Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 105

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 105)

31---+ 3насыщен.населенности уровнеймогут несколько измениться, так как изменение населен­ностей уровней1и3влияет на релаксационные процессы, в ко­торых участвуют уровни2и4.Однако можно считать, что этиизменения населенностей уровней2и4незначительны и имиможно пренебречь. После насыщения перехода1---+3устанавли­вается распределение населенностей между четырьмя уровня­ми, показанное на рис.18.3,б, из которого видно, что при п 1населенность второго уровня больше первого, т. е. п 2вательно, переход2---+1> п1 •= п3Следо­характеризуется: «отрицательной темпе­ра~урой», или инверсией населенностей (наклонная: штриховаяпрямая между уровнями1и2).Если теперь на парамагнитныйРаздел 5.

ПРИБОРЫ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ550кристалл (кристалл рубина) поступает слабый сигнал с часто­тойf 12такой, чтоhf12 =перехода с уровня2Е 2 - Ер то вследствие индуцированногона уровень1произойдет усиление этогосигнала. В реальном кристалле число возбужденных ионов хро­ма в спиновой системе достаточно велико, поэтому среднее числопереходоввединицувремени,вызываемоеприходящимсиг­налом, практически постоянно, а процесс усиления происходитнепрерывно, несмотря на то что переход любого отдельного спи­на, индуцированный приходящим сигналом, представляет со­бой случайный процесс.

Можно говорить о том, что отдельныйспин совершит переход с некоторой вероятностью под воздейст­вием приходящего сигнала. Поскольку вероятность индуциро­ванного излучения прямо пропорциональна спектральной плот­ности энергии излучения (см.

п.17.1),то число излучательныхпереходов в единицу времени прямо пропорционально началь­ному уровню мощности усиливаемого сигнала. В определенномдиапазонемощностейвходногосигнала процессквантовогоусиления можно считать линейным.Существует несколько методов, позволяющих повысить ин­версию населенности по сравнению с рассмотренным случаем ис­пользования трехуровневой системы. Прежде всего при высокихчастотах сигнала инверсию желательно получать путем накачкина более низкой частоте, поскольку генераторы накачки на болеевысоких частотах менее выгодны с различных точек зрения.В парамагнитной спиновой системе квантового усилителя счетырьмя или большим числом рабочих уровней инверсию на­селенностей можно повысить за счет одновременной накачки надвух или более переходах, причем иногда для этих целей можноиспользовать один и тот же источник накачки.

Наибольшеераспространение получили методы с многократной накачкой,поясняемые рис.18.4,особенно первый из них на рис.(метод пушпульной накачки) и разновидность его на рис.18.4, а18.4, г.Под воздействием накачки происходит одновременный переходспиновых систем (ионов хрома) с уровняный (рабочий) уровеньуровень4,31на верхний сигналь­и с нижнего сигнального уровня2нат. е. в этом случае на рабочем переходе происходитзаселение верхнего рабочего уровня с одновременным освобож­дением нижнего, что и приводит к увеличению инверсии.Расчеты показывают, что коэффициент инверсии при такойнакачке пропорционален (fнlfc)- 1,а в трехуровневой системеэтот коэффициент :uропорционален <fн/2fc)- 1,Где fн,fc -час­тоты накачки и сигнала соответственно.

Для рубина симмет-ГлаваКвантовые приборы СВЧ-диапазона (мазеры)18.5511141fc13fc~2i.·!·r1'fн11/;'"/11fн//1/111111 11fнfнfc 11fc1fн~1/ /1~в)6)Рис.г)18.4ричная схема энергетических уровней (см. рис.[,1,'11а)11/1} 1111111li11fнfн'118.4), необходи­:мая для пушпульной накачки одним источником, автоматиче­ски реализуется при угле 0 между вектором В и осью кристалла,равным е = 54°44'./На рис. 18.4, б и 18.4, в показаны две схемы пушпушной накач-i:!1·!t~кн. В отдельных частных случаях коэффициент инверсии дляэтого случая совпадает с соответствующим выражением для ма­зера с пушпульной накачкой, но в любом случае он больше, чемдля<b>Текст обрезан, так как является слишком большим</b>.

Характеристики

Список файлов книги