Мазеры

    Дисциплина: Химия и физика
    Тип работы: Реферат
    Тема: Мазеры

    Министерство образования и науки Украины

    Донецкий национальный университет

    Физический факультет

    Реферат

    По теме: Мазеры

    Студента пятого курса З/О

    Специальность: радиофизика и электроника

    Антонова Александра Михайловича

    Донецк, 200

    Введение.

    Мазер (англ. maser) — квантовый генератор, излучающий когерентные радиоволны. Его название — сокращение фразы «Усиление микроволн с помощью

    вынужденного излучения» (microwave amplification by stimulated emission of radiation) — было предложено в 1954 году американцем Ч. Таунсом, одним из его создателей. Кроме Таунса к

    открытию непосредственного принципа работы квантового генератора причастны советские учёные А. М. Прохоров, Н. Г. Басов, а также американцы Дж. Вебер, Д. Гордон и Х. Цейгер. В

    1964 г

    Прохорову, Басову и Таунсу была присуждена Нобелевская премия по физике «за фундаментальные работы в области квантовой электроники,

    которые привели к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на принципе лазера — мазера». Изначально, после изобретения, считалось, что мазер — чисто человеческое творение, однако

    позже астрономы обнаружили, что некоторые из далёких галактик работают как исполинские мазеры. В огромных газовых облаках, размером в миллиарды километров, возникают условия для

    генерации, а источником накачки служит космическое излучение. Мазеры используются в технике (в частности, в космической связи), в физических исследованиях, а также как квантовые

    генераторы стандартной частоты.

    Басов Николай Геннадиевич (

    1922 г

    .р.), российский физик, один из основоположников квантовой электроники. В

    1954 г

    . совместно с А.М.Прохоровым создал первый квантовый генератор на пучке молекул аммиака. В

    1955 г

    . предложил трехуровневую схему для создания инверсного состояния в квантовых системах. В

    1964 г

    удостоен Нобелевской премии по фи­зике за фундаментальную работу в области квантовой электроники.

    Прохоров Александр Михайлович (

    1916 г

    .р.), российский физик, один из создателей квантовой электроники. В

    1954 г

    . совместно с Н.Г.Басовым создал первый квантовый генератор на пучке мо­лекул аммиака. В 1955-1960 гг. работал над соз­данием квантовых

    парамагнитных усилителей СВЧ-диапазона. В

    1958 г

    . предложил в качестве резона­тора квантового генератора использовать открытый резонатор. В

    1964 г

    . за фундаментальные работы в области квантовой электроники

    удостоен Нобе­левской премии по физике

    Историю создания мазера следует начинать с

    1917 г

    ., когда Альберт Эйнштейн впервые ввел представление о вынужденном испускании. Это был первый шаг на пути к лазеру. Следующий шаг

    сделал советский физик В.А. Фабрикант, указавший в

    1939 г

    . на возможность использования вынужденного испускания для усиления электромагнитного излучения при его прохождении через вещество.

    Идея, высказанная В.А. Фабрикантом, предполагала использование микросистем с инверсной заселенностью уровней. Позднее, после окончания Великой Отечественной войны В.А. Фабрикант

    вернулся к этой идее и на основе своих исследований подал в

    1951 г

    . (вместе с М.М. Вудынским и Ф.А. Бутаевой) заявку на изобретение способа усиления излучения при помощи вынужденного испускания. На эту

    заявку было выдано свидетельство, в котором под рубрикой “Предмет изобретения” записано: “

    Способ усиления электромагнитных излучений (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радиодиапазонов волн), отличающийся тем, что усиливаемое излучение

    пропускают через среду, в которой с помощью вспомогательного излучения или другим путем создают избыточную по сравнению с равновесной концентрацию атомов, других частиц или их систем на

    верхних энергетических уровнях, соответствующих возбужденным состояниям”.

    Первоначально этот способ усиления излучения оказался реализованным в радиодиапазоне, а точнее в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ

    диапазоне). В мае

    1952 г

    . на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии советские физики

    ( ныне академики) Н.Г. Басов и А.М. Прохоров сделали доклад о принципиальной возможности создания усилителя излучения в СВЧ диапазоне. Они назвали его

    “молекулярным генератором” (предполагалось использовать пучок молекул аммиака). Практически одновременно предложение об использовании вынужденного испускания для усиления и

    генерирования миллиметровых волн было высказано в Колумбийском университете в США американским физиком Ч. Таунсом. В

    1954 г

    . молекулярный генератор, названный вскоре мазером, стал реальностью. Он был разработан и создан независимо и одновременно в двух

    точках земного шара — в Физическом институте имени П.Н. Лебедева Академии наук СССР (группой под руководством Н.Г. Басова и А.М. Прохорова) и в Колумбийском университете в США

    ( группой под руководством Ч. Таунса).

    В последствии от термина “мазер” и произошел термин “лазер” в результате замены буквы “М” (начальная буква слова

    Microwave

    – микроволновой) буквой “

    ” (начальная буква слова

    Light

    – свет).

    В основе

    работы как мазера, так и лазера лежит один и тот же принцип –

    принцип, сформулированный в

    1951 г

    . В.А. Фабрикантом. Появление мазера

    означало, что родилось новое направление в науке и технике. Вначале его

    назвали квантовой радиофизикой, а позднее стали называть квантовой электроникой.

    Принцип работы мазеров имеет много общего с работой лазеров. Главный процесс - вынужденное излучение возбужденных молекул - протекает

    в отличие от лазерного не в оптическом диапазоне, а в диапазоне СВЧ. Схематически мазер показан на рис. 1. Пучок молекул аммиака из источника 1 влетает в селектор 2, в котором

    происходит разделение молекул.

    Рис. 1 - Принцип устройства мазера.

    В качестве селектора большей частью применяют так называемый квадрупольный конденсатор, который состоит из четырех параллельных

    металлических стержней с разноименным зарядом, создаваемым напряжением 20-30 кВ (рис. 2). Внутри возникает неоднородное электрическое поле, причем на продольной (вдоль стержней) оси

    симметрии конденсатора поле отсутствует. В молекулярном пучке, поступающем в конденсатор, часть молекул находится в возбужденном состоянии, а другая часть в невозбужденном.

    Возбужденные молекулы имеют электроны на более высоких энергетических уровнях.

    Рис. 2 - Взаимное расположение стержней в квадрупольном конденсаторе.

    Электрическое поле квадрупольного конденсатора действует на молекулы так, что возбужденные молекулы собираются на оси конденсатора, а

    невозбужденные отклоняются от оси. В результате из квадрупольного конденсатора в объемный резонатор 3 попадает пучок возбужденных молекул. Объемный резонатор представляет собой

    колебательную систему в виде некоторой плоскости, ограниченной проводящими стенками. Такой резонатор в зависимости от размеров обладает обычно несколькими резонансными частотами. В

    квантовом генераторе резонатор настроен на частоту, соответствующую переходу возбужденных молекул в основное, невозбужденное состояние. Тогда поток молекул, в которых осуществляется

    такой переход, излучает электромагнитные волны, возбуждающие и поддерживающие колебания в резонаторе. Энергия э...

    Забрать файл

    Похожие материалы:


    Добавить комментарий
    Старайтесь излагать свои мысли грамотно и лаконично

    Введите код:
    Включите эту картинку для отображения кода безопасности
    обновить, если не виден код



ПИШЕМ УНИКАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Заказывайте напрямую у исполнителя!


© 2006-2016 Все права защищены