Квантовый усилитель

КОГЕРЕНТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. КВАНТОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ [c.333]

Е2- За счет этого излучения сигнал усиливается. Следовательно,, такая система будет работать как усилитель электромагнитных колебаний. Его называют квантовым усилителем. Следует подчеркнуть, что квантовый принцип усиления существенно отличен от обычного классического принципа, существовавшего в радиотехнике. В квантовых системах усиление происходит за счет суммирования энергий излучения от множества одинаковых колебательных систем (например, атомов) в процессе стимулированного испускания. [c.334]

Квантовый принцип усиления нашел практическое применение-в построении квантовых усилителей электромагнитных колебаний СВЧ диапазона мазеров). Для этой цели используются не двух-334 [c.334]

Принципиальная схема квантового усилителя показана на рис. 2.16. Энергетическая накачка рабочего вещества, помещенного в объемный резонатор, производится через вход / усиливаемый сигнал с частотой (О 32, соот- [c.335]

Рнс. 12,16. Принципиальная схема квантового усилителя [c.336]

Существует и ряд других твердых тел, используемых в качеств ве рабочих веществ в парамагнитных квантовых усилителях различных диапазонов частот. [c.337]

Квантовая радиоэлектроника возникла на стыке радиофизики и оптики в итоге взаимного обмена достижениями каждой из этих наук в 50-е годы. Процесс сближения радио и оптики, уже дававший о себе знать несколько раньше в связи с развитием техники сверхвысоких частот (антенны, явления при распространении волн и т. д.), в середине текущего столетия обрел наиболее глубокое и плодотворное содержание. В начале 50-х годов были заложены основы ее теории и созданы первые приборы. Все, что произошло в этом случае, можно представить себе в виде резкого качественного скачка в физике, сопровождавшегося появлением и немедленным признанием целой новой научной области. Вместе с тем этот скачок не был неожиданным. Он был подготовлен всем предшествовавшим ходом развития многих отраслей физики, и в этом смысле создание квантовых усилителей и генераторов явилось логической неизбежностью. [c.411]

Наряду с созданием генераторов шли и идут работы по осуществлению квантовых усилителей. С их появлением впервые была получена возможность прямого усиления световой электромагнитной волны. [c.414]

Таким образом, мы приходим к заключению, что условием усиления электромагнитной волны ансамблем атомов является распределение в нем населенностей по энергетическим уровням, противоположное имеющему место обычно при термодинамическом равновесии. Число молекул на верхнем энергетическом уровне в отличие от распределения Больцмана должно быть больше, чем на нижнем. Это является основным условием работы всех типов квантовых усилителей и генераторов. В случае, когда V , будет меньше N , в ансамбле молекул в большей мере будут осуществляться переходы с нижнего уровня на верхний при поглощении фотонов, чем с верхнего на нижний. При этом ансамбль молекул будет являться поглощающей средой, ослабляющей проходящую через него электромагнитную волну. [c.8]

Рис. 4. Схема квантового усилителя с отражённой волной ФЦ — ферритовые циркуляторы.

Н. э. играет определяющую роль в квантовой электронике. Он стабилизирует амплитуду колебаний в лазерах и мазерах, ограничивает сверху динамич. диапазон квантовых усилителей. В ряде случаев Н. э. применяется для стабилизации частоты генерации лазеров, для модуляции их добротности и т. д. [c.248]

Изученное в предыдущих разделах явление вынужденных переходов открывает принципиальную возможность когерентного усиления электромагнитной волны при прохождении ее через активную среду с инверсной заселенностью и создания, таким образом, квантовых усилителей света. Так как задача таких усилителей сводится практически к увеличению амплитуды электромагнитной волны, подаваемой на их вход, то квантовый усилитель аналогичен своим предшественникам — электронным усилителям. [c.34]

Так как одной из отличительных особенностей приборов квантовой электроники является высокая монохроматичность излучения, то уместно отметить, что квантовые усилители обладают способностью сужать спектральную ширину линии и усиливать монохроматичность падающего излучения. Это свойство усилителей связано с тем, что профиль коэффициента усиления имеет максимум на резонансной частоте и поэтому центральная часть линии усиливается сильнее, чем ее крылья. [c.37]

Заканчивая рассмотрение квантовых усилителей, необходимо еще раз напомнить, что эффективное с энергетической точки зрения использование активной среды в них. возможно лишь при высоких значениях интенсивности излучения в среде, а это достигается лишь на выходе усилителя. Получить высокую интенсивность излучения и эффективно использовать активную среду проще в квантовых генераторах. [c.37]

Обратим внимание читателя на важную роль индуцированного излучения в теории квантовых усилителей и генераторов излучения. Предположим, что в среду, содержащую атомы с уровнями энергии , , попадает монохроматический или почти монохроматический пучок света с частотой v = (е, — ) / /г. Это излучение будет частично погло- [c.466]

Мазер — квантовый усилитель, в котором происходит згсиление приходящей электромагнитной волны в результате ее взаимодействия с веществом, способным испускать кванты электромагнитной энергии, обладающей частотой, фазой, поляризацией и направлением распространения такими же, какими обладает приходящая волна [9]. [c.148]

В квантовой электронике применяют системы, в которых используется энергия, запасенная в составляющих ее частицах — атомах, ионах, молекулах. Поскольку эти частицы получают и отдают энергию только определенными порциями — квантами, то приборы, работающие на этом принципе, называют квантовыми (усилителями, генераторами и др.). Для работы квантового прибора необходимо возбудить частицы системы или, как принято говорить, перевести их на более высокий энергетический уровень (уровни). Без разъяснения термина энергетический уровень нельзя понять. механизма работы приборов квантовой электроники. Используем для этого примеры, приведенные в работах польского физика А. Пекара. В качестве объекта исследования он предлагает рассмотреть энергетические уровни потенциальной энергии обычного квадратного стола и на этом примере познакомиться с терминологией, используемой в материаловедении квантовой электроники. (2тол может находиться на полу в шести положениях. [c.58]

Использование когерентного излучения позволило создать принципиально новый метод проекционной микроскопии, основанный на применении квантовых усилителей света. Объект с помощью объектива освещается монохроматическим светом от лазера на парах меди. Отраженный от объекта свет проходит активную среду, усилн-вается и проектируется на экран. Когерентные микроскопы обеспечивают высокое пространственное разрешение (1 мкм при увеличении порядка 1000— 1500 при яркости изображения, недоступного обычным световым микроскопам). Особенностью микроскопа являются возможность фокусировки мощного лазерного излучения на любом элементе объекта и возможность осуществлять его коррекцию (напрн- [c.96]

Квантовые усилители СВЧ диапазона используются обычно для усиле- [c.335]

Под действием мощной накачки на частоте (О13 населенность уровней El и Ез становится одинаковой и равной ( з + i) 2 = 1,0008 2, Как видим, уровень 3 оказывается инверсно заселенным относительно уровня 2, но разность в заселении этих уровней чрезвычайно мала и не может привести к сколько-нибудь высоким коэффициентам усиления. Аналогичные оценки, проведенные для Г = 4,2 К (жидкий гелий), показывают, что при этой температуре ( 3-f -Ь i)/2 = 1,07 2. Таким образом, понижение температуры рабочего Еещества с комдатной до л 4 К повышает инверсную заселенность на два порядка. Этим объясняется тот факт, что квантовые усилители СВЧ диапазона работают, как правило, при температуре жидкого гелия и используются в стационарных установках в высокочувствительных приемниках радиолокационных и ра-диотелескопических систем, в системах связи и т. д. Основным их преимуществом является исключительно низкий уровень собственных шумов. По величине отношения сигнал/шум они примерно в 1000 раз превышают обычные усилители СВЧ диапазона. Это позволяет с их помощью принимать сигналы, не улавливаемые обычной электронной аппаратурой. [c.336]

Используются различные способы получения инверсной заселенности рабочих уровней. Наиболее широкое применение получили парамагнитные квантовые усилители, основанные на явлении парамагнитного резонанса в твердых телах, описанном в 11.7. В качестве рабочего вещества в этих усилителях используются диамагнитные кристаллы, содержащие небольшие количества парамагнитной примеси. К таким веществам относится, в частности, рубин представляющий собой окись алюминия (AI2O3), содержащий при- [c.336]

Оптики были первыми исследователями, вплотную подошедшими к созданию оптических квантовых генераторов (ОКГ). В 1940 г. В. А. Фабрикант сформулировал принцип получения среды с отрицательным поглощением что полностью эквивалентно понятию неравновесной системы. В 1951 г. им совместно с М. М. Вудынским и Ф. А. Бутаевой была подана авторская заявка, в которой содержалось краткое изложение теории квантовых усилителей. Позднее, в 1957 г., ими же была рассмотрена теория среды с отрицательным поглош,ением и такая среда была осуществлена [6]. Авторы работы получили диплом на открытие принципа усиления электромагнитных волн с помощью неравновесных систем, а В. А. Фабрикант, кроме того, был удостоен Золотой медали им. С. И. Вавилова. [c.412]

В 1951—1952 гг. были сформулированы основные теоретические предпосылки для построения квантовых усилителей и генераторов в радиодиапа- [c.412]

Развитие исследований по АПР и спиновой динамике привело к созданию квантовых усилителей и генераторов УЗ, Поскольку коэф, tp (7V —iV ), то при создании инверсии населённости спиновых уровней он становится отрицательным. Благодаря этому в условиях инвертирования при достаточно сильной сиип-фомонной связи происходит усиление акустич. волн на частоте АПР. [c.44]

КВАНТОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (мазер) — усилитель ал,-маги. волн СВЧ-диапазона, основанный на явлении вынужденного испускания эл.-магп. излучения возбуждёнными квантовыми системами (птомами, ионами, молекулами). Усиление обусловлено том, что ири вынужденном испускании частота /, фаза, поляризация и направление раснространения у излучённой и вынуждающей волн одинаковы (см. Кйантовая электроника), К. у. обладают чрезвычайно малыми собственными шумами, благодаря чему они применяются [c.333]

Рис., 3. Схема квантового усилителя богугцей волны 1 —входрган коаксиальная линия г — гребенчатая чамедляющая структура . 3 — парамагнитный кристалл 4 — ферритовый вентиль 5 — волновод накачки.

ЛАЗЕРНЫЙ МИКРОПРОЁКТОР (лазерный ироек ционный микроскоп) — проекционный микроскоп, в к-ро.ч для увеличения яркости получаемых изображений используется усилитель яркости (УЯ), действующий на основе стимулированного (вынужденного) излучения. Стимулированное излучение повторяет все свойства вынуждающего, в т. ч. фазу, поляризацию, поэтому У Я на его основе, пе включающий никаких преобразований световых полей, можно ставить в любое место оптич. системы на пути распространяющихся в ней пучков света. При этом возникает только один неустранимый источник помех собственные шумы квантового усилителя. [c.559]

Двойственность природы света — наличие у него одновременно характерных черт, присущих и волнам, и частицам,— является частным случаем корпускулярноволнового дуализма. Эта концепция была впервые сформулирована именно для оптич. излучения она утвердилась как универсальная для всех частиц микромира после обнаружения волновых свойств у материальных частиц (см. Дифракция частиц) и лишь затем была экспериментально подтверждена для радиоизлучения (квантовая электроника). Открытие квантовых явлений в радиодиапазоне во многом стёрло резкую границу между радиофизикой и О. Сначала в радиофизике, а затем в физ. О. сформировалось новое направление, связанное с генерирование.м вынужденного излучения и созданием квантовых усилителей и квантовых генераторов излучения (мазеров и лаз ов). В отличие от неупорядоченного светового поля обычных (тепловых и люминесцентных) источников, излучение лазеров обладает большой временной и пространств, упорядоченностью (когерентностью), высокой монохроматичностью (Лг/У достигает см. Монохроматическое излучение), [c.419]

Наиб, важное событие совр. О.— эксперим. обнаружение и создание методов генерации вынужденного излучения атомов и молекул. Вынужденно испущенный фотон дублирует фотон, вызвавший переход, и, если имеется активная среда с инверсией населённости, этот процесс может многократно повторяться — происходит усиление нач. светового потока. Добавление к такому квантовому усилителю оптич. обратной связи превращает его в оптич. квантовый генератор (лазер). Первые квантовые генераторы (в сантиметровом диапазоне длин волн — мазеры) были созданы А. М. Прохоровым, Н. Г. Басовым и Ч. Таунсом ( h. Н. Townes) в 1954. В наст, время (90-е гг.), используя разл. методы получения инверсной населённости, строят лазеры на твёрдых, жидких, газообразных и плазменных средах. Их появление стимулировало дальнейшее развитие традиц. областей О. и привело к возникновению совершенно новых научных и техн. направлений (нелинейная и параметрич. О., оптич. обработка материалов), сделало возможным практич. реализацию и широкое применение ранее высказанных идей (голография, У ТС, оптич, компьютер). [c.422]

Приёмник Р. имеет низкий уровень шумов. Для обеспечения минимальности шумовой темп-ры системы антенна — приёмник охлаждается не только усилитель, но и облучатель или его входная часть до 15—20 К. Шумовая темп-ра малошумящих транзисторных усилителей 1—20 К и примерно равна частоте, выраженной в ГГц. На волнах миллиметрового диапазона применяются также квантовые усилители и параметрические усилители. После усиления сигнал обычно поступает на смеситель, где смешивается с сигналом гетеродина, и далее на анализатор. Это может быть просто квадратичный детектор, на выходе к-рого сигнал пропорционален измеряемой мощности (теми-ре), анализатор импульсного излучения пульсаров, спектроанализатор, система записи на широкополосный магнитофон (в случае наблюдений в режиме радиоинтерферометрии со сверх длинными базами). Результаты наблюдений обрабатываются на ЭВМ. [c.235]

Приборостроение, часовая пром-оть, ювелирные изделия, рубиновый лазер, квантовый усилитель, сапфировые подложки и окна в микроэлектронкке [c.524]

Наим, шумами обладают квантовые усилители, у к-рых в условиях глубокого охлаждения жидким гелием уровень тепловых шумов становится соизмеримым с шумами спонтанного излучения активного вещества в диапазоне частот 0,520 ГГц Т 5- 6 К при охлаждении до 4,2 К. Обычно применяемые трёхуровневые мазеры строятся как регенеративные У. э, к., реже как усилители бегущей волны. Наличие громоздких и дорогостоящих криогенной охлаждающей и магн. систем ограничивает область применения квантовых усилителей уникальными приёмными устройствами радиоастрономии и сверхдальней космич. связи. С мазерами сравнимы по шумовым свойствам полупроводниковые параметрич. усилители (ППУ) при глубоком охлаждении (до 20 К и ниже), однако необходимость системы охлаждения заставляет использовать их в осн. в наземных радиосистемах, где требуются высокочувствит. радиоприёмные устройства, а габариты, масса и потребляемая мощность менее существенны. ППУ, в к-рых в качестве изменяемого энергоёмкого параметра служит нелинейная ёмкость полупроводникового диода — варикапа, работают в диапазоне частот 0,3- -35 ГГц, имеют относит, полосы пропускания от долей до неск. %, АГ,о= 17-нЗО дБ на каскад, широкий динамич. диапазон. В качестве источников накачки применяются генераторы на транзисторах СВЧ без умножения и с умножением частоты, на Ihmia диодах и на лавинно-пролётных диодах. Неохлаждаемые ППУ превосходят по шумовым параметрам неохлаждаемые У. э. к. на транзисторах СВЧ, но значительно уступают последним по сложности, технологическим и массогабаритным показателям, в связи с чем вытесняются ими, прежде всего из бортовой аппаратуры. [c.242]

Существует универсальный способ усиления света с помощью вынужденного (стимулированного) излучения, к-рый используется во всех. тзерах. По самой своей природе вынужденное излучение позволяет усиливать любые пучки света, не внося в них искажений, т. к. оно повторяет все свойства вынуждающего излучения, включая фазу и поляризацию. У. я. на основе вынужденного излучения можно помещать в любое место оптич. системы, поскольку он не включает никаких преобразований. При этом возникает только один неустранимый источник помех — собственные шумы квантового усилителя. [c.243]

У. Я. изображения. Усиление яркости изображения (оптич. пучков сложной пространственно-временной структуры), как уже указывалось, может осуществляться посредством оптических квантовых усилителей, усилителей на эффектах вынужденного рассеяния или четырёхфотонного взаимодействия и др. Однако наиболее подходящими для использования в оптич. устройствах в наст, время (90-е гг.) являются У. я. изображения (УЯИ) на основе активных сред лазеров. [c.244]

В приборах кваитрвой электроники Ф. э. ничтожно малы и обусловлены спонтанным излучением (см. Квантовый усилитель). [c.328]

Для того чтобы установить основные закономерности изменения амплитуды или интенсивности электромагнитной волиы в квантовом усилителе и определить возможности таких усилителей, рассмотрим процесс прохожде- [c.34]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...