Квантовые парамагнитные усилители СВЧ (КПУ). Парамагнетизм в кристаллах. Магнитный момент во внешнем поле

Кроме того, систему, сравнимую по размерам с длиной волны, трудно изготовить, да и количества активного вещества в нем будет недостаточно для усиления или генерации. Следовательно, оптический резонатор должен иметь размеры , и тогда в нем будут существовать множество типов колебаний.

Для успешного применения резонаторных систем в оптическом диапазоне, необходимо найти пути разрежения их спектра. Для этого было предложено использовать резонатор, имеющий две стенки.  Положительная  обратная  связь  в  лазерах  осуществляется  с  помощью  оптического  резонатора  - системы обращенных  друг  к  другу  отражающих  поверхностей . R₁  и  R₂  -коэффициенты  отражения  зеркал, расположенных  на  расстоянии  L  друг  от  друга. Такой резонатор называется резонатором открытого типа (рис.3.27). Запасаться будут только те колебания, которые распространяются перпендикулярно зеркалам. Для колебаний, распространяющихся под углом, резонатор будет иметь малую добротность и энергию, а многие из них вообще выходят из резонатора. Для перпендикулярных колебаний же добротность составляет примерно . Поле в таком резонаторе имеет вид плоской волны, бегающей между зеркалами. Условие стационарности поля: набег фазы должен быть кратен 2p.

                .                                        (3.48)

Время прохождения полем резонатора за период равно:  .    Подставляя в (3.48)  время пролета t_пр, получаем  

и, следовательно,     ,      где  - целое число.

Найдем линейную частоту v_q, деля  :

,   , где   - расстояние между собственными частотами. Отметим, что для закрытого резонатора того же объема в полосе 300МГц дополнительно может существовать до ста миллионов резонансных частот.

При проходе волн через активное вещество, размещенное в резонаторе, мощность излучения усиливается. Поскольку наибольшее число раз через активное вещество проходят волны, распространяющиеся параллельно оси резонатора, выходное излучение ОКГ получаются остронаправленным. Так как на самом деле поле в резонаторе не является поперечным, но оно близко к поперечному и может быть охарактеризовано, как ТЕМ. Каждому  соответствует бесконечное число индексов m и n, которые определяют распределение поля в поперечной плоскости. В целом, волна в резонаторе определяется индексами q, m и n (Это моды, образованные плоскими волнами, распространяющимися под углом  к оси резонатора - поперечные моды). Числа m и n - поперечные индексы колебаний по осям x и y соответственно. Возможные волны ТЕМ_00q, ТЕМ_10q, ТЕМ_01q  и так далее.

Объем любой моды (мода-тип колебаний) в плоском резонаторе распределен равномерно, т.е. поле размазано по всему зеркалу.  Для мод, у которых m и n =0 называют продольными или активными. Мода, у которой  и , называется поперечной.

Добротность поперечных колебаний меньше добротности продольных. Чем больше угол падения на зеркало, тем больше будет пятен на зеркале, т.е. при возрастании m и n возрастают дифракционные потери.

Кроме плоско-параллельных резонаторов используются резонаторы со сферическими зеркалами.  Их особенности:  меньшие потери, по сравнению с плоскими, стойки к перекосам. Достоинства: поле концентрируется в приосевой области, не выходит за края зеркал, следовательно, малы дифракционные потери. Поле распространяется в определенной поверхности, которая называется каустикой. В сферическом резонаторе различные моды будут занимать различный объем. Большими потерями будут обладать те моды, каустика которых выходит к краям. Недостаток: монохроматичность, когерентность у таких резонаторов меньше чем у резонаторов с плоскими зеркалами. Также имеет место большая расходимость волны.

Потери в оптических резонаторах. В резонаторах происходит не только усиление, но и потери. Например, из-за того, что коэффициенты отражения зеркал отличны