Энергия электромагнитного поля резонаторе

В первых таких приборах использовался пучок молекул аммиака и поэтому их стали называть молекулярными генераторами. Для разделения возбужденных и невозбужденных молекул в молекулярных генераторах используется сильное неоднородное электростатическое поле. Возбужденные молекулы направляются в объемный резонатор, где и отдают свою энергию электромагнитному полю. [c.413]

Электроны, пролетая через сетки резонатора, возбуждают в нем слабое электромагнитное (ВЧ) поле, которое модулирует электронный поток 4 по скорости. Электронный поток в пространстве между резонатором и отражателем затормаживается электростатическим полем отражателя, и сгруппированные в сгустки электроны возвращаются к резонатору. Скорость электронного потока и напряжение на отражателе подбираются таким образом, что электроны, попадая в тормозящее поле резонатора, отдают свою энергию ВЧ полю резонатора, поддерживая и усиливая в нем колебания. Изменение частоты генерации можно производить механически, изменяя объем [c.343]

В этой главе мы рассматривали непрерывный и переходный режимы работы лазера в первом приближении, а именно с помощью (пространственно усредненных) скоростных уравнений. Для повышения точности (и сложности) необходимо использовать следующие подходы 1) Скоростные уравнения, в которых учитываются пространственные изменения как инверсии, так и плотности электромагнитной энергии. Этот метод обсуждается в Приложении Б. 2) Последовательное полуклассическое рассмотрение, в котором среда квантуется, а электромагнитные поля резонатора описываются классически, т. е. с помощью уравнений Максвелла. Можно показать [1], что в непрерывном режиме соответствующие уравнения сводятся к скоростным. Это же справедливо и в переходном режиме, если продолжительность любого переходного процесса много больше обратной ширины лазерного перехода. Следовательно, все нестационарные случаи, рассмотренные в этой главе (за исключением синхронизации мод), могут быть адекватно рассмотрены в рамках приближения скоростных уравнений. 3) Полностью квантовый подход, при котором квантуются как среда, так и излучение. Это, рне сомнения, наиболее полное рассмотрение из всех. Оно необ- [c.326]

Рассмотрим теперь убывание энергии электромагнитного поля к моменту времени t = —Lj после внезапного отключения непрерывного монохроматического входного излучения (при в = 0). При >0 амплитуда на выходе из резонатора более не задается выражением (2.37), так как по меньшей мере первая парциальная волна в этой последовательности больше не вносит вклад в результат. К положительному моменту времени ti = j 2L)l (/ = 0, 1, 2,. ..) напряженность поля на выходе имеет вид [c.61]

А теперь представим себе, что один из ионов хрома (под действием теплового электромагнитного поля резонатора или же самопроизвольно) перешел со второго на нижний уровень, излучив квант соответствующего этому переходу света. Пройдя по кристаллу, фотон заставит встречавшиеся на его пути ионы хрома также вернуться на нижний уровень, излучив положенную порцию света. Если излучение пошло под углом к оси кристалла, то оно несколько раз отразившись от одного зеркала к другому, выйдет за пределы кристалла, не успев столкнуть на нижний уровень достаточное количество ионов хрома. Но тот же квант, испущенный запальным ионом хрома вдоль оси кристалла, будет отражаться от одного зеркала к другому до тех пор, пока все ионы хрома не перейдут на нижний уровень. Процесс будет развиваться, как лавина, за время менее одной десятитысячной секунды высвобождая всю энергию, запасенную активной средой. Произойдет световой взрыв кристалл излучит мощный импульс света. (Одно из зеркал делают слегка прозрачным, чтобы вспышка в критический момент вырвалась из него.) Яркий красный луч будет очень близок к параллельному. Как только батарея конденсаторов полностью разрядится, лампа-вспышка погаснет, и вслед за ней прекратится излучение и рубина. [c.95]

Энергия поля в резонаторе. До сих пор мы рассматривали векторный потенциал. Чтобы вычислить энергию электромагнитного поля в резонаторе, нам нужны электрическое и магнитное поля. Связь между полями и потенциалом задаётся решениями (10.4) и (10.5) однородных уравнений Максвелла. Кроме того, мы должны модифицировать одномодовое выражение (10.19) и учесть все моды резонатора. [c.303]

В отличие от резонаторов, применяемых в устройствах СВЧ-диапазона, лазерные резонаторы характеризуются следующими двумя главными особенностями I) они, как правило, являются открытыми, т. е. не имеют боковой поверхности, и 2) их размеры намного превышают длину волны лазерной генерации. Поскольку длина волны лазера простирается от долей микрометра до нескольких десятков микрометров, лазерный резонатор с размерами, сравнимыми с этими длинами волн, имел бы слишком низкий коэффициент усиления, чтобы могла возникнуть лазерная генерация. Упомянутые выше две особенности оптического резонатора оказывают значительное влияние на его характеристики. Например, то, что резонатор является открытым, приводит к неизбежным потерям для любой моды резонатора. Эти потери обусловлены дифракцией электромагнитного поля, вследствие чего часть энергии покидает резонатор. Поэтому такие потери называются дифракционными. Таким образом, строго говоря, определение моды в смысле (4.1) нельзя применить к открытому оптическому резонатору, и в таком резонаторе не существует истинных мод (т. е. стационарных конфигураций). Однако в дальнейшем мы увидим, что в открытых резонаторах в действительности существуют конфигурации типа стоячих электромагнитных волн, имеющие очень небольшие потери. Поэтому мы будем определять моду (иногда [c.160]

I ругая трактовка равновесного излу-иения, восходящая к Рэлею, состоит в том, чтобы само электромагнитное поле в полости рассматривать как набор осцилляторов. Можно говорить о собственных колебаниях этого поля и применить к ним методы статистической механики, а не вводить вспомогательный планковский осциллятор, взаимодействующий с излучением. Пусть для определенности полость имеет форму куба с ребром а ее стенки — зеркальные. Собственные нормальные колебания поля в таком объемном резонаторе представляют собой стоячие волны различных частот. Полное поле можно представить как суперпозицию таких стоячих волн, и в энергетическом отношении оно ведет себя как система невзаимодействующих гармонических осцилляторов. Для нахождения спектральной плотности энергии поля нужно подсчитать число независимых стоячих волн в полости с частотами в интервале от ы до о)-1-с]а). Как и в одномерном случае струны, закрепленной на концах, здесь для любого нормального колебания необходимо, чтобы вдоль каждого ребра укладывалось целое число полуволн. Пусть направление во ны (нормаль к плоскостям равных фаз) образует углы а, р и V с ребрами куба. Проекция любого ребра на это направление должна быть равна целому числу полуволн [c.435]

Электроны движутся во внешнем постоянном поле, задаваемом 4-потенциалом Л (х) = (Ло (х), А (х)). Найти в дипольном приближении приращение обобщенной энергии электронов, обусловленное взаимодействием с переменным электромагнитным полем, возбуждаемым в резонаторе. [c.406]

Интуитивно к понятию о температуре излучения можно прийти следующим образом. Пусть электромагнитное поле находится в некотором замкнутом объёме, например, в резонаторе, температура стенок которого поддерживается постоянной и равной Т. Этот резонатор можно расстроить так, что в нем окажутся волны с самыми разными частотами. В состоянии равновесия энергия, которая излучается стенками резонатора внутрь, должна в точности компенсироваться энергией, которая этими стенками поглощается. Компенсация должна выполняться [c.29]

Эвристические аргументы. Попробуем разобраться в сути такого приближения, напомнив, что атомный пучок входит в резонатор, будучи ортогональным волновому вектору электромагнитного поля. Приведём для этого случая классическую оценку кинетической энергии, приобретаемой атомом в результате взаимодействия со световым полем. [c.618]

Представление электромагнитного поля с помощью показанных на фиг. 4 полостных мод сохраняет смысл после перехода к реальному лазерному резонатору лишь при условии, что возникающие при таком переходе механизмы потерь вызывают не слишком сильное затухание мод. Для параксиальных мод [ кг кх, ку ) потери, обусловленные выходом энергни через лобовые стенки, можно характеризовать с помощью временной константы, заданной уравнением (В1. 11-7). Чем меньше т, тем больше убыль электромагнитной энергии в единицу времени. Достаточно слабое в вышеуказанном смысле затухание имеет место лишь когда т > [c.23]

Опыт показывает, что распространение электромагнитных волн в волноводах и резонаторах сопровождается уменьшением их интенсивности — потерями. Теряемая электромагнитным полем энергия передается микрочастицам стенок электродинамической системы и заполняющей ее среды (при этом она переходит в тепло). Таким образом, учет потерь приводит к самосогласованной задаче взаимодействия электромагнитного поля с ансамблем микрочастиц, образующих рассматриваемую электродинамическую систему — совокупность диэлектрических и металлических тел. При этом необходимы некоторые конкретные микроскопические модели сред. Такая постановка задачи была бы чрезвычайно сложной для решения (совместная граничная задача для уравнений электромагнитного поля и, например, кинетических уравнений для ансамблей частиц) и в то же время весьма частной — пригодной только для определенных моделей сред и заданных конфигураций рассматриваемых тел. [c.15]

Физически полученный результат объясняется тем, что основная часть запасенной электромагнитной энергии концентрируется в центральной части резонатора электромагнитное поле в периферийных областях и внутри диэлектрических пластин сравнительно мало (см, рис. 2.13,6). Поэтому поверхностный ток в торцах мал, следовательно малы и торцевые потери. Итак, при [c.118]

Здесь а пропорционально медленно меняющейся комплексной амплитуде напряженности поля и, как и р, пропорционально комплексной амплитуде поляризации АМ есть полная инверсия Ы — Ыо, а А№ — соответствующее равновесное значение. Константа осуществляет (после выполнения описанного выше приближения) взаимодействие тех или иных существенных остающихся релаксационных членов для электрического поля — это поляризация, для поляризации — произведение напряженности поля и инверсии, для инверсии — билинейная форма из напряженности поля и поляризации. Величина а выбрана так, что величина %(Ооа а равна электромагнитной энергии в резонаторе (усредненной по времени за многие периоды). Константа взаимодействия есть [c.297]

По принципу действия протонные резонансные линейные ускорители не отличаются от электронных ускорителей, рассмотренных в первой части. Ускорение частиц осуществляется в электрическом поле бегущей электромагнитной волны, возбуждаемой в системе последовательно расположенных резонаторов или волноводов — ускоряющей системе. Для ускорения необходимо, чтобы частицы двигались вместе с положительными полуволнами, т. е. в среднем со скоростью, равной фазовой скорости ускоряющей волны. Фазовую скорость необходимо увеличивать вдоль ускорителя в соответствии с ростом энергии и скорости частиц. [c.152]

При формулировке результата (23.4) мы придерживались описания в терминах чисел Лкз, характеризующих степень возбуждения нормальной моды из ветви 5 с волновым вектором к. Подобная терминология бывает, однако, очень неудобной, особенно при описании процессов, в которых энергия перераспределяется между нормальными модами или же происходит обмен энергией между системой нормальных мод и другими системами, например электронами, падающими извне нейтронами или рентгеновскими лучами. Обычно вместо того, чтобы говорить о нормальных модах, пользуются эквивалентным корпускулярным описанием, которое аналогично терминологии, применяемой в квантовой теории электромагнитного ноля. В этой теории разрешенные энергии нормальной моды поля излучения в резонаторе определяются выражением (тг + /а) Йсо, где (О — частота рассматриваемой моды. Принято, однако, говорить об п не как о квантовом числе, описывающем степень возбуждения этой моды, а как о числе присутствующих фотонов данного тина. Точно так же, вместо того чтобы сказать, что нормальная мода из ветви х с волновым вектором к находится в Як -м возбужденном состоянии, мы говорим, что в кристалле имеются фононов тина х с волновым вектором к. [c.80]

Пусть поток энергии, проходящий через произвольное сечение резонатора, будет в какой-то момент равен В результате одного обхода резонатора этот поток уменьшится и окажется равным рР , где р — коэффициент обратной связи. Среднюю энергию электромагнитного поля в резонаторе, соответствующую рассматриваемому проходу волны, можно оценить как W= [c.22]

Электрическое поле вакуума 332 Электронная оптика 39 Энергия электромагнитного поля в резонаторе 303 Энтропия по Верлю 678 Эрмита полиномы, интегральное представление 87, 126 [c.756]

Наличие оптического резонатора силыю упрощает задачу, так как позволяет отвлечься от учета эффекта распространения электромагнитного поля, запертого внутри резонатора. По этой причине (а также с учетом одномодовости излучения) будем характеризовать электромагнитное поле функцией лишь одной переменной времеш I. В качестве такой функций в соответствии со сформулированной выше программой следует взять энергетическую характеристику — плотность энергии электромагнитного поля внутри резонатора [c.11]

Добротность объемного режнатора определяют как отношение энергии электромагнитного поля, запасенной в резонаторе, к энергии, теряемой за период собственных колебаний [c.135]

Объемным резонаторам присущи те же положительные качества, что и волноводам. Отсутствие потерь на излучение и в диэлектрике, малая величина потерь в металлических стенках приводят к тому, что резонаторы в диапазоне СВЧ имеют высокую србствеп-иую добротность (Зо- Приближенно собственную добротность объемного резонатора можно рассчитать как удвоенное отношение объема, в котором запасается энергия электромагнитного поля к объему, в котором она расхощуется [c.32]

В 1900 г. следуя Максвеллу, Рзлей интерпретировал излучение как электромагнитные волны, у которых напряженности электрического и магнитного полей периодически изменяются по величине во взаимно перпендикулярных направлениях, нормальных к линии распространения волн. Как и в случае собственных колебаний кристалла, полый резонатор содержит стоячие электромагнитные волны, длины которых должны удовлетворять граничным условиям этой полости. Приписывая каждому из этих колебаний некоторую среднюю энергию кТ по аналогии с колебанием двухатомных молекул в кинетической теории газов, Рэлей получил следующую формулу для плотности энергии излучения [c.91]

В принципе световое и вообще электромагнитное поле содержит все возможные длины волн, направления распространения и на правления поляризации. Но главное назначение лазера как прибора состоит в генерации света с определенными характеристиками. Первый этап селекции, а именно по частоте, достигается выбором лазерного материала. Частота V испускаемого света определяется формулой Бора Ну = и нач — конечн и фиксируется выбором уровней энергии активной среды. Разумеется, линии оптических переходов не являются резкими, а по различным причинам уширены. Причиной уширения могут быть конечные времена жизни уровней вследствие излучательных переходов или столкновений, неоднородность кристаллических полей и т. д. Для дальнейшей селекции частот используются оптические резонаторы. В простейшем СВЧ-резонаторе, стенки которого имеют бесконечно высокую проводимость, могут существовать стоячие волны с дискретными частотами. Эти волны являются собственными модами резонатора. Когда ученые пытались распространить принцип мазера на оптическую область спектра, было не ясно, будут ли вообще моды у резонатора, образованного двумя зеркалами и не имеющего боковых стенок (рис. 3.1). Вследствие дифракции и потерь на пропускание в зеркалах в таком открытом резонаторе не может длительно существовать стационарное поле. Оказалось, однако, что представление о типах колебаний (модах) с успехом может быть применено и к открытому резонатору. Первое доказательство было дано с помощью компьютерных вычислений. Фокс и Ли рассмотрели систему двух плоских параллельных зеркал и задали начальное распределение поля на одном из зеркал. Затем они исследовали распространение излучения и его отражение. После первых шагов начальное световое поле рассеивалось и его амплитуда уменьшалась. Однако после, скажем, 50 двойных проходов мода поля приобретала некую окончательную форму и ее амплитуда понижалась в одно и тоже число раз при каждом отражении (с постоянным коэффициентом отражения. Стало ясно, как обобщить понятие моды на случай открытого резонатора. Это такая конфигурация поля, которая не изменяется [c.64]

В методе ядерного резонанса, разработанном независимо друг от друга двумя исследовательскими группами, соответственно возглавлявшимися Блохом [111 ж Парселлом [121, обнаружение прохождения через резонанс основано на изменении, происходящем при резонансе в самом электромагнитном устройстве, которое вызывает изучаемые резонансные переходы. Эти явления были описаны несколькими способами, но ни одному из них нельзя отдать предпочтения. Согласно принятой в настоящее время точке зрения, самое простое описание явления (применяемое в основном Парселлом и его сотрудниками) основывается на том, что система ядерных спинов поглощает электромагнитную энергию, излучаемую радиочастотным генератором. Поскольку, как будет показано в гл. II и III, это поглощение пропорциопально электромагнитной энергии, локализованной в резонаторе, катушке или полости, в которых создается поле, вызывающее переходы, то ядерное магнитное поглощение можно рассматривать как дополнительную нагрузку или как изменение добротности Q резонансной цепи возбуждающей системы. Более подробно этот вопрос рассмотрен в гл. III. Электромагнитное обнаружение резонанса имеет важные следствия. [c.20]

ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ (ЭМЛП) — превращение части энергии эл.-магн. волн на границе проводника в энергию упругих колебаний той же или кратных частот, меньших дебаевской частоты (см. Дебая теория). Характеристиками ЭМЛП служат амплитуда возбуждаемого ультразвука и и эффективность преобразования Т1, определяемая отношением потоков энергий в упругой и эл.-магн. волнах. Обычно г iO -lO" , причём наиб, интенсивная генерация ультразвука происходит в присутствии пост. магн. поля Но. В случае генерации продольного ультразвука вектор Но направляют вдоль границы проводника (рис. 1, а), а в случае генерации поперечного ультразвука (см. Упругие во.ты) — по нормали к ней (рис. 1, б). Эл.-магн. поле создаётся катушками индуктивности, расположенными вблизи поверхности (при работе на высоких частотах образец помещают в объёмный резонатор). Преобразователем эл.-магн. и упругой энергий в задачах ЭМЛП выступает собственно приповерхностный слой проводника. Формируя разл. конфигурации и эл.-магн. полей у поверхности проводника (рис. 2), можно возбуждать в нём не только объёмные упругие волны, распространяющиеся иод любым углом к поверхности, но и разл. типы поверхностных акустических волн. [c.538]

Лазер (оптический квантовый генератор) - устройство, преобразующее различные виды энергии (электрическую, световую, химическую, тепловую и Т.Д.) в энергию когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона. Действие лазера основано на использовании индуцированного излучения света системой возбужденных атомов, ионов, молекул или других частиц вещества активной средой), помещенной в оптический резонатор. Такое усиление возможно, если активная среда находится в состоянии так называемой инверсии населенностей, когда равновесное распределение частиц (электронов, атомов, ионов, молекул и др.) активной среды по уровням энергии нарущается и число частиц на возбужденном энергетическом уровне превьшает число частиц на ниже расположенном уровне. Для создания и поддержания в активной среде инверсии населенностей применяются различные методы возбуждения (накачка), зависящие от структуры активной среды. Накачка может осуществляться под действием света оптическая накачка), пучка электронов, сильного электрического поля, в газовом разряде, в результате химических реакций, инжекции неравновесных носителей заряда инжекционная накачка), посредством пространственной сортировки молекул (в молекулярных генераторах) и другими методами. [c.510]

Современные методы излучения и приёма Г., так же как и УЗ, гл. обр. основываются на использовании явлений пьезоэлектричества и магнито-стрикции. При возбуждении Г. с помощью резонансных электроакустических преобразователей, применяемых в УЗ-вом диапазоне частот, размеры этих преобразователей должны быть очень малы, ввиду малости длины волны Г. Их получают, напр., путём вакуумного напыления плёнок из пьезоэлектрических материалов (гл. обр. из пьезополупроводников dS, ZnS, ZnO и др.) на торец звукопровода в виде монокристаллпч. стержня из сапфира, рубина, кварца, алюмо-ит-триевого граната и др. Это — т. н. плёночные преобразователи. Применяют плёнки и из магнитострикционных материалов, напр, из никеля или пермаллоя. Используется также метод возбуждения Г. с поверхности диэлектрич. пьезоэлектрич. кристалла, отличающийся от методов, применяемых на УЗ-вых частотах. Кристалл помещается торцом в СВЧ электрич. поле (в большинстве случаев — в объёмный резонатор), и вследствие граничного скачка диэлектрич. проницаемости на его поверхности появляются заряды, меняющиеся с частотой поля и сопровождающиеся переменной пьезоэлектрич. деформацией. Эта деформация распространяется затем в виде продольной или сдвиговой упругой волны (тип волны зависит от направления напряжённости поля относительно поверхности кристалла). Аналогично возбуждается Г. с поверхности магнитострикционных кристаллов, только в этом случае торец кристалла помещается в СВЧ магнитное поле и для получения той же частоты упругой волны, что и частота поля, требуется дополнительное постоянное магнитное поле. Основные трудности методов генерации и приёма Г. состоят в малой эффективности преобразования электромагнитной энергии в акустическую. [c.87]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...