क्वांटम जनरेटर - अणू आणि रेणूंच्या उत्तेजित उत्सर्जनाच्या आधारावर कार्यरत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या स्त्रोतांसाठी एक सामान्य नाव.

डीसी

क्वांटम जनरेटर किती तरंगलांबी उत्सर्जित करतो यावर अवलंबून, त्याला वेगळ्या प्रकारे म्हटले जाऊ शकते:

लेसर (ऑप्टिकल श्रेणी);

maser (मायक्रोवेव्ह श्रेणी);

रेझर (क्ष-किरण श्रेणी);

गॅसर (गामा श्रेणी).

डीसी

प्रत्यक्षात, या उपकरणांचे ऑपरेशन बोहरच्या पोस्ट्युलेट्सच्या वापरावर आधारित आहे:

अणू आणि अणू प्रणाली केवळ विशेष स्थिर किंवा क्वांटम स्थितींमध्ये दीर्घकाळ राहू शकतात, ज्यापैकी प्रत्येकामध्ये विशिष्ट ऊर्जा असते. स्थिर स्थितीत, अणू विद्युत चुंबकीय लहरी उत्सर्जित करत नाही.

जेव्हा इलेक्ट्रॉन उच्च उर्जा असलेल्या स्थिर स्थितीतून कमी उर्जेसह स्थिर स्थितीत संक्रमण करतो तेव्हा प्रकाश उत्सर्जन होते. उत्सर्जित फोटॉनची ऊर्जा स्थिर अवस्थांमधील ऊर्जेच्या फरकाइतकी असते.

आज सर्वात सामान्य लेसर आहेत, म्हणजेच ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर. मुलांच्या खेळण्यांव्यतिरिक्त, ते औषध, भौतिकशास्त्र, रसायनशास्त्र, संगणक तंत्रज्ञान आणि इतर उद्योगांमध्ये व्यापक झाले आहेत. लेझर अनेक समस्यांसाठी "तयार उपाय" म्हणून उदयास आले आहेत.

लेसरच्या ऑपरेटिंग तत्त्वावर जवळून नजर टाकूया.

DC4-14

लेसर - एक ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर जो एक शक्तिशाली, संकुचितपणे निर्देशित सुसंगत मोनोक्रोमॅटिक प्रकाश बीम तयार करतो. (स्लाइड 1, 2)

( 1. उत्स्फूर्त आणि उत्तेजित उत्सर्जन.

जर इलेक्ट्रॉन खालच्या पातळीवर असेल, तर अणू घटना फोटॉन शोषून घेईल आणि इलेक्ट्रॉन E स्तरावरून पुढे जाईल. 1 ते स्तर E 2 . ही अवस्था अस्थिर आहे, इलेक्ट्रॉनउत्स्फूर्तपणे E स्तरावर जाईल 1 फोटॉन उत्सर्जन सह. उत्स्फूर्त उत्सर्जन उत्स्फूर्तपणे होते, म्हणून, अणू विसंगतपणे, अव्यवस्थितपणे प्रकाश उत्सर्जित करेल, म्हणून प्रकाश लहरी एकमेकांशी विसंगत आहेत ना टप्प्यात, ना ध्रुवीकरणात किंवा दिशेने. हा नैसर्गिक प्रकाश आहे.

परंतु प्रेरित (जबरदस्ती) उत्सर्जन देखील शक्य आहे. जर इलेक्ट्रॉन वरच्या स्तरावर असेल तर E 2 (उत्साही अवस्थेतील एक अणू), नंतर जेव्हा फोटॉन पडतो, तेव्हा दुसरा फोटॉन उत्सर्जित करून इलेक्ट्रॉनचे खालच्या स्तरावर जबरदस्तीने संक्रमण होऊ शकते.

डीसी

बाह्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड (इन्सिडेंट फोटॉन) च्या प्रभावाखाली फोटॉनच्या उत्सर्जनासह अणूमधील इलेक्ट्रॉनच्या वरच्या उर्जेच्या पातळीपासून खालच्या पातळीपर्यंतच्या संक्रमणास रेडिएशन म्हणतात.सक्ती किंवा प्रेरित .

उत्तेजित उत्सर्जनाचे गुणधर्म:

प्राथमिक आणि दुय्यम फोटॉनची समान वारंवारता आणि टप्पा;

प्रसाराची समान दिशा;

समान ध्रुवीकरण.

परिणामी, उत्तेजित उत्सर्जन दोन एकसारखे जुळे फोटॉन तयार करतात.

डीसी

2. सक्रिय माध्यमांचा वापर.

ज्या माध्यमात अर्ध्याहून कमी अणू उत्तेजित अवस्थेत असतात अशा पदार्थाची अवस्था म्हणतात.ऊर्जा पातळीची सामान्य लोकसंख्या असलेले राज्य . ही पर्यावरणाची सामान्य स्थिती आहे.

डीसी

ज्या वातावरणात अर्ध्याहून अधिक अणू उत्तेजित अवस्थेत असतात त्याला म्हणतातऊर्जा पातळीच्या व्यस्त लोकसंख्येसह सक्रिय माध्यम . (स्लाइड 9)

उर्जा पातळीच्या व्यस्त लोकसंख्येच्या माध्यमात, प्रकाश लहरी वाढवली जाते. हे एक सक्रिय वातावरण आहे.

प्रकाशाच्या तीव्रतेची तुलना हिमस्खलनाच्या वाढीशी केली जाऊ शकते.

डीसी

सक्रिय माध्यम प्राप्त करण्यासाठी, तीन-स्तरीय प्रणाली वापरली जाते.

तिसऱ्या स्तरावर, प्रणाली अगदी थोडक्यात जगते, त्यानंतर ती उत्स्फूर्तपणे राज्य ई मध्ये जाते 2 फोटॉन उत्सर्जन न करता. राज्यातून संक्रमण2 एका राज्यात 1 लेझरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या फोटॉनच्या उत्सर्जनासह.

मध्यम व्युत्क्रम स्थितीत जाण्याच्या प्रक्रियेला म्हणतातपंप केलेले . बर्याचदा, प्रकाश विकिरण (ऑप्टिकल पंपिंग), इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज, विद्युत प्रवाह आणि रासायनिक प्रतिक्रियांचा वापर यासाठी केला जातो. उदाहरणार्थ, शक्तिशाली दिवा चमकल्यानंतर, सिस्टम स्थितीत जाते3 , राज्यात अल्प कालावधीनंतर2 , ज्यामध्ये तो तुलनेने बराच काळ जगतो. त्यामुळे स्तरावर जास्त लोकसंख्या निर्माण होते2 .

डीसी

3. सकारात्मक अभिप्राय.

लेसरमधील लाइट ॲम्प्लीफिकेशन मोडमधून जनरेशन मोडवर जाण्यासाठी, फीडबॅक वापरला जातो.

फीडबॅक ऑप्टिकल रेझोनेटर वापरून चालते, जे सहसा समांतर आरशांची जोडी असते. (स्लाइड 11)

वरच्या पातळीपासून खालच्या स्तरापर्यंत उत्स्फूर्त संक्रमणांपैकी एकाचा परिणाम म्हणून एक फोटॉन दिसतो. आरशांपैकी एकाकडे जाताना, फोटॉनमुळे फोटॉनचे हिमस्खलन होते. आरशातून परावर्तित झाल्यानंतर, फोटॉनचा हिमस्खलन विरुद्ध दिशेने सरकतो, ज्यामुळे सर्व नवीन अणू एकाच वेळी फोटॉन उत्सर्जित करतात. जोपर्यंत अस्तित्वात आहे तोपर्यंत ही प्रक्रिया सुरू राहीलव्यस्त लोकसंख्या पातळी

व्यस्त लोकसंख्या ऊर्जा पातळी - पर्यावरणाची असंतुलित स्थिती, ज्यामध्ये ऊर्जेच्या वरच्या पातळीवर स्थित कणांची (अणू, रेणू) संख्या, म्हणजे, उत्तेजित अवस्थेत, कमी ऊर्जा स्तरांवर असलेल्या कणांच्या संख्येपेक्षा जास्त असते. .

सक्रिय घटक

पंपिंग

पंपिंग

ऑप्टिकल रेझोनेटर

पार्श्व दिशांना हलणारे प्रकाश प्रवाह लक्षणीय ऊर्जा मिळविण्यासाठी वेळ न देता सक्रिय घटक द्रुतपणे सोडतात. रेझोनेटरच्या अक्षावर प्रसारित होणारी प्रकाश लहर अनेक वेळा वाढविली जाते. आरशांचा तळ अर्धपारदर्शक बनविला जातो आणि त्यातून लेसर लहर वातावरणात जाते.

डीसी

4. रुबी लेसर .

रुबी लेसरचा मुख्य भाग आहेरुबी रॉड. रुबी अणूंनी बनलेली असतेअलआणि ओअणूंच्या मिश्रणासहक्र. हे क्रोमियमचे अणू आहे जे रुबीला त्याचा रंग देतात आणि मेटास्टेबल स्थिती असते.

डीसी

गॅस-डिस्चार्ज दिव्याची एक ट्यूब, ज्याला म्हणतातपंप दिवा . दिवा थोडक्यात चमकतो आणि पंपिंग होते.

रुबी लेसर स्पंदित मोडमध्ये कार्य करते. इतर प्रकारचे लेसर आहेत: गॅस, सेमीकंडक्टर... ते सतत मोडमध्ये ऑपरेट करू शकतात.

डीसी

5. लेसर रेडिएशनचे गुणधर्म :

सर्वात शक्तिशाली प्रकाश स्रोत;

सूर्याचा P = 10 4 W/cm 2 , लेसरचा P = 10 14 W/cm 2 .

अपवादात्मक एकरंगीपणा (मोनोक्रोमॅटिक लाटा – एका विशिष्ट आणि काटेकोरपणे स्थिर वारंवारतेच्या अवकाशीय अमर्यादित लाटा) ;

कोन विचलन खूप कमी प्रमाणात देते;

सुसंगतता ( त्या अनेक दोलन किंवा लहरी प्रक्रियांची वेळ आणि जागेत समन्वित घटना) .

DC3

लेसर ऑपरेशनसाठी

पंपिंग सिस्टम आवश्यक आहे. म्हणजेच, आपण अणू किंवा अणुप्रणालीला काही ऊर्जा देऊ, नंतर, बोहरच्या 2 रा सूत्रानुसार, अणू मोठ्या प्रमाणात उर्जेसह उच्च पातळीवर जाईल. पुढील कार्य म्हणजे अणूला त्याच्या मागील स्तरावर परत करणे, तर ते ऊर्जा म्हणून फोटॉन उत्सर्जित करते.

पुरेशा दिवा शक्तीसह, बहुतेक क्रोमियम आयन उत्तेजित स्थितीत हस्तांतरित केले जातात.

अणूंचे उत्तेजित अवस्थेत रूपांतर करण्यासाठी लेसरच्या कार्यरत शरीराला ऊर्जा प्रदान करण्याच्या प्रक्रियेला पंपिंग म्हणतात.

या प्रकरणात उत्सर्जित फोटॉनमुळे अतिरिक्त फोटॉनचे उत्तेजित उत्सर्जन होऊ शकते, ज्यामुळे उत्तेजित उत्सर्जन होईल)

DC15

लेसर ऑपरेशनचा भौतिक आधार ही घटना आहे. घटनेचे सार हे आहे की उत्तेजित फोटॉन दुसर्या फोटॉनच्या प्रभावाखाली त्याचे शोषण न करता उत्सर्जित करण्यास सक्षम आहे, जर नंतरचे उर्जेतील फरक समान असेल.

मेसर उत्सर्जित करतो मायक्रोवेव्ह, आकार - क्ष-किरण , आणि गॅसर - गॅमा विकिरण.

DC16

मेसर - क्वांटम जनरेटर उत्सर्जन

सेंटीमीटर श्रेणीतील सुसंगत विद्युत चुंबकीय लहरी (मायक्रोवेव्ह).

मासर्सचा वापर तंत्रज्ञानामध्ये (विशेषतः, अंतराळ संप्रेषणामध्ये), भौतिक संशोधनात आणि मानक वारंवारतेचे क्वांटम जनरेटर म्हणून केला जातो.

डीसी

उलट (क्ष-किरण लेसर) - उत्तेजित उत्सर्जनाच्या प्रभावावर आधारित, एक्स-रे श्रेणीतील सुसंगत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा स्त्रोत. हे लेसरचे शॉर्ट-वेव्ह ॲनालॉग आहे.

डीसी

सुसंगत क्ष-किरण किरणोत्सर्गाच्या अनुप्रयोगांमध्ये दाट प्लाझ्मा, क्ष-किरण मायक्रोस्कोपी, फेज-रिझोल्यूशन मेडिकल इमेजिंग, सामग्रीच्या पृष्ठभागाचा शोध आणि शस्त्रे यांचा समावेश होतो. सॉफ्ट एक्स-रे लेसर प्रोपल्शन लेसर म्हणून काम करू शकते.

डीसी

गॅसर क्षेत्रात काम चालू आहे, कारण प्रभावी पंपिंग प्रणाली तयार केली गेली नाही.

उद्योगांच्या संपूर्ण यादीमध्ये लेझरचा वापर केला जातो :

6. लेसरचा वापर : (स्लाइड १६)

रेडिओ खगोलशास्त्रामध्ये जास्तीत जास्त अचूकतेसह (प्रकाश लोकेटर) सौर यंत्रणेतील अंतर निर्धारित करण्यासाठी;

धातू प्रक्रिया (कटिंग, वेल्डिंग, वितळणे, ड्रिलिंग);

स्केलपेलऐवजी शस्त्रक्रियेमध्ये (उदाहरणार्थ, नेत्ररोगशास्त्रात);

त्रिमितीय प्रतिमा (होलोग्राफी) प्राप्त करण्यासाठी;

संप्रेषण (विशेषत: अंतराळात);

रेकॉर्डिंग आणि माहिती संग्रहित करणे;

रासायनिक प्रतिक्रियांमध्ये;

आण्विक अणुभट्टीमध्ये थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया पार पाडण्यासाठी;

आण्विक शस्त्र.

डीसी

अशा प्रकारे, क्वांटम जनरेटरने मानवजातीच्या दैनंदिन जीवनात घट्टपणे प्रवेश केला आहे, ज्यामुळे त्या वेळी दाबलेल्या अनेक समस्यांचे निराकरण करणे शक्य झाले आहे.

क्वांटम जनरेटर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक दोलन तयार करण्यासाठी मायक्रोसिस्टम - अणू, रेणू, आयन - अंतर्गत ऊर्जा वापरतात.

क्वांटम जनरेटरला लेसर देखील म्हणतात. लेसर हा शब्द क्वांटम जनरेटरसाठी इंग्रजी नावाच्या प्रारंभिक अक्षरांपासून बनलेला आहे - उत्तेजित रेडिएशन तयार करून एक प्रकाश ॲम्प्लीफायर.

क्वांटम जनरेटरच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत खालीलप्रमाणे आहे. पदार्थाच्या ऊर्जेच्या रचनेचा विचार करताना, असे दिसून आले की सूक्ष्म कणांच्या (अणू, रेणू, आयन, इलेक्ट्रॉन) ऊर्जेतील बदल सतत होत नाहीत, परंतु स्वतंत्रपणे - क्वांटा नावाच्या भागांमध्ये (लॅटिन क्वांटिम - मात्रा) मध्ये.

सूक्ष्म प्रणाली ज्यामध्ये प्राथमिक कण एकमेकांशी संवाद साधतात त्यांना क्वांटम सिस्टम म्हणतात.

क्वांटम सिस्टीमचे एका ऊर्जा अवस्थेतून दुसऱ्या स्थितीत संक्रमण हे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक उर्जेच्या क्वांटम उत्सर्जन किंवा शोषणासह असते. hv: E 2 - Ei=hv, कुठे इ १ आणि इ २ - ऊर्जा अवस्था: h - प्लँकचे स्थिर; v - वारंवारता.

हे ज्ञात आहे की अणू आणि रेणूसह कोणत्याही प्रणालीची सर्वात स्थिर स्थिती ही सर्वात कमी ऊर्जा असलेली अवस्था आहे. म्हणून, प्रत्येक प्रणाली सर्वात कमी उर्जेसह राज्य व्यापते आणि राखते. परिणामी, सामान्य स्थितीत, इलेक्ट्रॉन केंद्रकाच्या सर्वात जवळच्या कक्षेत फिरतो. अणूच्या या अवस्थेला ग्राउंड किंवा स्थिर म्हणतात.

बाह्य घटकांच्या प्रभावाखाली - हीटिंग, लाइटिंग, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड - अणूची ऊर्जा स्थिती बदलू शकते.

जर एखादा अणू, उदाहरणार्थ, हायड्रोजनचा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डशी संवाद साधला तर तो ऊर्जा शोषून घेतो. इ २ -E 1 = hv आणि त्याचे इलेक्ट्रॉन उच्च उर्जा पातळीकडे जाते. अणूच्या या अवस्थेला उत्तेजित म्हणतात. एक अणू त्यात काही फार कमी काळ राहू शकतो, ज्याला उत्तेजित अणूचे जीवनकाल म्हणतात. यानंतर, इलेक्ट्रॉन खालच्या स्तरावर परत येतो, म्हणजेच जमिनीच्या स्थिर अवस्थेत, उत्सर्जित ऊर्जा क्वांटम - फोटॉनच्या रूपात अतिरिक्त ऊर्जा सोडून देतो.

बाह्य प्रभावाशिवाय उत्तेजित अवस्थेतून ग्राउंड अवस्थेत क्वांटम प्रणालीच्या संक्रमणादरम्यान इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक उर्जेचे उत्सर्जन उत्स्फूर्त किंवा उत्स्फूर्त असे म्हणतात. उत्स्फूर्त उत्सर्जनात, फोटॉन यादृच्छिक वेळी, अनियंत्रित दिशेने, अनियंत्रित ध्रुवीकरणासह उत्सर्जित केले जातात. म्हणूनच त्याला असंगत म्हणतात.

तथापि, बाह्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या प्रभावाखाली, उत्तेजित अवस्थेतील अणूचे आयुष्य संपण्यापूर्वीच इलेक्ट्रॉनला खालच्या उर्जा पातळीवर परत आणता येते. जर, उदाहरणार्थ, दोन फोटॉन उत्तेजित अणूवर कार्य करतात, तर काही विशिष्ट परिस्थितीत अणूचे इलेक्ट्रॉन खालच्या स्तरावर परत येते, फोटॉनच्या रूपात क्वांटम उत्सर्जित करते. या प्रकरणात, तिन्ही फोटॉनमध्ये रेडिएशनचे सामाईक टप्पा, दिशा आणि ध्रुवीकरण असते. परिणामी, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनची ऊर्जा वाढते.

बाह्य इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या प्रभावाखाली जेव्हा त्याची उर्जा पातळी कमी होते तेव्हा क्वांटम सिस्टमद्वारे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक उर्जेचे उत्सर्जन होते त्याला सक्ती, प्रेरित किंवा उत्तेजित म्हणतात.

प्रेरित रेडिएशन बाह्य रेडिएशनसह वारंवारता, टप्पा आणि दिशा यांमध्ये एकरूप होते. म्हणून अशा रेडिएशनला सुसंगत (सुसंगतता - लॅटिन कोजेरेन्टिया - एकसंध, कनेक्शन) म्हणतात.

बाह्य क्षेत्राची उर्जा प्रणालीचे संक्रमण कमी उर्जा स्तरावर उत्तेजित करण्यासाठी खर्च होत नसल्याने, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड वर्धित केले जाते आणि उत्सर्जित क्वांटमच्या उर्जेच्या मूल्याने त्याची उर्जा वाढते. या घटनेचा उपयोग क्वांटम उपकरणांचा वापर करून दोलन वाढवण्यासाठी आणि निर्माण करण्यासाठी केला जातो.

सध्या, सेमीकंडक्टर सामग्रीपासून लेझर बनवले जातात.

सेमीकंडक्टर लेसर हे सेमीकंडक्टर उपकरण आहे ज्यामध्ये ऑप्टिकल रेंजमध्ये विद्युत उर्जा थेट रेडिएशन एनर्जीमध्ये रूपांतरित केली जाते.

लेसर कार्य करण्यासाठी, म्हणजे, लेसरने इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक दोलन तयार करण्यासाठी, त्याच्या पदार्थात उत्तेजित कणांपेक्षा जास्त उत्तेजित कण असणे आवश्यक आहे.

परंतु सेमीकंडक्टरच्या सामान्य स्थितीत, कोणत्याही तापमानात उच्च उर्जा स्तरावर, इलेक्ट्रॉनची संख्या खालच्या पातळीपेक्षा कमी असते. म्हणून, त्याच्या सामान्य स्थितीत, एक अर्धसंवाहक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ऊर्जा शोषून घेतो.

एका विशिष्ट स्तरावर इलेक्ट्रॉनच्या उपस्थितीला स्तराची लोकसंख्या म्हणतात.

अर्धसंवाहक स्थिती ज्यामध्ये खालच्या पातळीपेक्षा उच्च ऊर्जा स्तरावर जास्त इलेक्ट्रॉन असतात त्याला लोकसंख्या उलट अवस्था म्हणतात. उलटी लोकसंख्या विविध प्रकारे तयार केली जाऊ शकते: p-n जंक्शनवर थेट स्विच करताना चार्ज वाहकांच्या इंजेक्शनचा वापर करून, सेमीकंडक्टरला प्रकाशाने विकिरण करून इ.

उर्जा स्त्रोत, लोकसंख्येचा उलथापालथ तयार करून, पदार्थामध्ये आणि नंतर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करून कार्य करते. उलटी लोकसंख्या असलेल्या सेमीकंडक्टरमध्ये, उत्तेजित उत्सर्जन मिळू शकते, कारण त्यात मोठ्या संख्येने उत्तेजित इलेक्ट्रॉन असतात जे त्यांची ऊर्जा सोडू शकतात.

जर उलटी लोकसंख्या असलेला अर्धसंवाहक विद्युत चुंबकीय दोलनांसह विकिरणित केला जातो ज्याची वारंवारता उर्जा पातळींमधील संक्रमण वारंवारतेच्या बरोबरीची असते, तर वरच्या स्तरावरील इलेक्ट्रॉन फोटॉन उत्सर्जित करून खालच्या स्तरावर जाण्यास भाग पाडतात. या प्रकरणात, उत्तेजित सुसंगत उत्सर्जन होते. ती वाढवली जाते. अशा उपकरणामध्ये सकारात्मक फीडबॅक सर्किट तयार करून, आम्ही लेसर प्राप्त करतो - ऑप्टिकल श्रेणीतील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक दोलनांचा एक स्वयं-ऑसिलेटर.

लेझरच्या निर्मितीसाठी, गॅलियम आर्सेनाइड बहुतेकदा वापरला जातो, ज्यामधून एक मिलीमीटरच्या काही दशांश बाजूंनी एक घन बनविला जातो.

धडा 4. ट्रान्समिटर फ्रिक्वेन्सीचे स्थिरीकरण

बाल्टिक राज्य तांत्रिक विद्यापीठ
"Voenmekh" नाव दिले. डी. एफ. उस्टिनोव्हा
विभाग I4
"रेडिओ-इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली"

सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी आणि रूपांतरित करण्यासाठी उपकरणे
विषयावर अभ्यासक्रम
« क्वांटम जनरेटर »

पूर्ण झाले:
पेरेडेल्स्की ओलेग
गट I471
तपासले:
तारासोव ए.आय.

सेंट पीटर्सबर्ग
2010

1. परिचय
हा पेपर क्वांटम जनरेटरच्या ऑपरेशनची तत्त्वे, जनरेटर सर्किट्स, त्यांची डिझाइन वैशिष्ट्ये, जनरेटरच्या वारंवारता स्थिरतेचे मुद्दे आणि क्वांटम जनरेटरमधील मॉड्यूलेशनच्या तत्त्वांची चर्चा करतो.
1.1 सामान्य माहिती
क्वांटम जनरेटरचे ऑपरेटिंग तत्त्व अणू किंवा पदार्थाच्या रेणूंसह उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डच्या परस्परसंवादावर आधारित आहे. ते लक्षणीय उच्च वारंवारता आणि उच्च स्थिरतेच्या दोलनांच्या निर्मितीस परवानगी देतात.
क्वांटम जनरेटर वापरून, अचूकतेमध्ये सर्व विद्यमान मानकांपेक्षा जास्त वारंवारता मानके तयार करणे शक्य आहे. दीर्घकालीन वारंवारता स्थिरता, i.e. दीर्घ कालावधीतील स्थिरता 10 -9 - 10 -10 असा अंदाज आहे आणि अल्पकालीन स्थिरता (मिनिटे) 10 -11 पर्यंत पोहोचू शकते.

सध्या मध्येआजकाल, क्वांटम ऑसीलेटर्सचा वापर वेळ सेवा प्रणालींमध्ये वारंवारता मानक म्हणून मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. विविध रेडिओ सिस्टीमच्या उपकरणे प्राप्त करण्यासाठी वापरलेले क्वांटम ॲम्प्लीफायर्स उपकरणांची संवेदनशीलता लक्षणीयरीत्या वाढवू शकतात आणि अंतर्गत आवाजाची पातळी कमी करू शकतात.
क्वांटम जनरेटरच्या वैशिष्ट्यांपैकी एक, जे त्यांची जलद सुधारणा निर्धारित करते, ऑप्टिकल श्रेणीसह, अगदी उच्च फ्रिक्वेन्सीवर प्रभावीपणे कार्य करण्याची त्यांची क्षमता आहे, म्हणजे, जवळजवळ 10 9 च्या ऑर्डरच्या फ्रिक्वेन्सीपर्यंत. MHz
ऑप्टिकल रेंज जनरेटर लाइट बीममध्ये उच्च रेडिएशन डायरेक्टिव्हिटी आणि उच्च ऊर्जा घनता प्राप्त करणे शक्य करतात (सुमारे 10 12 -10 13 W/M 2 ) आणि एक प्रचंड वारंवारता श्रेणी, मोठ्या प्रमाणात माहिती प्रसारित करण्यास अनुमती देते.
संप्रेषण, स्थान आणि नेव्हिगेशन सिस्टममध्ये ऑप्टिकल रेंज जनरेटरचा वापर संप्रेषणांची श्रेणी आणि विश्वासार्हता, श्रेणी आणि कोनातील रडार सिस्टमचे निराकरण तसेच उच्च-परिशुद्धता नेव्हिगेशन सिस्टम तयार करण्याच्या शक्यतांमध्ये लक्षणीय वाढ करण्यासाठी नवीन शक्यता उघडतो.
ऑप्टिकल रेंज जनरेटरचा वापर वैज्ञानिक संशोधनात केला जातो
संशोधन आणि उद्योग. अरुंद बीममध्ये ऊर्जेची अत्यंत उच्च एकाग्रता हे शक्य करते, उदाहरणार्थ, सर्वात कठीण खनिज, डायमंडसह सुपरहार्ड मिश्र धातु आणि खनिजांमध्ये अगदी लहान व्यासाची छिद्रे जाळणे.
क्वांटम जनरेटर सहसा वेगळे केले जातात:

सक्रिय पदार्थाच्या स्वरूपानुसार (घन किंवा वायू), क्वांटम घटना ज्यामध्ये उपकरणांचे कार्य निर्धारित करते.
ऑपरेटिंग वारंवारता श्रेणीनुसार (सेंटीमीटर आणि मिलीमीटर श्रेणी, ऑप्टिकल श्रेणी - स्पेक्ट्रमचे इन्फ्रारेड आणि दृश्यमान भाग)
सक्रिय पदार्थाच्या उत्तेजनाच्या पद्धतीद्वारे किंवा ऊर्जा पातळीद्वारे रेणूंचे पृथक्करण.

ऑपरेटिंग वारंवारता श्रेणीवर आधारित, क्वांटम जनरेटर विभागले जातात मासर्सआणि लेसर. नाव maser- "किरणोत्सार MASER च्या उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे मायक्रोवेव्ह प्रवर्धन" या वाक्यांशाचे संक्षिप्त रूप. नाव लेसर- "लेसर रेडिएशनच्या उत्तेजित उत्सर्जनाद्वारे प्रकाश प्रवर्धन" या वाक्यांशाचे संक्षिप्त रूप

1.2 निर्मितीचा इतिहास
मॅसरच्या निर्मितीचा इतिहास 1917 मध्ये सुरू झाला पाहिजे, जेव्हा अल्बर्ट आइनस्टाइनने उत्तेजित उत्सर्जनाची संकल्पना प्रथम मांडली. लेसरच्या दिशेने टाकलेले हे पहिले पाऊल होते. पुढचे पाऊल सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ व्ही.ए. एका निर्मात्याने 1939 मध्ये उत्तेजित उत्सर्जन वापरून इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन जेव्हा ते पदार्थातून जाते तेव्हा वाढवण्याची शक्यता दर्शविली. व्यक्त केलेले विचार व्ही.ए. फॅब्रिकंटने, पातळीच्या व्यस्त लोकसंख्येसह मायक्रोसिस्टमचा वापर गृहीत धरला. नंतर, महान देशभक्त युद्धाच्या समाप्तीनंतर, व्ही.ए. फॅब्रिकंट या कल्पनेकडे परत आला आणि त्याच्या संशोधनाच्या आधारे, 1951 मध्ये (एम. एम. वुडिन्स्की आणि एफए बुटाएवा एकत्र) उत्तेजित उत्सर्जन वापरून रेडिएशन वाढवण्याच्या पद्धतीच्या शोधासाठी अर्ज सादर केला. या अर्जासाठी एक प्रमाणपत्र जारी करण्यात आले होते, ज्यामध्ये “शोधाचा विषय” या शीर्षकाखाली असे लिहिले आहे: “विद्युत चुंबकीय विकिरण (अतिनील, दृश्यमान, इन्फ्रारेड आणि रेडिओ तरंगलांबी) वाढवण्याची एक पद्धत, ज्यामध्ये प्रवर्धित विकिरण हे वैशिष्ट्यपूर्ण आहे. अशा माध्यमातून उत्तीर्ण होते ज्यामध्ये, सहाय्यक किरणोत्सर्गाच्या मदतीने किंवा अन्य मार्गाने, ते समतोल स्थितीच्या तुलनेत उत्तेजित अवस्थेशी संबंधित उच्च उर्जा स्तरांवर अणू, इतर कण किंवा त्यांच्या प्रणालींचे अतिरिक्त एकाग्रता तयार करतात.
सुरुवातीला, रेडिएशन वाढवण्याची ही पद्धत रेडिओ श्रेणीमध्ये किंवा अधिक अचूकपणे अल्ट्राहाय फ्रिक्वेंसी रेंजमध्ये (मायक्रोवेव्ह श्रेणी) लागू केली गेली. मे 1952 मध्ये, रेडिओ स्पेक्ट्रोस्कोपीवरील ऑल-युनियन कॉन्फरन्समध्ये, सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ (आताचे शिक्षणतज्ज्ञ) एन.जी. बसोव आणि ए.एम. प्रोखोरोव्ह यांनी मायक्रोवेव्ह श्रेणीमध्ये रेडिएशन ॲम्प्लिफायर तयार करण्याच्या मूलभूत शक्यतेवर एक अहवाल तयार केला. त्यांनी त्याला “मॉलेक्युलर जनरेटर” म्हटले (त्यात अमोनिया रेणूंचा तुळई वापरणे अपेक्षित होते). जवळजवळ एकाच वेळी, मिलिमीटर लहरी वाढवण्यासाठी आणि निर्माण करण्यासाठी उत्तेजित उत्सर्जन वापरण्याचा प्रस्ताव अमेरिकेतील कोलंबिया विद्यापीठात अमेरिकन भौतिकशास्त्रज्ञ चार्ल्स टाउन्स यांनी मांडला होता. 1954 मध्ये, एक आण्विक ऑसीलेटर, ज्याला लवकरच मेसर म्हटले जाते, एक वास्तविकता बनली. हे स्वतंत्रपणे आणि एकाच वेळी जगात दोन ठिकाणी विकसित आणि तयार केले गेले - P.N. भौतिकशास्त्र संस्थेत. यूएसएसआरची लेबेडेव्ह अकादमी ऑफ सायन्सेस (एन. जी. बसोव आणि ए.एम. प्रोखोरोव्ह यांच्या नेतृत्वाखालील गट) आणि यूएसए मधील कोलंबिया विद्यापीठात (सी. टाउन्स यांच्या नेतृत्वाखालील गट). त्यानंतर, "लेसर" हा शब्द "एम" (मायक्रोवेव्ह - मायक्रोवेव्ह या शब्दाचा प्रारंभिक अक्षर) "एल" (लाइट - या शब्दाचे प्रारंभिक अक्षर) सह पुनर्स्थित केल्यामुळे "माझर" या शब्दावरून आला. प्रकाश). मेसर आणि लेसर या दोन्हींचे ऑपरेशन एकाच तत्त्वावर आधारित आहे - 1951 मध्ये व्ही.ए. निर्माता. मेसर दिसणे म्हणजे विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाची एक नवीन दिशा जन्माला आली. सुरुवातीला याला क्वांटम रेडिओफिजिक्स असे म्हणतात आणि नंतर ते क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स म्हणून ओळखले जाऊ लागले.

2. क्वांटम जनरेटरची ऑपरेटिंग तत्त्वे.

क्वांटम जनरेटरमध्ये, विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, अणू किंवा रेणूंच्या अंतर्गत उर्जेचे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या ऊर्जेमध्ये थेट रूपांतरण दिसून येते. हे ऊर्जा परिवर्तन क्वांटम संक्रमणांच्या परिणामी उद्भवते - उर्जेच्या क्वांटा (भाग) च्या प्रकाशनासह ऊर्जा संक्रमणे.
बाह्य प्रभावाच्या अनुपस्थितीत, पदार्थाच्या रेणूंमध्ये (किंवा अणू) उर्जेची देवाणघेवाण होते. काही रेणू इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक स्पंदने उत्सर्जित करतात, उच्च ऊर्जा पातळीपासून खालच्या पातळीवर जातात, तर काही त्यांना शोषून घेतात, उलट संक्रमण करतात. सर्वसाधारणपणे, स्थिर परिस्थितीत, मोठ्या संख्येने रेणू असलेली प्रणाली डायनॅमिक समतोलमध्ये असते, म्हणजे. ऊर्जेच्या सततच्या देवाणघेवाणीच्या परिणामी, उत्सर्जित ऊर्जेचे प्रमाण शोषलेल्या रकमेइतके असते.
ऊर्जा पातळीची लोकसंख्या, म्हणजे. वेगवेगळ्या स्तरांवर स्थित अणू किंवा रेणूंची संख्या पदार्थाच्या तापमानाद्वारे निर्धारित केली जाते. डब्ल्यू 1 आणि डब्ल्यू 2 ऊर्जा असलेल्या स्तर N 1 आणि N 2 ची लोकसंख्या बोल्टझमन वितरणाद्वारे निर्धारित केली जाते:

(1)

कुठे k- बोल्टझमन स्थिरांक;
ट- पदार्थाचे परिपूर्ण तापमान.

थर्मल समतोल स्थितीत, क्वांटम सिस्टममध्ये उच्च उर्जा पातळीवर कमी रेणू असतात, आणि म्हणून ते उत्सर्जित करत नाहीत, परंतु बाह्य विकिरणांच्या संपर्कात असतानाच ऊर्जा शोषून घेतात. त्याच वेळी, रेणू (किंवा अणू) उच्च ऊर्जा पातळीकडे जातात.
आण्विक ऑसीलेटर्स आणि ॲम्प्लिफायर्समध्ये जे ऊर्जा पातळी दरम्यान संक्रमणे वापरतात, स्पष्टपणे कृत्रिम परिस्थिती निर्माण करणे आवश्यक आहे ज्या अंतर्गत उच्च ऊर्जा पातळीची लोकसंख्या जास्त असेल. या प्रकरणात, विशिष्ट वारंवारतेच्या बाह्य उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डच्या प्रभावाखाली, क्वांटम संक्रमणाच्या वारंवारतेच्या जवळ, उच्च ते निम्न ऊर्जा पातळीच्या संक्रमणाशी संबंधित तीव्र रेडिएशन पाहिले जाऊ शकते. बाह्य क्षेत्रामुळे होणाऱ्या अशा विकिरणांना प्रेरित विकिरण म्हणतात.
क्वांटम ट्रान्झिशन फ्रिक्वेंसी (या फ्रिक्वेंसीला रेझोनंट फ्रिक्वेन्सी म्हणतात) शी संबंधित मूलभूत वारंवारतेचे बाह्य उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्ड केवळ तीव्र उत्तेजित रेडिएशनचे कारण बनत नाही तर वैयक्तिक रेणूंच्या रेडिएशनचे टप्पे देखील करते, जे कंपनांची जोड आणि प्रवर्धन प्रभावाचे प्रकटीकरण प्रदान करते.
क्वांटम संक्रमणाची स्थिती जेव्हा वरच्या स्तराची लोकसंख्या खालच्या संक्रमण पातळीच्या लोकसंख्येपेक्षा जास्त असते तेव्हा त्याला उलटे म्हणतात.
उच्च उर्जा पातळी (लोकसंख्या उलथापालथ) ची उच्च लोकसंख्या मिळविण्याचे अनेक मार्ग आहेत.
अमोनियासारख्या वायू पदार्थांमध्ये, बाह्य स्थिर विद्युत क्षेत्राचा वापर करून रेणूंना वेगवेगळ्या ऊर्जा स्थितींमध्ये वेगळे (क्रमवारी) करणे शक्य आहे.
घन पदार्थांमध्ये, असे वेगळे करणे कठीण आहे, म्हणून रेणूंच्या उत्तेजनाच्या विविध पद्धती वापरल्या जातात, म्हणजे. बाह्य उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डसह विकिरणाने ऊर्जा स्तरांवर रेणूंचे पुनर्वितरण करण्याच्या पद्धती.

पातळीच्या लोकसंख्येतील बदल (स्तरांच्या लोकसंख्येचा उलथापालथ) पुरेशा तीव्रतेच्या रेझोनंट फ्रिक्वेन्सीच्या उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डसह स्पंदित विकिरणाने तयार केला जाऊ शकतो. पल्स कालावधीच्या योग्य निवडीसह (नाडीचा कालावधी विश्रांतीच्या वेळेपेक्षा खूपच कमी असावा, म्हणजे डायनॅमिक समतोल पुनर्संचयित करण्याची वेळ), विकिरणानंतर काही काळ बाह्य उच्च-वारंवारता सिग्नल वाढवणे शक्य आहे.
सर्वात सोयीस्कर उत्तेजनाची पद्धत, सध्या जनरेटरमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते, बाह्य उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डसह विकिरण करण्याची पद्धत आहे, जी व्युत्पन्न केलेल्या कंपनांपेक्षा वारंवारतेमध्ये लक्षणीय भिन्न असते, ज्याच्या प्रभावाखाली ऊर्जा स्तरांवर रेणूंचे आवश्यक पुनर्वितरण होते.
बहुतेक क्वांटम जनरेटरचे ऑपरेशन तीन किंवा चार ऊर्जा स्तरांच्या वापरावर आधारित आहे (जरी तत्त्वतः भिन्न संख्येचा स्तर वापरला जाऊ शकतो). आपण असे गृहीत धरू की निर्मिती पातळीपासून प्रेरित संक्रमणामुळे होते 3 प्रति स्तर 2 (चित्र 1 पहा).
सक्रिय पदार्थ संक्रमण वारंवारता वाढविण्यासाठी क्रमाने 3 -> 2, लोकसंख्या पातळी करणे आवश्यक आहे 3 लोकसंख्या पातळी वर 2. हे कार्य सहाय्यक उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डद्वारे वारंवारता सह केले जाते ? vsp जे स्तरावरून काही रेणू “फेकतात” 1 प्रति स्तर 3. क्वांटम सिस्टीमच्या काही पॅरामीटर्स आणि पुरेशा सहाय्यक रेडिएशन पॉवरसह लोकसंख्या उलथापालथ शक्य आहे.
उच्च उर्जा पातळीची लोकसंख्या वाढवण्यासाठी सहायक उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्ड तयार करणाऱ्या जनरेटरला पंप किंवा बॅकलाइट जनरेटर म्हणतात. शेवटची संज्ञा दृश्यमान आणि जनरेटरशी संबंधित आहे इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा ज्यामध्ये प्रकाश स्रोत पंपिंगसाठी वापरले जातात.
अशा प्रकारे, क्वांटम जनरेटरचे प्रभावी ऑपरेशन करण्यासाठी, सक्रिय पदार्थ निवडणे आवश्यक आहे ज्यामध्ये ऊर्जा पातळीची एक विशिष्ट प्रणाली आहे ज्यामध्ये ऊर्जा संक्रमण होऊ शकते आणि उत्तेजित होण्याची किंवा वेगळे करण्याची सर्वात योग्य पद्धत निवडणे देखील आवश्यक आहे. ऊर्जा पातळी मध्ये रेणू.

आकृती 1. ऊर्जा संक्रमणांचे आकृती
क्वांटम जनरेटर मध्ये

3. क्वांटम जनरेटरचे सर्किट
क्वांटम जनरेटर आणि ॲम्प्लीफायर्स त्यांच्यामध्ये वापरल्या जाणार्या सक्रिय पदार्थाच्या प्रकारानुसार ओळखले जातात. सध्या, मुख्यतः दोन प्रकारचे क्वांटम उपकरण विकसित केले गेले आहेत, जे वायू आणि घन सक्रिय पदार्थ वापरतात.
तीव्र प्रेरित रेडिएशन करण्यास सक्षम.

3.1 ऊर्जा स्तरांद्वारे रेणूंचे पृथक्करण असलेले आण्विक जनरेटर.

प्रथम वायू सक्रिय पदार्थ असलेल्या क्वांटम जनरेटरचा विचार करूया, ज्यामध्ये इलेक्ट्रिक वापरून फील्ड, उच्च आणि निम्न ऊर्जा स्तरांवर स्थित रेणूंचे पृथक्करण (क्रमवारी) केले जाते. या प्रकारच्या क्वांटम ऑसिलेटरला सहसा आण्विक बीम ऑसिलेटर म्हणतात.

आकृती 2. अमोनिया बीम वापरून आण्विक जनरेटरचे आकृती
1 - अमोनियाचा स्त्रोत; 2- जाळी; 3 - डायाफ्राम; 4 - रेझोनेटर; 5 - वर्गीकरण साधन

व्यावहारिकरित्या अंमलात आणलेल्या आण्विक जनरेटरमध्ये, अमोनिया वायू (रासायनिक सूत्र NH 3) वापरला जातो, ज्यामध्ये विविध ऊर्जा पातळींमधील संक्रमणाशी संबंधित आण्विक विकिरण खूप स्पष्ट आहे. अतिउच्च वारंवारता श्रेणीमध्ये, वारंवारतेशी संबंधित ऊर्जा संक्रमणादरम्यान सर्वात तीव्र विकिरण दिसून येते f n= 23,870 MHz ( ? n=1.26 सेमी). वायू स्थितीत अमोनियावर कार्यरत जनरेटरचे सरलीकृत आकृती आकृती 2 मध्ये दर्शविले आहे.
उपकरणाचे मुख्य घटक, आकृती 2 मधील ठिपकेदार रेषांमध्ये दर्शविलेले, काही प्रकरणांमध्ये द्रव नायट्रोजनसह थंड केलेल्या एका विशेष प्रणालीमध्ये ठेवलेले असतात, जे सक्रिय पदार्थाचे कमी तापमान आणि कमी आवाज पातळी आणि उच्च पातळी मिळविण्यासाठी आवश्यक असलेले सर्व घटक सुनिश्चित करते. जनरेटर वारंवारता स्थिरता.
अमोनियाचे रेणू अतिशय कमी दाबाने जलाशय सोडतात, पाराच्या मिलिमीटरच्या युनिटमध्ये मोजले जातात.
रेखांशाच्या दिशेने जवळजवळ समांतर हलणाऱ्या रेणूंचा तुळई मिळविण्यासाठी, अमोनिया मोठ्या संख्येने अरुंद अक्षीय निर्देशित वाहिन्यांसह डायाफ्राममधून जातो. रेणूंच्या सरासरी मुक्त मार्गाच्या तुलनेत या वाहिन्यांचा व्यास खूपच लहान असल्याचे निवडले आहे. रेणूंच्या हालचालीचा वेग कमी करण्यासाठी आणि म्हणूनच, टक्कर आणि उत्स्फूर्त, म्हणजे, अस्थिर, किरणोत्सर्गामुळे चढउतार आवाजाची शक्यता कमी करण्यासाठी, डायफ्राम द्रव हेलियम किंवा नायट्रोजनसह थंड केला जातो.
रेणूंच्या टक्कर होण्याची शक्यता कमी करण्यासाठी, तापमान कमी होण्याच्या मार्गावर जाऊ शकत नाही, परंतु दबाव कमी होण्याच्या मार्गाने जाऊ शकतो, तथापि, यामुळे रेझोनेटरमधील रेणूंची संख्या कमी होईल जे एकाच वेळी उच्च-फ्रिक्वेंसी क्षेत्राशी संवाद साधतात. नंतरचे, आणि रेझोनेटरच्या उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डला उत्तेजित रेणूंनी दिलेली शक्ती कमी होईल.
आण्विक जनरेटरमध्ये सक्रिय पदार्थ म्हणून वायूचा वापर करण्यासाठी, दिलेल्या तापमानात गतिशील समतोलाद्वारे निर्धारित केलेल्या त्यांच्या संख्येच्या तुलनेत उच्च ऊर्जा स्तरावर स्थित रेणूंची संख्या वाढवणे आवश्यक आहे.
या प्रकारच्या जनरेटरमध्ये, तथाकथित क्वाड्रपोल कॅपेसिटर वापरून आण्विक बीममधून कमी ऊर्जा पातळीच्या रेणूंचे वर्गीकरण करून हे साध्य केले जाते.
क्वाड्रपोल कॅपेसिटर एका विशेष प्रोफाइलच्या (आकृती 3a) चार धातूच्या अनुदैर्ध्य रॉड्सद्वारे तयार केला जातो, जो जोड्यांमध्ये एकाद्वारे उच्च-व्होल्टेज रेक्टिफायरशी जोडलेला असतो, ज्याची क्षमता समान असते परंतु चिन्हात बदलते. जनरेटरच्या रेखांशाच्या अक्षावर अशा कॅपेसिटरचे परिणामी विद्युत क्षेत्र प्रणालीच्या सममितीमुळे शून्याच्या बरोबरीचे असते आणि समीप असलेल्या रॉड्स (आकृती 3b) दरम्यानच्या जागेत त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचते.

आकृती 3. क्वाड्रपोल कॅपेसिटर सर्किट

रेणूंचे वर्गीकरण करण्याची प्रक्रिया पुढीलप्रमाणे होते. हे स्थापित केले गेले आहे की विद्युत क्षेत्रामध्ये स्थित रेणू त्यांच्या अंतर्गत उर्जामध्ये वाढत्या विद्युत क्षेत्राच्या सामर्थ्याने बदलतात आणि वरच्या पातळीची ऊर्जा वाढते (आकृती 4).

आकृती 4. विद्युत क्षेत्राच्या सामर्थ्यावर ऊर्जा पातळीचे अवलंबन:

उच्च ऊर्जा पातळी
ऊर्जा पातळी कमी

या घटनेला स्टार्क इफेक्ट म्हणतात. स्टार्क इफेक्टमुळे, अमोनियाचे रेणू, क्वाड्रपोल कॅपेसिटरच्या क्षेत्रात फिरताना, त्यांची उर्जा कमी करण्याचा प्रयत्न करतात, म्हणजे अधिक स्थिर स्थिती प्राप्त करतात, वेगळे केले जातात: वरच्या उर्जेचे रेणूपातळी मजबूत विद्युत क्षेत्राचा प्रदेश सोडतात, म्हणजे, ते कॅपेसिटरच्या अक्षाकडे जातात, जेथे फील्ड शून्य असते आणि खालच्या पातळीचे रेणू, त्याउलट, मजबूत क्षेत्राच्या प्रदेशात जातात, म्हणजेच, ते कॅपेसिटरच्या अक्षापासून दूर जातात, नंतरच्या प्लेट्सच्या जवळ जातात. परिणामी, आण्विक बीम केवळ कमी उर्जा पातळीच्या रेणूंपासून मोठ्या प्रमाणात मुक्त होत नाही, तर ते चांगले केंद्रित देखील होते.
सॉर्टिंग यंत्रातून गेल्यानंतर, आण्विक बीम जनरेटरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ऊर्जा संक्रमणाच्या वारंवारतेनुसार रेझोनेटरमध्ये प्रवेश करतो. f n= 23,870 MHz .
पोकळी रेझोनेटरच्या उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डमुळे ऊर्जेच्या वरच्या पातळीपासून खालच्या पातळीवर संक्रमणाशी संबंधित रेणूंचे उत्तेजित उत्सर्जन होते. जर रेणूंद्वारे उत्सर्जित होणारी उर्जा रेझोनेटरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ऊर्जेइतकी असेल आणि बाह्य लोडमध्ये हस्तांतरित केली गेली असेल, तर सिस्टममध्ये स्थिर दोलन प्रक्रिया स्थापित केली जाते आणि विचाराधीन उपकरण वारंवारता-स्थिर दोलनांचे जनरेटर म्हणून वापरले जाऊ शकते.

जनरेटरमध्ये दोलन स्थापित करण्याची प्रक्रिया खालीलप्रमाणे पुढे जाते.
रेझोनेटरमध्ये प्रवेश करणारे रेणू, जे प्रामुख्याने वरच्या उर्जेच्या पातळीवर असतात, उत्स्फूर्तपणे (उत्स्फूर्तपणे) खालच्या स्तरावर संक्रमण करतात, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक उर्जेच्या उर्जेचे प्रमाण उत्सर्जित करतात आणि रेझोनेटरला उत्तेजित करतात. सुरुवातीला, रेझोनेटरची ही उत्तेजना खूपच कमकुवत आहे, कारण रेणूंचे ऊर्जा संक्रमण यादृच्छिक आहे. रेझोनेटरचे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड, बीमच्या रेणूंवर कार्य करते, प्रेरित संक्रमणास कारणीभूत ठरते, ज्यामुळे रेझोनेटरचे क्षेत्र वाढते. अशा प्रकारे, हळूहळू वाढत असताना, रेझोनेटर फील्ड वाढत्या प्रमाणात आण्विक बीमवर प्रभाव टाकेल आणि प्रेरित संक्रमणादरम्यान सोडलेली ऊर्जा रेझोनेटर फील्डला मजबूत करेल. दोलनांची तीव्रता वाढवण्याची प्रक्रिया संपृक्तता येईपर्यंत चालूच राहील, या टप्प्यावर रेझोनेटर फील्ड इतके मोठे असेल की रेझोनेटरमधून रेणूंच्या उत्तीर्णतेच्या वेळी ते केवळ वरच्या पातळीपासून खालच्या स्तरापर्यंत प्रेरित संक्रमणास कारणीभूत ठरणार नाही, तर विद्युत चुंबकीय उर्जेच्या शोषणाशी संबंधित अंशतः उलट संक्रमण देखील. या प्रकरणात, अमोनिया रेणूंद्वारे सोडलेली शक्ती यापुढे वाढत नाही आणि म्हणूनच, कंपनांच्या मोठेपणामध्ये आणखी वाढ करणे अशक्य होते. स्थिर जनरेशन मोड स्थापित केला आहे.
म्हणून, हे रेझोनेटरची साधी उत्तेजना नाही, परंतु अभिप्रायासह एक स्वयं-दोलन प्रणाली आहे, जी रेझोनेटरच्या उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डद्वारे चालविली जाते. रेझोनेटरमधून उडणाऱ्या रेणूंचे रेडिएशन उच्च-फ्रिक्वेंसी फील्डला उत्तेजित करते, ज्यामुळे रेणूंचे उत्तेजित उत्सर्जन, या किरणोत्सर्गाचा टप्पा आणि सुसंगतता निश्चित होते.
ज्या प्रकरणांमध्ये स्वयं-उत्तेजनाची परिस्थिती पूर्ण होत नाही (उदाहरणार्थ, रेझोनेटरमधून जाणाऱ्या आण्विक प्रवाहाची घनता अपुरी आहे), हे उपकरण खूप कमी पातळीच्या अंतर्गत आवाजासह ॲम्प्लिफायर म्हणून वापरले जाऊ शकते. अशा उपकरणाचा फायदा आण्विक प्रवाह घनता बदलून समायोजित केला जाऊ शकतो.
आण्विक जनरेटरच्या पोकळी रेझोनेटरमध्ये एक अतिशय उच्च दर्जाचा घटक असतो, हजारो मध्ये मोजला जातो. अशा उच्च गुणवत्तेचा घटक प्राप्त करण्यासाठी, रेझोनेटरच्या भिंती काळजीपूर्वक प्रक्रिया केल्या जातात आणि चांदी-प्लेटेड असतात. रेणूंच्या प्रवेशासाठी आणि बाहेर पडण्यासाठी छिद्र, ज्याचा व्यास खूप लहान आहे, एकाच वेळी उच्च-फ्रिक्वेंसी फिल्टर म्हणून काम करतात. ते लहान वेव्हगाइड्स आहेत, ज्याची गंभीर तरंगलांबी रेझोनेटरच्या नैसर्गिक तरंगलांबीपेक्षा कमी आहे आणि म्हणून रेझोनेटरची उच्च-वारंवारता उर्जा व्यावहारिकपणे त्यांच्यामधून बाहेर पडत नाही.
रेझोनेटरला ट्रांझिशन फ्रिक्वेंसीमध्ये बारीक-ट्यून करण्यासाठी, नंतरचे काही प्रकारचे ट्युनिंग घटक वापरतात. सर्वात सोप्या प्रकरणात, हा एक स्क्रू आहे, ज्याचे रेझोनेटरमध्ये विसर्जन केल्याने नंतरची वारंवारता किंचित बदलते.
भविष्यात, हे दर्शविले जाईल की रेझोनेटर ट्यूनिंग वारंवारता बदलते तेव्हा आण्विक ऑसीलेटरची वारंवारता थोडीशी "विलंब" होते. खरे आहे, वारंवारता विलंब लहान आहे आणि 10 -11 च्या ऑर्डरच्या मूल्यांवर अंदाज आहे, परंतु आण्विक जनरेटरवर ठेवलेल्या उच्च आवश्यकतांमुळे त्याकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकत नाही. या कारणास्तव, अनेक आण्विक जनरेटरमध्ये, फक्त डायाफ्राम आणि सॉर्टिंग सिस्टम द्रव नायट्रोजन (किंवा द्रव हवा) सह थंड केले जाते आणि रेझोनेटर थर्मोस्टॅटमध्ये ठेवले जाते, ज्यामध्ये तापमान स्वयंचलित यंत्राद्वारे स्थिर राखले जाते. अंशांच्या अपूर्णांकांची अचूकता. आकृती 5 योजनाबद्धपणे या प्रकारच्या जनरेटरचे उपकरण दर्शविते.
अमोनिया वापरून आण्विक जनरेटरची शक्ती सहसा 10 -7 पेक्षा जास्त नसते प,
म्हणून, सराव मध्ये ते प्रामुख्याने उच्च स्थिर वारंवारता मानके म्हणून वापरले जातात. अशा जनरेटरची वारंवारता स्थिरता मूल्यानुसार मोजली जाते
10 -8 – 10 -10. एका सेकंदात, जनरेटर 10 -13 च्या ऑर्डरची वारंवारता स्थिरता प्रदान करतो.
विचारात घेतलेल्या जनरेटर डिझाइनचा एक महत्त्वपूर्ण तोटा म्हणजे सतत पंपिंग आणि आण्विक प्रवाहाची देखभाल करणे आवश्यक आहे.

आकृती 5. आण्विक जनरेटरची रचना
रेझोनेटर तापमानाच्या स्वयंचलित स्थिरीकरणासह:
1- अमोनियाचा स्रोत; 2 - केशिका प्रणाली; 3- द्रव नायट्रोजन; 4 - रेझोनेटर; 5 - पाणी तापमान नियंत्रण प्रणाली; 6 - क्वाड्रपोल कॅपेसिटर.

3.2 बाह्य पंपिंगसह क्वांटम जनरेटर

विचाराधीन क्वांटम जनरेटरच्या प्रकारात, घन आणि वायू दोन्ही सक्रिय पदार्थ म्हणून वापरले जाऊ शकतात, ज्यामध्ये बाह्य उच्च-वारंवारता क्षेत्राद्वारे उत्तेजित अणू किंवा रेणूंच्या ऊर्जा-प्रेरित संक्रमणाची क्षमता स्पष्टपणे व्यक्त केली जाते. ऑप्टिकल श्रेणीमध्ये, सक्रिय पदार्थ उत्तेजित करण्यासाठी (पंप) प्रकाश किरणोत्सर्गाचे विविध स्त्रोत वापरले जातात.
ऑप्टिकल रेंज जनरेटरमध्ये अनेक सकारात्मक गुण आहेत आणि ते विविध रेडिओ कम्युनिकेशन सिस्टम, नेव्हिगेशन इत्यादींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
सेंटीमीटर- आणि मिलिमीटर-वेव्ह क्वांटम जनरेटर प्रमाणे, लेसर सहसा तीन-स्तरीय प्रणाली वापरतात, म्हणजेच सक्रिय पदार्थ ज्यामध्ये तीन ऊर्जा स्तरांमधील संक्रमण होते.
तथापि, एक वैशिष्ट्य लक्षात घेतले पाहिजे जे ऑप्टिकल श्रेणीच्या जनरेटर आणि ॲम्प्लीफायर्ससाठी सक्रिय पदार्थ निवडताना विचारात घेतले पाहिजे.
नात्यातून प 2 -डब्ल्यू 1 =h?हे खालीलप्रमाणे आहे की ऑपरेटिंग वारंवारता वाढते म्हणून? oscillators आणि amplifiers मध्ये ऊर्जेच्या पातळीत जास्त फरक वापरणे आवश्यक आहे. 2 10 7 -9 10 8 फ्रिक्वेंसी रेंजशी अंदाजे संबंधित ऑप्टिकल रेंज जनरेटरसाठी MHz(तरंगलांबी 15-0.33 mk),ऊर्जा पातळी फरक प 2 -डब्ल्यू 1 सेंटीमीटर रेंज जनरेटरपेक्षा 2-4 ऑर्डर मॅग्निट्यूड जास्त असावे.
ऑप्टिकल रेंज जनरेटरमध्ये घन आणि वायू दोन्ही सक्रिय पदार्थ म्हणून वापरले जातात.
क्रोमियम आयन (सीआर) च्या मिश्रणासह कृत्रिम माणिक मोठ्या प्रमाणात एक घन सक्रिय पदार्थ म्हणून वापरला जातो - कोरंडम क्रिस्टल्स (A1 2 O 3). रुबी व्यतिरिक्त, निओडीमियम (Nd) सह सक्रिय केलेले चष्मे, कॅल्शियम टंगस्टेटचे क्रिस्टल्स (CaWO 4) निओडीमियम आयनच्या मिश्रणासह, कॅल्शियम फ्लोराइडचे क्रिस्टल्स (CaF 2) डिस्प्रोशिअम (Dy) किंवा युरेनियम आणि इतर सामग्रीच्या मिश्रणासह. देखील मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
गॅस लेसर सामान्यत: दोन किंवा अधिक वायूंचे मिश्रण वापरतात.

3.2.1 घन सक्रिय पदार्थ असलेले जनरेटर

ऑप्टिकल रेंज जनरेटरचा सर्वात व्यापक प्रकार जनरेटर आहे ज्यामध्ये क्रोमियम (0.05%) च्या मिश्रणासह रुबी सक्रिय पदार्थ म्हणून वापरला जातो. आकृती 6 रुबीमधील क्रोमियम आयनच्या ऊर्जा पातळीच्या व्यवस्थेचे एक सरलीकृत आकृती दर्शवते. शोषण बँड ज्यावर पंप करणे (उत्तेजित) करणे आवश्यक आहे ते स्पेक्ट्रमच्या हिरव्या आणि निळ्या भागांशी संबंधित आहेत (तरंगलांबी 5600 आणि 4100A). सामान्यतः, गॅस-डिस्चार्ज झेनॉन दिवा वापरून पंपिंग केले जाते, ज्याचा उत्सर्जन स्पेक्ट्रम सूर्याच्या जवळ असतो. क्रोमियम आयन, हिरवा आणि निळा प्रकाशाचे फोटॉन शोषून घेतात, ते स्तर I पासून स्तर III आणि IV वर जातात. या स्तरांतील काही उत्तेजित आयन जमिनीच्या अवस्थेकडे (पातळी I पर्यंत) परत येतात आणि त्यापैकी बहुतेक ऊर्जा उत्सर्जित न करता मेटास्टेबल पातळी P वर जातात, ज्यामुळे नंतरची लोकसंख्या वाढते. क्रोमियम आयन जे लेव्हल II वर गेले आहेत ते या उत्तेजित अवस्थेत दीर्घकाळ राहतात. म्हणून, दुसऱ्या स्तरावर
स्तर I पेक्षा मोठ्या संख्येने सक्रिय कण जमा करणे शक्य आहे. जेव्हा स्तर II ची लोकसंख्या पातळी I च्या लोकसंख्येपेक्षा जास्त असते, तेव्हा पदार्थ II-I संक्रमणाच्या वारंवारतेवर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक दोलन वाढविण्यास सक्षम असतो. एखादा पदार्थ रेझोनेटरमध्ये ठेवल्यास, दृश्यमान स्पेक्ट्रमच्या लाल भागात सुसंगत, एकरंगी कंपने निर्माण करणे शक्य होते. (? = 6943 ए ). ऑप्टिकल रेंजमध्ये रेझोनेटरची भूमिका एकमेकांच्या समांतर परावर्तित पृष्ठभागांद्वारे केली जाते.

आकृती 6. रुबीमध्ये क्रोमियम आयनची ऊर्जा पातळी

ऑप्टिकल पंपिंग अंतर्गत शोषण बँड
नॉन-रेडिएटिव्ह संक्रमणे
मेटास्टेबल पातळी

लेसर स्वयं-उत्तेजनाची प्रक्रिया आण्विक जनरेटरप्रमाणेच गुणात्मकपणे पुढे जाते. काही उत्तेजित क्रोमियम आयन उत्स्फूर्तपणे (उत्स्फूर्तपणे) स्तर I वर स्थानांतरित होतात, फोटॉन उत्सर्जित करतात. परावर्तित पृष्ठभागावर लंबवत पसरणारे फोटॉन अनेक परावर्तन अनुभवतात आणि वारंवार सक्रिय माध्यमांतून जातात आणि त्यात वाढतात. दोलनांची तीव्रता स्थिर मूल्यापर्यंत वाढते.
स्पंदित मोडमध्ये, रुबी जनरेटरच्या रेडिएशन पल्सच्या लिफाफामध्ये मायक्रोसेकंदच्या दहाव्या क्रमाने आणि अनेक मायक्रोसेकंदांच्या ऑर्डरच्या कालावधीसह (चित्र 7,) अल्पकालीन चमकांचे वैशिष्ट्य असते व्ही).
जनरेटर रेडिएशनचे शिथिल (अधूनमधून) स्वरूप पंपिंगमुळे स्तर II वर आयन आगमनाच्या वेगवेगळ्या दरांद्वारे स्पष्ट केले जाते आणि स्तर II ते स्तर I पर्यंत प्रेरित संक्रमणादरम्यान त्यांची संख्या कमी होते.
आकृती 7 ऑसिलोग्राम दर्शविते जे गुणात्मकपणे प्रक्रियेचे स्पष्टीकरण देतात
रुबी लेसर मध्ये पिढी. पंप रेडिएशनच्या प्रभावाखाली (चित्र 7, अ)उत्तेजित आयनांचे संचय स्तर II वर होते. काही काळानंतर लोकसंख्या एन 2 थ्रेशोल्ड मूल्य ओलांडेल आणि जनरेटरची स्वयं-उत्तेजना शक्य होईल. सुसंगत उत्सर्जनाच्या काळात, पंपिंगमुळे लेव्हल II आयनची भरपाई प्रेरित संक्रमणांच्या परिणामी त्यांच्या वापरापेक्षा मागे राहते आणि पातळी II ची लोकसंख्या कमी होते. या प्रकरणात, किरणोत्सर्ग एकतर झपाट्याने कमकुवत होते किंवा थांबते (या प्रकरणात जसे) जोपर्यंत पंपिंगमुळे, पातळी II थ्रेशोल्ड (चित्र 7, बी) पेक्षा जास्त मूल्यापर्यंत समृद्ध होते आणि दोलनांची उत्तेजना पुन्हा शक्य होते. विचारात घेतलेल्या प्रक्रियेच्या परिणामी, लेसर आउटपुटवर अल्प-मुदतीच्या चमकांची मालिका पाहिली जाईल (चित्र 7, c).

आकृती 7. रूबी लेसरच्या ऑपरेशनचे स्पष्टीकरण देणारे ऑसिलोग्राम:
अ) पंपिंग स्त्रोताची शक्ती
b) स्तर II लोकसंख्या
c) जनरेटर आउटपुट पॉवर

रुबी व्यतिरिक्त, इतर पदार्थ ऑप्टिकल रेंज जनरेटरमध्ये वापरले जातात, उदाहरणार्थ, कॅल्शियम टंगस्टेट क्रिस्टल आणि निओडीमियम-सक्रिय ग्लास.
कॅल्शियम टंगस्टेट क्रिस्टलमधील निओडीमियम आयनच्या ऊर्जा पातळीची सरलीकृत रचना आकृती 8 मध्ये दर्शविली आहे.
पंपिंग दिव्याच्या प्रकाशाच्या प्रभावाखाली, स्तर I मधील आयन आकृती III मध्ये दर्शविलेल्या उत्तेजित स्थितींमध्ये हस्तांतरित केले जातात. मग ते रेडिएशन शिवाय लेव्हल II मेटास्टेबल असतात आणि त्यावर उत्तेजित आयन जमा होतात. तरंगलांबीसह इन्फ्रारेड श्रेणीतील सुसंगत विकिरण ?= 1,06 mkजेव्हा आयन पातळी II वरून IV स्तरावर जातात तेव्हा उद्भवते. पातळी IV ते ग्राउंड अवस्थेपर्यंतचे संक्रमण रेडिएशनशिवाय आयनद्वारे पूर्ण केले जाते. किरणोत्सर्ग होतो हे तथ्य
जेव्हा आयन पातळी IV वर जातात, जे जमिनीच्या पातळीच्या वर असते, ते लक्षणीय असते
जनरेटरची उत्तेजना सुलभ करते. पातळी IV ची लोकसंख्या पातळी P पेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी आहे [हे सूत्र 1 वरून येते] आणि अशा प्रकारे, स्तर II पर्यंत उत्तेजनाचा उंबरठा गाठण्यासाठी, कमी आयन हस्तांतरित करणे आवश्यक आहे आणि म्हणून कमी पंपिंग ऊर्जा खर्च करणे आवश्यक आहे.

आकृती 8. कॅल्शियम टंगस्टेट (CaWO) मधील निओडीमियम आयन पातळीची सरलीकृत रचना 4 )

निओडीमियमसह डोप केलेल्या ग्लासमध्ये देखील समान ऊर्जा पातळी आकृती आहे. सक्रिय काच वापरून लेझर समान तरंगलांबी = 1.06 मायक्रॉन?
सक्रिय सॉलिड्स लांब गोल (कमी वेळा आयताकृती) रॉड्सच्या स्वरूपात बनवले जातात, ज्याचे टोक काळजीपूर्वक पॉलिश केले जातात आणि विशेष डायलेक्ट्रिक मल्टीलेयर फिल्म्सच्या रूपात त्यांना प्रतिबिंबित कोटिंग्ज लावले जातात. समांतर-समांतर भिंती एक रेझोनेटर बनवतात ज्यामध्ये उत्सर्जित दोलनांच्या एकाधिक परावर्तनाची व्यवस्था स्थापित केली जाते (स्थायी लहरींच्या शासनाच्या जवळ), ज्यामुळे प्रेरित रेडिएशन वाढते आणि त्याची सुसंगतता सुनिश्चित होते. रेझोनेटर बाह्य आरशांद्वारे देखील तयार केला जाऊ शकतो.
मल्टीलेअर डायलेक्ट्रिक मिररमध्ये कमी आंतरिक शोषण असते आणि ते रेझोनेटरचा उच्च गुणवत्तेचा घटक प्राप्त करणे शक्य करतात. चांदीच्या किंवा इतर धातूच्या पातळ थराने तयार झालेल्या धातूच्या आरशांच्या तुलनेत, बहुस्तरीय डायलेक्ट्रिक मिरर तयार करणे अधिक कठीण आहे, परंतु टिकाऊपणामध्ये ते खूपच श्रेष्ठ आहेत. अनेक चमकांनंतर धातूचे आरसे अयशस्वी होतात आणि म्हणूनच आधुनिक लेसर मॉडेल्समध्ये वापरले जात नाहीत.
पहिल्या लेसर मॉडेल्समध्ये सर्पिल-आकाराचे स्पंदित झेनॉन दिवे पंपिंग स्त्रोत म्हणून वापरले गेले. दिव्याच्या आत सक्रिय पदार्थाची रॉड होती.
या जनरेटर डिझाइनचा एक गंभीर तोटा म्हणजे पंपिंग स्त्रोताच्या प्रकाश उर्जेचा कमी वापर दर. ही कमतरता दूर करण्यासाठी, जनरेटर विशेष लेन्स किंवा रिफ्लेक्टर वापरून पंपिंग स्त्रोताच्या प्रकाश उर्जेवर लक्ष केंद्रित करतात. दुसरी पद्धत सोपी आहे. परावर्तक सामान्यतः लंबवर्तुळाकार सिलेंडरच्या स्वरूपात बनविला जातो.
आकृती 9 रुबी ऑसिलेटरचे सर्किट दाखवते. बॅकलाइट दिवा, पल्स मोडमध्ये कार्यरत, लंबवर्तुळाकार परावर्तकाच्या आत स्थित आहे जो दिव्याच्या प्रकाशाला रुबी रॉडवर केंद्रित करतो. दिवा उच्च-व्होल्टेज रेक्टिफायरद्वारे समर्थित आहे. डाळींमधील मध्यांतरांमध्ये, उच्च-व्होल्टेज स्त्रोताची ऊर्जा सुमारे 400 क्षमतेच्या कॅपेसिटरमध्ये जमा होते. आयसीएफ. 15 च्या व्होल्टेजसह प्रारंभिक इग्निशन पल्स लागू करण्याच्या क्षणी kV, स्टेप-अप ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम विंडिंगमधून काढून टाकल्यावर, दिवा उजळतो आणि हाय-व्होल्टेज रेक्टिफायरच्या कॅपेसिटरमध्ये जमा झालेली उर्जा संपेपर्यंत जळत राहते.
पंपिंग पॉवर वाढवण्यासाठी, रुबी रॉडभोवती अनेक झेनॉन दिवे लावले जाऊ शकतात, ज्याचा प्रकाश रिफ्लेक्टर वापरून रुबी रॉडवर केंद्रित केला जातो.
अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या एक साठी. 23.10 जनरेटर थ्रेशोल्ड पंपिंग ऊर्जा, म्हणजेच ज्या ऊर्जापासून निर्मिती सुरू होते ती सुमारे 150 आहे जे. आकृतीवर दर्शविलेल्या संचयन क्षमतेसह सह = 400 आयसीएफ अशी ऊर्जा 900 च्या ऑर्डरच्या स्त्रोत व्होल्टेजवर प्रदान केली जाते IN.

आकृती 9. पंपिंग दिव्याच्या प्रकाशावर लक्ष केंद्रित करण्यासाठी लंबवर्तुळाकार परावर्तक असलेले रुबी ऑसिलेटर:

परावर्तक
इग्निशन सर्पिल
झेनॉन दिवा
रुबी

पंपिंग स्त्रोतांचा स्पेक्ट्रम क्रिस्टलच्या उपयुक्त शोषण बँडपेक्षा खूपच विस्तृत आहे या वस्तुस्थितीमुळे, पंपिंग स्त्रोताची उर्जा फारच खराब वापरली जाते आणि म्हणून पुरेशी प्रदान करण्यासाठी स्त्रोताची शक्ती लक्षणीयरीत्या वाढवणे आवश्यक आहे. एका अरुंद अवशोषण बँडमध्ये निर्मितीसाठी उर्जा पंप करणे. स्वाभाविकच, यामुळे क्रिस्टलच्या तापमानात जोरदार वाढ होते. जास्त गरम होण्यापासून रोखण्यासाठी, आपण फिल्टर वापरू शकता ज्यांची बँडविड्थ सक्रिय पदार्थाच्या शोषण बँडशी जुळते किंवा क्रिस्टलसाठी सक्तीने शीतकरण प्रणाली वापरू शकता, उदाहरणार्थ, द्रव नायट्रोजन वापरणे.
पंप ऊर्जेचा अकार्यक्षम वापर हे लेसरच्या तुलनेने कमी कार्यक्षमतेचे मुख्य कारण आहे. पल्स मोडमध्ये रुबीवर आधारित जनरेटर 1% च्या ऑर्डरची कार्यक्षमता प्राप्त करणे शक्य करतात, काचेवर आधारित जनरेटर - 3-5% पर्यंत.
रुबी लेसर प्रामुख्याने स्पंदित मोडमध्ये कार्य करतात. रुबी क्रिस्टल आणि पंपिंग स्त्रोतांच्या परिणामी ओव्हरहाटिंग, तसेच आरशांच्या बर्नआउटमुळे सतत मोडमध्ये संक्रमण मर्यादित आहे.
सेमीकंडक्टर मटेरियल वापरून लेसरवर संशोधन सध्या सुरू आहे. ते सक्रिय घटक म्हणून गॅलियम आर्सेनाइडपासून बनविलेले अर्धसंवाहक डायोड वापरतात, ज्याचे उत्तेजन (पंपिंग) प्रकाश उर्जेद्वारे नाही तर डायोडमधून उत्तीर्ण झालेल्या उच्च-घनतेच्या प्रवाहाद्वारे चालते.
लेसर सक्रिय घटकाची रचना अगदी सोपी आहे (चित्र 10 पहा) यात अर्धसंवाहक साहित्याचे दोन भाग असतात. आर- आणि n-प्रकार. एन-टाइप मटेरियलचा खालचा अर्धा भाग p-प्रकार मटेरियलच्या वरच्या अर्ध्या भागापासून विमानाद्वारे विभक्त केला जातो р-n संक्रमण. प्रत्येक प्लेट डायोडला पंपिंग स्त्रोताशी जोडण्यासाठी संपर्कासह सुसज्ज आहे, जो थेट वर्तमान स्त्रोत आहे. डायोडचे शेवटचे चेहरे, काटेकोरपणे समांतर आणि काळजीपूर्वक पॉलिश केलेले, 8400 A च्या तरंगलांबीशी संबंधित व्युत्पन्न दोलनांच्या वारंवारतेनुसार एक रेझोनेटर तयार करतात. डायोडचे परिमाण 0.1 आहेत. x ०.१ x 1,25 मिमी. डायोड द्रव नायट्रोजन किंवा हीलियमसह क्रायस्टॅटमध्ये ठेवला जातो आणि त्यातून पंप प्रवाह जातो, ज्याची घनता р-n संक्रमण 10 4 -10 6 a/cm 2 च्या मूल्यांपर्यंत पोहोचते या प्रकरणात, च्या तरंगलांबीसह इन्फ्रारेड श्रेणीचे सुसंगत दोलन ? = 8400A.

आकृती 10. सेमीकंडक्टर डायोड लेसरच्या सक्रिय घटकाची रचना.

पॉलिश कडा
संपर्क
pn जंक्शन विमान
संपर्क

सेमीकंडक्टरमधील उर्जा क्वांटाचे उत्सर्जन शक्य आहे जेव्हा इलेक्ट्रॉन कंडक्शन बँडमधून व्हॅलेन्स बँडमधील मुक्त स्तरांवर जातात - उच्च उर्जा पातळीपासून खालच्या पातळीकडे. या प्रकरणात, दोन वर्तमान वाहक "गायब" - एक इलेक्ट्रॉन आणि एक छिद्र.
जेव्हा ऊर्जा क्वांटम शोषले जाते, तेव्हा एक इलेक्ट्रॉन व्हॅलेन्स बँडमधून वहन बँडकडे जातो आणि दोन वर्तमान वाहक तयार होतात.
दोलनांचे प्रवर्धन (तसेच निर्मिती) शक्य होण्यासाठी, ऊर्जा शोषणासह संक्रमणांच्या तुलनेत ऊर्जा रिलीझसह संक्रमणांची संख्या जास्त असणे आवश्यक आहे. हे सेमीकंडक्टर डायोडमध्ये हेवीली डोप केलेले आहे आर- आणि n-क्षेत्रे जेव्हा त्यावर फॉरवर्ड व्होल्टेज लागू केला जातो, आकृती 10 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. जेव्हा जंक्शन फॉरवर्ड दिशेने पक्षपाती असतो, तेव्हापासून इलेक्ट्रॉन n-क्षेत्रांमध्ये पसरतात p-प्रदेश या इलेक्ट्रॉन्समुळे, वहन बँडची लोकसंख्या झपाट्याने वाढते आर-कंडक्टर, आणि ते व्हॅलेन्स बँडमधील इलेक्ट्रॉनच्या एकाग्रतेपेक्षा जास्त असू शकते.
पासून राहील च्या प्रसार आर- व्ही n-प्रदेश
वाहकांचे प्रसरण लहान खोलीपर्यंत (काही मायक्रॉनच्या क्रमाने) होत असल्याने, अर्धसंवाहक डायोडच्या शेवटच्या भागाचा संपूर्ण पृष्ठभाग रेडिएशनमध्ये भाग घेत नाही, परंतु केवळ इंटरफेसच्या समतल भागाला लागून असतो. आर- आणि n-प्रदेश
या प्रकारच्या स्पंदित मोडमध्ये, द्रव हीलियममध्ये कार्यरत लेसरची शक्ती सुमारे 300 असते प सुमारे 50 च्या कालावधीसह एनएस आणि सुमारे 15 प कालावधी 1 सह mks. सतत मोडमध्ये, आउटपुट पॉवर 10-20 पर्यंत पोहोचू शकते mW सुमारे 50 च्या पंप पॉवरसह mW.
दोलनांचे उत्सर्जन तेव्हापासूनच होते जेव्हा जंक्शनमधील वर्तमान घनता थ्रेशोल्ड मूल्यापर्यंत पोहोचते, जे आर्सेनिक गॅलियमसाठी सुमारे 10 4 असते. a/cm 2 . एक लहान क्षेत्र निवडून अशी उच्च घनता प्राप्त केली जाते р-n संक्रमणे सहसा अनेक अँपिअर्सच्या ऑर्डरच्या डायोडद्वारे प्रवाहाशी संबंधित असतात.

3.2.2 वायू सक्रिय पदार्थ असलेले जनरेटर

ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटरमध्ये, सक्रिय पदार्थ सामान्यतः दोन वायूंचे मिश्रण असतो. हेलियम (He) आणि निऑन (Ne) यांचे मिश्रण वापरून गॅस लेसर हे सर्वात सामान्य आहे.
हेलियम आणि निऑनच्या ऊर्जा पातळीचे स्थान आकृती 11 मध्ये दर्शविले आहे. गॅस लेसरमधील क्वांटम संक्रमणाचा क्रम खालीलप्रमाणे आहे. उच्च-फ्रिक्वेंसी जनरेटरच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक दोलनांच्या प्रभावाखाली, क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूबमध्ये बंद असलेल्या वायू मिश्रणात विद्युत डिस्चार्ज होतो, ज्यामुळे हेलियम अणूंचे भू-स्थिती I पासून राज्य II (2 3 S) आणि III पर्यंत संक्रमण होते. (2 1 एस). जेव्हा उत्तेजित हेलियम अणू निऑन अणूंशी टक्कर घेतात, तेव्हा त्यांच्यामध्ये उर्जेची देवाणघेवाण होते, परिणामी उत्तेजित हेलियम अणू निऑन अणूंमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करतात आणि निऑनच्या 2S आणि 3S पातळीची लोकसंख्या लक्षणीय वाढते.
इ.................

क्वांटम जनरेटर

क्वांटम जनरेटर- अणू आणि रेणूंच्या उत्तेजित उत्सर्जनाच्या आधारावर कार्यरत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या स्त्रोतांसाठी एक सामान्य नाव. क्वांटम जनरेटर किती तरंगलांबी उत्सर्जित करतो यावर अवलंबून, त्याला वेगळ्या प्रकारे म्हटले जाऊ शकते: लेसर, मेसर, रेझर, गॅसर.

निर्मितीचा इतिहास

एक क्वांटम जनरेटर ए. आइन्स्टाईनने प्रस्तावित केलेल्या उत्तेजित उत्सर्जनाच्या तत्त्वावर आधारित आहे: जेव्हा क्वांटम प्रणाली उत्तेजित होते आणि त्याच वेळी क्वांटम संक्रमणाशी संबंधित वारंवारतेचे रेडिएशन असते, तेव्हा सिस्टममध्ये उडी मारण्याची संभाव्यता आधीच अस्तित्वात असलेल्या रेडिएशन फोटॉनच्या घनतेच्या प्रमाणात कमी ऊर्जा पातळी वाढते. या आधारावर क्वांटम जनरेटर तयार करण्याची शक्यता सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञ व्ही.ए. फॅब्रिकंट यांनी 40 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात दर्शविली होती.

साहित्य

लँड्सबर्ग जी.एस. प्राथमिक भौतिकशास्त्र पाठ्यपुस्तक. खंड 3. दोलन आणि लाटा. ऑप्टिक्स. अणु आणि आण्विक भौतिकशास्त्र. - १९८५.

हर्मन जे., विल्हेल्मी बी. "लेझर्स फॉर द जनरेशन ऑफ अल्ट्राशॉर्ट लाइट पल्स" - 1986.

विकिमीडिया फाउंडेशन. 2010.

• Notker Stutterer
• पुनर्संश्लेषण

इतर शब्दकोशांमध्ये "क्वांटम जनरेटर" काय आहे ते पहा:

क्वांटम जनरेटर- इलेक्ट्रिक जनरेटर मॅग लाटा, ज्यामध्ये उत्तेजित उत्सर्जनाची घटना वापरली जाते (पहा क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स). के. जी. रेडिओ रेंज, तसेच क्वांटम ॲम्प्लिफायर. maser प्रथम K. g 1955 मध्ये मायक्रोवेव्ह श्रेणीमध्ये तयार केले गेले. त्यातील सक्रिय माध्यम ... भौतिक विश्वकोश

क्वांटम जनरेटर- सुसंगत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा स्त्रोत, ज्याची क्रिया अणू, आयन आणि रेणूंद्वारे फोटॉनच्या उत्तेजित उत्सर्जनावर आधारित आहे. रेडिओ श्रेणीतील क्वांटम जनरेटरला मासर्स म्हणतात, ऑप्टिकल श्रेणीतील क्वांटम जनरेटर... ... मोठा विश्वकोशीय शब्दकोश

क्वांटम जनरेटर- उत्तेजित उत्सर्जन आणि अभिप्रायाच्या वापरावर आधारित सुसंगत रेडिएशनचा स्त्रोत. टीप क्वांटम जनरेटर सक्रिय पदार्थाच्या प्रकारानुसार, उत्तेजनाची पद्धत आणि इतर वैशिष्ट्यांनुसार विभागले जातात, उदाहरणार्थ, बीम, गॅस... तांत्रिक अनुवादक मार्गदर्शक

क्वांटम जनरेटर- मोनोक्रोमॅटिक सुसंगत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा स्त्रोत (ऑप्टिकल किंवा रेडिओ श्रेणी), उत्तेजित अणू, रेणू, आयनच्या उत्तेजित उत्सर्जनाच्या आधारावर कार्य करते. वायू, स्फटिक... मोठा पॉलिटेक्निक एनसायक्लोपीडिया

क्वांटम जनरेटर- सुसंगत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशन निर्माण करण्यासाठी एक उपकरण. सुसंगतता ही अनेक दोलन किंवा लहरी प्रक्रियांची वेळ आणि अवकाशातील समन्वित घटना आहे, जी त्यांना जोडल्यावर प्रकट होते, उदाहरणार्थ. हस्तक्षेप झाल्यास... तंत्रज्ञानाचा विश्वकोश

क्वांटम जनरेटर- सुसंगत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनचा स्त्रोत, ज्याची क्रिया अणू, आयन आणि रेणूंद्वारे फोटॉनच्या उत्तेजित उत्सर्जनावर आधारित आहे. रेडिओ श्रेणीतील क्वांटम जनरेटरला मासर्स म्हणतात, ऑप्टिकल श्रेणीतील क्वांटम जनरेटर ... ... विश्वकोशीय शब्दकोश

क्वांटम जनरेटर- kvantinis generatorius statusas T sritis Standartizacie ir metrologija apibrėžtis electromagnetinių bangų generatorius, kurio veikimas pagrįstas sužadintųjų atomų, molekulių, jonništinio spibrėžtis. atitikmenys: engl. क्वांटम... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

क्वांटम जनरेटर- kvantinis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. क्वांटम जनरेटर व्होक. क्वांटेनजेनरेटर, m rus. क्वांटम जनरेटर, m pranc. oscillateur quantique, m … Fizikos terminų žodynas

क्वांटम जनरेटर- विद्युत चुंबकीय लहरींचा जनरेटर जो उत्तेजित उत्सर्जनाच्या घटनेचा वापर करतो (उत्तेजित उत्सर्जन पहा) (क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स पहा). अल्ट्रा-हाय फ्रिक्वेन्सीज (मायक्रोवेव्ह) च्या रेडिओ श्रेणी, तसेच याचे क्वांटम ॲम्प्लिफायर ... ... ग्रेट सोव्हिएत एनसायक्लोपीडिया

क्वांटम जनरेटर- इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक कोहेरंट रेडिएशन (ऑप्टिकल किंवा रेडिओ रेंज) चा स्त्रोत, जो उत्तेजित अणू, रेणू, आयन इत्यादींच्या प्रेरित रेडिएशनच्या घटनेचा वापर करतो. कार्बन डायऑक्साइडमध्ये कार्यरत घटक म्हणून वायू, द्रव, घन पदार्थ वापरले जातात... .. . बिग एनसायक्लोपेडिक पॉलिटेक्निक डिक्शनरी

रेडिओ श्रेणीतील क्वांटम ॲम्प्लिफायर्स आणि ऑसीलेटर्सच्या विकासात आणि संशोधनात मिळालेल्या यशाने उत्तेजित उत्सर्जनावर आधारित प्रकाश वाढवण्याच्या आणि निर्माण करण्याच्या प्रस्तावाच्या अंमलबजावणीसाठी आधार म्हणून काम केले आणि ऑप्टिकल रेंजमध्ये क्वांटम ऑसीलेटर्सची निर्मिती झाली. ऑप्टिकल क्वांटम ऑसिलेटर (OQOs) किंवा लेसर हे शक्तिशाली मोनोक्रोमॅटिक प्रकाशाचे एकमेव स्त्रोत आहेत. अणुप्रणाली वापरून प्रकाश प्रवर्धनाचे तत्त्व प्रथम 1940 मध्ये व्ही.ए. निर्माता. तथापि, ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर तयार करण्याच्या शक्यतेचे औचित्य केवळ 1958 मध्ये सी. टाउन्स आणि ए. शाव्हलोव्ह यांनी रेडिओ श्रेणीतील क्वांटम उपकरणांच्या विकासातील यशांवर आधारित दिले होते. पहिला ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर 1960 मध्ये साकारला गेला. तो एक कार्यरत पदार्थ म्हणून रुबी क्रिस्टलसह लेसर होता. त्यात लोकसंख्येच्या उलथापालथाची निर्मिती तीन-स्तरीय पंपिंगच्या पद्धतीद्वारे केली गेली, सामान्यत: पॅरामॅग्नेटिक क्वांटम ॲम्प्लीफायर्समध्ये वापरली जाते.

सध्या, अनेक भिन्न ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर विकसित केले गेले आहेत, जे कार्यरत पदार्थांमध्ये भिन्न आहेत (क्रिस्टल, चष्मा, प्लास्टिक, द्रव, वायू, अर्धसंवाहक वापरले जातात) आणि लोकसंख्या उलथापालथ तयार करण्याच्या पद्धती (ऑप्टिकल पंपिंग, वायूंमध्ये डिस्चार्ज, रासायनिक प्रतिक्रिया इ.) .

विद्यमान ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटरचे रेडिएशन मिलिमीटर लहरींच्या समीप असलेल्या स्पेक्ट्रमच्या अतिनील ते दूर अवरक्त प्रदेशापर्यंत तरंगलांबी श्रेणी व्यापते. रेडिओ श्रेणीतील क्वांटम जनरेटर प्रमाणेच, ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटरमध्ये दोन मुख्य भाग असतात: एक कार्यरत (सक्रिय) पदार्थ, ज्यामध्ये एक प्रकारे किंवा दुसर्या प्रकारे

लोकसंख्येचा उलथापालथ आणि एक प्रतिध्वनी प्रणाली तयार केली जाते (चित्र 62). नंतरचे म्हणून, फॅब्री-पेरोट इंटरफेरोमीटर प्रकाराचे ओपन रेझोनेटर लेझरमध्ये वापरले जातात, एकमेकांपासून काही अंतरावर असलेल्या दोन आरशांच्या प्रणालीद्वारे तयार केले जातात.

कार्यरत पदार्थ सक्रिय कणांच्या प्रेरित उत्सर्जनामुळे ऑप्टिकल रेडिएशन वाढवते. रेझोनंट सिस्टम, सक्रिय माध्यमाद्वारे परिणामी ऑप्टिकली प्रेरित रेडिएशनचा पुनरावृत्ती होण्यास कारणीभूत ठरते, तिच्याशी क्षेत्राचा प्रभावी परस्परसंवाद निर्धारित करते. जर आपण लेसरला सेल्फ-ऑसिलेटिंग सिस्टीम मानतो, तर रिझोनेटर सक्रिय माध्यमात मिरर दरम्यान प्रसारित होणाऱ्या किरणोत्सर्गाचा काही भाग परत केल्यामुळे सकारात्मक प्रतिक्रिया देतो. दोलन होण्यासाठी, सक्रिय माध्यमाकडून प्राप्त झालेल्या लेसरमधील शक्ती रेझोनेटरमध्ये गमावलेल्या शक्तीच्या बरोबरीची किंवा त्याहून अधिक असणे आवश्यक आहे. हे या वस्तुस्थितीशी समतुल्य आहे की प्रवर्धक माध्यम, आरशांमधून परावर्तन -/ आणि 2, मूळ क्रॉस विभागात परत गेल्यानंतर जनरेशन वेव्हची तीव्रता अपरिवर्तित राहणे किंवा प्रारंभिक मूल्यापेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे.

सक्रिय माध्यमातून जात असताना, लहरीची तीव्रता 1^ घातांक नियमानुसार बदल (संपृक्ततेकडे दुर्लक्ष करून) L, ° 1^ ezhr [ (oc,^ - b())-c ], आणि आरशातून परावर्तित झाल्यावर ते बदलते जीएकदा ( ट -गुणांक मिरर रिफ्लेक्शन), म्हणून पिढी घडण्याची स्थिती म्हणून लिहिता येते

कुठे एल - कार्यरत सक्रिय माध्यमाची लांबी; आर 1 आणि आर 2 - मिरर 1 आणि 2 चे प्रतिबिंब गुणांक; a u म्हणजे सक्रिय माध्यमाचा लाभ; b 0 - अटेन्युएशन कॉन्स्टंट, एकसमानता आणि दोषांमुळे विखुरल्यामुळे कार्यरत पदार्थातील उर्जेचे नुकसान लक्षात घेऊन.

I. ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटरचे रेझोनेटर

रेझोनंट लेसर सिस्टीम, नमूद केल्याप्रमाणे, ओपन रेझोनेटर आहेत. सध्या, सपाट आणि गोलाकार मिरर असलेले खुले रेझोनेटर मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. ओपन रेझोनेटर्सचे वैशिष्ट्य म्हणजे त्यांची भौमितिक परिमाणे तरंगलांबीपेक्षा अनेक पटीने जास्त आहेत. व्हॉल्यूमेट्रिक ओपन रेझोनेटर प्रमाणे, त्यांच्याकडे स्वतःच्या प्रकारच्या दोलनांचा एक संच असतो, ज्यामध्ये विशिष्ट फील्ड वितरणाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले जाते. त्यांना आणिस्वतःची फ्रिक्वेन्सी. ओपन रेझोनेटरच्या दोलनांचे नैसर्गिक प्रकार हे फील्ड समीकरणांचे निराकरण आहेत जे आरशावरील सीमा परिस्थिती पूर्ण करतात.

पोकळी रेझोनेटर्सची गणना करण्यासाठी अनेक पद्धती आहेत ज्यामुळे एखाद्याला स्वतःचे प्रकार शोधता येतात. L.A. Vaivestein च्या कामात ओपन रेझोनेटर्सचा एक कठोर आणि संपूर्ण सिद्धांत देण्यात आला आहे.* ए. फॉक्स आणि टी. ली यांच्या कामात ओपन रेझोनेटर्समधील दोलनांच्या प्रकारांची गणना करण्यासाठी एक दृश्य पद्धत विकसित केली गेली.

(113)

त्यात त्याचा वापर केला जातो. आरशातून अनेक परावर्तनाचा परिणाम म्हणून रेझोनेटरमध्ये दोलनांचे प्रकार स्थापित करण्याच्या प्रक्रियेचे अनुकरण करणारी संख्यात्मक गणना. सुरुवातीला, आरशांपैकी एकाच्या पृष्ठभागावर अनियंत्रित फील्ड वितरण सेट केले जाते. त्यानंतर, ह्युजेन्सच्या तत्त्वाचा वापर करून, दुसर्या मिररच्या पृष्ठभागावरील क्षेत्र वितरण मोजले जाते. शिकलेले वितरण मूळ म्हणून घेतले जाते आणि गणना पुन्हा केली जाते. अनेक प्रतिबिंबांनंतर, मिररच्या पृष्ठभागावर फील्डचे मोठेपणा आणि टप्प्याचे वितरण स्थिर मूल्याकडे झुकते, म्हणजे. प्रत्येक आरशावरील फील्ड अपरिवर्तित स्वरूपात स्वत: ची पुनरुत्पादन करत आहे. परिणामी फील्ड वितरण ओपन रेझोनेटरच्या सामान्य प्रकारचे दोलन दर्शवते.

ए. फॉक्स आणि टी. ली यांची गणना खालील किर्चहॉफ सूत्रावर आधारित आहे, जी ह्युजेन्सच्या तत्त्वाची गणितीय अभिव्यक्ती आहे, ज्यामुळे एखाद्याला निरीक्षण बिंदूवर तळ शोधता येतो. एकाही पृष्ठभागावर दिलेल्या फील्डद्वारे Sb

जेथे Eb हे S पृष्ठभागावरील B बिंदूवरील फील्ड आहे b; k-लहर क्रमांक; आर - बिंदूंमधील अंतर एआणि मध्ये; प्र - बिंदूंना जोडणाऱ्या रेषेतील कोन एआणि मध्ये,आणि पृष्ठभागावर सामान्य Sb

पासेसची संख्या जसजशी वाढते तसतसे, आरशावरील प्रवाह दर स्थिर वितरणाकडे झुकतो, ज्याचे खालीलप्रमाणे प्रतिनिधित्व केले जाऊ शकते:

कुठे V(x ,у) - एक वितरण कार्य जे आरशांच्या पृष्ठभागावरील निर्देशांकांवर अवलंबून असते आणि प्रतिबिंब ते परावर्तनात बदलत नाही;

y हा एक जटिल स्थिरांक आहे जो अवकाशीय निर्देशांकांपासून स्वतंत्र आहे.

फॉर्म्युला (112) ला अभिव्यक्तीमध्ये बदलणे (III). आम्ही अविभाज्य समीकरण प्राप्त करतो

त्यात फक्त विशिष्ट मूल्यांसाठी उपाय आहे [Gamma] = [gamma min.] म्हणतात eigenvalues, Vmn फंक्शन्स , अविभाज्य समीकरणाचे समाधान करून, रेझोनेटरच्या विविध प्रकारच्या दोलनांच्या क्षेत्राची रचना दर्शवा, ज्याला म्हणतात आडवाकंपने आणि प्रकाराचे कंपन म्हणून नियुक्त केले जातात TEMmnचिन्ह TEMरेझोनेटरमधील पाणी ट्रान्सव्हर्स इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकच्या जवळ असल्याचे सूचित करते, उदा. लहरी प्रसाराच्या दिशेने कोणतेही फील्ड घटक नसणे. निर्देशांक मीआणि n आरशाच्या बाजूने (आयताकृती आरशांसाठी) किंवा कोनाच्या बाजूने आणि त्रिज्या (गोलाकार आरशांसाठी) क्षेत्राच्या दिशेने बदलांची संख्या दर्शवा. आकृती 64 गोल मिररसह ओपन रेझोनेटर्सच्या सर्वात सोप्या ट्रान्सव्हर्स प्रकारच्या दोलनांसाठी इलेक्ट्रिक फील्ड कॉन्फिगरेशन दर्शवते. ओपन रेझोनेटर्सच्या दोलनांचे आंतरिक प्रकार केवळ फील्डच्या ट्रान्सव्हर्स वितरणाद्वारेच नव्हे तर रेझोनेटर्सच्या अक्षासह त्याच्या वितरणाद्वारे देखील वैशिष्ट्यीकृत केले जातात, जी एक स्थिर लहर आहे आणि अर्ध-लहरींच्या संख्येत भिन्न आहे. रेझोनेटरची लांबी. हे विचारात घेण्यासाठी, कंपन प्रकारांच्या पदनामात तिसरा निर्देशांक सादर केला जातो ए, रेझोनेटरच्या अक्षावर बसणाऱ्या अर्ध-लहरींची संख्या दर्शविते.

सॉलिड स्टेट ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर

सॉलिड-स्टेट ऑप्टिकल क्वांटम ऑसीलेटर्स, किंवा सॉलिड-स्टेट लेझर, क्रिस्टल्स किंवा अमोर्फस डायलेक्ट्रिक्सचा सक्रिय लाभ माध्यम म्हणून वापर करतात. कार्यरत कण, उर्जा अवस्थांमधली संक्रमणे, ज्याची निर्मिती निश्चित केली जाते, नियमानुसार, आवर्त सारणीच्या संक्रमण गटांच्या अणूंचे आयन बहुतेक वेळा असतात वापरले. सक्रिय कण कार्यरत माध्यमाच्या एकूण अणूंच्या संख्येच्या टक्केवारीचे अपूर्णांक किंवा एकके बनवतात, म्हणून ते कमकुवत एकाग्रतेचे "सोल्यूशन" तयार करतात आणि त्यामुळे एकमेकांशी फारसा संवाद साधतात. वापरलेली उर्जा पातळी म्हणजे कार्यरत कणांचे स्तर आहेत, घन पदार्थाच्या मजबूत एकसंध अंतर्गत क्षेत्राद्वारे विभाजित आणि विस्तृत केले जातात. कोरंडम (Al2O3) आणि य्ट्रियम-ॲल्युमिनियम गार्नेटचे क्रिस्टल्स बहुतेकदा सक्रिय लाभ माध्यमासाठी आधार म्हणून वापरले जातात. याग(Y3Al5O12), काचेचे विविध ब्रँड इ.

सॉलिड-स्टेट लेसरच्या कार्यरत पदार्थातील लोकसंख्येचे उलथापालथ पॅरामॅग्नेटिक ॲम्प्लीफायर्समध्ये वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतीद्वारे तयार केले जाते. हे ऑप्टिकल पंपिंग वापरून चालते, म्हणजे. उच्च-तीव्रतेच्या प्रकाश किरणोत्सर्गासाठी पदार्थाचे प्रदर्शन.

अभ्यास दर्शविल्याप्रमाणे, सॉलिड-स्टेट लेझरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सध्या अस्तित्वात असलेल्या सक्रिय माध्यमांपैकी बहुतेकांचे दोन मुख्य आदर्श उर्जेद्वारे समाधानकारक वर्णन केले जाते. योजना:तीन- आणि चार-स्तर (चित्र 71).

प्रथम तीन-स्तरीय योजनेद्वारे वर्णन केलेल्या माध्यमांमध्ये लोकसंख्या उलथापालथ तयार करण्याच्या पद्धतीचा विचार करूया (चित्र 71, अ पहा). सामान्य स्थितीत, फक्त खालच्या मुख्य स्तरावर लोकसंख्या असते 1 (स्तरांमधील ऊर्जा अंतर kT पेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त आहे), कारण संक्रमण 1->2, आणि 1->3) ऑप्टिकल श्रेणीशी संबंधित आहेत. स्तर 2 आणि 1 मधील संक्रमण कार्यरत आहे. पातळी 3 सहाय्यक आणि स्तरांच्या कार्यरत जोडीचे उलट तयार करण्यासाठी वापरले जाते. इंट्राक्रिस्टलाइन फील्डसह कार्यरत कणांच्या परस्परसंवादामुळे ते प्रत्यक्षात परवानगीयोग्य ऊर्जा मूल्यांची विस्तृत श्रेणी व्यापते.