Лекции Таноса / KOE-08_-_Mazery
.pdf
1
2
Мазер на пучке молекул аммиака
n Первый прибор на использовании
вынужденного излучения для усиления и генерации когерентных электромагнитных волн
n А. М. Прохоров, Н. Г. Басов и Ч. Таунс
n Нобелевская премия (1964 г.)
n Аммиак NH3
n Правильная пирамида
nСимметричный волчок
nДва устойчивых положения N
nнад плоскостью H3 (+ z0)
nпод плоскостью (- z0)
3 
Потенциальная энергия
n2 минимума потенциальной
энергии
n(+ z0) и (- z0) эквивалентны
nодинаковые вращательные и колебательные уровни энергии
nПереход (+ z0) → (- z0) –
инверсия
nИнверсионное расщепление на два
n Верхние – антисимметричные
n Ψa(z) = – Ψa(– z)
nНижние – симметричные
состояния
n Ψs(z) = – Ψs(– z).
nq - колебательное квантовое
число
nС увеличением q инверсионное
расщепление возрастает
4 
Эффект Штарка
n При комнатной температуре
nполовина молекул NH3 в симметричном, половина –
антисимметричном состоянии
nОтсортировать только антисимметричные - инверсная
заселенность
nРазделение в неоднородном электрическом поле
nсмещение уровней (эффект Штарка)
nстремление к минимуму энергии
n Квадрупольный конденсатор
5
Параметры мазера на аммиаке
n Эталон (стандарт) частоты
n Добротность спектральной линии существенно выше добротности
резонатора
nРабочая частота будет определяться свойствами NH3 - 23870 МГц
nСобственная частота молекулы зависит от массы - N14
nОтносительная нестабильность частоты 10–8...10–10
n Выходная мощность 10–9 Вт
n Ограничена плотностью пучка NH3
6
Мазер на пучке атомов водорода
nМагнитный дипольный переход между уровнями сверхтонкой структуры атома водорода
nСтруктура - взаимодействие магнитного момента ядра с внутриатомным магнитным моментом, вызванным
орбитальным движением электрона
nДва подуровня с расстоянием между ними по частоте
1420,4 МГц (λ ≈ 21 см)
nПереходы определяются изменением магнитного дипольного момента, а не электрического
nКвадрат модуля матричного элемента магнитного дипольного момента в 104 раз меньше, чем
электрического
nво столько же раз меньше вероятность перехода
nуже естественная ширина спектральной линии
nвыше стабильность частоты
n Линия рабочего перехода не имеет структуры
7 |
|
|
|
|
|
Особенности водородного мазера |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
Дополнительное устройство для диссоциации молекул водорода H2 |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
на атомы (в электрическом разряде) |
|||
n Сортировка атомов не в электрическом, а в неоднородном
магнитном поле магнитной сортирующей системы
n Вероятность перехода мала (τ ≈ 1 с)
nнадо в 104 раз увеличить число
частиц в резонаторе
nприменение накопительной колбы внутри резонатора
nтефлоновое покрытие стенок –
снизить влияние соударений
nдиаметр колбы меньше длины волны излучения -
доплеровского уширения не возникает
nλ ≈ 21 см (νраб = 1420,405 МГц)
nВыходная мощность 10–11 Вт
nОтносительная стабильность частоты порядка 10–12