- •Содержание
- •Введение
- •Физические средства зи
- •Классификация основных физических средств зи и выполняемых ими функций
- •Акустика Определения
- •Линейные хар-ки звукового поля
- •Энергетические хар-ки звукового поля.
- •Акустические уровни
- •Плоская волна
- •Мат. Описание бегущих волн.
- •Сферическая волна
- •Цилиндрическая волна
- •Интерференция звуковых волн
- •Отражение звука
- •Преломление звука
- •Дифракция волн
- •Затухание волн
- •Основные свойства слуха
- •Использование вокодеров
- •Нелинейные свойства слуха
- •Восприятие по амплитуде Порог слышимости
- •Уровень ощущений
- •Уровень громкости
- •Эффект маскировки
- •Кривые маскировки для ряда частот и их уровней
- •Громкость сложных звуков
- •Первичные акустические сигналы и их источники
- •Динамический диапазон и уровни
- •Частотный диапазон и спектры
- •Первичный речевой сигнал
- •Акустика в помещениях
- •Средний коэффициент поглощения
- •Звукопоглощающие материалы и конструкции
- •Перфорированные резонаторные поглотители
- •Электромагнитные волны
- •Распространение э/м волн
- •Излучение и прием э/м волн
- •Распространение э/м волн в пространстве
- •Основные сведения о линиях передачи и объемных резонаторах
- •Объемные резонаторы
- •Антенны
- •Основные типы антенн Проволочные антенны
- •Рупорные антенны
- •Зеркальные антенны
- •Рамочные антенны
- •Основы радиолокации
- •Общая характеристика радиолокационного канала
- •Диапазон длин волн в рл
- •Радиолокационные цели, эффективная отражающая площадь (эоп) цели
- •Эоп для тел простой формы Линейный вибратор
- •Эоп идеального проводящего тела, размеры которого значительно больше λ
- •Коэффициенты отражения Френеля
- •Противорадиолокационные покрытия
- •Информация о скорости движения цели, извлекаемой при обработке радиолокационного сигнала
- •Основные свойства радиоволн, используемых в радиолокации
- •Передача информации с помощью лазера Оптические квантовые генераторы
- •Излучение э/м волн совокупностью когерентных источников
- •Поглощение и усиление излучения, распространяющегося в среде.
- •Принцип работы лазера
- •Основные типы лазеров
- •Твердотельные лазеры
- •Жидкостные лазеры
- •Газовые лазеры
- •Полупроводниковые лазеры
- •Использование лазерного излучения для съема информации
- •Фоторефрактивный эффект
Поглощение и усиление излучения, распространяющегося в среде.
Пусть плоская волна частоты ω соответствует разности энергий Еm-Eк каких-либо двух состояний атомов или молекул среды, распространяется сквозь среду. Поток излучения изменяется в соответствии с законом Бугера, причем коэф‑т поглощения определяется соотношением α0(ω)=¼λ²amn(ω)gm[Nn/gn‑Nm/gm] (*), где amn – спектральная плотность коэф‑та Эйнштейна; m и n – энергетические состояния; gm и gn – статистические веса состояний m и n; Nm и Nn – заселенности состояний. В результате переходов n в m, сопровождающихся поглощением света, поток уменьшается, в результате перехода m в n вынужденное испускание увеличивает поток. Выражение (*) устанавливает связь между непосредственно измеряемым коэф‑том поглощения и коэф‑тами Эйнштейна. Слагаемые Nn/gn и Nm/gm описывают вклады соответственно n→m и m→n, которые выражаются соответственно поглощением и испусканием фотонов. Мощность энергии, выделяемой или поглощаемой единицей среды, выражается следующим образом:
q0(ω)dω=α0(ω)I(ω)dω=α0(ω)CU(ω)dω, I(ω)=CU(ω),
где U(ω) – спектральная плотность потока; I(ω) – спектральная плотность энергии. Волны, испущенные в результате вынужденных переходов, обладают, как показал Эйнштейн, следующими свойствами: их частота, фаза, характер поляризации, направление такие же, как у излучения, вызвавшего переход. Т.о. индуцируемые фотоны неотличимы от фотонов, падающих на атомы. В условиях термодинамического равновесия среды, сквозь которую распространяется излучение Nm/gm<Nn/gn (что вытекает из принципа Больцмана) и, следовательно, α0(ω)>0. Это соответствует поглощению излучения. Если тем или иным образом выполняется условие Nm/gm>Nn/gn, то коэф‑т α0(ω) изменит знак и станет отрицательным. В этом случае плотность энергии, распространяемой в среде, будет возрастать, а не убывать как при термодинамическом равновесии. Т.е. за счет индуцированного изучения в световой поток будет добавляться больше фотонов, чем он теряет на возбуждение атомов при обратном переходе n→m. Соотношение между концентрациями атомов, соответствующих Nm/gm>Nn/gn, называется инверсной заселенностью.
Вместо поглощаемой мощности q0(ω) и коэф‑та поглощения α0(ω) целесообразно ввести новое обозначение q(ω)=α(ω)U(ω)c, α(ω)=¼λ²gmamn(ω)∙[Nm/gm‑Nn/gn] – коэф‑т испускания.
Среду с инверсной заселенностью энергетических уровней, обеспечивающую усиление распространяющегося в ней излучения, принято называть активной средой. Инверсную заселенность уровней можно образовать в газовом разряде с помощью специальных химических реакций или с помощью оптического возбуждения. Э/м волны, возникающие в результате вынужденных переходов, когерентны с волной, вызывающей эти переходы.
Если поле, взаимодействующее с атомами представляет собой плоскую монохроматическую волну, то и вынужденно испущенные фотоны также образуют плоскую монохроматическую волну с той же частотой поляризации и с тем же направлением распространения. В результате вынужденного испускания изменяется амплитуда подающей волны. Можно утверждать, что вынужденное испускание усиливает, а поглощение ослабляет излучение без изменения основных его характеристик. Для понимания свойств излучения ОКГ полезным оказалось микроскопическое описание, основанное на представлении о когерентности падающей волны и вторичных волн, испускаемых в результате вынужденных переходов.
Условие пространственной синфазности, необходимое для получения мощного направленного излучения от макроскопического источника может осуществляться благодаря процессу вынужденного испускания. Волны, испускаемые атомами, находящимися в различных точках пространства будут синфазно складываться в точке наблюдения, если разность начальных фаз этих волн компенсирует разность хода. Но именно таким и будет положение, если вторичные волны возникают в результате вынужденного испускания под влиянием внешней световой волны: значения фазы этой волны в точках расположения различных атомов z1 и z2 различаются на величину k(z2-z1), где k – волновое число, и вторичные волны окажутся сдвинутыми по начальной фазе относительно друг друга на ту же величину, взятую с обратным знаком, что и необходимо для их синфазного сложения в точке наблюдения.
Помимо когерентного испускания, связанного с вынужденными переходами, атомы среды совершают и самопроизвольные переходы, в результате которых испускаются волны, некогерентные между собой и с внешним полем. Излучение активной среды всегда представляет смесь когерентной и некогерентной частей. Соотношение между этими частями зависит от интенсивности внешнего поля.