Электромагнитные волны в резонаторе

Электромагнитные волны в резонаторе 77 [c.4]

Электромагнитные поля сверхвысоких частот ие удовлетворяют условию квазистационарности и носят ярко выраженный волновой характер. Для нагрева тело подвергают облучению свободно падающей электромагнитной волной или воздействию поля бегущей либо стоячей электромагнитной волны. В роли нагревательных устройств выступают уже ие рабочие конденсаторы, а — соответственно указанным способам нагрева — антенны, волноводы или объемные резонаторы. [c.305]

В так называемом устойчивом (стабильном) резонаторе распределение электромагнитного поля воспроизводится идентично при многократных проходах излучения между зеркалами и имеет стационарный характер. В результате попеременного отражения электромагнитных волн от зеркал оно формируется таким образом, что в приближении геометрической оптики излучение не выходит за пределы зеркал в поперечном направлении и выводится из устойчивого резонатора только благодаря частичному пропусканию самих отражающих элементов. В случае отсутствия потерь ( = X = 0) излучение могло бы существовать в устойчивом резонаторе бесконечно долго. В неустойчивом (нестабильном) резонаторе световые пучки (или описывающие их электромагнитные волны) в результате последовательных отражений от зеркал перемещаются в поперечном оси резонатора направлении к периферии и покидают его. [c.41]

Рассматривая простейший резонатор о плоскими зеркалами, приходим к заключению, что при распространении в нем электромагнитной волны в направлении его оси (рис. 1.3) при выполнении условия L = q kl2 (q — целое число) в нем возникают стоячие электромагнитные волны с расстоянием %/2 между пучностями. При этом в резонаторе может возбуждаться большое число продольных типов колебаний с частотами v,, соответствующими длинам волн qX. Частотный интервал между соседними типами колебаний [c.13]

Продольное (вдоль оси) распределение электромагнитного поля в резонаторе аналогично распределениям, возникающим в замкнутых объемных резонаторах. Как правило, это волна с периодическим изменением мгновенных составляющих поля вдоль оси резонатора. Число полуволн, укладывающихся по длине линейного резонатора (или число волн — по длине кольцевого), указывается в обозначении данного типа колебаний с помощью продольного индекса д. Для оптических резонаторов это число велико и обычно известно лишь приближенно, поэтому продольный индекс записывается в обозначении собственной волны либо буквенно +1, q- -2,. .., либо вообще опускается. [c.11]

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]

По мере осознания необходимости получения мощных источников когерентного света физики исследовали различные способы их генерации и аналогично генерации радиоволн пытались применить для этой цели электронные потоки и объемные резонаторы. Однако размеры резонатора должны быть соизмеримы с длиной волны, что в данном случае трудно осуществимо. Традиционное для радиотехники генерирование колебаний при помощи электронных потоков в данном случае оказалось неосуществимым и получение когерентных электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне было осуществлено средствами квантовой электроники. [c.118]

Ультракороткие волны (УКВ) представляют чрезвычайный интерес для решения многих важнейших технических задач. Это связано с тем, что для передачи энергии и получения направленного излучения выгодно увеличивать частоту колебаний (см. 1.5). Революция в технике УКВ" произошла в 1930 — 1940 гг., и теперь устройства, на которых были проведены знаменитые опыты Герца, Попова и др., представляют лишь исторический интерес. Основной недостаток передатчика Герца — это затухание колебаний и большая ширина спектра излучаемых частот. В современных генераторах УКВ (клистронах и магнетронах) взаимодействие электронного пучка и волн, возникающих в резонаторе, происходит по-иному, что позволяет поднять верхнюю границу частот (v 30 ГГц) и резко увеличить мощность сигнала, достигающего иногда десятков миллионов ватт в им пульсе. Положительными свойствами подобных излучателей являются высокая монохроматичность электромагнитной волны (излучается строго определенная частота) и крутой фронт временных характеристик сигнала. В качестве приемника УКВ-излучения обычно используют вибратор или объемный резонатор с кристаллическим детектором, имеющим резко нелинейные свойства, с последующим усилением низкочастотного сигнала. [c.10]

Решение 1. В дипольном приближении 4-потенциал поля электромагнитной волны A t, х) = (О, h t)). Разложение поля по модам резонатора дает [c.287]

В первом приближении моды резонатора типа Фабри — Перо можно представить себе как суперпозицию двух плоских электромагнитных волн, распространяющихся в противоположных направлениях вдоль оси резонатора. При таком допущении нетрудно получить резонансные частоты, если наложить условие, что длина резонатора L должна быть равной целому числу полуволн, т. е. Т = т(/./2), где т=1, 2,. . . . Такое условие необходимо для того, чтобы на обоих зеркалах электрическое поле электромагнитной стоячей волны было равным нулю. Поэтому резонансные частоты равны т = = т(с/2Т). Разность частот, соответствующих двум последовательным модам, равна Ат = с/2Т. Эти две моды отличаются одна от другой распределением поля вдоль оси резонатора (т. е. в продольном направлении). Поэтому такие моды называют продольными. Кроме продольных мод в резонаторе осуществляются и поперечные моды, которые дают распределение поля в плоскости, перпендикулярной к оси резонатора. [c.281]

Задолго до создания лазеров были хорошо изучены типы колебаний в объемных резонаторах, широко используемых в сантиметровом диапазоне длин волн. Идеальный объемный резонатор представляет собой замкнутую полость с идеально проводящими стенками, в которой может находиться непоглощающая среда. Электромагнитное поле в таком резонаторе можно получить путем решения уравнений Максвелла с соответствующими граничными условиями. В результате оказывается, что поле в резонаторе может быть представлено как суперпозиция отдельных типов колебаний, или мод резонатора. Напряженность поля каждой моды изменяется гармонически во времени и имеет вид [c.282]

В прямоугольном резонаторе возникают стоячие электромагнитные волны типа Я 1 р или Е р. Картина поля этих волн такова, что вдоль каждого из трех размеров резонатора укладывается целое число полуволн. Резонансная длина волны определяется соотношением [451 [c.309]

Однако, если ансамбль поместить в резонатор, то излучение, прежде чем покинуть его, претерпит весьма большое число отражений. В резонаторе, настроенном на частоту колебаний атомов или молекул, находящихся в нем, будет происходить интенсивное индуцированное излучение. Если испускаемая энергия будет больше потерь в резонаторе, то станет возможным усиление поступающего в резонатор излучения. В тех случаях, когда индуцированное излучение окажется достаточным для преодоления потерь не только в резонаторе, но и в различных его нагрузках, станет возможным также и генерирование электромагнитных волн. [c.12]

Самым простым вариантом резонатора Фабри—Перо является система, состоящая из двух параллельно расположенных плоских зеркал. Если волны распространяются по оси такого резонатора, то при выполнении условия L = (/U2, где q — целое число, в нем возникают стоячие электромагнитные волны с расстоянием между пучностями, равным Х/2. При заданном расстоянии между зеркалами L в резонаторе может возбудиться большое число продольных типов собственных колебаний с частотами v , соответствующими длинам волн Х , где = 1, 2, 3... Частотный интервал между соседними типами колебаний [c.12]

Необходимая для генерации обратная связь осуществляется в лазере за счет помещения рабочей среды в объемный резонатор, в котором возможно возбуждение согласованной со свойствами среды стоячей электромагнитной волны. Схема лазера, состоящего из двух необходимых компонент — активной среды и резонатора, представлена на рис. 1.9. Обладающая инверсной заселенностью рабочая среда 1 обеспечивает возможность усиления колебаний за счет процессов вынужденного излучения. Резонатор, состоящий условно из одного плоского непрозрачного зеркала 2 и параллельного ему, частично пропускающего резонансное излучение плоского зеркала 3 с прозрачностью , обеспечивает раскачку колебаний с частотами в пределах ширины линии уси- [c.38]

Источником возникновения генерации в лазере является спонтанное излучение возбужденных активных частиц. Спонтанно испущенные кванты, проходя через активную среду, вызывают процессы вынужденного испускания, приводящие к когерентному усилению соответствующих этим квантам электромагнитных волн. При ограниченных поперечных размерах среды и зеркал резонатора максимально усиливаются кванты, распространяющиеся вдоль оптической оси. В этом случае, если усиление электромагнитной волны за один полный проход [c.38]

Резонатор является оптической системой, позволяющей сформировать стоячую электромагнитную волну и получить высокую интенсивность излучения, необходимую для эффективного протекания процессов вынужденного излучения возбужденных частиц рабочего тела лазера, а следовательно, когерентного усиления генерируемой волны. Оптические резонаторы в квантовой электронике не только увеличивают время жизни кванта в системе и вероятность вынужденных переходов, но и, так же как резонансные контуры и волноводы в классической электронике, определяют спектральные характеристики излучения. [c.40]

Простейшим типом резонатора является резонатор Фабри — Перо, состоящий из двух плоских параллельных зеркал, расположенных друг от друга на расстоянии Lp. В технологических лазерах резонатор Фабри — Перо используется крайне редко из-за указанных выше больших дифракционных потерь. Чаще используются резонаторы с одной или двумя сферическими отражающими поверхностями. Свойства этих резонаторов зависят от знака и величины радиуса их кривизны R, а также от Lp и определяются стабильностью существования в нем электромагнитной волны. [c.41]

Для того чтобы усилитель превратить в генератор, необходимо ввести подходящую положительную обратную связь. В СВЧ-диапазоне это достигается тем, что активную среду помещают в объемный резонатор, имеющий резонанс при частоте V. В лазере обратную связь обычно получают размещением активной среды между двумя зеркалами с высоким коэффициентом отражения(например, между плоскопараллельными зеркалами, как показано на рис. 1.3). В этом случае плоская электромагнитная волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном зеркалам, будет поочередно отражаться от них, усиливаясь при каждом прохождении через активную среду. Если одно из двух зеркал сделано частично прозрачным, то на выходе системы можно выделить пучок полезного излучения. Одна- [c.14]

Это свойство является простым следствием того, что активная среда помещена в резонатор, например плоскопараллельный резонатор, показанный на рис. 1.3. В таком резонаторе могут поддерживаться только такие электромагнитные волны, которые распространяются вдоль оси резонатора или в очень близком к оси направлении. Для более глубокого понимания свойств направленности лазерных пучков (или в общем случае любой электромагнитной волны) удобно рассмотреть отдельно случаи, когда пучок обладает полной пространственной [c.20]

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]

Различные колебания в резонаторе характеризуются набором модовых чисел q, т, п, которые принято писать рядом с буквенным обозначением типа электромагнитных волн (например, ТЕМ,,т, ). Стоячая электромагнитная волна в резонаторе имеет как продольную (вдоль оптической оси), так и поперечную структуру распределения электрического поля. Продольное распределение поля [c.48]

К числу основных процессов, ответственных за пичковый характер гене- рации твердотельных лазеров, необходимо отнести возникновение так называемого релаксационноколебательного режима генерации электромагнитных волн в резонаторе. Возможность возникновения такого 4 ежима генерации связана с наличием инерционности в процессах создания и снятия инверсной заселенности. Стационарный процесс генерации не устанавливается в лазере мгновенно по достижению порогового коэффициента усиления. Для включения процессов вынужденного излучения в резонаторе нужно раскачать определенную амплитуду электромагнитной волны. Этот процесс может начаться лишь при условии КоЖп и в силу конечности величин сечений вынужденных переходов не может произойти мгновенно. [c.172]

В заключение укажем еще одно явление, способное приводить к пйчковому режиму генерации. Линия флюоресценции твердотельных лазеров (см. табл. 1.1) достаточно широка, длина резонатора, наоборот, мала и поэтому все они, как правило, могут работать на большом числе продольных мод. Активные ионы рабочего тела в твердотельных лазерах закреплены на своем месте в матрице. Поэтому возникновение генерации на одной из собственных частот резонатора приводит к снижению коэффициента усиления в слоях рабочего тела, совпадающих с пучностями стоячей электромагнитной волны. В результате этого создаются предпочтительные условия генерации с пучностями поля, соответствующими узлам ранее рассмотренной моды, и возникает возможность пичкового режима генерации. [c.173]

В технике СВЧ используются диэлектрические материалы различного типа полимеры, слоистые пластики, ситаллы, ерамика, монокристаллы. Диапазон технического применения этих материалов весьма широ,к. В настоящем параграфе, однако, рассматриваются только такие диэлектрики, которые существенно уменьшают габариты СВЧ-электронных схем, т. е. диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью (е>30). Эффект миниатюризации основан на гом, что длина электромагнитной волны в диэлектрике сокращается в j/ е раз, при этом планарные размеры микросхемы СВЧ уменьшаются соответственио в Е раз. Диэлектрики с высокой проницаемостью применяются в технике СВЧ в качестве диэлектрических резонаторов, подложек микросхем, фильтровых конденсаторов, нелинейных и управляющих элементов и др. Очевидно, такие диэлектрики во много.м определяют развитие СВЧ-микроэлектроники [31]. [c.88]

Для непосредственного измерения фазовой скорости электромагнитных волн требуются принципиально иные методы. В области радиочастот можно использовать стоячие волны в объемном резонаторе. Теория позволяет связать размеры резонатора и его резонансную частоту с фазовой скоростью электромагнитных волн. В случае плоского резонатора длины / эта связь имеет вид к= = кс/(21), где к — целое число (см. 1.3). Измеряя в вакууме частоту резонанса непосредственным сравнением с эталоном частоты и длину резонатора — сравнением с эталоном длины интерференционными методами, Л. Эссен в 1950 г. получил для скорости электромагнитных волн длиной около И) см значение с= = (299792,5 1) км/с. [c.128]

Существование электромагнитных колебаний в любом реальном резонаторе всегда связано с потерями энергии. Общую величину потерь принято относить к одному циклическому проходу волны в резонаторе и характеризовать коэффициентом потерь а, определяющим долю внутрирезонато рной энергии, которая теряет, ся за один проход. Величину коэффициента потерь вц- [c.15]

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]

ЩЕЛЕВЫЕ АНТЕННЫ — излучатели электромагнитных волн в виде узких, щелей (длина > ширины), 11 10ре.заемых в металлич. оболочках объел/,ных резонаторов и волноводов, а также в металлич. плоских или изогнутых экранах, В первых двух случаях щель возбуждается электромагнитным полем, существующим внутри соответствующего объема. При этом щель должна пересекать токи (протекавшие до ее прорезания) на внутр. стороне новерхности. Это приводит к искажению первоначального распределения токов, нарушению экранировки внутр. полей и интенсивному излучению наружу. Щели, прорезаемые в экранах, обычно возбуждаются коаксиальным кабелем, внешняя оболочка к-рого соединена с экраном по одну сторону щели, а центральный проводник — но другую. Такие щели излучают в обе стороны от экрана. Если закрыть щель с одной стороны достаточно большим резонатором, то она превратится в односторонне излучающую. [c.430]

Резонатор при возбуждении в нем электромагнитных колебаний, как и всякий колебательный контур, обладает определенными резонансными свойствами, в числе которых важнейшее — частота (длина волны) резонансных электромагнитных колебаний. Частота таких колебаний зависит от формы и геометрических размеров внутреннего объема резонатора. Чем меньше размеры, тем более высокие частоты устойчивых резонансных электромагншных колебаний могут быть достигнуты в резонаторе. Если объем резонатора будет переменным, то переменными будут и резонансные частоты электромагнитных колебаний. В этом случае резонатор имеет определенный диапазон резонансных электромагнитных колебаний. Электромагнитные колебания в резонаторе возбуждают внешним источником. [c.317]

Ниготрон — генераторный прибор магнетронного типа непрерывного действия, в котором взаимодействие электронного потока с электромагнитной волной осуществляется на первой гармонике нулевого вида колебаний внутри цилиндрического резонатора оксиально расположены две системы штырей внешняя — замедляющая и внутренняя, являющаяся катодом. [c.149]

Интересное и важное видоизменение самодифракции имеет место в оптических квантовых генераторах. Как было выяснено в 228, 229, электромагнитное поле внутри резонатора имеет вид бегущих навстречу друг другу волн. Если коэффициенты отражения зеркал близки к I, то бегущие волны обладают почти одинаковыми амплитудами и образуют, следовательно, стоячую волну. Квадрат ее амплитуды описывается функцией [c.827]

Вследствие того что электромагнитное поле в открытых резонаторах близко к поперечному (векторы Е и Н перпендикулярны оси резонатора), для поперечных мод часто применяют обозначение ТЕМтп или ТЕМр1, где ТЕМ означает трансверсальную (поперечную) электромагнитную волну. [c.283]

В длинноволновом диапазоне классической электроники длина волны излучения существенно больше размеров контура и его спектральные характеристики определяются сосредоточенными параметрами электрической цепи. Длинные радиоволны при этом излучаются в пространство практически изотропно. При сокращении длины волны и переход к СВЧ-диапазону для формирования электромагнитной волны используются пустотелые объемные резонаторы с размерами, сравнимыми с длиной волны. При этом появляется возможность формирования направленных (анизотропных) распределений излучения в пространстве с помощью внешних антен. Б ИК- и видимом диапазоне длина волны излучения много мень- [c.40]

Магнетроном называется ЭВП со скрещенными полями. Он состоит из цилиндрического катода / (рис. 7.18), размещенного в центре, и коакоиально с ним расположенного анодного блока 2 с резонаторами 3, представляющего собой замедляющую систему, замкнутую в кольцо. Электроны, эмиттируемые катодом, под воздействием постоянных электрического и магнитного полей образуют в пространстве взаимодействия вращающийся электронный поток. Под его воздействием в резонаторах возникают высокочастотные (ВЧ) колебания, частота которых определяется геометрическими размерами замедляющей системы. По замедляющей системе движется бегущая волна в направлении движения электронного потока. Электромагнитное поле волны группирует электронный поток, образуя сгустки 4 электронов, имеющие форму спиц, которые, пролетая над щелями резона- [c.346]

В основе действия квантовых усилителей и генераторов лежит так называемое отрицательное поглощение. Сущность его заключается в том, что на поглощающую систему, содержащую некоторое количество возбужденных атомов, падает квант, соответствующий по значению кванту, который должен излучиться при переходе возбужденных атомов в нормальное состояние, и тогда из системы в одном направлении выйдут два кванта. Вместо того, чтобы поглотиться, падающий квант вынуждает излучиться второй квант, совпадающий с ним по частоте и направлению движения, т. е. создает вынужденное или индуцированное излучение. При этом испускаемая, т. е. генерируемая, световая волна оказывается точно в фазе с волной, которая была причиной ее возникновения. Вещество, содержащее большое количество атомов в возбужденном состоянии — активное вещество , — получается подачей электромагнитной энергии на длине волны, отличающейся от длины волны вынужденного излучения. Этот активизирующий процесс называется оптической накачкой. Таким образом, атомы переводятся в возбужденное состояние оптической нак -жой. Чтобы вынужденное излучение преобладало над поглоихетием, большинство атомов должно находиться в возбужденном состоянии. Активная среда помещается в резонатор, представляющий собой систему, подобную эталону Фабри и Перо. [c.69]

Акустоэлектронит. Основные задачи акустоэлектроники связаны с возбуждением, распространением и приемом высокочастотных волн в твердых телах, взаимодействием этих волн с электромагнитными полями. Из всех акустических волн наибольший интерес с точки зрения практических приложений представляют поверхностные акустические волны. Кроме того, важную роль волновые процессы в упругих телах играют в связи с задачами обработки сигналов, в частности в связи с созданием механических резонаторов и фильтров. [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...