Файл: Кацман, Ю. А. Электронные и квантовые приборы сверхвысоких частот учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 1
ными модуляторами Керра: требуют меньших затрат мощ ности, имеют меньшие нелинейные искажения, меньшие по тери света, работают в широком диапазоне длин волн без смены кристалла и т. д.
Рассмотренные методы осуществляются путем внешней
модуляции излучения.
Большой практический интерес с точки зрения получения коротких (длительностью 1 0 _7 -f-1 0 - 9 с) импульсов излучения большой мощности (100—1000 МВт) — так называемых ги гантских импульсов — представляет метод амплитудной моду
ляции изменением |
добротности оптического. резонатора. |
|
“ |
'/> |
|
\ |
||
\ |
/ |
|
'/>\ |
||
|
||
% \ |
|
|
|
Рис. 75 |
Сущность этою метода заключается в накоплении энергии в рабочем веществе за счет нарушения положительной обрат ной связи в резонаторе. С этой целью во время действия им пульса накачки искусственно уменьшается добротность резо натора, вследствие чего условия самовозбуждения ОКГ не выполняются; при этом происходит накопление активных микрочастиц на метастабильном энергетическом уровне. По сле окончания цикла накачки быстро восстанавливается высокая добротность резонатора и все возбужденные микро частицы переходят в основное состояние с излучением мощ ного короткого импульса когерентного света. Это метод внут ренней модуляции оптического излучения.
Устройства, служащие для управления добротностью резонаторов, называют оптическими затворами. Простейшим является механический затвор, представляющий собой вра щающийся диск с отверстием на пути излучения ОКГ между зеркалами резонатора. Диск прерывает излучение, вследст вие чего добротность резонатора невелика; при этом про исходит накопление активных частиц. В тот момент, когда от верстие оказывается на оси резонатора, добротность резко возрастает, поскольку появляется возможность отражения излучения от обоих зеркал и усиления света в рабочем ве ществе. Механически управлять добротностью оптического
151
резонатора |
можно |
также вращением |
одного из |
зеркал |
|
(рис. 7 5 , где |
1 и |
3 — зеркала, 2 — рабочее вещество), коле |
|||
банием одного из |
зеркал с помощью пьезокристалла |
и т. и. |
|||
Недостатком |
таких |
модуляторов является |
сравнительно мед |
||
ленное управление добротностью. Более целесообразным в этом отношении является использование электроили магнитооптических затворов, основанных на эффектах Кер ра, Поккельса и Фарадея. На рис. 76 приведена схема моду лятора, использующего оптический затвор на основе ячейки
Керра; |
здесь 1 — отражающее |
зеркало; |
2 и 5 — поляризаци |
онные призмы; 3 — рабочее вещество, на |
которое направлена |
||
7 |
|
|
W |
К |
|
||
|
■к |
||
|
|
|
|
/ |
|
|
* |
|
|
В |
|
энергия |
накачки; 4 — ячейка |
Керра; 6 — пропускающее зер |
|
кало. Управление затвором и, следовательно, добротностью резонатора осуществляется изменением напряжения на
ячейке.
В настоящее время разрабатываются довольно перспек тивные пассивные затворы, действие которых основано на эффекте просветления некоторых веществ под влиянием излу
чения ОКБ.
Внутренние методы амплитудной модуляции возможны также путем изменения мощности накачки газового ОКБ при возбуждении разряда высокочастотным генератором и изме нением тока инжекции полупроводниковых ОКБ.
Другие методы модуляции из-за ряда недостатков широ кого распространения пока не получили. Так, например, ча стотная модуляция на основе эффектов Штарка и Зеемана требует для своего осуществления сильных управляющих полей, фазовая модуляция на основе известных электрооптических эффектов не используется вследствие трудностей, свя занных с приемом фазомодулированных колебаний в оптиче
ском диапазоне, и т. д.
§ 19.2. Прием оптических колебаний. Для извлечения ин формации из модулированных оптических колебаний необ ходимо обеспечить их прием и дальнейшую демодуляцию.
152
Различают два метода приема излучения ОКГ: метод пря мого фотодетектирования и метод фотосмешения (оптическо го гетеродинирования). Для реализации первого метода ис пользуются такие приемники излучения, как болометры, фотоэлементы с внешним и внутренним фотоэффектом, фото электронные умножители, фотоклистроны и фотоЛБВ (клист роны и ЛБВ, у которых обычный термокатод заменен фото катодом). Второй метод осуществляется во многом аналогич но супергетеродиНному приему радиодиапазона, но исполь зует в качестве местного гетеродина дополнительный ОКГ.
При конструировании оптических систем связи следует иметь в виду возрастающее влияние квантовых шумов, основ ной причиной которых является спонтанное излучение в рабо чем веществе. Если в радиодиапазоне чувствительность при емных устройств определяется практически тепловыми флюк туациями их входных цепей, то в оптическом диапазоне, где энергия кванта hv^>kT, основное влияние на чувствитель ность будет оказывать спонтанное излучение.
|
|
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ |
ЛИТЕРАТУРА |
|
|||||
1. |
Б а т р а к о в |
А. |
С. Квантовые приборы. Л., «Энергия», 1972. |
М., |
|||||
2. |
В а с и л ь е в |
В. |
Н. |
Электронные |
и квантовые |
приборы СВЧ. |
|||
«Связь», 1972. |
|
|
|
В., Ж а б о т и н с к и й М. |
Е., З о л и н В. |
Ф. |
|||
3. Г р и г о р ь я н ц В. |
|||||||||
Квантовые стандарты частоты. М., «Наука», 1968. |
|
|
|||||||
4. |
Д у л и н В. Н. Электронные и квантовые приборы СВЧ. М., «Энер |
||||||||
гия», |
1972. |
Е. |
Ф., К л и м к о в ' Ю . |
М. Оптические квантовые гене |
|||||
5. |
И щ е н к о |
||||||||
раторы. М., «Советское радио», 1968. |
|
М., «Высшая шко |
|||||||
6. |
К а ц м а н |
Ю. |
А. |
Приборы сверхвысоких частот. |
|||||
ла», 1973. |
Э. |
Г., |
Л а п ш и н |
Г. М. Квантовая |
электроника. Воен- |
||||
7. |
И е с т о в |
||||||||
издат, |
1972. |
|
|
|
|
Ми с е ж н и к о в |
Г. С., Л и ф а |
||
8. Ш т е й н ш л е й ге р Б. В., |
|||||||||
н о в П. С. Квантовые |
усилители |
СВЧ |
(мазеры). М., |
«Советское радио», |
|||||
1971. |
Ф е д о р о в Н. |
Д. |
Электронные |
и квантовые |
приборы СВЧ. |
М., |
|||
9. |
|||||||||
Атомиздат, 1974. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. Под редакцией |
|||||||||
М. Е. |
Жаботинского. М., |
«Советская энциклопедия», 1969. |
|
||||||
О Г Л А В Л Е Н И Е
Стр.
П р е д и с л о в и е .......................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ |
|
|
|
||||
|
|
|
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО |
ДИАПАЗОНА |
|
|
||||||
|
|
|
|
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН |
|
|
|
|||||
Р а з д е л |
I. В ак уум н ы е |
п р и б о р ы |
......................................................... |
|
|
6 |
||||||
Глава |
1. |
Приборы |
с |
электростатическим |
управлением |
электрон |
|
|||||
|
ным п о т о к о м |
............................................... |
|
|
|
|
|
— |
||||
§ |
1.1. Д и о д |
................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
— |
||
§ |
1.2. Многосеточные |
л а м п ы ......................................................................... |
|
|
|
10 |
||||||
§ |
1.3: |
|
Особенности конструкцийи параметры ламп |
. . . |
|
15 |
||||||
Глава 2. |
Приборы с динамическим управлением электронным |
|
||||||||||
|
потоком |
О - т и п а .......................................................................................... |
|
|
|
|
|
17 |
||||
§ |
2.1. Пролетный |
клистрон |
.............................................................................. |
|
|
|
— |
|||||
§ |
2.2. Отражательный .................................................................... |
к л и с т р о н |
|
|
|
29 |
||||||
§ |
2.3. Лампа |
бегущей ...................................................................... |
в о л н ы |
|
|
|
34 |
|||||
§ |
2.4. Лампа |
обратной ......................................................................в о л н ы |
|
|
|
43 |
||||||
Глава 3. |
Приборы с динамически^ управлением электронным |
|
||||||||||
|
потоком |
М - т и п .......................................................................................а |
|
|
|
|
|
46 |
||||
§ |
3.1. Многорезонаторный ........................................................ |
|
м а г н е т р о н |
|
|
|
47 |
|||||
§ |
3.2. Магнетронные усилители............................................................................ |
|
|
|
52 |
|||||||
Р а з д е л |
II. Г а зо р а зр я д н ы е и п ол уп р ов одн и к овы е п р и |
|
||||||||||
|
|
|
боры |
|
|
|
|
|
» |
54 |
||
Глава 4. |
Приборы |
газоразрядного .............................................................т и п а |
|
|
|
— |
||||||
Глава 5. |
Полупроводниковые .............................................................. |
п р и б о р ы |
|
|
|
37 |
||||||
§ |
5.1. |
|
Туннельный д и ....................................................................................о д |
|
|
|
|
58 |
||||
§ |
5.2. |
|
Лавино-пролетный ...................................................................... |
д и о д |
|
|
|
61 |
||||
§ |
5.3. |
|
Диод Г а н н а ............................................................... |
|
|
|
|
• |
• |
65 |
||
|
|
|
|
|
|
|
ЧАСТЬ ВТОРАЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИБОРЫ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ |
|
|
|
||||||
Р а з д е л |
III. |
Ф и зическ ие |
основы квантовой электроники |
|
||||||||
Глава 6. |
Квантовые |
состояния ..................................... |
атомов и м о л е к у л |
|
|
74 |
||||||
Глава 7. |
Влияние внешних магнитных и электрических |
полей |
на |
79 |
||||||||
|
|
положение |
энергетическихуровней |
микрочастиц |
. . . |
|
||||||
15 4
Стр
Глава 8. Взаимодействие |
квантовых |
систем |
с |
электромагнитным |
|
||||||||||||||||
|
полем |
|
..................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
82 |
|
|
§ |
8.1. Распределение |
микрочастиц |
по |
состояниям |
квантовой |
|
|||||||||||||||
|
|
системы. |
Закон |
сохранения |
числа |
частиц. |
Распределение |
|
|||||||||||||
|
|
Б о л ь ц м а н а ......................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
|
||||
§ |
8.2. Поглощение |
и |
излучение |
энергии |
при |
квантовых |
пере |
85 |
|||||||||||||
|
|
ходах. |
|
Соотношения |
Эйнштейна |
. |
|
. . . . . |
|||||||||||||
§ |
8.3. Усиление |
излучения |
с |
помощью |
квантовых систем . |
. |
88 |
||||||||||||||
§ |
8.4. Процессы |
р е л а к с а ц и и ................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
91 |
|
||||||||
Глава 9. Методы |
|
получения |
инверсных состояний |
|
|
|
, |
|
|
93 |
|||||||||||
§ |
9.1. Метод |
|
получения |
инверсных |
состояний |
с |
использованием |
95 |
|||||||||||||
|
|
вспомогательного излучения |
............................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
§ |
9.2. |
Метод |
пространственного |
разделения микрочастиц . |
. |
96 |
|||||||||||||||
§ |
9.3. |
Другие |
методы |
получения |
инверсных |
состояний . |
. |
97 |
|||||||||||||
Глава 10. |
Ширина и форма линии излучения квантовой системы |
. |
98 |
||||||||||||||||||
Р а з д е л |
IV . |
К ван товы е |
приборы |
свер хвы сок и х |
частот |
|
|||||||||||||||
|
|
|
н а |
атом н о -м ол ек ул яр н ы х пучк ах |
и |
к ванто |
|
||||||||||||||
|
|
|
вы е |
стан дар ты |
ч а с т о т ы ................................. |
|
|
|
|
|
101 |
|
|||||||||
Глава 11. |
Генератор |
на |
пучке |
молекул |
а м м и а к а ......................... |
|
|
|
— |
|
|||||||||||
Глава 12. |
Генератор |
на |
пучке |
атомов в о д о р о д а ....................... |
|
|
|
109 |
|
||||||||||||
Глава |
13. |
Квантовые |
стандарты |
ч а с т о т ы |
......................................... |
|
|
|
|
|
111 |
|
|||||||||
Р а з д е л У . К вантовы е |
|
п ар ам агн и тн ы е |
уси л и тел и |
. |
115. |
||||||||||||||||
Глава |
14. |
Рабочие вещества квантовых парамагнитных усилителей |
— |
||||||||||||||||||
§ |
14.1. |
Процессы |
р е л а к с а ц и и |
............................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
116 |
|
|||||||
§ |
14.2. |
Методы |
создания |
инверсного |
состояния |
. |
|
. |
'. |
. |
118 |
||||||||||
§ |
14.3. Общие |
требования |
к рабочим веществам КПУ. |
Типы |
120 |
||||||||||||||||
Глава 15. |
рабочих |
веществ |
КПУ |
.................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Типы |
и |
конструкции |
К П |
У ................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
122 |
|
||||||||
Глава 16. |
Шумовые свойства КПУ. Насыщение КПУ. Применение |
128 |
|||||||||||||||||||
|
|
КПУ |
|
|
|
................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* . . . |
|
||||
Р а з д е л |
V I. К вантовы е |
оптически е |
генераторы |
|
|
. |
130 |
||||||||||||||
Глава |
17. |
Оптические |
р е з о н а т о р ы |
............................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
|
|||||||
§ |
17.1. |
Особенности конструкции |
оптических резонаторов . |
. |
— |
||||||||||||||||
§ |
17.2. |
Условия самовозбуждения О К Г .................................. |
|
|
|
|
|
|
131 |
||||||||||||
§ |
17.3. |
Типы |
|
к о л е б а н и й |
...................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
133 |
|
||||
§ |
17.4. |
Характеристики излучения О К Г .................................... |
|
|
|
|
|
— |
|
||||||||||||
Глава |
18. |
Оптические |
квантовые |
генераторы........................................... |
|
|
|
|
|
|
135 |
|
|||||||||
§ |
18.1. |
Твердотельные |
оптические |
квантовые |
генераторы . |
. |
— |
||||||||||||||
§ |
18.2. |
Газовые |
оптические |
квантовые |
генераторы . . . |
. |
138 |
||||||||||||||
§ |
18.3. |
Полупроводниковые |
|
оптические |
квантовые |
генераторы |
142 |
||||||||||||||
§ |
18.4. |
Жидкостные оптические квантовые генераторы . . |
. |
148 |
|||||||||||||||||
155