Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Зайцева Г.А. -> "Время и современная физика" -> 26

Время и современная физика - Зайцева Г.А.

Зайцева Г.А. Время и современная физика — М.: Мир, 1970. — 152 c.
Скачать (прямая ссылка): vremyaisovrfiz1970.djvu
Предыдущая << 1 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 55 >> Следующая

1 Метод оптической накачки широко используется в лазерах. Благодаря работам Н. Г. Басова и А. М. Прохорова наша страна занимает ведущее положение в этой области.— Прим. ред.
2 Одновременно и независимо это открытие было сделано в СССР Н, Г. Басовым и А. М. Прохоровым.-^ Прим. перев.
76
вень УР\ с поглощением фотона. Волна может индуцировать также и обратный переход — с ЭД7! на W^ сопровождаемый испусканием дополнительного фотона. Индуцированное испускание возникает так же легко, как и поглощение, то есть вероятность вынужденного перехода одинакова для всех атомов независимо от того, находятся они на нижнем или на верхнем уровне энергии; эта вероятность пропорциональна интенсивности индуцирующего электромагнитного поля. Если бы вначале количество атомов, занимающих каждый из двух уровней энергии, было бы одинаково, то одинаковым было бы число испускаемых и поглощаемых фотонов, так что энергетический баланс был бы равен нулю. Но внутри системы атомов устанавливается температурное равновесие; на нижнем уровне атомы более многочисленны, чем на верхнем (их распределение подчиняется закону Больцмана).В результате больше фотонов поглощается, чем испускается; именно поэтому в аммиачных часах Лайонса наблюдается слабое поглощение излучения. Если же каким-либо путем удастся добиться того, чтобы на верхнем уровне было больше атомов, чем на нижнем, то испускаемых фотонов будет больше, чем поглощаемых, и энергия волны будет возрастать.
Кроме того, индуцированный фотон обладает чрезвычайно важным свойством — он идентичен фотону, который его индуцировал, то есть новый индуцированный пучок волн колеблется в фазе с индуцирующим пучком волн и распространяется в том же направлении.
Другими словами, атомный осциллятор, испускающий индуцированный фотон, когерентен с атомным осциллятором, который до этого испустил индуцирующий фотон. Если бы спонтанных переходов не существовало, а были бы лишь индуцированные переходы, все атомные осцилляторы были бы когерентны между, собой; они были бы непрерывно связаны и колебались в одной и той же фазе. Хотя число осцилляторов очень велико и каждый из них в отдельности очень быстро затухает, вся система была бы эквивалентна одному непрерывно функционирующему осциллятору. Сразу же ясно, насколько выгодно использовать это явление: можно создать условия, когда индуцированные переходы будут происходить чаще, чем спонтанные (особенно легко это достигается в области радиоволн).

Современные лазеры работают в области сантиметровых или миллиметровых волн (радиолокационные волны), которые можно передавать по волноводам !. Волновод, по которому распространяется усиливаемая волна (обладающая частотой выбранного атомного перехода), оканчивается подобранным в соответствии с данной частотой резонатором — закрытой металлической коробкой с идеально отражающими стенками. Геометрические размеры резонатора подбираются таким образом, что при отражениях волн выбранной длины они усиливают друг друга и создают внутри резонатора электромагнитное поле очень большой амплитуды (стоячие волны).
Этот резонатор играет такую же роль, что и классический резонансный контур с емкостью и индуктивностью; амплитуды напряжения электрического и магнитного полей увеличиваются в соответствии с величиной добротности С}. Но резонатор не дает никакого усиления в обычном смысле слова, так как электрическая энергия лишь накапливается в нем без какого бы то ни было увеличения мощности. Добротность таких резонаторов достигает нескольких тысяч или даже сотен тысяч. При помощи падающей волны резонатор позволяет получить достаточно интенсивное электромагнитное поле, которое может вызвать среди заполняющих резонатор атомов много актов индуцированного испускания (значительно более частых, чем спонтанное испускание).
Если же использовать устройство, позволяющее добиться того, что большинство атомов в резонаторе будет находиться на верхнем энергетическом уровне, то число поглощаемых фотонов пренебрежимо мало. Индуциро-ванно испускаемые фотоны, которые находятся в фазе с начальной волной и число которых пропорционально ее интенсивности, теперь уже действительно усиливают волну и увеличивают ее энергию. Второй присоединенный к резонатору волновод позволяет отвести усиленную волну.
Такие усилители начинают широко применяться как по причину их частотной селективности, так и из-за их слабого шума. Высокая селективность усилителей, использующих атомные переходы, позволяет применить их для измерения времени — достаточно превратить усили-
1 По принятой в нашей стране терминологии — волны СВЧ (сверхвысоких частот). — Прим. ред.
77
тель в осциллятор. Это классическая операция, и всякий, кто хоть немного занимался электроникой, знает: при конструировании высокоэффективного усилителя приходится специально заботиться о том, чтобы избежать самовозбуждения, при котором часть получаемого электрического напряжения поступает обратно на вход вследствие влияния паразитных индуктивностей. Итак, достаточно, чтобы мазер усиливал лишь настолько, чтобы происходило «самовозбуждение» и возникали самоподдерживающиеся колебания с точной частотой атомного перехода. Так получаются атомные часы.
Предыдущая << 1 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 55 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed