Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 80

В усилительной ЛБВ пространство взаимодействия образовано замедляющей системой и холодным катодом. Здесь действует постоянное электрическое поле напряженностью  и магнитное поле с индуктивностью . В пространство взаимодействия электроны вводятся с помощью электронной пушки состоящей из эмитирующего катода и управляющего электрода к которому приложено напряжение . Это напряжение подбирается так, чтобы электроны вошли в промежуток между замедляющей системой и холодным катодом со скоростью . В отсутствие высокочастотного поля дальнейшее движение их происходит по прямой, т.к. силы электрического и магнитного поля уравновешиваются. Отработавшие электроны собираются коллектором.

Конструкция прибора может быть линейной или цилиндрической. Процессы в ЛБВ “М” протекают следующим образом. Высокочастотный сигнал, поданный на вход прибора, возбуждает в замедляющей системе электромагнитную волну. Электронный поток вступает во взаимодействия с полем прямой пространственной гармоники, фазовая скорость которой близка к . Электроны, оказавшиеся в тормозящем поле бегущей волны, отдают свою потенциальную энергию и поднимаются к замедляющей системе; наоборот, электроны попавшие в ускоряющее поле волны, увеличивают запас потенциальной энергии и приближаются к катоду.

К.П.Д. ЛБВМ достигают 50%. Область их применения – мощные выходные усилители непрерывного или импульсного сигнала. В непрерывном режиме их мощность – единицы КВт, в импульсном – единицы МВт. Коэффициент усиления – 15 дБ. Полоса усиливаемых частот – 25%.

Основные характеристики имеют вид:

а                                               б

Рис. 2. Характеристики ЛБВМ: а) зависимость  от входной мощности;

б) амплитудная характеристика.

Лазеры работают в широком диапазоне волн от субмиллиметровых до ультрафиолетовых. Рабочим веществом в этих приборах могут использоваться специальные диэлектрические и полупроводниковые кристаллы, стекла, пластмассы, жидкости и газы. Различные лазеры существенно отличаются друг от друга конструктивно в зависимости от рода рабочего вещества, способа его возбуждения и длины волны излучения генератора. Несмотря на это они содержат две основные функциональные части:

1). Систему накачки, приводящее вещество в активное состояние, в котором это вещество приобретает запас энергии способной переходить в энергию электромагнитного излучения.

2). Систему, позволяющую трансформировать энергию, запасенную в активном веществе генератора, в энергию электромагнитного излучения. Практика показывает, что при описании основных свойств лазеров все многообразия сочетаний энергетических уровней известных активных веществ может быть сведено к двум идеализированным схемам: 3 и 4-уровневой. Например, по первой схеме работает лазер на кристалле синтетического рубина генерирующий красный свет. Рубин это кристалл окиси алюминия, в котором часть трехвалентных ионов алюминия заменена ионами хрома. Эти ионы и являются рабочими частицами, генерирующими при определенных условиях активные световые волны.

Рис. 3. Идеализированная схема расположения энергетических уровней.

Рабочим является переход между метастабильным уровнем 2 и основным уровнем 1. Уровень 3 – широкий, благодаря чему происходит интенсивное поглощение кристаллом рубина сине-зеленой части спектра излучения лампы накачки.

Рис. 4. Эскиз конструкции квантового генератора.

Свет лампы вспышки с помощью зеркального отражателя концентрируется на кристалле рубина и, поглощаясь в нем, приводит его в возбужденное состояние. При этом частицы с уровня 1 приходят сначала на уровень 3. Так как время жизни частицы на этом уровне весьма мало, частицы с уровня 3 на уровень 2 и накапливаются на нем, пока не будут выполнены условия самовозбуждения лазера. Далее, как под действием возникшего вынужденного излучения, так и спонтанно частицы с уровня 2 переходят на уровень 1, излучая фотоны с частотой, с него под действием накачки опять на уровень 3 , затем на уровень 2 и т. д. До тех пор, пока интенсивность свечения лампы вспышки остается достаточно высокой. Обратная связь в лазере осуществляется за счет расположении активного элемента между двух строго параллельных друг другу высококачественных зеркал с коэффициентом отражения 2. Эти зеркала образуют открытый оптический резонатор, в котором фотоны могут многократно проходить вдоль активного элемента лазера.