КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Квантовые генераторыВ квантовых генераторах для создания электромагнитных колебаний используется внутренняя энергия микросистем — атомов, молекул, ионов. Квантовые генераторы называют еще лазерами. Слово лазер составлено из начальных букв английского названия квантовых генераторов — усилитель света за счет создания стимулированного излучения. Принцип действия квантового генератора состоит в следующем. При рассмотрении энергетической структуры вещества было показано, что изменение энергии микрочастиц (атомов, молекул, ионов, электронов) происходит не непрерывно, а дискретно — порциями, названными квантами (от латинского quantim — количество). Микросистемы, в которых элементарные частицы взаимодействуют между собой, называются квантовыми системами. Переход квантовой системы из одного энергетического состояния в другое сопровождается излучением или поглощением кванта электромагнитной энергии hv: Е2— Ei=hv, где Е1 и Е2 — энергетические состояния: h — постоянная Планка; v — частота. Известно, что наиболее устойчивым состоянием любой системы, в том числе атома и молекулы, является состояние с наименьшей энергией. Поэтому каждая система стремится занять и сохранять состояние с наименьшей энергией. Следовательно, в нормальном состоянии электрон движется по наиболее близкой к ядру орбите. Такое состояние атома называется основным или стационарным. Под действием внешних факторов — нагрева, освещения, электромагнитного поля — энергетическое состояние атома может изменяться. Если атом, например, водорода взаимодействует с электромагнитным полем, то он поглощает энергию Е2 — E1 = hv и его электрон переходит на более высокий энергетический уровень. Такое состояние атома называется возбужденным. В нем атом может находиться некоторое очень малое время, называемое временем жизни возбужденного атома. После этого электрон возвращается на нижний уровень, т. е. в основное устойчивое состояние, отдавая избыток энергии в виде излучаемого кванта энергии — фотона. Излучение электромагнитной энергии при переходе квантовой системы из возбужденного состояния в основное без внешнего воздействия называется самопроизвольным или спонтанным. При спонтанном излучении фотоны испускаются в случайные моменты времени, в произвольном направлении, с произвольной поляризацией. Поэтому оно называется некогерентным. Однако под действием внешнего электромагнитного поля электрон может быть возвращен на нижний энергетический уровень еще до истечения времени жизни атома в возбужденном состоянии. Если, например, два фотона воздействуют на возбужденный атом, то при определенных условиях электрон атома возвращается на нижний уровень, излучая квант в виде фотона. При этом все три фотона имеют общую фазу, направление и поляризацию излучения. В результате энергия электромагнитного излучения оказывается увеличенной. Излучение электромагнитной энергии квантовой системой при снижении ее энергетического уровня под действием внешнего электромагнитного поля называют вынужденным, индуцированным или стимулированным. Индуцированное излучение совпадает по частоте, фазе и направлению с внешним облучением. Отсюда такое излучение называют когерентным (когерентность—от латинского cogerentia — сцепление, связь). Так как на стимулирование перехода системы на более низкий энергетический уровень энергия внешнего поля не затрачивается, то электромагнитное поле усиливается и его энергия возрастает на значение энергии излучаемого кванта. Это явление используется для усиления и генерирования колебаний с помощью квантовых приборов. В настоящее время лазеры изготовляют из полупроводниковых материалов. Полупроводниковым лазером называют полупроводниковый прибор, в котором происходит непосредственное преобразование электрической энергии в энергию излучения оптического диапазона. Для работы лазера, т. е. для того, чтобы лазер создавал электромагнитные колебания, необходимо, чтобы в его веществе возбужденных частиц было больше, чем невозбужденных. Но в нормальном состоянии полупроводника на более высоких энергетических уровнях при любой температуре количество электронов меньше, чем на более низких уровнях. Поэтому в нормальном состоянии полупроводник поглощает электромагнитную энергию. Наличие электронов на том или ином уровне называется населенностью уровня. Состояние полупроводника, в котором на более высоком энергетическом уровне находится больше электронов, чем на более низком уровне, называется состоянием с инверсной населенностью. Создавать инверсную населенность можно различными способами: с помощью инжекции носителей заряда при прямом включении р — я-перехода, путем облучения полупроводника светом и т. д. Источник энергии, создавая инверсию населенностей, выполняет работу, передавая энергию веществу и далее электромагнитному полю. В полупроводнике с инверсной населенностью можно получить вынужденное излучение, так как в нем имеется большое количество возбужденных электронов, которые могут отдать свою энергию. Если полупроводник с инверсной населенностью облучить электромагнитными колебаниями частотой, равной частоте перехода между энергетическими уровнями, то электроны с верхнего уровня переходят на нижний вынужденно, излучая фотоны. При этом происходит вынужденное когерентное излучение. Оно является усиленным. Создав в таком устройстве цепь положительной обратной связи, получим лазер — автогенератор электромагнитных колебаний оптического диапазона. Для изготовления лазеров чаще всего используют арсенид галлия, из которого изготовляют кубик со сторонами длиной в несколько десятых долей миллиметра.
Глава 4. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ
Дата добавления: 2014-01-15; Просмотров: 5374; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |