Kazi ya kozi: jenereta za quantum. Ripoti ya fizikia "jenereta za quantum"

Chuo Kikuu cha Ufundi cha Jimbo la Baltic
"Voenmekh" jina lake baada ya. D. F. Ustinova
Idara ya I4
"Mifumo ya udhibiti wa redio-elektroniki"

Vifaa vya kupokea na kubadilisha mawimbi
Kazi ya kozi juu ya mada
« Jenereta za quantum »

Imekamilika:
Peredelsky Oleg
Kikundi I471
Imechaguliwa:
Tarasov A.I.

Saint Petersburg
2010

1. Utangulizi
Karatasi hii inajadili kanuni za uendeshaji wa jenereta za quantum, nyaya za jenereta, vipengele vyao vya kubuni, masuala ya utulivu wa mzunguko wa jenereta na kanuni za modulation katika jenereta za quantum.
1.1 Taarifa za jumla
Kanuni ya uendeshaji wa jenereta za quantum inategemea mwingiliano wa uga wa masafa ya juu na atomi au molekuli za maada. Wanaruhusu kizazi cha oscillations ya mzunguko wa juu sana na utulivu wa juu.
Kutumia jenereta za quantum, inawezekana kuunda viwango vya mzunguko vinavyozidi viwango vyote vilivyopo kwa usahihi. Utulivu wa mzunguko wa muda mrefu, i.e. Utulivu kwa muda mrefu unakadiriwa kuwa 10 -9 - 10 -10, na utulivu wa muda mfupi (dakika) unaweza kufikia 10 -11.

Hivi sasa ndani Siku hizi, oscillators za quantum hutumiwa sana kama viwango vya mzunguko katika mifumo ya huduma ya wakati. Amplifiers za quantum zinazotumiwa katika kupokea vifaa vya mifumo mbalimbali ya redio zinaweza kuongeza kwa kiasi kikubwa unyeti wa vifaa na kupunguza kiwango cha kelele ya ndani.
Moja ya vipengele vya jenereta za quantum, ambayo huamua uboreshaji wao wa haraka, ni uwezo wao wa kufanya kazi kwa ufanisi katika masafa ya juu sana, ikiwa ni pamoja na upeo wa macho, yaani, karibu hadi mzunguko wa utaratibu wa 10 9. MHz
Jenereta za anuwai ya macho hufanya iwezekane kupata mwelekeo wa juu wa mionzi na msongamano mkubwa wa nishati kwenye boriti ya mwanga (kuhusu 10 12 -10 13). W/M 2 ) na masafa makubwa ya masafa, kuruhusu upitishaji wa kiasi kikubwa cha habari.
Utumiaji wa jenereta za masafa ya macho katika mawasiliano, eneo na mifumo ya urambazaji hufungua matarajio mapya ya kuongeza kwa kiasi kikubwa anuwai na kuegemea kwa mawasiliano, azimio la mifumo ya rada katika anuwai na pembe, na pia matarajio ya kuunda mifumo ya urambazaji ya hali ya juu.
Jenereta za anuwai za macho hutumiwa katika utafiti wa kisayansi
utafiti na viwanda. Mkusanyiko wa juu sana wa nishati katika boriti nyembamba hufanya iwezekanavyo, kwa mfano, kuchoma mashimo ya kipenyo kidogo sana katika aloi ngumu zaidi na madini, ikiwa ni pamoja na madini magumu zaidi, almasi.
Jenereta za quantum kawaida hutofautishwa:

kwa asili ya dutu hai (imara au gesi), matukio ya quantum ambayo huamua uendeshaji wa vifaa.

kwa anuwai ya masafa ya kufanya kazi (safu ya sentimita na millimeter, anuwai ya macho - sehemu za infrared na zinazoonekana za wigo)

kwa njia ya msisimko wa dutu hai au mgawanyiko wa molekuli kwa viwango vya nishati.

Kulingana na safu ya mzunguko wa uendeshaji, jenereta za quantum zinagawanywa wasimamizi Na lasers. Jina bwana- kifupi cha maneno "ukuzaji wa microwave kwa utoaji wa mionzi ya MASER". Jina leza- kifupi cha maneno "ukuzaji wa mwanga kwa utoaji wa mionzi ya LASER"

1.2 Historia ya uumbaji
Historia ya uundaji wa maser inapaswa kuanza mnamo 1917, wakati Albert Einstein alianzisha wazo la uzalishaji uliochochewa. Hii ilikuwa hatua ya kwanza kuelekea laser. Hatua inayofuata ilichukuliwa na mwanafizikia wa Soviet V.A. Fabrikant, ambaye mnamo 1939 alionyesha uwezekano wa kutumia hewa iliyochochewa ili kukuza mionzi ya sumakuumeme inapopitia maada. Wazo lililotolewa na V.A. Fabrikant, alidhani matumizi ya mifumo midogo midogo yenye viwango tofauti vya idadi ya watu. Baadaye, baada ya kumalizika kwa Vita Kuu ya Patriotic, V. A. Fabrikant alirudi kwa wazo hili na, kwa kuzingatia utafiti wake, aliwasilisha mnamo 1951 (pamoja na M.M. Vudynsky na F.A. Butaeva) maombi ya uvumbuzi wa njia ya kukuza mionzi kwa kutumia chafu iliyochochewa. Cheti kilitolewa kwa programu hii, ambayo, chini ya kichwa "Mada ya uvumbuzi," imeandikwa: "Njia ya kukuza mionzi ya sumakuumeme (ultraviolet, inayoonekana, infrared na mawimbi ya redio), inayojulikana kwa kuwa mionzi iliyoinuliwa ni. hupitia njia ambayo, kwa msaada wa mionzi-saidizi au kwa njia nyingine huunda mkusanyiko wa ziada wa atomi, chembe zingine au mifumo yao katika viwango vya juu vya nishati inayolingana na hali za msisimko ikilinganishwa na ile ya usawa.
Hapo awali, njia hii ya kukuza mionzi ilitekelezwa katika safu ya redio, au kwa usahihi zaidi katika safu ya masafa ya juu (masafa ya microwave). Mnamo Mei 1952, katika Mkutano wa All-Union juu ya Radio Spectroscopy, wanafizikia wa Soviet (sasa wanataaluma) N.G. Basov na A.M. Prokhorov alitoa ripoti juu ya uwezekano wa kimsingi wa kuunda amplifier ya mionzi katika safu ya microwave. Waliiita "jenereta ya Masi" (ilipaswa kutumia boriti ya molekuli ya amonia). Takriban wakati huo huo, pendekezo la kutumia utoaji unaochangamshwa ili kukuza na kuzalisha mawimbi ya milimita lilitolewa katika Chuo Kikuu cha Columbia nchini Marekani na mwanafizikia wa Marekani Charles Townes. Mnamo 1954, oscillator ya molekuli, ambayo hivi karibuni iliitwa maser, ikawa ukweli. Iliundwa na kuundwa kwa kujitegemea na wakati huo huo katika maeneo mawili duniani - katika Taasisi ya Fizikia ya P.N. Chuo cha Sayansi cha Lebedev cha USSR (kikundi kinachoongozwa na N.G. Basov na A.M. Prokhorov) na Chuo Kikuu cha Columbia huko USA (kikundi kinachoongozwa na C. Townes). Baadaye, neno "laser" lilikuja kutoka kwa neno "maser" kama matokeo ya kuchukua nafasi ya herufi "M" (herufi ya kwanza ya neno Microwave - microwave) na herufi "L" (herufi ya kwanza ya neno Mwanga - mwanga). Uendeshaji wa maser na laser ni msingi wa kanuni sawa - kanuni iliyoundwa mnamo 1951 na V.A. Mtengenezaji. Kuonekana kwa maser kulimaanisha kuwa mwelekeo mpya katika sayansi na teknolojia ulizaliwa. Mwanzoni iliitwa quantum radiofizikia, na baadaye ikajulikana kama umeme wa quantum.

2. Kanuni za uendeshaji wa jenereta za quantum.

Katika jenereta za quantum, chini ya hali fulani, uongofu wa moja kwa moja wa nishati ya ndani ya atomi au molekuli katika nishati ya mionzi ya umeme huzingatiwa. Mabadiliko haya ya nishati hutokea kama matokeo ya mabadiliko ya quantum - mabadiliko ya nishati yanayoambatana na kutolewa kwa quanta (sehemu) ya nishati.
Kwa kukosekana kwa ushawishi wa nje, nishati hubadilishwa kati ya molekuli (au atomi) za dutu. Baadhi ya molekuli hutoa mitetemo ya sumakuumeme, zikisonga kutoka kiwango cha juu cha nishati hadi cha chini, ilhali zingine huzifyonza, na kufanya mpito wa kinyume. Kwa ujumla, chini ya hali ya stationary, mfumo unaojumuisha idadi kubwa ya molekuli iko katika usawa wa nguvu, i.e. Kama matokeo ya ubadilishanaji wa nishati unaoendelea, kiasi cha nishati iliyotolewa ni sawa na kiasi kinachofyonzwa.
Idadi ya watu wa viwango vya nishati, i.e. idadi ya atomi au molekuli ziko katika viwango tofauti imedhamiriwa na joto la dutu. Idadi ya watu wa viwango vya N 1 na N 2 na nishati W 1 na W 2 imedhamiriwa na usambazaji wa Boltzmann:

(1)

Wapi k- Boltzmann mara kwa mara;
T- joto kamili la dutu.

Katika hali ya usawa wa joto, mifumo ya quantum ina molekuli chache katika viwango vya juu vya nishati, na kwa hiyo haitoi, lakini inachukua nishati tu inapofunuliwa na mionzi ya nje. Katika kesi hii, molekuli (au atomi) huhamia viwango vya juu vya nishati.
Katika oscillators za molekuli na amplifiers zinazotumia mabadiliko kati ya viwango vya nishati, ni wazi ni muhimu kuunda hali ya bandia ambayo idadi ya watu wa kiwango cha juu cha nishati itakuwa ya juu. Katika kesi hiyo, chini ya ushawishi wa uwanja wa nje wa juu-frequency ya mzunguko fulani, karibu na mzunguko wa mpito wa quantum, mionzi yenye nguvu inayohusishwa na mpito kutoka kwa kiwango cha juu hadi cha chini cha nishati inaweza kuzingatiwa. Mionzi hiyo inayosababishwa na uwanja wa nje inaitwa mionzi iliyosababishwa.
Sehemu ya nje ya masafa ya juu ya masafa ya kimsingi yanayolingana na masafa ya mpito ya quantum (masafa haya yanaitwa masafa ya resonant) sio tu husababisha mionzi mikali iliyochochewa, lakini pia awamu ya mionzi ya molekuli ya mtu binafsi. hutoa nyongeza ya vibrations na udhihirisho wa athari amplification.
Hali ya mpito wa quantum wakati idadi ya watu wa ngazi ya juu inazidi idadi ya watu wa ngazi ya chini ya mpito inaitwa inverted.
Kuna njia kadhaa za kupata idadi kubwa ya viwango vya juu vya nishati (inversion ya idadi ya watu).
Katika vitu vya gesi, kama vile amonia, inawezekana kutenganisha (kupanga) molekuli katika hali tofauti za nishati kwa kutumia uwanja wa nje wa umeme wa mara kwa mara.
Katika imara, kujitenga vile ni vigumu, hivyo mbinu mbalimbali za msisimko wa molekuli hutumiwa, i.e. mbinu za kusambaza tena molekuli katika viwango vya nishati kwa kuangazia na uga wa nje wa masafa ya juu.

Mabadiliko katika idadi ya viwango (inversion ya idadi ya watu wa viwango) inaweza kuzalishwa na mionzi ya pulsed na uwanja wa juu-frequency ya mzunguko wa resonant ya kiwango cha kutosha. Kwa uteuzi sahihi wa muda wa pigo (muda wa pigo unapaswa kuwa mdogo sana kuliko wakati wa kupumzika, yaani, wakati wa kurejesha usawa wa nguvu), baada ya kupigwa kwa mionzi inawezekana kuimarisha ishara ya nje ya juu-frequency kwa muda fulani.
Njia rahisi zaidi ya msisimko, ambayo kwa sasa inatumika sana katika jenereta, ni njia ya kuwasha na uwanja wa nje wa masafa ya juu, ambayo hutofautiana sana katika mzunguko kutoka kwa vibrations zinazozalishwa, chini ya ushawishi ambao ugawaji muhimu wa molekuli katika viwango vya nishati hutokea.
Uendeshaji wa jenereta nyingi za quantum unategemea matumizi ya viwango vitatu au vinne vya nishati (ingawa kimsingi idadi tofauti ya viwango inaweza kutumika). Wacha tufikirie kuwa kizazi kinatokea kwa sababu ya mpito unaosababishwa kutoka kwa kiwango 3 kwa kila ngazi 2 (tazama Mchoro 1).
Ili dutu inayofanya kazi iongezeke katika mzunguko wa mpito 3 -> 2, haja ya kufanya kiwango cha watu 3 juu ya kiwango cha watu 2. Kazi hii inafanywa na uwanja wa msaidizi wa juu-frequency na mzunguko ? dhidi ya ambayo "hutupa" baadhi ya molekuli kutoka ngazi 1 kwa kila ngazi 3. Inversion ya idadi ya watu inawezekana kwa vigezo fulani vya mfumo wa quantum na nguvu ya kutosha ya mionzi ya msaidizi.
Jenereta inayounda uwanja msaidizi wa masafa ya juu ili kuongeza idadi ya watu wa kiwango cha juu cha nishati inaitwa pampu au jenereta ya taa ya nyuma. Muda wa mwisho unahusishwa na jenereta za oscillation ya inayoonekana na infrared spectra ambayo vyanzo vya mwanga hutumiwa kwa kusukuma.
Kwa hivyo, ili kutekeleza utendakazi mzuri wa jenereta ya quantum, inahitajika kuchagua dutu inayotumika ambayo ina mfumo fulani wa viwango vya nishati kati ya ambayo mpito wa nishati unaweza kutokea, na pia kuchagua njia inayofaa zaidi ya msisimko au mgawanyiko wa nishati. molekuli katika viwango vya nishati.

Kielelezo 1. Mchoro wa mabadiliko ya nishati
katika jenereta za quantum

3. Mizunguko ya jenereta za quantum
Jenereta za quantum na amplifiers zinajulikana na aina ya dutu ya kazi inayotumiwa ndani yao. Hivi sasa, hasa aina mbili za vifaa vya quantum zimetengenezwa, ambazo hutumia vitu vya gesi na vikali vya kazi
yenye uwezo wa mionzi mikali iliyosababishwa.

3.1 Jenereta za molekuli zenye mgawanyo wa molekuli kwa viwango vya nishati.

Hebu kwanza tuchunguze jenereta ya quantum na dutu ya kazi ya gesi, ambayo, kwa kutumia umeme. mashamba, kujitenga (kupanga) ya molekuli ziko katika viwango vya juu na vya chini vya nishati hufanyika. Aina hii ya oscillator ya quantum kawaida huitwa oscillator ya boriti ya molekuli.

Mchoro 2. Mchoro wa jenereta ya Masi kwa kutumia boriti ya amonia
1 - chanzo cha amonia; 2- mesh; 3 - diaphragm; 4 - resonator; 5 - kifaa cha kupanga

Katika jenereta za Masi zinazotekelezwa kivitendo, gesi ya amonia (fomula ya kemikali NH 3) hutumiwa, ambayo mionzi ya Masi inayohusishwa na mpito kati ya viwango tofauti vya nishati hutamkwa sana. Katika safu ya masafa ya juu, mionzi mikali zaidi huzingatiwa wakati wa mpito wa nishati unaolingana na masafa. f n= 23,870 MHz ( ? n= 1.26 cm). Mchoro uliorahisishwa wa jenereta inayofanya kazi kwenye amonia katika hali ya gesi umeonyeshwa kwenye Mchoro 2.
Mambo kuu ya kifaa, yaliyoainishwa katika mistari ya dotted katika Mchoro 2, katika baadhi ya matukio huwekwa katika mfumo maalum uliopozwa na nitrojeni ya kioevu, ambayo inahakikisha joto la chini la dutu inayofanya kazi na vipengele vyote muhimu ili kupata kiwango cha chini cha kelele na cha juu. utulivu wa mzunguko wa jenereta.
Molekuli za amonia huondoka kwenye hifadhi kwa shinikizo la chini sana, lililopimwa kwa vitengo vya milimita ya zebaki.
Ili kupata boriti ya molekuli inayosonga karibu sambamba katika mwelekeo wa longitudinal, amonia hupitishwa kupitia diaphragm na idadi kubwa ya njia nyembamba za axially zilizoelekezwa. Kipenyo cha njia hizi huchaguliwa kuwa kidogo kabisa ikilinganishwa na njia ya bure ya molekuli. Ili kupunguza kasi ya harakati ya molekuli na, kwa hiyo, kupunguza uwezekano wa migongano na hiari, yaani, isiyosababishwa, mionzi inayoongoza kwa kelele ya kushuka, diaphragm imepozwa na heliamu ya kioevu au nitrojeni.
Ili kupunguza uwezekano wa mgongano wa molekuli, mtu hangeweza kwenda kwenye njia ya kupungua kwa joto, lakini kwenye njia ya kupungua kwa shinikizo, hata hivyo, hii ingepunguza idadi ya molekuli kwenye resonator ambayo wakati huo huo inaingiliana na uwanja wa masafa ya juu. mwisho, na nguvu iliyotolewa na molekuli za msisimko kwenye uwanja wa juu-frequency ya resonator itapungua.
Ili kutumia gesi kama dutu inayotumika katika jenereta ya Masi, inahitajika kuongeza idadi ya molekuli zilizo kwenye kiwango cha juu cha nishati dhidi ya idadi yao iliyoamuliwa na usawa wa nguvu kwa joto fulani.
Katika jenereta ya aina hii, hii inafanikiwa kwa kupanga molekuli za kiwango cha chini cha nishati kutoka kwa boriti ya Masi kwa kutumia kinachojulikana kama capacitor ya quadrupole.
Capacitor ya quadrupole huundwa na vijiti vinne vya longitudinal vya chuma vya wasifu maalum (Kielelezo 3a), kilichounganishwa kwa jozi kwa njia ya moja hadi ya juu-voltage rectifier, ambayo ina uwezo sawa lakini kubadilishana kwa ishara. Sehemu ya umeme inayotokana ya capacitor vile kwenye mhimili wa longitudinal wa jenereta, kutokana na ulinganifu wa mfumo, ni sawa na sifuri na kufikia thamani yake ya juu katika nafasi kati ya vijiti vya karibu (Mchoro 3b).

Kielelezo 3. Mzunguko wa capacitor ya Quadrupole

Mchakato wa kupanga molekuli unaendelea kama ifuatavyo. Imeanzishwa kuwa molekuli ziko kwenye uwanja wa umeme hubadilisha nishati yao ya ndani na kuongezeka kwa nguvu za shamba la umeme;

Mchoro 4. Utegemezi wa viwango vya nishati kwenye nguvu ya uwanja wa umeme:

kiwango cha juu cha nishati

kiwango cha chini cha nishati

Jambo hili linaitwa athari ya Stark. Kwa sababu ya athari ya Stark, molekuli za amonia, wakati wa kusonga kwenye uwanja wa capacitor ya quadrupole, kujaribu kupunguza nguvu zao, i.e., kupata hali thabiti zaidi, hutenganishwa: molekuli za nishati ya juu.ngazi huwa na kuondoka kwa eneo la uwanja wa umeme wenye nguvu, yaani, huelekea kwenye mhimili wa capacitor, ambapo shamba ni sifuri, na molekuli za ngazi ya chini, kinyume chake, huhamia kwenye eneo la shamba lenye nguvu; yaani, wanaondoka kwenye mhimili wa capacitor, wakikaribia sahani za mwisho. Kama matokeo ya hili, boriti ya Masi sio tu iliyotolewa kwa kiasi kikubwa kutoka kwa molekuli ya kiwango cha chini cha nishati, lakini pia imezingatia vizuri kabisa.
Baada ya kupita kwenye kifaa cha kuchagua, boriti ya Masi huingia kwenye resonator iliyopangwa kwa mzunguko wa mpito wa nishati inayotumiwa katika jenereta. f n= 23,870 MHz .
Sehemu ya juu-frequency ya resonator ya cavity husababisha utoaji wa kusisimua wa molekuli zinazohusiana na mpito kutoka ngazi ya juu ya nishati hadi ya chini. Ikiwa nishati iliyotolewa na molekuli ni sawa na nishati inayotumiwa katika resonator na kuhamishiwa kwa mzigo wa nje, basi mchakato wa oscillatory wa stationary umeanzishwa katika mfumo na kifaa kinachozingatiwa kinaweza kutumika kama jenereta ya oscillations ya mzunguko-imara.

Mchakato wa kuanzisha oscillations katika jenereta unaendelea kama ifuatavyo.
Molekuli zinazoingia kwenye resonator, ambazo ziko kwenye kiwango cha juu cha nishati, kwa hiari (kwa hiari) hufanya mpito hadi kiwango cha chini, kutoa quanta ya nishati ya nishati ya umeme na kusisimua resonator. Hapo awali, msisimko huu wa resonator ni dhaifu sana, kwani mpito wa nishati ya molekuli ni nasibu. Sehemu ya sumakuumeme ya resonator, inayofanya kazi kwenye molekuli ya boriti, husababisha mabadiliko yaliyosababishwa, ambayo huongeza uwanja wa resonator. Kwa hivyo, kuongezeka kwa hatua kwa hatua, uwanja wa resonator utazidi kuathiri boriti ya Masi, na nishati iliyotolewa wakati wa mabadiliko yaliyosababishwa itaimarisha uwanja wa resonator. Mchakato wa kuongeza ukali wa oscillations utaendelea hadi kueneza hutokea, wakati ambapo uwanja wa resonator utakuwa mkubwa sana kwamba wakati wa kupitisha molekuli kupitia resonator itasababisha sio tu mabadiliko yaliyosababishwa kutoka ngazi ya juu hadi ya chini, lakini. kwa kiasi pia mabadiliko ya nyuma yanayohusiana na ufyonzwaji wa nishati ya sumakuumeme. Katika kesi hiyo, nguvu iliyotolewa na molekuli za amonia hazizidi kuongezeka na, kwa hiyo, ongezeko zaidi la amplitude ya vibrations inakuwa haiwezekani. Hali ya kizazi cha kusimama imeanzishwa.
Kwa hiyo, hii sio msisimko rahisi wa resonator, lakini mfumo wa kujitegemea oscillatory, ikiwa ni pamoja na maoni, ambayo hufanyika kwa njia ya uwanja wa juu-frequency ya resonator. Mionzi ya molekuli inayoruka kupitia resonator inasisimua uwanja wa masafa ya juu, ambayo kwa upande huamua utoaji uliochochewa wa molekuli, awamu na mshikamano wa mionzi hii.
Katika hali ambapo hali za uchochezi wa kibinafsi hazijafikiwa (kwa mfano, msongamano wa mtiririko wa molekuli unaopita kupitia resonator hautoshi), kifaa hiki kinaweza kutumika kama amplifier yenye kiwango cha chini sana cha kelele ya ndani. Faida ya kifaa kama hicho inaweza kubadilishwa kwa kubadilisha wiani wa flux ya Masi.
Resonator ya cavity ya jenereta ya Masi ina kipengele cha ubora wa juu sana, kilichopimwa kwa makumi ya maelfu. Ili kupata sababu hiyo ya ubora wa juu, kuta za resonator zinasindika kwa uangalifu na zimefungwa kwa fedha. Mashimo ya kuingia na kutoka kwa molekuli, ambayo yana kipenyo kidogo sana, wakati huo huo hutumika kama vichungi vya masafa ya juu. Ni miongozo mifupi ya mawimbi, urefu muhimu wa wimbi ambalo ni chini ya urefu wa asili wa resonator, na kwa hivyo nishati ya masafa ya juu ya resonator haitoi kupitia kwao.
Ili kurekebisha resonator kwa mzunguko wa mpito, mwisho hutumia aina fulani ya kipengele cha kurekebisha. Katika kesi rahisi zaidi, ni screw, kuzamishwa ambayo ndani ya resonator mabadiliko kidogo mzunguko wa mwisho.
Katika siku zijazo, itaonyeshwa kuwa mzunguko wa oscillator ya Masi ni "kuchelewa" wakati mzunguko wa kurekebisha resonator inabadilika. Ukweli, ucheleweshaji wa masafa ni mdogo na inakadiriwa kwa maadili ya agizo la 10 -11, lakini haziwezi kupuuzwa kwa sababu ya mahitaji ya juu yaliyowekwa kwenye jenereta za Masi. Kwa sababu hii, katika idadi ya jenereta za Masi, diaphragm tu na mfumo wa kuchagua hupozwa na nitrojeni ya kioevu (au hewa ya kioevu), na resonator huwekwa kwenye thermostat, hali ya joto ambayo inadumishwa mara kwa mara na kifaa cha moja kwa moja. usahihi wa sehemu za digrii. Kielelezo cha 5 kinaonyesha kimkakati kifaa cha aina hii ya jenereta.
Nguvu za jenereta za Masi kwa kutumia amonia kawaida hazizidi 10 -7 W,
Kwa hiyo, katika mazoezi hutumiwa hasa kama viwango vya frequency imara sana. Utulivu wa mzunguko wa jenereta hiyo inakadiriwa na thamani
10 -8 - 10 -10. Ndani ya sekunde moja, jenereta hutoa utulivu wa mzunguko wa utaratibu wa 10 -13.
Moja ya hasara kubwa ya muundo wa jenereta unaozingatiwa ni hitaji la kusukuma na kudumisha mtiririko wa Masi.

Kielelezo 5. Kubuni ya jenereta ya Masi
na utulivu wa kiotomatiki wa joto la resonator:
1- chanzo cha amonia; 2 - mfumo wa capillary; 3- nitrojeni kioevu; 4 - resonator; 5 - mfumo wa kudhibiti joto la maji; 6 - capacitor ya quadrupole.

3.2 Jenereta za quantum na kusukuma nje

Katika aina ya jenereta za quantum zinazozingatiwa, yabisi na gesi zote mbili zinaweza kutumika kama dutu amilifu, ambamo uwezo wa mabadiliko yanayotokana na nishati ya atomi au molekuli zinazosisimuliwa na uga wa nje wa masafa ya juu huonyeshwa wazi. Katika safu ya macho, vyanzo mbalimbali vya mionzi ya mwanga hutumiwa kusisimua (pampu) dutu ya kazi.
Jenereta za aina mbalimbali za macho zina idadi ya sifa nzuri na hutumiwa sana katika mifumo mbalimbali ya mawasiliano ya redio, urambazaji, nk.
Kama katika jenereta za mawimbi ya sentimeta na milimita, lasers kawaida hutumia mifumo ya ngazi tatu, ambayo ni, vitu vyenye kazi ambapo mpito kati ya viwango vitatu vya nishati hutokea.
Walakini, kipengele kimoja kinapaswa kuzingatiwa, ambayo lazima izingatiwe wakati wa kuchagua dutu inayotumika kwa jenereta na amplifiers ya anuwai ya macho.
Kutoka kwa uhusiano W 2 -W 1 =h? Inafuata kwamba kama mzunguko wa uendeshaji unavyoongezeka? katika oscillators na amplifiers ni muhimu kutumia tofauti ya juu katika viwango vya nishati. Kwa jenereta za anuwai ya macho takriban inayolingana na anuwai ya masafa 2 10 7 -9 10 8 MHz(urefu wa wimbi 15-0.33 mk), tofauti ya kiwango cha nishati W 2 -W 1 inapaswa kuwa oda 2-4 za ukubwa wa juu kuliko kwa jenereta za masafa ya sentimita.
Yabisi na gesi zote mbili hutumiwa kama dutu hai katika jenereta za masafa ya macho.
Ruby ya Bandia hutumiwa sana kama dutu inayotumika - fuwele za corundum (A1 2 O 3) na mchanganyiko wa ioni za chromium (Cr). Mbali na rubi, glasi zilizoamilishwa na neodymium (Nd), fuwele za kalsiamu tungstate (CaWO 4) na mchanganyiko wa ioni za neodymium, fuwele za floridi ya kalsiamu (CaF 2) na mchanganyiko wa dysprosium (Dy) au ioni za uranium na vifaa vingine. pia hutumika sana.
Laser za gesi kwa kawaida hutumia mchanganyiko wa gesi mbili au zaidi.

3.2.1 Jenereta zenye dutu inayofanya kazi ngumu

Aina iliyoenea zaidi ya jenereta ya anuwai ya macho ni jenereta ambayo ruby iliyo na mchanganyiko wa chromium (0.05%) hutumiwa kama dutu inayotumika. Mchoro wa 6 unaonyesha mchoro uliorahisishwa wa mpangilio wa viwango vya nishati vya ioni za chromium katika rubi. Mikanda ya kunyonya ambayo ni muhimu kusukuma (kusisimua) inafanana na sehemu za kijani na bluu za wigo (wavelength 5600 na 4100A). Kwa kawaida, kusukuma kunafanywa kwa kutumia taa ya xenon ya kutokwa kwa gesi, wigo wa chafu ambao ni karibu na jua. Ioni za chromium, hufyonza fotoni za mwanga wa kijani na bluu, husogea kutoka kiwango cha I hadi kiwango cha III na IV. Baadhi ya ioni za msisimko kutoka kwa viwango hivi hurudi kwenye hali ya chini (hadi kiwango cha I), na wengi wao hupita bila kutoa nishati kwa kiwango cha metastable P, na kuongeza idadi ya watu wa mwisho. Ioni za chromium ambazo zimepita hadi kiwango cha II husalia katika hali hii ya msisimko kwa muda mrefu. Kwa hiyo, katika ngazi ya pili
inawezekana kukusanya idadi kubwa ya chembe hai kuliko kiwango cha I. Wakati idadi ya watu wa ngazi ya II inazidi idadi ya watu wa ngazi ya I, dutu hii ina uwezo wa kuimarisha oscillations ya umeme kwa mzunguko wa mpito wa II-I. Ikiwa dutu imewekwa kwenye resonator, inawezekana kutoa mitetemo thabiti, ya monochromatic katika sehemu nyekundu ya wigo unaoonekana. (? = 6943 A ) Jukumu la resonator katika safu ya macho hufanywa na nyuso za kutafakari zinazofanana kwa kila mmoja.

Mchoro 6. Viwango vya nishati ya ioni za chromium katika ruby

bendi za kunyonya chini ya kusukuma macho

mabadiliko yasiyo ya mionzi

kiwango cha metastable

Mchakato wa uchochezi wa laser unaendelea kwa ubora kwa njia sawa na katika jenereta ya Masi. Baadhi ya ioni za kromiamu zilizosisimka moja kwa moja (pamoja) huhamishwa hadi kiwango cha I, zikitoa fotoni. Fotoni ambazo hueneza nyuso zenye mwelekeo wa kuakisi hupata uakisi mwingi na kurudia kupitia kati amilifu na kukuzwa ndani yake. Uzito wa oscillations huongezeka hadi thamani ya kusimama.
Katika hali ya kunde, bahasha ya mapigo ya mionzi ya jenereta ya ruby ina tabia ya kuwaka kwa muda mfupi kwa mpangilio wa sehemu ya kumi ya microsecond na kwa muda wa mpangilio wa microseconds kadhaa (Mchoro 7). V).
Asili ya kupumzika (ya vipindi) ya mionzi ya jenereta inaelezewa na viwango tofauti vya kuwasili kwa ioni kwa kiwango cha II kwa sababu ya kusukuma na kupungua kwa idadi yao wakati wa mabadiliko yaliyotokana na kiwango cha II hadi kiwango cha I.
Mchoro wa 7 unaonyesha oscillograms zinazoelezea mchakato kwa ubora
kizazi katika laser ya ruby. Chini ya ushawishi wa mionzi ya pampu (Mchoro 7, A) mkusanyiko wa ions msisimko hutokea katika ngazi ya II. Baada ya muda idadi ya watu N 2 itazidi thamani ya kizingiti na uchochezi wa kibinafsi wa jenereta utawezekana. Katika kipindi cha utoaji madhubuti, kujazwa tena kwa ioni za kiwango cha II kwa sababu ya kusukuma kunabaki nyuma ya matumizi yao kama matokeo ya mabadiliko yaliyosababishwa, na idadi ya watu katika kiwango cha II hupungua. Katika kesi hiyo, mionzi hudhoofisha sana au hata kuacha (kama ilivyo katika kesi hii) mpaka, kutokana na kusukuma, kiwango cha II kinaimarishwa kwa thamani inayozidi kizingiti (Mchoro 7, b), na msisimko wa oscillations tena unawezekana. Kutokana na mchakato unaozingatiwa, mfululizo wa flashes wa muda mfupi utazingatiwa kwenye pato la laser (Mchoro 7, c).

Kielelezo 7. Oscillograms zinazoelezea uendeshaji wa laser ya ruby :
a) nguvu ya chanzo cha pampu
b) idadi ya watu wa kiwango cha II
c) nguvu ya pato la jenereta

Mbali na ruby, vitu vingine hutumiwa katika jenereta za aina mbalimbali za macho, kwa mfano, kioo cha tungstate cha kalsiamu na kioo kilichoamilishwa na neodymium.
Muundo uliorahisishwa wa viwango vya nishati vya ioni za neodymium katika fuwele ya tungstate ya kalsiamu umeonyeshwa kwenye Mchoro 8.
Chini ya ushawishi wa mwanga kutoka kwa taa ya kusukumia, ions kutoka ngazi ya I huhamishiwa kwenye majimbo ya msisimko yaliyoonyeshwa kwenye mchoro wa III. Kisha wao hoja kwa kiwango P bila mionzi Level II ni metastable, na ions msisimko kujilimbikiza juu yake. Mionzi iliyoshikamana katika masafa ya infrared yenye urefu wa mawimbi ?= 1,06 mk hutokea wakati ayoni huhama kutoka ngazi ya II hadi ngazi ya IV. Ions hufanya mpito kutoka ngazi ya IV hadi hali ya chini bila mionzi. Ukweli kwamba mionzi hutokea
wakati wa mpito wa ions hadi ngazi ya IV, ambayo iko juu ya kiwango cha chini, kwa kiasi kikubwa
kuwezesha msisimko wa jenereta. Idadi ya watu katika kiwango cha IV ni kidogo sana kuliko kiwango cha P [hii inafuata kutoka kwa fomula 1] na kwa hivyo, ili kufikia kizingiti cha msisimko hadi kiwango cha II, ioni chache lazima zihamishwe, na kwa hivyo nishati kidogo ya kusukuma lazima itumike.

Mchoro 8. Muundo uliorahisishwa wa viwango vya ioni ya neodymium katika tungstate ya kalsiamu (CaWO 4 )

Kioo kilicho na neodymium pia kina mchoro sawa wa kiwango cha nishati. Laza kutumia glasi iliyoamilishwa hutoa kwa urefu sawa wa wimbi = mikroni 1.06.
Viungo vilivyo hai vinatengenezwa kwa namna ya vijiti vya pande zote ndefu (chini ya mara nyingi ya mstatili), ambayo mwisho wake hupigwa kwa uangalifu na mipako ya kutafakari hutumiwa kwao kwa namna ya filamu maalum za dielectric multilayer. Kuta za mwisho za ndege-sambamba huunda resonator ambayo utawala wa kutafakari nyingi za oscillations iliyotolewa huanzishwa (karibu na utawala wa mawimbi yaliyosimama), ambayo huongeza mionzi iliyosababishwa na kuhakikisha mshikamano wake. Resonator pia inaweza kuundwa na vioo vya nje.
Vioo vya dielectric vya multilayer vina ngozi ya chini ya ndani na hufanya iwezekanavyo kupata kipengele cha ubora wa juu cha resonator. Ikilinganishwa na vioo vya chuma vinavyotengenezwa na safu nyembamba ya fedha au chuma kingine, vioo vya multilayer dielectric ni vigumu zaidi kutengeneza, lakini ni bora zaidi kwa kudumu. Vioo vya chuma vinashindwa baada ya kuangaza kadhaa, na kwa hiyo haitumiwi katika mifano ya kisasa ya laser.
Aina za kwanza za leza zilitumia taa za xenon zenye umbo la ond kama chanzo cha kusukuma maji. Ndani ya taa hiyo kulikuwa na fimbo ya dutu inayofanya kazi.
Ubaya mkubwa wa muundo huu wa jenereta ni kiwango cha chini cha utumiaji wa nishati nyepesi ya chanzo cha kusukuma maji. Ili kuondokana na upungufu huu, jenereta hutumia kuzingatia nishati ya mwanga ya chanzo cha kusukumia kwa kutumia lenses maalum au kutafakari. Njia ya pili ni rahisi zaidi. Reflector kawaida hufanywa kwa namna ya silinda ya elliptical.
Kielelezo 9 kinaonyesha mzunguko wa oscillator ya ruby . Taa ya taa ya nyuma, inayofanya kazi katika hali ya kupigwa, iko ndani ya kiakisi cha mviringo ambacho kinazingatia mwanga wa taa kwenye fimbo ya ruby . Taa inaendeshwa na rectifier high-voltage. Katika vipindi kati ya kunde, nishati ya chanzo cha juu-voltage hukusanywa kwenye capacitor yenye uwezo wa takriban 400. mkf. Wakati wa kutumia mapigo ya kuanza kuwasha na voltage ya 15 kV, kuondolewa kutoka kwa upepo wa sekondari wa transformer ya hatua-up, taa inawaka na inaendelea kuwaka hadi nishati iliyokusanywa katika capacitor ya rectifier high-voltage inatumiwa.
Ili kuongeza nguvu ya kusukuma maji, taa kadhaa za xenon zinaweza kusanikishwa karibu na fimbo ya ruby , ambayo taa yake imejilimbikizia kwenye fimbo ya ruby kwa kutumia viashiria.
Kwa ile iliyoonyeshwa kwenye Mtini. Nishati ya kusukuma ya jenereta 23.10, i.e. nishati ambayo kizazi huanza, ni takriban 150. J. Kwa uwezo wa kuhifadhi ulioonyeshwa kwenye mchoro NA = 400 mkf nishati kama hiyo hutolewa kwa voltage ya chanzo ya takriban 900 KATIKA.

Mchoro 9. Ruby oscillator yenye kiakisi elliptical kwa kuzingatia mwanga wa taa ya kusukuma maji:

taa ya xenon

Kwa sababu ya ukweli kwamba wigo wa vyanzo vya kusukumia ni pana zaidi kuliko bendi muhimu ya kunyonya ya fuwele, nishati ya chanzo cha kusukumia hutumiwa vibaya sana na kwa hivyo ni muhimu kuongeza nguvu ya chanzo kwa kiasi kikubwa ili kutoa kutosha. nguvu ya kusukuma kwa ajili ya uzalishaji katika bendi nyembamba ya kunyonya. Kwa kawaida, hii inasababisha ongezeko kubwa la joto la kioo. Ili kuzuia joto kupita kiasi, unaweza kutumia vichungi ambavyo bandwidth takriban inalingana na bendi ya kunyonya ya dutu inayotumika, au tumia mfumo wa kupoeza kwa kulazimishwa kwa fuwele, kwa mfano, kwa kutumia nitrojeni ya kioevu.
Matumizi duni ya nishati ya pampu ndio sababu kuu ya ufanisi mdogo wa lasers. Jenereta kulingana na ruby katika hali ya kunde hufanya iwezekanavyo kupata ufanisi wa utaratibu wa 1%, jenereta kulingana na kioo - hadi 3-5%.
Laser za ruby hufanya kazi hasa katika hali ya pulsed. Mpito kwa hali inayoendelea ni mdogo na kuongezeka kwa joto kwa fuwele ya ruby na vyanzo vya kusukumia, pamoja na kuchomwa kwa vioo.
Utafiti wa leza zinazotumia nyenzo za semiconductor unaendelea kwa sasa. Wanatumia diode ya semiconductor iliyotengenezwa na gallium arsenide kama kitu kinachofanya kazi, msisimko (kusukuma) ambao haufanyiki na nishati nyepesi, lakini kwa mkondo wa msongamano mkubwa unaopitishwa kupitia diode.
Muundo wa kipengele kinachofanya kazi cha laser ni rahisi sana (angalia Mchoro 10) Inajumuisha nusu mbili za nyenzo za semiconductor. R- Na n-aina. Nusu ya chini ya nyenzo za aina ya n imetenganishwa na nusu ya juu ya nyenzo za aina ya p na ndege р-n mpito. Kila moja ya sahani ina vifaa vya mawasiliano ya kuunganisha diode kwenye chanzo cha kusukumia, ambayo ni chanzo cha moja kwa moja cha sasa. Nyuso za mwisho za diode, sambamba kabisa na kung'olewa kwa uangalifu, huunda resonator iliyopangwa kwa mzunguko wa oscillations zinazozalishwa zinazofanana na urefu wa 8400 A. Vipimo vya diode ni 0.1 x 0.1 x 1,25 mm. Diode huwekwa kwenye cryostat na nitrojeni kioevu au heliamu na pampu ya sasa hupitishwa kupitia hiyo, wiani ambao ni. р-n mpito hufikia maadili ya 10 4 -10 6 a/cm 2 Katika hali hii, oscillations madhubuti ya mbalimbali infrared na wavelength ya ? = 8400A.

Mchoro 10. Muundo wa kipengele cha kazi cha laser ya diode ya semiconductor.

kingo zilizosafishwa

mawasiliano

pn ndege ya makutano

mawasiliano

Utoaji wa quanta ya nishati katika semiconductor inawezekana wakati elektroni zinasonga kutoka kwa bendi ya upitishaji hadi viwango vya bure katika bendi ya valence - kutoka viwango vya juu vya nishati hadi vya chini. Katika kesi hii, wabebaji wawili wa sasa "hupotea" - elektroni na shimo.
Wakati quantum ya nishati inachukuliwa, elektroni husogea kutoka kwa bendi ya valence hadi bendi ya upitishaji na wabebaji wawili wa sasa huundwa.
Ili ukuzaji (pamoja na kizazi) cha oscillations iwezekanavyo, ni muhimu kwamba idadi ya mabadiliko na kutolewa kwa nishati itashinda mabadiliko na kunyonya nishati. Hii inafanikiwa katika diode ya semiconductor yenye doped sana R- Na n-mikoa wakati voltage ya mbele inatumiwa kwake, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 10. Wakati makutano yana upendeleo katika mwelekeo wa mbele, elektroni kutoka n- maeneo yanaenea ndani p- mkoa. Kwa sababu ya elektroni hizi, idadi ya watu wa bendi ya upitishaji huongezeka sana R-kondakta, na inaweza kuzidi mkusanyiko wa elektroni katika bendi ya valence.
Usambazaji wa mashimo kutoka R- V n- mkoa.
Kwa kuwa uenezaji wa flygbolag hutokea kwa kina kidogo (kwa utaratibu wa microns chache), sio uso mzima wa mwisho wa diode ya semiconductor inashiriki katika mionzi, lakini maeneo tu karibu na ndege ya interface. R- Na n- mikoa.
Katika hali ya mapigo ya aina hii, leza zinazofanya kazi kwenye heliamu ya kioevu zina nguvu ya takriban 300 W na muda wa takriban 50 ns na takriban 15 W na muda 1 mks. Katika hali ya kuendelea, nguvu ya pato inaweza kufikia 10-20 mW na nguvu ya pampu ya takriban 50 mW.
Utoaji wa oscillations hutokea tu kutoka wakati ambapo wiani wa sasa katika makutano hufikia thamani ya kizingiti, ambayo kwa galliamu ya arseniki ni karibu 10 4. a/cm 2 . Uzito huo wa juu unapatikana kwa kuchagua eneo ndogo р-n mabadiliko ya kawaida yanafanana na sasa kwa njia ya diode ya utaratibu wa amperes kadhaa.

3.2.2 Jenereta zenye dutu ya kazi ya gesi

Katika jenereta za quantum za macho, dutu ya kazi kawaida ni mchanganyiko wa gesi mbili. Ya kawaida ni laser ya gesi kwa kutumia mchanganyiko wa heliamu (He) na neon (Ne).
Mahali pa viwango vya nishati vya heliamu na neon inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 11. Mlolongo wa mabadiliko ya quantum katika laser ya gesi ni kama ifuatavyo. Chini ya ushawishi wa oscillations ya sumakuumeme ya jenereta ya masafa ya juu, kutokwa kwa umeme hufanyika kwenye mchanganyiko wa gesi uliofungwa kwenye bomba la glasi ya quartz, na kusababisha mpito wa atomi za heliamu kutoka hali ya ardhi I hadi majimbo II (2 3 S) na III. (2 1 S). Wakati atomi za heliamu zenye msisimko zinapogongana na atomi za neon, ubadilishanaji wa nishati hutokea kati yao, kama matokeo ambayo atomi za heliamu zenye msisimko huhamisha nishati kwa atomi za neon na idadi ya watu wa viwango vya 2S na 3S vya neon huongezeka sana.
na kadhalika.................

Jenereta ya Quantum

Jenereta ya Quantum- jina la jumla la vyanzo vya mionzi ya sumakuumeme inayofanya kazi kwa msingi wa utoaji wa atomi na molekuli. Kulingana na urefu gani wa jenereta ya quantum hutoa, inaweza kuitwa tofauti: laser, maser, razer, gaser.

Historia ya uumbaji

Jenereta ya quantum inategemea kanuni ya utoaji wa kuchochea, iliyopendekezwa na A. Einstein: wakati mfumo wa quantum unasisimua na wakati huo huo kuna mionzi ya mzunguko unaofanana na mpito wa quantum, uwezekano wa kuruka kwenye mfumo. kiwango cha chini cha nishati huongezeka kulingana na msongamano wa fotoni za mionzi tayari zilizopo. Uwezekano wa kuunda jenereta ya quantum kwa msingi huu ulionyeshwa na mwanafizikia wa Soviet V. A. Fabrikant mwishoni mwa miaka ya 40.

Fasihi

Landsberg G.S. Kitabu cha maandishi cha fizikia ya msingi. Volume 3. Oscillations na mawimbi. Optics. Fizikia ya atomiki na nyuklia. - 1985.

Herman J., Wilhelmi B. "Lasers kwa ajili ya kizazi cha ultrashort kunde mwanga" - 1986.

Wikimedia Foundation. 2010.

Notker Stutterer
Usanisishaji upya

Tazama "Quantum Generator" ni nini katika kamusi zingine:

JENERETA YA QUANTUM- jenereta ya umeme mag. mawimbi, ambayo hali ya utoaji wa kuchochea hutumiwa (tazama QUANTUM ELECTRONICS). K. g. redio mbalimbali, pamoja na amplifier ya quantum, inayoitwa. bwana. K. g ya kwanza iliundwa katika safu ya microwave mnamo 1955. Kati ya kazi ndani yake ... Ensaiklopidia ya kimwili

JENERETA YA QUANTUM- chanzo cha mionzi madhubuti ya sumakuumeme, hatua ambayo ni msingi wa chafu iliyochochewa ya fotoni na atomi, ioni na molekuli. Jenereta za quantum katika safu ya redio huitwa masers, jenereta za quantum katika safu ya macho... ... Kamusi kubwa ya Encyclopedic

jenereta ya quantum- Chanzo cha mionzi madhubuti kulingana na utumiaji wa hewa chafu na maoni. Kumbuka Jenereta za Quantum zimegawanywa kulingana na aina ya dutu inayofanya kazi, njia ya msisimko na sifa zingine, kwa mfano, boriti, gesi ... Mwongozo wa Mtafsiri wa Kiufundi

JENERETA YA QUANTUM- chanzo cha mionzi ya sumakuumeme ya monochromatic (macho au redio mbalimbali), inayofanya kazi kwa misingi ya utoaji wa kuchochea wa atomi za msisimko, molekuli, ioni. Gesi, fuwele... Encyclopedia kubwa ya Polytechnic

jenereta ya quantum- kifaa cha kuzalisha mionzi madhubuti ya sumakuumeme. Mshikamano ni tukio la uratibu kwa wakati na nafasi ya michakato kadhaa ya oscillatory au wimbi, ambayo inajitokeza wakati wao ni aliongeza, kwa mfano. katika kesi ya kuingilia kati ... Encyclopedia ya teknolojia

jenereta ya quantum- chanzo cha mionzi madhubuti ya sumakuumeme, hatua ambayo ni msingi wa chafu iliyochochewa ya fotoni na atomi, ioni na molekuli. Jenereta za quantum katika safu ya redio huitwa masers, jenereta za quantum katika safu ya macho ... ... Kamusi ya encyclopedic

jenereta ya quantum- kvantinis generatorius statuses T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektromagnetinių bangų generatorius, kurio veikimas pagrįstas sužadintųjų atomų, molekulių, jonų priverstinio spinduliavimo reiškini. atitikmenys: engl. quantum...... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

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

Jenereta ya Quantum- jenereta ya mawimbi ya sumakuumeme inayotumia hali ya utoaji wa hewa iliyochochewa (Angalia Utoaji Uliochochewa) (Angalia vifaa vya elektroniki vya Quantum). K. g. masafa ya redio ya juu zaidi (microwave), pamoja na kipaza sauti cha Quantum cha hii ... ... Encyclopedia kubwa ya Soviet

Mafanikio yaliyopatikana katika ukuzaji na utafiti wa vikuza sauti vya quantum na oscillator katika safu ya redio yalitumika kama msingi wa utekelezaji wa pendekezo la kukuza na kutoa mwanga kulingana na utoaji uliochochewa na kusababisha kuundwa kwa oscillator za quantum katika safu ya macho. Oscillators za quantum macho (OQOs) au leza ndio vyanzo pekee vya mwanga wa monokromatiki wenye nguvu. Kanuni ya ukuzaji wa mwanga kwa kutumia mifumo ya atomiki ilipendekezwa kwa mara ya kwanza mnamo 1940 na V.A. Mtengenezaji. Hata hivyo, uhalali wa uwezekano wa kuunda jenereta ya quantum ya macho ilitolewa tu mwaka wa 1958 na C. Townes na A. Shavlov kulingana na mafanikio katika maendeleo ya vifaa vya quantum katika safu ya redio. Jenereta ya kwanza ya macho ya quantum iligunduliwa mwaka wa 1960. Ilikuwa laser yenye fuwele ya ruby kama dutu ya kazi. Uumbaji wa inversion ya idadi ya watu ndani yake ulifanyika kwa njia ya kusukuma ngazi tatu, kwa kawaida kutumika katika amplifiers ya quantum ya paramagnetic.

Hivi sasa, jenereta nyingi tofauti za quantum zimetengenezwa, tofauti katika vitu vya kufanya kazi (fuwele, glasi, plastiki, vinywaji, gesi, semiconductors hutumiwa) na njia za kuunda ubadilishaji wa idadi ya watu (kusukuma macho, kutokwa kwa gesi, athari za kemikali, nk). .).

Mionzi ya jenereta za quantum zilizopo za macho hufunika urefu wa wimbi kutoka kwa ultraviolet hadi eneo la mbali la infrared la wigo ulio karibu na mawimbi ya milimita. Sawa na jenereta ya quantum katika safu ya redio, jenereta ya macho ya quantum ina sehemu kuu mbili: dutu inayofanya kazi (inayofanya kazi), ambayo kwa njia moja au nyingine.

inversion ya idadi ya watu na mfumo wa resonant huundwa (Mchoro 62). Kama ya mwisho, resonators wazi za aina ya interferometer ya Fabry-Perot hutumiwa katika lasers, iliyoundwa na mfumo wa vioo viwili vilivyo mbali kutoka kwa kila mmoja.

Dutu ya kazi huongeza mionzi ya macho kutokana na utoaji wa chembe zinazofanya kazi. Mfumo wa resonant, unaosababisha kifungu cha mara kwa mara cha mionzi inayotokana na optically kupitia njia ya kazi, huamua mwingiliano mzuri wa shamba nayo. Ikiwa tunazingatia laser kama mfumo wa kujizunguka, basi resonator hutoa maoni mazuri kama matokeo ya kurudi kwa sehemu ya mionzi inayoenea kati ya vioo ndani ya kati inayofanya kazi. Ili oscillations kutokea, nguvu katika laser iliyopokelewa kutoka kwa kati inayofanya kazi lazima iwe sawa au kuzidi nguvu iliyopotea katika resonator. Hii ni sawa na ukweli kwamba ukubwa wa wimbi la kizazi baada ya kupita katikati ya kukuza, kutafakari kutoka kwa vioo -/ na 2, kurudi kwenye sehemu ya awali ya msalaba lazima kubaki bila kubadilika au kuzidi thamani ya awali.

Wakati wa kupita katikati ya kazi, nguvu ya wimbi 1^ mabadiliko kulingana na sheria ya kielelezo (kupuuza kueneza) L, ° 1^ ezhr [ (oc,^ - b())-c ], na inapoonyeshwa kutoka kioo hubadilika G mara moja ( T - mgawo. kioo kutafakari), kwa hivyo hali ya kizazi kutokea inaweza kuandikwa kama

Wapi L - urefu wa kati ya kazi; r 1 na r 2 - mgawo wa kutafakari wa vioo 1 na 2; a u ni faida ya kati amilifu; b 0 - attenuation mara kwa mara, kwa kuzingatia upotezaji wa nishati katika dutu inayofanya kazi kama matokeo ya kutawanyika kwa inhomogeneities na kasoro.

I. Resonators ya jenereta za quantum za macho

Mifumo ya laser ya resonant, kama ilivyoonyeshwa, ni resonators wazi. Hivi sasa, resonator wazi na vioo vya gorofa na spherical hutumiwa sana. Kipengele cha sifa ya resonators wazi ni kwamba vipimo vyao vya kijiometri ni mara nyingi zaidi kuliko urefu wa wimbi. Kama vile vitoa sauti vilivyo wazi vya sauti, vina seti ya aina zao za oscillations, zinazojulikana na usambazaji fulani wa uwanja. wao na masafa mwenyewe. Aina za asili za oscillations ya resonator wazi ni ufumbuzi wa equations ya shamba ambayo inakidhi hali ya mpaka kwenye vioo.

Kuna njia kadhaa za kuhesabu resonator za cavity ambayo inaruhusu mtu kupata aina zao za vibrations. Nadharia kali na kamilifu zaidi ya resonators wazi imetolewa katika kazi za L.A. Vaivestein.* Mbinu ya kuona ya kuhesabu aina za oscillations katika resonators wazi ilitengenezwa katika kazi ya A. Fox na T. Lee.

(113)

Inatumika ndani yake. hesabu ya nambari inayoiga mchakato wa kuanzisha aina za oscillations katika resonator kama matokeo ya kutafakari nyingi kutoka kwa vioo. Hapo awali, usambazaji wa shamba wa kiholela umewekwa kwenye uso wa moja ya vioo. Kisha, kwa kutumia kanuni ya Huygens, usambazaji wa shamba kwenye uso wa kioo kingine huhesabiwa. Usambazaji uliojifunza unachukuliwa kama ule wa asili na hesabu hurudiwa. Baada ya kutafakari nyingi, usambazaji wa amplitude na awamu ya shamba kwenye uso wa kioo huwa na thamani ya stationary, i.e. shamba kwenye kila kioo hujizalisha bila kubadilika. Usambazaji wa shamba unaotokana unawakilisha aina ya kawaida ya msisimko wa resonator wazi.

Hesabu ya A. Fox na T. Lee inategemea fomula ifuatayo ya Kirchhoff, ambayo ni usemi wa kihesabu wa kanuni ya Huygens, ambayo inaruhusu mtu kupata chini kwenye hatua ya uchunguzi. A kwa uwanja fulani kwenye uso fulani Sb

ambapo Eb ni uwanja ulio kwenye sehemu B kwenye uso wa S b; k- nambari ya wimbi; R - umbali kati ya pointi A Na KATIKA; Q - pembe kati ya mstari unaounganisha pointi A Na NDANI, na kawaida kwa uso Sb

Kadiri idadi ya kupita inavyoongezeka, kiwango cha mtiririko kwenye vioo huwa na usambazaji wa stationary, ambao unaweza kuwakilishwa kama ifuatavyo:

Wapi V(x ,у) - kazi ya usambazaji ambayo inategemea kuratibu juu ya uso wa vioo na haibadilika kutoka kutafakari hadi kutafakari;

y ni tata isiyobadilika isiyobadilika ya viwianishi vya anga.

Kubadilisha fomula (112) kuwa usemi (III). tunapata equation muhimu

Ina suluhu kwa thamani fulani pekee [Gamma] = [gamma min.] inayoitwa maadili, Vmn kazi , kukidhi equation muhimu, sifa ya muundo wa uwanja wa aina mbalimbali za oscillations ya resonator, ambayo huitwa. kupita mitetemo na huteuliwa kama mitetemo ya aina TEMmn Alama TEM inaonyesha kwamba maji ndani ya resonator ni karibu na transverse electromagnetic, i.e. kutokuwa na vipengele vya shamba kando ya mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Fahirisi m na n kuashiria idadi ya mabadiliko katika mwelekeo wa shamba kando ya kioo (kwa vioo vya mstatili) au kando ya pembe na kando ya radius (kwa vioo vya pande zote). Kielelezo 64 kinaonyesha usanidi wa uwanja wa umeme kwa aina rahisi zaidi za transverse za oscillations ya resonators wazi na vioo vya pande zote. Aina za ndani za oscillations za resonators wazi zinajulikana sio tu na usambazaji wa shamba, lakini pia kwa usambazaji wake kwenye mhimili wa resonators, ambayo ni wimbi la kusimama na hutofautiana katika idadi ya mawimbi ya nusu ambayo yanafaa kando ya mhimili wa resonators. urefu wa resonator. Ili kuzingatia hili, faharisi ya tatu inaletwa katika uteuzi wa aina za vibration A, inayoonyesha idadi ya mawimbi ya nusu ambayo yanafaa kwenye mhimili wa resonator.

Jenereta za Quantum za Hali Mango

Viikisishi vya hali ya juu vya hali ya juu, au leza za hali dhabiti, hutumia fuwele au dielektri za amofasi kama njia inayotumika ya kupata faida. Chembe zinazofanya kazi, mabadiliko kati ya majimbo ya nishati ambayo huamua kizazi, ni, kama sheria, ioni za atomi za vikundi vya mpito vya Jedwali la Periodic Ioni Na 3+, Cr 3+, Ho 3+, Pr 3+ mara nyingi kutumika. Chembe amilifu huunda sehemu au vitengo vya asilimia ya jumla ya idadi ya atomi za nyenzo inayofanya kazi, kwa hivyo zinaonekana kuunda "suluhisho" la mkusanyiko dhaifu na kwa hivyo kuingiliana kidogo. Viwango vya nishati vinavyotumiwa ni viwango vya chembe zinazofanya kazi, zilizogawanyika na kupanuliwa na sehemu za ndani zenye nguvu zisizo na usawa za jambo gumu. Fuwele za corundum (Al2O3) na garnet ya yttrium-alumini hutumiwa mara nyingi kama msingi wa wastani wa faida. YAG(Y3Al5O12), chapa tofauti za glasi, nk.

Inversion ya idadi ya watu katika dutu ya kazi ya lasers imara-hali huundwa kwa njia sawa na ile inayotumiwa katika amplifiers ya paramagnetic. Inafanywa kwa kutumia kusukuma macho, i.e. mfiduo wa dutu kwenye mionzi ya mwanga yenye nguvu nyingi.

Kama tafiti zinavyoonyesha, vyombo vingi vya habari vilivyopo sasa vinavyotumika katika leza za hali dhabiti vinaelezewa kwa njia ya kuridhisha na nishati mbili kuu zinazofaa. mipango: ngazi tatu na nne (Kielelezo 71).

Hebu kwanza tuchunguze njia ya kuunda inversion ya idadi ya watu katika vyombo vya habari vilivyoelezwa na mpango wa ngazi tatu (tazama Mchoro 71, a). Katika hali ya kawaida, tu ngazi kuu ya chini ni wakazi 1 (umbali wa nishati kati ya viwango ni mkubwa zaidi kuliko kT), kwani mabadiliko 1->2, na 1->3) ni ya safu ya macho. Mpito kati ya ngazi ya 2 na 1 inafanya kazi. Kiwango 3 msaidizi na hutumiwa kuunda ubadilishaji wa jozi ya kazi ya viwango. Kwa kweli inachukua maadili mbalimbali ya nishati inaruhusiwa, kutokana na mwingiliano wa chembe za kazi na mashamba ya intracrystalline.

chanzo sumakuumeme mionzi(macho au safu ya redio), ambayo jambo hilo hutumiwa chafu iliyochochewa atomi zenye msisimko, molekuli, ayoni, n.k. Gesi, vimiminika, dielectri imara, na fuwele za PP hutumiwa kama nyenzo za kufanya kazi katika dioksidi kaboni. Msisimko wa mfanyakazi, yaani, ugavi wa nishati muhimu kwa ajili ya kazi ya jenereta, unafanywa na sasa nguvu ya umeme. shamba, mwanga kutoka nje chanzo, mihimili ya elektroni, nk. Mionzi ya K. g., pamoja na monochromaticity ya juu na mshikamano, ina mwelekeo finyu na njia. nguvu. Angalia pia Laser, Maser, Jenereta ya Masi.

- sawa na laser ...
Mwanzo wa Sayansi ya Asili ya Kisasa
- jenereta ya quantum kifaa cha kutoa mionzi ya sumakuumeme inayolingana...
Encyclopedia ya teknolojia
- jenereta ya macho ya quantum ni sawa na laser ...
Encyclopedia ya teknolojia
- chanzo cha sumakuumeme madhubuti mionzi, hatua ambayo inategemea utoaji wa fotoni uliochochewa na atomi, ioni na molekuli. K. g. masafa ya redio yanaitwa. masers, K. g. mbalimbali - lasers...
- sawa na laser ...
Sayansi ya asili. Kamusi ya encyclopedic
- kifaa cha kiufundi kwa ajili ya uzalishaji wa mapigo au unaoendelea wa mnururisho thabiti wa monokromatiki katika safu ya macho ya wigo...
Kamusi kubwa ya matibabu
- chanzo cha mionzi ya sumakuumeme inayoshikamana, ambayo hutumia hali ya mionzi iliyochochewa ya atomi za msisimko, molekuli, ioni, nk. Gesi, vimiminika,...
Kamusi kubwa ya Encyclopedic Polytechnic
- jenereta ya mawimbi ya sumakuumeme ambayo hutumia hali ya hewa chafu inayochochewa...
- sawa na laser ...
Encyclopedia kubwa ya Soviet
- sawa na laser ...
Ensaiklopidia ya kisasa
- chanzo cha mionzi madhubuti ya sumakuumeme, hatua ambayo ni msingi wa utoaji wa fotoni unaochochewa na atomi, ioni na molekuli ...
- sawa na laser ...
Kamusi kubwa ya encyclopedic
- QUANTUM, -a, m Katika fizikia: kiasi kidogo zaidi cha nishati inayotolewa au kufyonzwa na kiasi cha kimwili katika hali yake isiyo ya kusimama. K. nishati. K. mwanga...
Kamusi ya Ufafanuzi ya Ozhegov
- QUANTUM, quantum, quantum. adj. kwa quantum Mionzi ya quantum. Mitambo ya quantum...
Kamusi ya ufafanuzi ya Ushakov
- quantum adj. 1. uwiano yenye nomino quantum inayohusishwa nayo 2...
Kamusi ya ufafanuzi na Efremova
- kv"...
Kamusi ya tahajia ya Kirusi

"QUANTUM GENERATOR" katika vitabu

Mpito wa quantum

Kutoka kwa kitabu Anti-Semitism as a Law of Nature mwandishi Brushtein Mikhail

Mpito wa Quantum Warekebishaji wapya zaidi, ambao huvumbua mifumo ya kijamii ya mfano kwenye karatasi, wangefanya vyema kuangalia mfumo wa kijamii kulingana na ambao Wayahudi wa kwanza waliishi. Mtu anaweza kuona kile kilichotokea Sinai kwa njia tofauti.

Kuruka kwa Quantum

Kutoka kwa kitabu Me and My Big Space mwandishi Klimkevich Svetlana Titovna

Quantum Leap 589 = Mwanadamu hubeba ndani yake nishati ya uumbaji ya Mungu - Upendo = 592 = Mwamko Mkuu wa Kiroho - Ishara ya Mizunguko ya Cosmic = "Nambari za Nambari". Kitabu cha 2. Uongozi wa Kryon 27 01/2012 "Nafasi ya Muda - Wakati wa Nafasi ..." - maneno juu ya kuamka Mimi Ndimi

4.1. Kichakataji cha Quantum

Kutoka kwa kitabu cha Quantum Magic mwandishi Doronin Sergey Ivanovich

4.1. Kichakataji cha Quantum

Kuruka kwa Quantum

Kutoka kwa kitabu Law of Attraction na Esther Hicks

Quantum Leap Jerry: Ni rahisi kuchukua hatua kidogo kutoka mahali tulipo na kufanya zaidi kidogo kuliko tunavyofanya, kuwa sisi wenyewe zaidi, na kuwa na zaidi kidogo kuliko tuliyo nayo sasa. Vipi kuhusu kile tunaweza kukiita "quantum leap," yaani, kufikia kitu

Kuruka kwa quantum

Kutoka kwa kitabu Playing in the Void. Mythology ya nyuso nyingi mwandishi Demchog Vadim Viktorovich

Quantum Leap Matokeo ya utakaso ni utambuzi kwamba kila kitu hutokea "kiganja cha mikono yetu." Njia inayosaidia kuanzisha hii inaitwa quantum leap kwenye mchezo. Na inategemea uaminifu wa asili wa nafasi inayotutazama Ukweli ni kwamba

Ubongo wa Quantum

Kutoka kwa kitabu Playing in the Void. Carnival ya Mad Wisdom mwandishi Demchog Vadim Viktorovich

Ubongo wa Quantum Hebu tuanze na ushairi: Sir Charles Sherrington, baba anayetambuliwa kwa ujumla wa neurophysiology, anafananisha ubongo na “... mashine ya kichawi ya kujifuma ambayo mamilioni ya meli zinazometa husuka muundo unaoyeyuka mbele ya macho yetu (kumbuka - “ kuyeyuka mbele ya macho yetu." - V.D.), daima

Ulimwengu wa Quantum

na Gardiner Philip

Ulimwengu wa Quantum Nimetiwa moyo na wazo kwamba katika Ulimwengu (kutoka kwa kiwango kidogo hadi kiwango cha jumla, kutoka kwa harakati ya ulimwengu ya sayari hadi mwingiliano wa elektroni, kutoka kwa dioksidi ya silicon ya microscopic hadi piramidi ya Wamisri iliyotengenezwa na mwanadamu) kuna mfano wa ulimwengu wote. , hapana

Mungu wa Quantum

Kutoka kwa kitabu Gates to Other Worlds na Gardiner Philip

Mungu wa Quantum Nilipokuwa nikifanyia kazi kitabu hiki, nilichukua siku moja kutoka kwa fizikia ya quantum na kwenda Lichfield, Staffordshire. Nilikuwa na wakati mzuri sana katika hisia nzuri, ya esoteric ya Lichfield Cathedral, nikitazama uso wake wa ajabu.

QUANTUM LEAP

Kutoka kwa kitabu The Sixth Race and Nibiru mwandishi Byazirev Georgy

QUANTUM LEAP Unapofikia samadhi, nafsi inageuka kuwa Nuru ya Kimungu Wasomaji wapendwa, tayari mnajua kwamba katika 2011 sayari ya kumi na mbili ya mfumo wa jua, Nibiru, itaonekana katika anga yetu. Mnamo Februari 2013, Sayari X itakaribia zaidi Dunia

Kiambatisho III. AKILI: Akili ya Quantum

Kutoka kwa kitabu The Power of Silence mwandishi Mindell Arnold

Kiambatisho III. AKILI: Akili ya Quantum Katika kurasa zifuatazo ninatoa muhtasari wa baadhi ya maana nyingi ninazohusisha na neno "quantum mind".

Uwili wa quantum

Kutoka kwa kitabu The End of Science: A Look at the Mipaka ya Knowledge at the Twilight of the Age of Science. na Horgan John

Quantum Dualism Kuna hatua moja ambayo Crick, Edelman, na karibu wanasayansi wote wa neva wanakubaliana: sifa za akili kimsingi hazitegemei mechanics ya quantum. Wanafizikia, wanafalsafa na wanasayansi wengine wamekisia juu ya uhusiano kati ya mechanics ya quantum na fahamu, angalau.

Akili ya Quantum na Akili ya Mchakato

Kutoka kwa kitabu The Process Mind. Mwongozo wa Kuunganishwa na Akili ya Mungu mwandishi Mindell Arnold

Akili ya Quantum na Akili ya Mchakato Akili ya Mchakato ni maendeleo ya kazi yangu yote ya awali na, hasa, kitabu "The Quantum Mind", kilichoandikwa miaka kumi iliyopita. Katika kitabu hiki nilijadili sifa za quantum-kama za saikolojia yetu na kuonyesha jinsi

ELEKTRONI - GESI QUANTUM

Kutoka kwa kitabu Living Crystal mwandishi Geguzin Yakov Evseevich

ELECTRONS - GESI YA QUANTUM Katika historia ya utafiti wa fuwele mwanzoni mwa karne yetu, kulikuwa na wakati ambapo, kati ya wengine, tatizo la "elektroni katika chuma" lilikuwa la ajabu sana, la kushangaza, na lilionekana kuwa mwisho wa kufa. Jihukumu mwenyewe. Wajaribio wanaosoma sifa za umeme

Jenereta ya Quantum

Kutoka kwa kitabu Great Soviet Encyclopedia (KB) na mwandishi TSB

Jenereta ya quantum ya macho

Kutoka kwa kitabu Great Soviet Encyclopedia (OP) na mwandishi TSB Jenereta ya Quantum - jina la jumla la vyanzo vya mionzi ya sumakuumeme inayofanya kazi kwa msingi wa utoaji wa atomi na molekuli.

Kulingana na urefu gani wa jenereta ya quantum hutoa, inaweza kuitwa tofauti:

laser (macho mbalimbali);

maser (safu ya microwave);

razer (safu ya X-ray);

gaser (safu ya gamma).

Kwa kweli, uendeshaji wa vifaa hivi ni msingi wa utumiaji wa maandishi ya Bohr:

Mifumo ya atomi na atomi inaweza kubaki kwa muda mrefu tu katika hali maalum za stationary au quantum, ambayo kila moja ina nishati maalum. Katika hali ya kusimama, atomi haitoi mawimbi ya sumakuumeme.

Utoaji wa nuru hutokea wakati mpito wa elektroni kutoka hali ya utulivu na nishati ya juu hadi hali ya utulivu na nishati ya chini. Nishati ya photon iliyotolewa ni sawa na tofauti ya nishati kati ya majimbo ya stationary.

Ya kawaida leo ni lasers, yaani, jenereta za quantum za macho. Mbali na vinyago vya watoto, vimeenea sana katika dawa, fizikia, kemia, teknolojia ya kompyuta na tasnia zingine. Lasers imeibuka kama "suluhisho tayari" kwa shida nyingi.

Hebu tuchunguze kwa undani kanuni ya uendeshaji wa laser.

DC4-14

Laser - jenereta ya macho ya quantum ambayo huunda boriti yenye nguvu, iliyoelekezwa kwa njia nyembamba ya mwanga wa monochromatic. (slaidi za 1, 2)

( 1. Utoaji wa hiari na unaochochewa.

Ikiwa elektroni iko katika kiwango cha chini, basi atomi itachukua picha ya tukio, na elektroni itasonga kutoka kiwango cha E. 1 hadi kiwango cha E2 . Hali hii haina msimamo, elektronikwa hiari itahamia kwa kiwango E 1 na utoaji wa photon. Utoaji wa papo hapo hutokea kwa hiari, kwa hiyo, atomi itatoa mwanga kwa kutofautiana, kwa machafuko, kwa hiyo mawimbi ya mwanga hayaendani na kila mmoja si kwa awamu, wala kwa polarization, wala kwa mwelekeo. Hii ni mwanga wa asili.

Lakini utoaji (wa kulazimishwa) unaowezekana pia unawezekana. Ikiwa elektroni iko katika kiwango cha juu cha E 2 (atomi katika hali ya msisimko), basi wakati photon inapoanguka, mpito wa kulazimishwa wa elektroni hadi kiwango cha chini kwa kutoa photon ya pili inaweza kutokea.

Mionzi wakati wa mpito wa elektroni katika atomi kutoka kwa kiwango cha juu cha nishati hadi cha chini na utoaji wa fotoni chini ya ushawishi wa uwanja wa sumakuumeme ya nje (photon ya tukio) inaitwa.kulazimishwa au kushawishiwa .

Tabia za uzalishaji unaochochewa:

mzunguko wa kufanana na awamu ya photons ya msingi na ya sekondari;

mwelekeo sawa wa uenezi;

ubaguzi sawa.

Kwa hivyo, utoaji uliochochewa hutoa fotoni mbili zinazofanana.

2. Matumizi ya vyombo vya habari vinavyotumika.

Hali ya maada katika hali ambayo chini ya nusu ya atomi ziko katika hali ya msisimko inaitwahali na idadi ya kawaida ya viwango vya nishati . Hii ni hali ya kawaida ya mazingira.

Mazingira ambayo zaidi ya nusu ya atomi ziko katika hali ya msisimko huitwakati amilifu na idadi kinyume ya viwango vya nishati . (slaidi ya 9)

Katika hali ya wastani iliyo na idadi ya watu kinyume cha viwango vya nishati, wimbi la mwanga huimarishwa. Hii ni mazingira amilifu.

Kuongezeka kwa mwanga kunaweza kulinganishwa na ukuaji wa maporomoko ya theluji.

Ili kupata kati ya kazi, mfumo wa ngazi tatu hutumiwa.

Katika kiwango cha tatu, mfumo huishi kwa ufupi sana, baada ya hapo huingia kwa hiari katika hali E 2 bila kutoa fotoni. Mpito kutoka jimbo2 katika hali 1 ikifuatana na utoaji wa photon, ambayo hutumiwa katika lasers.

Mchakato wa mpito wa kati hadi hali ya kinyume unaitwakusukuma . Mara nyingi, umeme wa mwanga (kusukuma macho), kutokwa kwa umeme, sasa umeme, na athari za kemikali hutumiwa kwa hili. Kwa mfano, baada ya taa yenye nguvu kuwaka, mfumo huenda kwenye hali3 , baada ya muda mfupi katika jimbo hilo2 , ambamo anaishi kwa muda mrefu kiasi. Hii inasababisha kuongezeka kwa idadi ya watu katika kiwango2 .

3. Maoni chanya.

Ili kuondoka kutoka kwa hali ya amplification ya mwanga hadi mode ya kizazi katika laser, maoni hutumiwa.

Maoni yanafanywa kwa kutumia resonator ya macho, ambayo kwa kawaida ni jozi ya vioo sambamba. (slaidi ya 11)

Kama matokeo ya moja ya mabadiliko ya hiari kutoka ngazi ya juu hadi chini photon inaonekana. Wakati wa kuelekea kwenye moja ya vioo, photon husababisha avalanche ya photons. Baada ya kutafakari kutoka kwenye kioo, maporomoko ya fotoni husogea upande mwingine, wakati huo huo na kusababisha atomi nyingi zaidi kutoa fotoni. Mchakato utaendelea muda wote upoidadi ya watu kinyume kiwango

Idadi ya watu kinyume viwango vya nishati - hali isiyo na usawa ya mazingira, ambayo idadi ya chembe (atomi, molekuli) ziko kwenye viwango vya juu vya nishati, yaani, katika hali ya msisimko, ni kubwa kuliko idadi ya chembe ziko kwenye viwango vya chini vya nishati. .

Kipengele kinachotumika

kusukuma maji

Resonator ya macho

Mitiririko ya mwanga inayosonga katika maelekezo ya kando huondoka haraka kipengele amilifu bila kuwa na muda wa kupata nishati muhimu. Wimbi la mwanga linaloenea kando ya mhimili wa resonator huimarishwa mara nyingi zaidi. Chini ya vioo hufanywa translucent, na kutoka humo wimbi la laser huenda nje katika mazingira.

4. Ruby laser .

Sehemu kuu ya laser ya ruby nifimbo ya ruby. Ruby imeundwa na atomiAl Na Ona mchanganyiko wa atomiCr. Ni atomi za chromium ambazo hutoa rangi ya rubi na kuwa na hali ya kubadilika.

Bomba la taa ya kutokwa kwa gesi, inayoitwa taa ya pampu . Taa inawaka kwa muda mfupi na kusukuma hutokea.

Laser ya ruby inafanya kazi katika hali ya kupigwa. Kuna aina nyingine za lasers: gesi, semiconductor ... Wanaweza kufanya kazi katika hali ya kuendelea.

5. Mali ya mionzi ya laser :

chanzo cha mwanga chenye nguvu zaidi;

P ya Jua = 10 4 W/cm 2, P ya laser = 10 14 W/cm 2.

monochromaticity ya kipekee (mawimbi ya monochromatic – mawimbi yasiyo na kikomo ya masafa moja maalum na madhubuti ya mara kwa mara) ;

inatoa kiwango kidogo sana cha tofauti ya pembe;

mshikamano ( hizo. tukio lililoratibiwa kwa wakati na nafasi ya michakato kadhaa ya oscillatory au wimbi) .

DC3

Kwa operesheni ya laser

mfumo wa kusukumia unahitajika. Hiyo ni, tutatoa atomi au mfumo wa atomiki nishati fulani, basi, kwa mujibu wa postulate ya 2 ya Bohr, atomi itahamia ngazi ya juu na nishati zaidi. Kazi inayofuata ni kurudisha atomi kwenye kiwango chake cha awali, huku ikitoa fotoni kama nishati.

Kwa nguvu ya kutosha ya taa, ioni nyingi za chromium huhamishiwa kwenye hali ya msisimko.

Mchakato wa kutoa nishati kwa mwili unaofanya kazi wa laser ili kubadilisha atomi kuwa hali ya msisimko inaitwa kusukuma.

Fotoni iliyotolewa katika kesi hii inaweza kusababisha utoaji uliochochewa wa fotoni za ziada, ambayo kwa upande itasababisha utoaji wa msukumo)

DC15

Msingi wa kimwili wa operesheni ya laser ni jambo. Kiini cha jambo hilo ni kwamba fotoni yenye msisimko ina uwezo wa kutoa chini ya ushawishi wa fotoni nyingine bila kunyonya kwake, ikiwa ya mwisho ni sawa na tofauti ya nishati.

Maser hutoa microwave, ukubwa - x-ray , na gesi - mionzi ya gamma.

DC16

Maser - utoaji wa jenereta ya quantum

mawimbi madhubuti ya sumakuumeme katika safu ya sentimita (microwaves).

Masers hutumiwa katika teknolojia (haswa, katika mawasiliano ya anga), katika utafiti wa kimwili, na pia kama jenereta za quantum za mzunguko wa kawaida.

Badala yake (X-ray laser) - chanzo cha mionzi madhubuti ya sumakuumeme katika safu ya X-ray, kulingana na athari ya chafu iliyochochewa. Ni analog ya wimbi fupi la laser.

Utumiaji wa mionzi ya X-ray iliyounganishwa ni pamoja na utafiti katika plasma mnene, hadubini ya X-ray, picha ya matibabu ya azimio la awamu, uchunguzi wa uso wa nyenzo, na silaha. Laser laini ya X-ray inaweza kutumika kama leza ya kusukuma.

Kazi katika uwanja wa gesi inaendelea, kwani mfumo wa kusukumia ufanisi haujaundwa.

Lasers hutumiwa katika orodha nzima ya viwanda :

6. Utumiaji wa lasers : (slaidi ya 16)

katika unajimu wa redio ili kuamua umbali wa miili ya mfumo wa jua kwa usahihi wa juu (locator mwanga);

usindikaji wa chuma (kukata, kulehemu, kuyeyuka, kuchimba visima);

katika upasuaji badala ya scalpel (kwa mfano, katika ophthalmology);

kwa ajili ya kupata picha tatu-dimensional (holography);

mawasiliano (hasa katika nafasi);

kurekodi na kuhifadhi habari;

katika athari za kemikali;

kwa kutekeleza athari za nyuklia katika kinu cha nyuklia;

silaha ya nyuklia.

Kwa hivyo, jenereta za quantum zimeingia kwa uthabiti katika maisha ya kila siku ya wanadamu, na kuifanya iwezekane kutatua shida nyingi ambazo zilikuwa zikisumbua wakati huo.