Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Тригг Дж. -> "Физика 20 века: ключевые эксперименты" -> 92

Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.

Тригг Дж. Физика 20 века: ключевые эксперименты — М.: Мир, 1978. — 376 c.
Скачать (прямая ссылка): fizika20vekakluchevieeksperimenti1978.djvu
Предыдущая << 1 .. 86 87 88 89 90 91 < 92 > 93 94 95 96 97 98 .. 129 >> Следующая

равным 65 кГц, который обусловлен доплеровским уширением спектральной
линии, имеющим место в обычном микроволновом спектрометре типа
поглощающей ячейки. Чувствительность мазера значительно превосходила
чувствительность других спектрометров, обладавших сравнительно высоким
разрешением...
Экспериментальные результаты, полученные при работе мазера в качестве
генератора, согласуются с теорией и показывают, что излучение мазера
действительно в очень высокой степени монохроматично и в этом отношении
он значительно превосходит любой из известных источников излучения.
Колебания создавались на частотах линий переходов 3- 3 и 2 - 2 в спектре
аммиака при их инверсной заселенности. Разумеется, для работы мазерного
генератора можно использовать и другие переходы в спектре аммиака, а
также переходы в других молекулах.
Частота 3-5-перехода в 14NH3 составляет 23870 МГц. Генерация мазера на
этой частоте была достаточно устойчива, так что экспериментальная
проверка обна-
270
ружила наличие четко выраженных биений звуковой частоты при наложении
сигналов двух мазеров. Это биение (обычно с частотой 30 Гц) на экране
осциллографа давало идеальную синусоиду без случайных вариаций фазы,
превышающих шумы детектирующей системы. Мощность, излучаемая пучками во
время этого теста, непосредственно не измерялась, но, по оценкам,
составляла около 5 -10-10 Вт.
Было обнаружено, что частоту колебаний каждого мазера можно изменять на
1-2 кГц в обе стороны от частоты молекулярного перехода путем изменения
собственной частоты резонатора вблизи частоты перехода. Если резонатор
значительно расстраивался, генерация колебаний прекращалась. Отношение
сдвига частоты колебаний к сдвигу собственной частоты резонатора почти
точно равнялось отношению ширины линии молекулярного перехода,
наблюдаемой с помощью микроволнового спектрометра, к ширине полосы
резонатора. Такое поведение можно было ожидать согласно теории. Появление
биений указывает на спектральную чистоту излучения мизерного генератора
по крайней мере 4 -10-12 в течение времени порядка 1 с.
При использовании резонаторов из инвара, находящихся в тепловом контакте
с тающим льдом для стабилизации собственных частот резонатора, удавалось
поддерживать генераторы в рабочем состоянии в течение примерно 1 ч при
максимальных относительных вариациях частоты биений ~ 5 Гц, или около 2-
10~10 (среднее значение порядка 10~ш). Даже эти малые вариации связаны,
по-видимому, с температурными эффектами^.
Большое разрешение мазера как спектрометра, его исключительная
монохроматичность как генератора и ожидаемая узкополосность как усилителя
- все эти свойства связаны с тем, что мазер является регенеративным
усилителем с положительной обратной связью, в котором часть выходного
сигнала вновь подается на вход в фазе с входным сигналом. Ширина полосы
любого резонансного контура определяется его добротностью Q - отношением
максимальной энергии, запасенной в контуре, к энергии, рассеиваемой за
одно колебание, и ширина его полосы обратно пропорциональна Q (для
простого RLC-контура добротность Q = aL/R). Положительная обратная связь
эффективно уменьшает
271
полную рассеиваемую мощность, частично восполняя ее за сч^т выходной
мощности; при этом Q возрастает, а ширина полосы падает. Этот эффект тем
заметнее, чем больше выходная мощность генератора или усиление усилителя.
В случае мазера ширину линии можно существенно уменьшить по сравнению с
естественной шириной линии молекулярного перехода при спонтанном
излучении.
Именно чрезвычайно узкая полоса и отсутствие перестройки накладывают
весьма серьезные ограничения на использование мазера на аммиаке в
качестве усилителя. Однако такой усилитель имеет ^акже очень низкий
коэффициент шума ', в связи с чем авторы предположили, что его можно
будет использовать для некоторых специальных целей - например, для
"усиления сигналов... из космоса, где температура составляет всего
несколько градусов Кельвина". Подобные применения мазеров на молекулярных
пучках вначале были весьма незначительны, однако, поскольку сама
возможность мазерного эффекта была продемонстрирована, вскоре этот эффект
стали исследовать и для других переходов. Особенно успешно использовались
переходы между двумя спиновыми состояниями электрона в твердом
парамагнетике, где частота перехода зависит от напряженности приложенного
внешнего магнитного поля.
После того как применимость принципа мазера была доказана, казалось
естественным попытаться распространить его и на оптические частоты.
Однако сделать это было далеко не просто. Соответствующие проблемы
обсуждались, и ряд решений для них был предложен в срвместной статье
Таунса и Артура J1. Шавлова (из лаборатории фирмы "Белл телефон"),
опубликованной в 1958 г. в журнале The Physical Review. Опыт .работы
Шавлова в области оптичеекой спектроскопии подсказал ему, что основная
проблема состоит в подборе резона-
1 Коэффициент шума усилителя определяется следующим образом. На входе
Предыдущая << 1 .. 86 87 88 89 90 91 < 92 > 93 94 95 96 97 98 .. 129 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed