В многоуровневой системе:
h
∆Ε
≥i 
τi
1
τi
−время жизни уровня i, равное τi
=
Ai
hνмакс
i ∆Еj ν0 ν
νмин νмакс
h(νmax −νmin )=∆Εi +∆Ε j
z Упругие и неупругие столкновения частиц; z Эффект Доплера (зависимость частоты от скорости излучателя);
z Эффект Штарка (расщепление уровней в эл. поле);
z Эффект Зеемана (расщепление уровней в магн. поле);
z Насыщение, примеси, колебания кристаллической решетки.
Рассмотрим
двухуровневую систему с населенностью уровней N1 и N2.
Пусть
Р(0,ν) на эту систему воздействует слабое внешнее электромагнитное поле (сигнал).
Согласно закону Больцмана:
Ε −Ε2
− 1
N2e = N e1e kT
P(0,v)-поверхностная плотность падающей энергии.
Найдем изменение энергии на расстоянии z.
hν0B
[N1
−
N2]
χν( 0) =
∆νυгр χν( 0) имеет смысл коэффицента поглощения. Закон изменения мощности в образце (закон Бугера):
P z( ,ν0) = P(0,ν0)e−χν( )0 z
В состоянии термодинамического равновесия N1 > N2, т.е. среда является поглощающей, N1 = N2 прозрачной, N2 > N1
10усиливающей.12.2005
Хотя все выводы мы делали на переходах между двумя уровнями, но нужно знать, что в двухуровневой системе нельзя получить инверсию населенности с помощью электромагнитного поля. Можно использовать эффект насыщения для получения инверсии населенности в системе содержащей 3 или более уровней.
Усилитель Генератор
z Вспомогательное излучение (СВЧ-мазеры, оптическая - лазеры )
z Электрическая накачка (газоразрядные и инжекционные лазеры)
z Электронная накачка (полупроводн. лазер)
z Химическая накачка (хим. лазеры) z Газодинамическая накачка z Метод сортировки (КСЧ)
Молекулярный генератор – квантовый генератор, в котором активной средой является молекулярный газ или молекулярный пучок. Молекулярный генератор построен на двухуровневой схеме, используется пара инверсионных колебательных уровней с частотой перехода νпер=29870 МГц (λ=12,5 мм.).
сортирующая система, 4-объемный
резонатор, 5-выходной волновод, 6откачной патрубок.
энергии N от z.
N
H
HH
N’
I1 М I2
С 
С
-а L +а
В спектре молекул аммиака можно выделить пару уровней, один из которых отвечает симметричному, другой антисимметричному состоянию.
Уровням с большей энергией атома азота соответствуют антифазные колебания Еа. Уровням с меньшей энергией – колебания в потенциальных ямах Еs.
ν л=Еа
−Еs
h
Сортирующее устройство называемое квадрупольным конденсатором, создает неоднородное электрическое поле Ео.
Т.к. по законам механики любая система испытывает силу, направленную в сторону уменьшения ее потенциальной энергии, то молекулы пучка, которые в конденсаторе находятся в верхнем состоянии Еа, приближаются к центру и фокусируются. Молекулы же, находящиеся в нижнем состоянии Еs, удаляются от центра пучка и не попадут в резонатор.
Пороговая разность населенностей:
2 2
⎛ν
ν−
0
⎞ rV
1−⎛⎜ν
ν−
0
⎞⎟
V 1−⎜ ⎟
(N2e − N1e)пор = ⎝ ∆ν ⎠ = ⎝ ∆ν ⎠
B hQ12 B h L12 ν
ν0L
где Q = , L-длина резонатора, r-сопротивление потерь r
Мощьность герерации:
N2e
Pген= hν ≈ Pн
2T1
P ≈10−9Вт
Отклонение от средней частоты:
1
Гц
Другиетипы
2-уровневых молекулярных генераторов. 
z Цезиевый стандарт стал основой эталона времени и частоты
z Генератор на молекулах формальдегида CH20 f=72838 МГц (λ=4мм).
z На молекулах синильной кислоты HCN f=88630
МГц(λ=3мм) z На молекулах тяжелого аммиака ND3 f=1656
МГц z На атомарном водороде. Нестабильность 10-3, f=1420,405 МГц Рвых=10-12-10-11 Вт, λ=21 см, используется как первичный стандарт частоты
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.