История лазера. Научное издание

Блок-схема аппаратуры показана РЅР° СЂРёСЃ. 42. Через отверстие РІ маленькой печи СЃ точно поддерживаемой температурой вылетает пучок молекул аммиака. Р’ этом пучке содержатся молекулы, находящиеся как РІ нижнем, так Рё РІ верхнем энергетическом состоянии, причем, что вполне естественно, РІ нижнем состоянии находится несколько больше молекул. Пучок РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ через систему электродов фокусирующей системы. Рти электроды создают сильное неоднородное электрическое поле, которое разделяет молекулы. РС… действие заключается РІ том, что молекулы РІ верхнем состоянии продолжают двигаться, прижимаясь Рє РѕСЃРё системы, Р° молекулы РІ нижнем состоянии выталкиваются РѕС‚ этой РѕСЃРё. Такая конструкция позволяет РЅРµ только разделить молекулы РїРѕ состояниям, РЅРѕ Рё несколько сфокусировать молекулы РІ верхнем состоянии РІ хорошо коллимированный пучок. Ртот пучок РІС…РѕРґРёС‚ РІ объемный резонатор, точно настроенный РЅР° частоту перехода аммиака, С‚.Рµ. РЅР° 23 830 МГц. Если РІ резонатор РІС…РѕРґРёС‚ достаточное число молекул РІ верхнем состоянии, возникает непрерывная генерация, которую можно вывести РёР· резонатора обычной радиочастотной техникой. РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, система может быть РІ условиях, РєРѕРіРґР° число молекул недостаточно, чтобы поддержать генерацию, РЅРѕ достаточно, чтобы усиливать внешний сигнал. Р’ этом случае устройство работает как усилитель, разумеется, РЅР° той же частоте. Р’СЃСЏ система помещается РІ кожух (РЅРµ показан РЅР° СЂРёСЃ.), РІ котором поддерживается высокий вакуум, нужный для того, чтобы предотвратить столкновения молекул аммиака СЃ молекулами РІРѕР·РґСѓС…Р°, что могло Р±С‹ привести Рє потере энергии возбуждении РІ результате обмена энергией. Разумеется, реальная система РЅРµ столь проста, как показано РЅР° СЂРёСЃ. 42.

Рис. 42. Схема аммиачного мазера

Принципиальной характеристикой мазера является крайне РЅРёР·РєРёР№ уровень шумов как РІ режиме генерации, так Рё РІ режиме усиления. Рто означает, что сигнал очень чистый Рё ясный, Рё РІСЃРµ фотоны испускаются когерентно. Лишь очень малое число фотонов испускается хаотически РІ результате спонтанного, Р° РЅРµ вынужденного излучения. Р’Рѕ РјРЅРѕРіРёС… электронных устройствах шумы возникают РёР·-Р·Р° флуктуации числа электронов, которые создают электрический ток. Рти флуктуации пропорциональны температуре Рё РЅРµ зависят РѕС‚ конкретного устройства. Поэтому Сѓ инженеров принято характеризовать шумы устройств, относя РёС… Рє шумам эквивалентной температуры, С‚.Рµ. температуре, РїСЂРё которой через электрическое сопротивление протекает столько электронов, сколько нужно, чтобы получить наблюдаемые флуктуации. Р’ то время, как для сопротивления обычной цепи температура шума практически является комнатной (С‚.Рµ. 300 Рљ), для мазера эквивалентная температура шумов очень низкая, РїРѕСЂСЏРґРєР° нескольких Рљ.