво II на ниво IV. Јоните го прават преминот од IV ниво во основна состојба без зрачење. Фактот дека се јавува зрачење
за време на транзицијата на јоните на ниво IV, што лежи над нивото на земјата, значително
го олеснува возбудувањето на генераторот. Популацијата на ниво IV е значително помала од нивото P [ова следи од формулата 1] и на тој начин, за да се постигне прагот на возбудување до нивото II, мора да се пренесат помалку јони, и затоа мора да се потроши помалку енергија за пумпање.

Слика 8. Поедноставена структура на нивоата на неодимиум јони во калциум волфрам (CaWO 4 )

Стаклото наложено со неодимиум, исто така, има сличен дијаграм за нивото на енергија. Ласери кои користат активирано стакло емитуваат на иста бранова должина = 1,06 микрони.
Активните цврсти материи се направени во форма на долги кружни (поретко правоаголни) прачки, чии краеви се внимателно полирани и на нив се нанесуваат рефлектирачки премази во форма на специјални диелектрични повеќеслојни филмови. Рамно-паралелните крајни ѕидови формираат резонатор во кој се воспоставува режим на повеќекратна рефлексија на емитирани осцилации (блиску до режимот на стоечки бранови), што го засилува индуцираното зрачење и ја обезбедува неговата кохерентност. Резонаторот може да се формира и од надворешни огледала.
Повеќеслојните диелектрични огледала имаат ниска внатрешна апсорпција и овозможуваат да се добие највисокиот фактор на квалитет на резонаторот. Во споредба со металните огледала формирани од тенок слој од сребро или друг метал, повеќеслојните диелектрични огледала се многу потешки за производство, но се многу подобри во издржливоста. Металните ретровизори откажуваат по неколку трепкања и затоа не се користат во модерните ласерски модели.
Првите ласерски модели користеа импулсни ксенонски светилки во форма на спирала како извор на пумпање. Внатре во светилката имаше прачка од активната супстанција.
Сериозен недостаток на овој дизајн на генератор е ниската стапка на искористување на светлосната енергија на изворот на пумпање. Со цел да се отстрани овој недостаток, генераторите користат фокусирање на светлосната енергија на изворот на пумпање со помош на специјални леќи или рефлектори. Вториот метод е поедноставен. Рефлекторот обично се прави во форма на елипсовиден цилиндар.
Слика 9 го прикажува колото на осцилаторот на рубин. Светилката за позадинско осветлување, која работи во пулсен режим, се наоѓа во елипсовиден рефлектор што ја фокусира светлината на светилката на рубин прачка. Светилката се напојува со високонапонски исправувач. Во интервалите помеѓу импулсите, енергијата на високонапонскиот извор се акумулира во кондензатор со капацитет од околу 400 mkf. Во моментот на примена на пулс за палење со напон од 15 kV, отстранета од секундарното намотување на трансформаторот за зголемување, светилката свети и продолжува да гори додека не се потроши енергијата акумулирана во кондензаторот на високонапонскиот исправувач.
За да се зголеми моќта на пумпање, може да се инсталираат неколку ксенонски светилки околу рубиновата шипка, чија светлина се концентрира на рубин прачка со помош на рефлектори.
За онаа прикажана на сл. 23.10 генераторскиот праг на пумпање енергија, т.е. енергијата со која започнува производството, е околу 150 Ј. Со капацитет за складирање наведен на дијаграмот СО = 400 mkf таквата енергија се обезбедува при изворен напон од околу 900 ВО.

Слика 9. Рубин осцилатор со елипсовиден рефлектор за фокусирање на светлината на пумпната светилка:

ксенонска светилка

Поради фактот што спектарот на извори на пумпање е многу поширок од корисниот појас на апсорпција на кристалот, енергијата на изворот на пумпање се користи многу лошо и затоа е неопходно значително да се зголеми моќноста на изворот за да се обезбеди доволно пумпање моќ за производство во тесен опсег на апсорпција. Секако, ова доведува до силно зголемување на температурата на кристалот. За да спречите прегревање, можете да користите филтри чија пропусност приближно се совпаѓа со лентата за апсорпција на активната супстанција или да користите систем за принудно ладење за кристалот, на пример, користејќи течен азот.
Неефикасното користење на енергијата на пумпата е главната причина за релативно ниската ефикасност на ласерите. Генераторите базирани на рубин во пулсен режим овозможуваат да се добие ефикасност од редот од 1%, генераторите базирани на стакло - до 3-5%.
Руби ласерите работат првенствено во пулсен режим. Преминот во континуиран режим е ограничен од резултирачкото прегревање на рубин кристалите и изворите на пумпање, како и согорувањето на огледалата.
Во моментов е во тек истражување на ласери кои користат полупроводнички материјали. Тие користат полупроводничка диода изработена од галиум арсенид како активен елемент, чие возбудување (пумпање) се врши не со светлосна енергија, туку со струја со висока густина што минува низ диодата.
Дизајнот на ласерскиот активен елемент е многу едноставен (види слика 10) Се состои од две половини полупроводнички материјал R- И n-тип. Долната половина на материјалот од n-тип е одвоена од горната половина на материјалот од типот p со рамнина р-n транзиција. Секоја од плочите е опремена со контакт за поврзување на диодата со извор на пумпа, кој е извор на директна струја. Крајните лица на диодата, строго паралелни и внимателно полирани, формираат резонатор подесен на фреквенцијата на генерираните осцилации што одговараат на бранова должина од 8400 А. Димензиите на диодата се 0,1 x 0,1 x 1,25 мм. Диодата се става во криостат со течен азот или хелиум и низ неа се пропушта струја на пумпата чија густина е р-n транзицијата достигнува вредности од 10 4 -10 6 a/cm 2 Во овој случај, кохерентни осцилации на инфрацрвениот опсег со бранова должина од ? = 8400 А.

Слика 10. Структура на активниот елемент на полупроводнички диоден ласер.

полирани рабови

контакт

pn спојна рамнина

контакт

Емисијата на енергетските кванти во полупроводникот е можна кога електроните се движат од проводниот опсег до слободните нивоа во валентниот опсег - од повисоките енергетски нивоа до пониските. Во овој случај, два носители на струја „исчезнуваат“ - електрон и дупка.
Кога енергетскиот квант се апсорбира, електрон се движи од валентниот опсег до проводниот опсег и се формираат два носители на струја.
За да биде можно засилување (како и генерирање) на осцилации, неопходно е бројот на транзиции со ослободување енергија да преовладува над транзициите со апсорпција на енергија. Ова се постигнува во полупроводничка диода со силно допингувана Р- И n-региони кога на него се применува напреден напон, како што е прикажано на слика 10. Кога спојот е пристрасен во напредната насока, електроните од n-области се дифузни во p-регион. Поради овие електрони, популацијата на опсегот на спроводливост нагло се зголемува Р-проводник, а може да ја надмине концентрацијата на електроните во валентниот појас.
Дифузијата на дупки од R- В n-регион.
Бидејќи дифузијата на носачите се случува на мала длабочина (од редот на неколку микрони), во зрачењето не учествува целата површина на крајот на полупроводничката диода, туку само областите непосредно во непосредна близина на рамнината на интерфејсот. R- И n-региони.
Во пулсен режим од овој тип, ласерите кои работат во течен хелиум имаат моќност од околу 300 В со времетраење од околу 50 ns и околу 15 В со времетраење 1 мкс. Во континуиран режим, излезната моќност може да достигне 10-20 mW со моќност на пумпата од околу 50 mW.
Емисијата на осцилациите се јавува само од моментот кога густината на струјата во спојот ќе достигне праг, што за галиум од арсен е околу 10 4 a/cm 2 . Таквата висока густина се постигнува со избирање на мала површина р-n транзициите обично одговараат на струја низ диодата од редот на неколку ампери.

3.2.2 Генератори со гасовита активна супстанција

Во оптичките квантни генератори, активната супстанција обично е мешавина од два гаса. Најчестиот е гасен ласер кој користи мешавина од хелиум (He) и неон (Ne).
Локацијата на енергетските нивоа на хелиум и неон е прикажана на слика 11. Редоследот на квантните транзиции во гасниот ласер е како што следува. Под влијание на електромагнетни осцилации на генератор со висока фреквенција, се јавува електрично празнење во мешавина на гас затворена во кварцен стаклена цевка, што доведува до транзиција на атомите на хелиум од основната состојба I во состојби II (2 3 S) и III. (2 1 S). Кога возбудените атоми на хелиум се судираат со атоми на неон, се јавува размена на енергија меѓу нив, како резултат на што возбудените атоми на хелиум ја пренесуваат енергијата на атоми на неон и популацијата на нивоата на неон 2S и 3S значително се зголемува.
итн.................

Квантен генератор

Квантен генератор- општо име за извори на електромагнетно зрачење кои работат врз основа на стимулирана емисија на атоми и молекули. Во зависност од тоа каква бранова должина емитира квантен генератор, може да се нарече поинаку: ласер, масер, рејзер, гасер.

Историја на создавањето

Квантен генератор се базира на принципот на стимулирана емисија, предложен од А. пониското ниво на енергија се зголемува пропорционално со густината на веќе присутните фотони на зрачење. Можноста за создавање квантен генератор на оваа основа беше истакната од советскиот физичар В.А. Фабрикант во доцните 40-ти.

Литература

Ландсберг Г.С. Учебник по физика за основно. Том 3. Осцилации и бранови. Оптика. Атомска и нуклеарна физика. - 1985 година.

Херман Ј., Вилхелми Б. „Ласери за генерирање на ултракратки светлосни импулси“ - 1986 година.

Фондацијата Викимедија. 2010 година.

Нокер пелтечер
Ресинтеза

Погледнете што е „Квантен генератор“ во другите речници:

КВАНТЕН ГЕНЕРАТОР- електричен генератор маг. бранови, во кои се користи феноменот на стимулирана емисија (види КВАНТНА ЕЛЕКТРОНИКА). K. g радио опсег, како и квантен засилувач, наречен. масер. Првиот K. g е создаден во опсегот на микробранова печка во 1955 година. Активниот медиум во него ... Физичка енциклопедија

КВАНТЕН ГЕНЕРАТОР- извор на кохерентно електромагнетно зрачење, чие дејство се заснова на стимулираната емисија на фотони од атоми, јони и молекули. Квантните генератори во опсегот на радио се нарекуваат масери, квантните генератори во оптичкиот опсег... ... Голем енциклопедиски речник

квантен генератор- Извор на кохерентна радијација заснован на употреба на стимулирана емисија и повратни информации. Забелешка Квантните генератори се поделени според видот на активната супстанција, начинот на возбудување и други карактеристики, на пример, зрак, гас... Водич за технички преведувач

КВАНТЕН ГЕНЕРАТОР- извор на монохроматско кохерентно електромагнетно зрачење (оптички или радио опсег), кој работи врз основа на стимулирана емисија на возбудени атоми, молекули, јони. Гасови, кристални... Голема политехничка енциклопедија

квантен генератор- уред за генерирање на кохерентно електромагнетно зрачење. Кохерентноста е координирана појава во времето и просторот на неколку осцилаторни или бранови процеси, што се манифестира кога тие, на пример, се додаваат. во случај на мешање... Енциклопедија на технологијата

квантен генератор- извор на кохерентно електромагнетно зрачење, чие дејство се заснова на стимулираната емисија на фотони од атоми, јони и молекули. Квантните генератори во опсегот на радио се нарекуваат масери, квантните генератори во оптичкиот опсег ... ... енциклопедиски речник

квантен генератор- kvantinis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektromagnetinių bangų generatorus, kurio veikimas pagrįstas sužadintųjų atomų, molekulių, jonų priverstinio spinduliavimo. atitikmenys: ингли. квантна... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

квантен генератор- kvantinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: ингли. квантен генератор vok. Квантенгенератор, m rus. квантен генератор, m pranc. oscilateur quantique, m … Физички терминал žodynas

Квантен генератор- генератор на електромагнетни бранови кој го користи феноменот на стимулирана емисија (Види Стимулирана емисија) (Види Квантна електроника). K. g радио опсег на ултра високи фреквенции (микробранови), како и Квантен засилувач на оваа ... Голема советска енциклопедија

Успесите постигнати во развојот и истражувањето на квантните засилувачи и осцилатори во опсегот на радио послужија како основа за спроведување на предлогот за засилување и генерирање на светлина врз основа на стимулирана емисија и доведоа до создавање на квантни осцилатори во оптичкиот опсег. Оптичките квантни осцилатори (OQOs) или ласерите се единствените извори на моќна монохроматска светлина. Принципот на засилување на светлината со помош на атомски системи првпат беше предложен во 1940 година од В.А. Производителот. Сепак, оправдувањето за можноста за создавање на оптички квантен генератор го дадоа дури во 1958 година C. Townes и A. Shavlov врз основа на достигнувањата во развојот на квантните уреди во радио опсегот. Првиот оптички квантен генератор беше реализиран во 1960 година. Тоа беше ласер со рубин кристал како работна супстанција. Создавањето на инверзија на населението во него беше извршено со методот на пумпање на три нивоа, обично се користи во парамагнетни квантни засилувачи.

Во моментов, развиени се многу различни оптички квантни генератори, кои се разликуваат во работните материи (кристали, очила, пластика, течности, гасови, полупроводници се користат) и методи за создавање инверзија на населението (оптичко пумпање, испуштање на гасови, хемиски реакции итн.) .

Зрачењето на постоечките оптички квантни генератори го покрива опсегот на бранова должина од ултравиолетово до далечниот инфрацрвен регион на спектарот во непосредна близина на милиметарските бранови. Слично на квантен генератор во опсегот на радио, оптичкиот квантен генератор се состои од два главни дела: работна (активна) супстанција, во која на еден или друг начин

се создава инверзија на популации и резонантен систем (сл. 62). Како вториве, отворените резонатори од типот на интерферометар Фабри-Перот се користат во ласерите, формирани од систем од две огледала лоцирани на растојание едни од други.

Работната супстанција го подобрува оптичкото зрачење поради индуцираната емисија на активни честички. Резонантниот систем, предизвикувајќи повторен премин на добиеното оптички индуцирано зрачење низ активниот медиум, ја одредува ефективната интеракција на полето со него. Ако сметаме дека ласерот е самоосцилирачки систем, тогаш резонаторот дава позитивен фидбек како резултат на враќањето на дел од зрачењето што се шири помеѓу огледалата во активниот медиум. За да се појават осцилации, моќта во ласерот добиена од активниот медиум мора да биде еднаква или да ја надмине изгубената моќност во резонаторот. Ова е еквивалентно на фактот дека интензитетот на генерацискиот бран по минување низ медиумот за засилување, рефлексијата од огледалата -/ и 2, враќањето во оригиналниот пресек мора да остане непроменет или да ја надмине почетната вредност.

При минување низ активниот медиум, интензитетот на бранот 1^ се менува според експоненцијалниот закон (игнорирање на заситеноста) L, ° 1^ ezhr [ (oc,^ - b())-c], и кога се рефлектира од огледалото се менува Геднаш ( Т -коефициент. огледало), затоа условот за настанување на генерирање може да се напише како

Каде Л - должина на работниот активен медиум; р 1 и р 2 - коефициенти на рефлексија на огледалата 1 и 2; a u е добивка на активниот медиум; b 0 - константа на слабеење, земајќи ги предвид загубите на енергија во работната супстанција како резултат на расејување со нехомогености и дефекти.

I. Резонатори на оптички квантни генератори

Резонантните ласерски системи, како што е наведено, се отворени резонатори. Во моментов, најшироко се користат отворени резонатори со рамни и сферични огледала. Карактеристична карактеристика на отворените резонатори е тоа што нивните геометриски димензии се многу пати поголеми од брановата должина. Како волуметриски отворени резонатори, тие имаат збир на свои типови осцилации, кои се карактеризираат со одредена дистрибуција на поле во нив исопствени фреквенции. Природните типови на осцилации на отворен резонатор се решенија на равенките на полето кои ги задоволуваат граничните услови на огледалата.

Постојат неколку методи за пресметување на резонаторите на шуплината кои овозможуваат да се најдат сопствени видови вибрации. Ригорозна и најкомплетна теорија за отворените резонатори е дадена во делата на Л.А.

(113)

Се користи во него. нумеричка пресметка која симулира процес на утврдување на видовите осцилации во резонаторот како резултат на повеќекратно одразување од огледалата. Првично, произволна распределба на полето е поставена на површината на едно од огледалата. Потоа, користејќи го принципот на Хајгенс, се пресметува распределбата на полето на површината на друго огледало. Научената распределба се зема како оригинална и пресметката се повторува. По повеќекратни рефлексии, распределбата на амплитудата и фазата на полето на површината на огледалото се стреми кон стационарна вредност, т.е. полето на секое огледало се репродуцира непроменето. Добиената распределба на полето го претставува нормалниот тип на осцилација на отворен резонатор.

Пресметката на А. Фокс и Т. Ли се заснова на следнава формула Кирхоф, која е математички израз на Хајгенсовиот принцип, што овозможува да се најде дното на точката на набљудување Апо дадено поле на некоја површина Sb

каде што Eb е полето во точката B на површината S б; k-број на бран; Р - растојание помеѓу точките АИ ВО; П - агол помеѓу линијата што ги поврзува точките АИ ВО,и нормално на површината Сб

Како што се зголемува бројот на премини, брзината на проток на ретровизорите се стреми кон стационарна распределба, која може да се претстави на следниов начин:

Каде V(x ,у) - функција на дистрибуција која зависи од координатите на површината на огледалата и не се менува од рефлексија во рефлексија;

y е сложена константа независна од просторните координати.

Замена на формулата (112) во изразот (III). ја добиваме интегралната равенка

Има решение само за одредени вредности [Гама] = [гама мин.] повикани сопствени вредности, Vmn функции , задоволувајќи ја интегралната равенка, ја карактеризираат структурата на полето на различни видови осцилации на резонаторот, кои се нарекуваат попречновибрации и се означени како вибрации од типот TEMmnСимбол ТЕМпокажува дека водите во внатрешноста на резонаторот се блиску до попречно електромагнетно, т.е. кои немаат компоненти на полето долж насоката на ширење на бранот. Индекси ми n го означуваат бројот на промени во насоката на полето долж страните на огледалото (за правоаголни огледала) или долж аголот и долж радиусот (за тркалезните огледала). Слика 64 ја прикажува конфигурацијата на електричното поле за наједноставните попречни типови на осцилации на отворени резонатори со тркалезни огледала. Внатрешните типови на осцилации на отворените резонатори се карактеризираат не само со попречната дистрибуција на полето, туку и со нејзината дистрибуција по оската на резонаторите, што е стоечки бран и се разликува по бројот на полубранови кои се вклопуваат долж должина на резонатор. За да се земе предвид ова, трет индекс се воведува во означувањето на видовите вибрации А, карактеризирајќи го бројот на полубранови кои се вклопуваат долж оската на резонаторот.

Солидни оптички квантни генератори

Оптичките квантни осцилатори во цврста состојба, или ласерите со цврста состојба, користат кристали или аморфни диелектрици како медиум за активно засилување. Работните честички, чиишто транзиции меѓу енергетските состојби го одредуваат создавањето, се, по правило, јони на атомите на преодните групи на Периодниот систем користени. Активните честички сочинуваат фракции или единици од проценти од вкупниот број на атоми на работниот медиум, па се чини дека тие формираат „решение“ со слаба концентрација и затоа малку комуницираат едни со други. Употребените нивоа на енергија се нивоа на работни честички, поделени и проширени со силни нехомогени внатрешни полиња на цврстата материја. Кристалите од корунд (Al2O3) и итриум-алуминиумскиот гранат најчесто се користат како основа за медиумот за активно засилување. ЈАГ(Y3Al5O12), различни марки на стакло итн.

Инверзијата на популацијата во работната супстанција на ласерите со цврста состојба се создава со метод сличен на оној што се користи кај парамагнетните засилувачи. Се изведува со користење на оптичко пумпање, т.е. изложување на супстанција на светлосно зрачење со висок интензитет.

Како што покажуваат студиите, повеќето од моментално постоечките активни медиуми што се користат во ласерите со цврста состојба се задоволително опишани со две главни идеализирани енергија шеми:три и четири нивоа (сл. 71).

Прво да го разгледаме методот за создавање инверзија на населението во медиум опишан со шема на три нивоа (види Сл. 71, а). Во нормална состојба, само пониското главно ниво е населено 1 (енергетското растојание помеѓу нивоата е значително поголемо од kT), бидејќи транзициите 1->2 и 1->3) припаѓаат на оптичкиот опсег. Преминот помеѓу нивоата 2 и 1 е оперативен. Ниво 3 помошен и се користи за создавање инверзија на работен пар на нивоа. Тој всушност зафаќа широк опсег на дозволени енергетски вредности, поради интеракцијата на работните честички со интракристалните полиња.

електромагнетен кохерентен извор радијација(оптички или радио опсег), во кој се користи феноменот стимулирана емисијавозбудени атоми, молекули, јони итн. Гасовите, течностите, цврстите диелектрици и PP кристалите се користат како работни материјали во јаглерод диоксидот. Побудувањето на работникот, односно снабдувањето со енергија неопходна за работата на генераторот, се врши со силна електрична струја. поле, светлина од надворешно извор, електронски зраци итн. кохерентност,има тесен фокус и средства. моќ. исто така види Ласер, Масер, молекуларен генератор.

- исто како и ласерот...
Почетоците на модерната природна наука
- квантен генератор уред за генерирање кохерентно електромагнетно зрачење...
Енциклопедија на технологијата
- оптички квантен генератор е ист како ласер...
Енциклопедија на технологијата
- извор на кохерентна електромагнетна зрачење, чие дејство се заснова на стимулираната емисија на фотони од атоми, јони и молекули. K. g радио опсег се нарекува. масери, K. g. опсег - ласери...
- исто како ласер...
Природна наука. енциклопедиски речник
- технички уред за импулсно или континуирано генерирање на монохроматско кохерентно зрачење во оптичкиот опсег на спектарот...
Голем медицински речник
- извор на електромагнетно кохерентно зрачење, кој го користи феноменот на индуцирано зрачење на возбудени атоми, молекули, јони итн. Гасови, течности,...
Голем енциклопедиски политехнички речник
- генератор на електромагнетни бранови кој го користи феноменот на стимулирана емисија...
- исто како и ласерот...
Голема советска енциклопедија
- исто како ласер...
Модерна енциклопедија
- извор на кохерентно електромагнетно зрачење, чие дејство се заснова на стимулираната емисија на фотони од атоми, јони и молекули...
- исто како ласер...
Голем енциклопедиски речник
- КВАНТУМ, -а, м Во физиката: најмала количина на енергија дадена или апсорбирана од физичка количина во нејзината нестационарна состојба. K. енергија. К. светло...
Објаснувачки речник на Ожегов
- КВАНТЕН, квантен, квантен. adj. до квантна Квантни зраци. Квантна механика...
Објаснувачкиот речник на Ушаков
- quantum adj. 1. сооднос со именка квант поврзан со него 2...
Објаснувачки речник од Ефремова
- kv"...
Руски правописен речник

„КВАНТЕН ГЕНЕРАТОР“ во книги

Квантна транзиција

Од книгата Антисемитизмот како закон на природата автор Бруштејн Михаил

Квантна транзиција Најновите реформатори, кои измислуваат примерни општествени системи на хартија, би било добро да го погледнат општествениот систем според кој живееле првите Евреи. Може да се види она што се случи на Синај на различни начини.

Квантен скок

Од книгата Јас и мојот голем простор автор Климкевич Светлана Титовна

Квантен скок 589 = Човекот ја носи во себе креативната енергија Божја – Љубов = 592 = Големо духовно будење – Знак на космички циклуси = „Бројни кодови“. Книга 2. Kryon Hierarchy 27 01/2012 „Простор на времето - Време на простор...“ - зборови по будењето Јас сум тоа што сум

4.1. Квантен процесор

Од книгата Квантна магија автор Доронин Сергеј Иванович

4.1. Квантен процесор

Квантен скок

Од книгата Закон за привлекување од Естер Хикс

Квантен скок Џери: Лесно е да направиме малку чекор од местото каде што сме и само да направиме малку повеќе од нас, да бидеме самите себеси малку повеќе и да имаме малку повеќе отколку што имаме сега. Што е со она што можеме да го наречеме „квантен скок“, односно постигнување нешто

Квантен скок

Од книгата Играње во празнината. Митологија на многу лица автор Демчог Вадим Викторович

Квантен скок Резултатот од прочистувањето е сознанието дека сè се случува „на дланка“. Методот што помага да се утврди ова се нарекува квантен скок во играта. И се заснова на природната доверба на просторот што гледа во нас

Квантен мозок

Од книгата Играње во празнината. Карневалот на лудата мудрост автор Демчог Вадим Викторович

Квантен мозок Да почнеме со поезија: Сер Чарлс Шерингтон, општо признатиот татко на неврофизиологијата, го споредува мозокот со „...магична машина за самоткаење во која милиони пенливи шатлови плетеат шара што се топи пред нашите очи (забелешка -“ се топи пред нашите очи.“ - В.Д.), секогаш

Квантен свет

од Гардинер Филип

Квантен свет Јас сум инспириран од идејата дека во Универзумот (од микро до макро ниво, од космичкото движење на планетите до интеракцијата на електроните, од микроскопскиот силициум диоксид до египетската пирамида создадена од човекот) постои универзален модел , не

Квантен Бог

Од книгата Порти до други светови од Гардинер Филип

Квантниот Бог Додека работев на оваа книга, зедов еден слободен ден од квантната физика и отидов во Личфилд, Стафордшир. Поминав прекрасно време во прекрасното, езотерично чувство на катедралата Личфилд, гледајќи ја нејзината неверојатна фасада

КВАНТЕН СКОК

Од книгата Шестата трка и Нибиру автор Бјазирев Георгиј

КВАНТЕН СКОК Кога ќе постигнете самадхи, душата се претвора во Божествена светлина Почитувани читатели, веќе знаете дека во 2011 година на нашето небо ќе биде видлива дванаесеттата планета на Сончевиот систем, Нибиру. Во февруари 2013 година, планетата X ќе го направи своето најблиско приближување до Земјата

Додаток III. УМОВИ: Квантен ум

Од книгата Моќта на тишината автор Миндел Арнолд

Додаток III. УМОВИ: Квантниот ум На следните страници сумирал некои од многуте значења што ги поврзувам со терминот „квантен ум“.

Квантен дуализам

Од книгата Крајот на науката: Поглед кон границите на знаењето во самракот на добата на науката од Хорган Џон

Квантен дуализам Постои една точка за која Крик, Еделман и речиси сите невронаучници се согласуваат: својствата на умот се суштински независни од квантната механика. Физичарите, филозофите и другите научници шпекулираа за врските помеѓу квантната механика и свеста, барем

Квантен ум и процесен ум

Од книгата Процесен ум. Водич за поврзување со Божјиот ум автор Миндел Арнолд

Квантниот ум и процесниот ум Процесниот ум е развој на сите мои претходни дела и особено на книгата „Квантен ум“, напишана пред десетина години. Во оваа книга разговарав за квантните карактеристики на нашата психологија и покажав како

ЕЛЕКТРОНИ - КВАНТЕН ГАС

Од книгата Жив кристал автор Гегузин Јаков Евсеевич

ЕЛЕКТРОНИ - КВАНТЕН ГАС Во историјата на проучувањето на кристалите на почетокот на нашиот век, имаше период кога, меѓу другото, проблемот со „електроните во металот“ беше многу мистериозен, интригантен и изгледаше како ќорсокак. Проценете сами. Експериментатори кои ги проучуваат електричните својства

Квантен генератор

Од книгата Голема советска енциклопедија (КБ) од авторот TSB

Оптички квантен генератор

Од книгата Голема советска енциклопедија (ОП) од авторот TSB Квантен генератор - општо име за извори на електромагнетно зрачење кои работат врз основа на стимулирана емисија на атоми и молекули.

Сл

Во зависност од тоа каква бранова должина емитира квантниот генератор, може да се нарече поинаку:

ласер (оптички опсег);

масер (опсег на микробранови);

бризер (опсег на рендгенски зраци);

гасер (гама опсег).

Сл

Во реалноста, работата на овие уреди се заснова на употребата на Боровите постулати:

Атомот и атомските системи можат да останат долго време само во посебни стационарни или квантни состојби, од кои секоја има специфична енергија. Во стационарна состојба, атомот не испушта електромагнетни бранови.

Емисијата на светлина се јавува кога електронот преминува од стационарна состојба со поголема енергија во стационарна состојба со помала енергија. Енергијата на емитираниот фотон е еднаква на енергетската разлика помеѓу неподвижните состојби.

Најзастапени денес се ласерите, односно оптичките квантни генератори. Покрај детските играчки, тие станаа широко распространети во медицината, физиката, хемијата, компјутерската технологија и други индустрии. Ласерите се појавија како „подготвено решение“ за многу проблеми.

Ајде внимателно да го разгледаме принципот на работа на ласерот.

DC4-14

Ласерски - оптички квантен генератор кој создава моќен, тесно насочен кохерентен монохроматски зрак на светлина. (слајдови 1, 2)

( 1. Спонтана и стимулирана емисија.

Ако електронот е на пониско ниво, тогаш атомот ќе го апсорбира инцидентниот фотон, а електронот ќе се движи од нивото Е 1 до ниво Е 2 . Оваа состојба е нестабилна, електронспонтано ќе се пресели на ниво Е 1 со емисија на фотони. Спонтаната емисија настанува спонтано, затоа, атомот ќе емитува светлина неконзистентно, хаотично, затоа светлосните бранови не се во согласност едни со други ниту во фаза, ниту во поларизација, ниту во насока. Ова е природна светлина.

Но, можна е и индуцирана (присилна) емисија. Ако електронот е во горното ниво Е 2 (атом во возбудена состојба), тогаш кога фотон паѓа, може да дојде до принудна транзиција на електрон на пониско ниво со емитување на втор фотон.

Сл

Зрачењето за време на транзицијата на електрон во атомот од горното енергетско ниво на пониско со емисија на фотон под влијание на надворешно електромагнетно поле (инцидентен фотон) се нарекувапринудени или индуцирани .

Својства на стимулираната емисија:

идентична фреквенција и фаза на примарни и секундарни фотони;

иста насока на размножување;

иста поларизација.

Следствено, стимулираната емисија произведува два идентични близнаци фотони.

Сл

2. Користење на активни медиуми.

Состојбата на материјата во средина во која помалку од половина од атомите се во возбудена состојба се нарекувадржава со нормална популација на нивоа на енергија . Ова е нормална состојба на животната средина.

Сл

Се нарекува средина во која повеќе од половина од атомите се во возбудена состојбаактивен медиум со инверзна популација на нивоа на енергија . (слајд 9)

Во медиум со инверзна популација на нивоа на енергија, светлосниот бран се засилува. Ова е активна средина.

Интензивирањето на светлината може да се спореди со растот на лавина.

Сл

За да се добие активниот медиум, се користи систем на три нивоа.

На третото ниво, системот живее многу кратко, по што спонтано преминува во состојба Е 2 без емисија на фотон. Премин од држава2 во држава 1 придружено со емисија на фотон, кој се користи во ласерите.

Процесот на премин на медиум во инверзна состојба се нарекуваиспумпана . Најчесто за ова се користат светлосно зрачење (оптичко пумпање), електрично празнење, електрична струја и хемиски реакции. На пример, откако трепка моќна светилка, системот оди во состојба3 , по краток временски период во државата2 , во која живее релативно долго. Ова создава пренаселеност на ниво2 .

Сл

3. Позитивни повратни информации.

За да се премести од режимот на засилување на светлината во режимот на генерирање во ласерот, се користи повратна информација.

Повратните информации се вршат со помош на оптички резонатор, кој обично е пар паралелни огледала. (слајд 11)

Како резултат на еден од спонтаните транзиции од горното ниво на долниот се појавува фотон. Кога се движите кон едно од огледалата, фотон предизвикува лавина од фотони. По рефлексијата од огледалото, лавина од фотони се движи во спротивна насока, истовремено предизвикувајќи се повеќе и повеќе атоми да испуштаат фотони. Процесот ќе продолжи се додека постоиинверзна популација ниво

Инверзна популација нивоа на енергија - нерамнотежна состојба на животната средина, во која бројот на честички (атоми, молекули) лоцирани на горните енергетски нивоа, т.е. во возбудена состојба, е поголем од бројот на честички лоцирани на пониските енергетски нивоа. .

Активен елемент

пумпање

Оптички резонатор

Светлосните струи кои се движат во странични насоки брзо го напуштаат активниот елемент без да имаат време да добијат значителна енергија. Светлосниот бран што се шири по оската на резонаторот се засилува многукратно. Дното на ретровизорите е направено проѕирно, а од него ласерскиот бран излегува во околината.

Сл

4. Руби ласер .

Главниот дел од рубин ласер ерубин прачка. Рубинот се состои од атомиАлИ Осо мешавина на атомиКр. Тоа се атомите на хром кои му ја даваат бојата на рубинот и имаат метастабилна состојба.

Сл

Цевка од светилка за празнење гас, нареченапумпа светилка . Светилката накратко трепка и се јавува пумпање.

Рубин ласерот работи во пулсен режим. Има и други видови ласери: гас, полупроводник... Можат да работат во континуиран режим.

Сл

5. Својства на ласерското зрачење :

најмоќниот извор на светлина;

P на Сонцето = 10 4 W/cm 2, P на ласерот = 10 14 W/cm 2.

исклучителна монохроматичност (монохроматски бранови – просторно неограничени бранови со една специфична и строго константна фреквенција) ;

дава многу мал степен на дивергенција на аголот;

кохерентност ( тие. координирана појава во време и простор на неколку осцилаторни или бранови процеси) .

DC3

За ласерско работење

потребен е систем за пумпање. Односно, на атомот или на атомскиот систем ќе му дадеме малку енергија, а потоа, според вториот постулат на Бор, атомот ќе се пресели на повисоко ниво со повеќе енергија. Следната задача е да се врати атомот на неговото претходно ниво, додека тој емитира фотони како енергија.

Со доволна моќност на светилката, повеќето јони на хром се пренесуваат во возбудена состојба.

Процесот на предавање енергија на работното тело на ласерот за да се трансформираат атомите во возбудена состојба се нарекува пумпање.

Емитираниот фотон во овој случај може да предизвика стимулирана емисија на дополнителни фотони, што пак ќе предизвика стимулирана емисија)

DC15

Физичката основа на ласерското работење е феноменот. Суштината на феноменот е дека возбудениот фотон е способен да емитира под влијание на друг фотон без негова апсорпција, ако вториот е еднаков на енергетската разлика

Масер емитира микробранова печка, големина - рентген и гасер - гама зрачење.

DC16

Масер - Емитување на квантен генератор

кохерентни електромагнетни бранови во опсег од сантиметар (микробранови).

Масерите се користат во технологијата (особено, во вселенските комуникации), во физичкото истражување, а исто така и како квантни генератори на стандардна фреквенција.

Сл

Напротив (ласер со рендген) - извор на кохерентно електромагнетно зрачење во опсегот на Х-зраци, врз основа на ефектот на стимулираната емисија. Тоа е аналог на ласер со краток бран.

Сл

Примените на кохерентно зрачење со Х-зраци вклучуваат истражување во густа плазма, микроскопија со рендген, медицински слики со резолуција на фаза, истражување на површината на материјалот и оружје. Мекиот рендгенски ласер може да послужи како погонски ласер.

Сл

Работата на полето за гас е во тек, бидејќи не е создаден ефикасен систем за пумпање.

Ласерите се користат во цела листа на индустрии :

6. Примена на ласери : (слајд 16)

во радиоастрономијата да се определат растојанија до телата на Сончевиот систем со максимална точност (локатор на светлина);

обработка на метал (сечење, заварување, топење, дупчење);

во хирургија наместо скалпел (на пример, во офталмологија);

за добивање на тридимензионални слики (холографија);

комуникации (особено во вселената);

снимање и складирање на информации;

во хемиски реакции;

за спроведување на термонуклеарни реакции во нуклеарен реактор;

Нуклеарно оружје.

Сл

Така, квантните генератори цврсто влегоа во секојдневниот живот на човештвото, овозможувајќи да се решат многу проблеми што беа притискани во тоа време.