क्वांटम जनरेटर क्या है? कोर्सवर्क: क्वांटम जनरेटर

इलेक्ट्रॉन - क्वांटम गैस हमारी सदी की शुरुआत में क्रिस्टल के अध्ययन के इतिहास में, एक ऐसा समय था जब, अन्य बातों के अलावा, "धातु में इलेक्ट्रॉन" की समस्या बहुत रहस्यमय, पेचीदा थी और एक मृत अंत प्रतीत होती थी। अपने लिए जज करें. विद्युत गुणों का अध्ययन करने वाले प्रयोगकर्ता

क्वांटम जनरेटर

ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर

रेडियो रेंज में क्वांटम एम्पलीफायरों और ऑसिलेटर्स के विकास और अनुसंधान में प्राप्त सफलताओं ने उत्तेजित उत्सर्जन के आधार पर प्रकाश को बढ़ाने और उत्पन्न करने के प्रस्ताव के कार्यान्वयन के आधार के रूप में कार्य किया और ऑप्टिकल रेंज में क्वांटम ऑसिलेटर्स के निर्माण का नेतृत्व किया। ऑप्टिकल क्वांटम ऑसिलेटर्स (OQOs) या लेजर शक्तिशाली मोनोक्रोमैटिक प्रकाश के एकमात्र स्रोत हैं। परमाणु प्रणालियों का उपयोग करके प्रकाश प्रवर्धन का सिद्धांत पहली बार 1940 में वी.ए. द्वारा प्रस्तावित किया गया था। निर्माता. हालाँकि, ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर बनाने की संभावना का औचित्य केवल 1958 में सी. टाउन्स और ए. शावलोव द्वारा रेडियो रेंज में क्वांटम उपकरणों के विकास में उपलब्धियों के आधार पर दिया गया था। पहला ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर 1960 में साकार हुआ था। यह एक कार्यशील पदार्थ के रूप में रूबी क्रिस्टल वाला एक लेजर था। इसमें जनसंख्या व्युत्क्रम का निर्माण तीन-स्तरीय पंपिंग विधि द्वारा किया गया था, जिसका उपयोग आमतौर पर पैरामैग्नेटिक क्वांटम एम्पलीफायरों में किया जाता है।

वर्तमान में, कई अलग-अलग ऑप्टिकल क्वांटम जेनरेटर विकसित किए गए हैं, जो काम करने वाले पदार्थों (क्रिस्टल, ग्लास, प्लास्टिक, तरल पदार्थ, गैस, अर्धचालक का उपयोग किया जाता है) और जनसंख्या उलटा बनाने के तरीकों (ऑप्टिकल पंपिंग, गैसों में निर्वहन, रासायनिक प्रतिक्रियाओं इत्यादि) में भिन्न होते हैं। . )

आबादी का व्युत्क्रम और एक गुंजयमान प्रणाली बनाई जाती है (चित्र 62)। उत्तरार्द्ध के रूप में, फैब्री-पेरोट इंटरफेरोमीटर प्रकार के खुले अनुनादकों का उपयोग लेज़रों में किया जाता है, जो एक दूसरे से दूरी पर स्थित दो दर्पणों की एक प्रणाली द्वारा निर्मित होते हैं।

सक्रिय कणों के प्रेरित उत्सर्जन के कारण कार्यशील पदार्थ ऑप्टिकल विकिरण को बढ़ाता है। गुंजयमान प्रणाली, सक्रिय माध्यम के माध्यम से परिणामी ऑप्टिकली प्रेरित विकिरण के बार-बार पारित होने का कारण बनती है, इसके साथ क्षेत्र की प्रभावी बातचीत निर्धारित करती है। यदि हम लेज़र को एक स्व-दोलन प्रणाली के रूप में मानते हैं, तो दर्पणों के बीच फैलने वाले विकिरण के हिस्से को सक्रिय माध्यम में लौटाने के परिणामस्वरूप गुंजयमान यंत्र सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रदान करता है। दोलन होने के लिए, सक्रिय माध्यम से प्राप्त लेजर में शक्ति अनुनादक में खोई गई शक्ति के बराबर या उससे अधिक होनी चाहिए। यह इस तथ्य के बराबर है कि प्रवर्धित माध्यम से गुजरने के बाद, दर्पणों से प्रतिबिंब -/ और 2, मूल क्रॉस सेक्शन पर लौटने के बाद पीढ़ी तरंग की तीव्रता अपरिवर्तित रहनी चाहिए या प्रारंभिक मूल्य से अधिक होनी चाहिए।

सक्रिय माध्यम से गुजरते समय, तरंग की तीव्रता 1^ घातीय नियम के अनुसार परिवर्तन (संतृप्ति की अनदेखी) एल, ° 1^ ezhr [ (oc,^ - b())-c ], और जब दर्पण से परावर्तित होता है तो यह बदल जाता है जीएक बार ( टी -गुणांक. दर्पण प्रतिबिंब), इसलिए पीढ़ी के घटित होने की स्थिति को इस प्रकार लिखा जा सकता है

कहाँ एल - कार्यशील सक्रिय माध्यम की लंबाई; आर 1 और आर 2 - दर्पण 1 और 2 के प्रतिबिंब गुणांक; एक यू सक्रिय माध्यम का लाभ है; बी 0 - क्षीणन स्थिरांक, असमानताओं और दोषों द्वारा बिखरने के परिणामस्वरूप कार्यशील पदार्थ में ऊर्जा हानि को ध्यान में रखते हुए।

I. ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर के अनुनादक

जैसा कि उल्लेख किया गया है, गुंजयमान लेजर सिस्टम खुले अनुनादक हैं। वर्तमान में, सपाट और गोलाकार दर्पण वाले खुले अनुनादक सबसे अधिक व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। खुले अनुनादकों की एक विशेषता यह है कि उनके ज्यामितीय आयाम तरंग दैर्ध्य से कई गुना अधिक होते हैं। वॉल्यूमेट्रिक ओपन रेज़ोनेटर की तरह, उनके पास अपने स्वयं के प्रकार के दोलनों का एक सेट होता है, जो एक निश्चित क्षेत्र वितरण द्वारा विशेषता है उनको औरस्वयं की आवृत्तियाँ। एक खुले अनुनादक के प्राकृतिक प्रकार के दोलन क्षेत्र समीकरणों के समाधान हैं जो दर्पणों पर सीमा स्थितियों को संतुष्ट करते हैं।

कैविटी रेज़ोनेटर की गणना के लिए कई विधियाँ हैं जो किसी को अपने प्रकार के कंपन का पता लगाने की अनुमति देती हैं। खुले अनुनादकों का एक कठोर और सबसे पूर्ण सिद्धांत एल.ए. वैवेस्टीन के कार्यों में दिया गया है।* खुले अनुनादकों में दोलनों के प्रकारों की गणना के लिए एक दृश्य विधि ए. फॉक्स और टी. ली के कार्यों में विकसित की गई थी।

ए. फॉक्स और टी. ली की गणना निम्नलिखित किरचॉफ सूत्र पर आधारित है, जो ह्यूजेंस के सिद्धांत की गणितीय अभिव्यक्ति है, जो किसी को अवलोकन बिंदु पर नीचे खोजने की अनुमति देता है। एकिसी सतह पर दिए गए फ़ील्ड द्वारा Sb

जहाँ Eb सतह S पर बिंदु B पर क्षेत्र है बी; क-तरंग संख्या; आर - बिंदुओं के बीच की दूरी एऔर में; क्यू - बिंदुओं को जोड़ने वाली रेखा के बीच का कोण एऔर में,और सतह पर सामान्य Sb

जैसे-जैसे पासों की संख्या बढ़ती है, दर्पणों पर प्रवाह दर एक स्थिर वितरण की ओर बढ़ती है, जिसे निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

कहाँ वी(एक्स ,आप) - एक वितरण फ़ंक्शन जो दर्पण की सतह पर निर्देशांक पर निर्भर करता है और प्रतिबिंब से प्रतिबिंब में नहीं बदलता है;

y स्थानिक निर्देशांक से स्वतंत्र एक जटिल स्थिरांक है।

सूत्र (112) को अभिव्यक्ति (III) में प्रतिस्थापित करना। हम अभिन्न समीकरण प्राप्त करते हैं

इसका समाधान केवल कुछ मानों [गामा] = [गामा मि.] के लिए होता है eigenvalues,वीएमएन कार्य , अभिन्न समीकरण को संतुष्ट करते हुए, अनुनादक के विभिन्न प्रकार के दोलनों के क्षेत्र की संरचना को चिह्नित करें, जिन्हें कहा जाता है आड़ाकंपन और प्रकार के कंपन के रूप में निर्दिष्ट हैं मंदिरप्रतीक मंदिरइंगित करता है कि अनुनादक के अंदर का पानी अनुप्रस्थ विद्युत चुम्बकीय के करीब है, अर्थात। तरंग प्रसार की दिशा में कोई क्षेत्र घटक नहीं होना। इंडेक्स एमऔर n दर्पण के किनारों के साथ (आयताकार दर्पणों के लिए) या कोण के साथ और त्रिज्या के साथ (गोल दर्पणों के लिए) क्षेत्र की दिशा में परिवर्तनों की संख्या को दर्शाता है। चित्र 64 गोल दर्पणों के साथ खुले अनुनादकों के सरलतम अनुप्रस्थ प्रकार के दोलनों के लिए विद्युत क्षेत्र विन्यास को दर्शाता है। खुले अनुनादकों के आंतरिक प्रकार के दोलनों की विशेषता न केवल क्षेत्र के अनुप्रस्थ वितरण से होती है, बल्कि अनुनादकों की धुरी के साथ इसके वितरण से भी होती है, जो एक खड़ी तरंग है और आधे-तरंगों की संख्या में भिन्न होती है जो अनुनादकों के साथ फिट होती हैं। अनुनादक की लंबाई. इसे ध्यान में रखने के लिए, कंपन प्रकारों के पदनाम में एक तीसरा सूचकांक पेश किया गया है ए, अनुनादक की धुरी के साथ फिट होने वाली अर्ध-तरंगों की संख्या को दर्शाता है।

सॉलिड स्टेट ऑप्टिकल क्वांटम जेनरेटर

सॉलिड-स्टेट ऑप्टिकल क्वांटम ऑसिलेटर्स, या सॉलिड-स्टेट लेजर, सक्रिय लाभ माध्यम के रूप में क्रिस्टल या अनाकार डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग करते हैं। कार्यशील कण, जिनकी ऊर्जा अवस्थाओं के बीच संक्रमण पीढ़ी निर्धारित करता है, एक नियम के रूप में, आवर्त सारणी के संक्रमण समूहों के परमाणुओं के आयन हैं। आयन Na 3+, Cr 3+, Ho 3+, Pr 3+ सबसे अधिक बार होते हैं इस्तेमाल किया गया। सक्रिय कण कार्यशील माध्यम के परमाणुओं की कुल संख्या के अंश या प्रतिशत की इकाइयाँ बनाते हैं, इसलिए वे कमजोर सांद्रता का "समाधान" बनाते प्रतीत होते हैं और इसलिए एक दूसरे के साथ बहुत कम बातचीत करते हैं। उपयोग किए गए ऊर्जा स्तर कार्यशील कणों के स्तर हैं, जो ठोस पदार्थ के मजबूत अमानवीय आंतरिक क्षेत्रों द्वारा विभाजित और विस्तारित होते हैं। सक्रिय लाभ माध्यम के आधार के रूप में कोरंडम (Al2O3) और येट्रियम-एल्यूमीनियम गार्नेट के क्रिस्टल का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। YAG(Y3Al5O12), कांच के विभिन्न ब्रांड, आदि।

सॉलिड-स्टेट लेज़रों के कार्यशील पदार्थ में जनसंख्या व्युत्क्रमण पैरामैग्नेटिक एम्पलीफायरों में उपयोग की जाने वाली विधि के समान ही बनाया जाता है। यह ऑप्टिकल पंपिंग का उपयोग करके किया जाता है, अर्थात। किसी पदार्थ का उच्च तीव्रता वाले प्रकाश विकिरण के संपर्क में आना।

जैसा कि अध्ययनों से पता चलता है, सॉलिड-स्टेट लेज़रों में उपयोग किए जाने वाले वर्तमान में मौजूद अधिकांश सक्रिय मीडिया को दो मुख्य आदर्श ऊर्जा द्वारा संतोषजनक ढंग से वर्णित किया गया है योजनाएं:तीन- और चार-स्तर (चित्र 71)।

आइए पहले हम तीन-स्तरीय योजना द्वारा वर्णित मीडिया में जनसंख्या व्युत्क्रम बनाने की विधि पर विचार करें (चित्र 71, ए देखें)। सामान्य अवस्था में केवल निचले मुख्य स्तर पर ही आबादी रहती है 1 (स्तरों के बीच ऊर्जा दूरी kT से काफी अधिक है), क्योंकि संक्रमण 1->2, और 1->3) ऑप्टिकल रेंज से संबंधित हैं। स्तर 2 और 1 के बीच संक्रमण चालू है। स्तर 3 सहायक और स्तरों की कार्यशील जोड़ी का व्युत्क्रम बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। यह वास्तव में इंट्राक्रिस्टलाइन क्षेत्रों के साथ काम करने वाले कणों की बातचीत के कारण अनुमेय ऊर्जा मूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला पर कब्जा कर लेता है।

क्र

क्वांटम जनरेटर किस तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करता है, इसके आधार पर इसे अलग तरह से कहा जा सकता है:

लेजर (ऑप्टिकल रेंज);

मेसर (माइक्रोवेव रेंज);

रेज़र (एक्स-रे रेंज);

गैसर (गामा रेंज)।

क्र

वास्तव में, इन उपकरणों का संचालन बोह्र के अभिधारणाओं के उपयोग पर आधारित है:

एक परमाणु और परमाणु प्रणालियाँ लंबे समय तक केवल विशेष स्थिर या क्वांटम अवस्थाओं में ही रह सकती हैं, जिनमें से प्रत्येक की एक विशिष्ट ऊर्जा होती है। स्थिर अवस्था में कोई परमाणु विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित नहीं करता है।

प्रकाश उत्सर्जन तब होता है जब एक इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा वाली स्थिर अवस्था से कम ऊर्जा वाली स्थिर अवस्था में संक्रमण करता है। उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जा स्थिर अवस्थाओं के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर होती है।

आज सबसे आम हैं लेज़र, यानी ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर। बच्चों के खिलौनों के अलावा, वे चिकित्सा, भौतिकी, रसायन विज्ञान, कंप्यूटर प्रौद्योगिकी और अन्य उद्योगों में भी व्यापक हो गए हैं। लेज़र कई समस्याओं के लिए "तैयार समाधान" के रूप में उभरे हैं।

आइए लेज़र के संचालन सिद्धांत पर करीब से नज़र डालें।

DC4-14

लेज़र - एक ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर जो प्रकाश की एक शक्तिशाली, संकीर्ण रूप से निर्देशित सुसंगत मोनोक्रोमैटिक किरण बनाता है। (स्लाइड्स 1,2)

( 1. सहज और उत्तेजित उत्सर्जन.

यदि इलेक्ट्रॉन निचले स्तर पर है, तो परमाणु आपतित फोटॉन को अवशोषित कर लेगा, और इलेक्ट्रॉन स्तर E से आगे बढ़ जाएगा 1 से लेवल ई 2 . यह अवस्था अस्थिर, इलेक्ट्रान हैअनायास लेवल ई पर चला जाएगा 1 फोटॉन उत्सर्जन के साथ. सहज उत्सर्जन अनायास होता है, इसलिए, परमाणु असंगत रूप से, अराजक रूप से प्रकाश उत्सर्जित करेगा, इसलिए प्रकाश तरंगें न तो चरण में, न ध्रुवीकरण में, न ही दिशा में एक दूसरे के साथ असंगत हैं। यह प्राकृतिक प्रकाश है.

लेकिन प्रेरित (मजबूर) उत्सर्जन भी संभव है। यदि इलेक्ट्रॉन ऊपरी स्तर ई में है 2 (उत्तेजित अवस्था में एक परमाणु), तब जब एक फोटॉन गिरता है, तो दूसरे फोटॉन को उत्सर्जित करके एक इलेक्ट्रॉन का निचले स्तर पर मजबूरन संक्रमण हो सकता है।

क्र

बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (आपदा फोटॉन) के प्रभाव में एक फोटॉन के उत्सर्जन के साथ एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के ऊपरी ऊर्जा स्तर से निचले स्तर तक संक्रमण के दौरान विकिरण को कहा जाता हैमजबूर या प्रेरित .

उत्तेजित उत्सर्जन के गुण:

प्राथमिक और द्वितीयक फोटॉन की समान आवृत्ति और चरण;

प्रसार की एक ही दिशा;

वही ध्रुवीकरण.

नतीजतन, उत्तेजित उत्सर्जन से दो समान जुड़वां फोटॉन उत्पन्न होते हैं।

क्र

2. सक्रिय मीडिया का उपयोग.

किसी माध्यम में पदार्थ की वह अवस्था जिसमें आधे से कम परमाणु उत्तेजित अवस्था में होते हैं, कहलाती हैसामान्य जनसंख्या ऊर्जा स्तर वाला राज्य . यह पर्यावरण की सामान्य स्थिति है.

क्र

ऐसा वातावरण जिसमें आधे से अधिक परमाणु उत्तेजित अवस्था में हों, कहलाता हैऊर्जा स्तरों की व्युत्क्रम जनसंख्या के साथ सक्रिय माध्यम . (स्लाइड 9)

ऊर्जा स्तर की व्युत्क्रम जनसंख्या वाले माध्यम में, प्रकाश तरंग प्रवर्धित होती है। यह एक सक्रिय वातावरण है.

प्रकाश की तीव्रता की तुलना हिमस्खलन की वृद्धि से की जा सकती है।

क्र

सक्रिय माध्यम प्राप्त करने के लिए तीन-स्तरीय प्रणाली का उपयोग किया जाता है।

तीसरे स्तर पर, सिस्टम बहुत संक्षेप में रहता है, जिसके बाद यह स्वचालित रूप से राज्य ई में चला जाता है 2 फोटॉन के उत्सर्जन के बिना. राज्य से संक्रमण2 किसी राज्य में 1 एक फोटॉन के उत्सर्जन के साथ, जिसका उपयोग लेजर में किया जाता है।

किसी माध्यम के व्युत्क्रम अवस्था में परिवर्तित होने की प्रक्रिया कहलाती हैपंप . इसके लिए अक्सर प्रकाश विकिरण (ऑप्टिकल पंपिंग), विद्युत निर्वहन, विद्युत प्रवाह और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक शक्तिशाली लैंप के चमकने के बाद, सिस्टम एक स्थिति में चला जाता है3 , राज्य में थोड़े समय के बाद2 , जिसमें वह अपेक्षाकृत लंबे समय तक रहता है। इससे स्तर पर अधिक जनसंख्या उत्पन्न होती है2 .

क्र

3. सकारात्मक प्रतिक्रिया.

लेजर में प्रकाश प्रवर्धन मोड से उत्पादन मोड में जाने के लिए फीडबैक का उपयोग किया जाता है।

फीडबैक एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर का उपयोग करके किया जाता है, जो आमतौर पर समानांतर दर्पणों की एक जोड़ी होती है। (स्लाइड 11)

ऊपरी स्तर से निचले स्तर तक स्वतःस्फूर्त संक्रमणों में से एक के परिणामस्वरूप एक फोटॉन प्रकट होता है. दर्पणों में से किसी एक की ओर बढ़ने पर, एक फोटॉन फोटॉनों के हिमस्खलन का कारण बनता है। दर्पण से परावर्तन के बाद, फोटॉन का एक हिमस्खलन विपरीत दिशा में चलता है, जिससे अधिक से अधिक परमाणु फोटॉन उत्सर्जित करते हैं। यह प्रक्रिया जब तक अस्तित्व में रहेगी तब तक जारी रहेगीउलटा जनसंख्या स्तर

उलटी जनसंख्या ऊर्जा स्तर - पर्यावरण की एक गैर-संतुलन स्थिति, जिसमें ऊपरी ऊर्जा स्तरों पर स्थित कणों (परमाणुओं, अणुओं) की संख्या, यानी उत्तेजित अवस्था में, निचले ऊर्जा स्तरों पर स्थित कणों की संख्या से अधिक होती है। .

सक्रिय तत्व

पंप

पंप

ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र

पार्श्व दिशाओं में चलने वाली प्रकाश की धाराएँ महत्वपूर्ण ऊर्जा प्राप्त करने का समय लिए बिना सक्रिय तत्व को तेजी से छोड़ देती हैं। अनुनादक की धुरी के साथ फैलने वाली प्रकाश तरंग कई गुना बढ़ जाती है। दर्पणों के निचले भाग को पारभासी बनाया जाता है, और इससे लेजर तरंग वातावरण में चली जाती है।

क्र

4. रूबी लेजर .

रूबी लेजर का मुख्य भाग हैरूबी रॉड. माणिक्य परमाणुओं से बना हैअलऔर हेपरमाणुओं के मिश्रण के साथकरोड़. यह क्रोमियम परमाणु हैं जो रूबी को उसका रंग देते हैं और एक मेटास्टेबल अवस्था रखते हैं।

क्र

गैस-डिस्चार्ज लैंप की एक ट्यूब, जिसे कहा जाता हैपंप लैंप . लैंप थोड़ी देर के लिए चमकता है और पंपिंग होती है।

रूबी लेजर स्पंदित मोड में काम करता है। लेजर के अन्य प्रकार हैं: गैस, अर्धचालक... वे निरंतर मोड में काम कर सकते हैं।

क्र

5. लेजर विकिरण के गुण :

सबसे शक्तिशाली प्रकाश स्रोत;

सूर्य का P = 10 4 W/cm 2, लेज़र का P = 10 14 W/cm 2।

असाधारण एकवर्णीयता(एकवर्णी तरंगें – एक विशिष्ट और कड़ाई से स्थिर आवृत्ति की स्थानिक रूप से असीमित तरंगें) ;

कोण विचलन की बहुत छोटी डिग्री देता है;

सुसंगति ( वे। कई दोलन या तरंग प्रक्रियाओं के समय और स्थान में समन्वित घटना) .

DC3

लेजर ऑपरेशन के लिए

एक पम्पिंग प्रणाली की आवश्यकता है. अर्थात्, हम एक परमाणु या परमाणु प्रणाली को कुछ ऊर्जा देंगे, फिर, बोह्र की दूसरी अभिधारणा के अनुसार, परमाणु अधिक ऊर्जा के साथ उच्च स्तर पर चला जाएगा। अगला कार्य परमाणु को उसके पिछले स्तर पर लौटाना है, जबकि यह ऊर्जा के रूप में फोटॉन उत्सर्जित करता है।

पर्याप्त लैंप शक्ति के साथ, अधिकांश क्रोमियम आयन उत्तेजित अवस्था में स्थानांतरित हो जाते हैं।

परमाणुओं को उत्तेजित अवस्था में बदलने के लिए लेजर के कार्यशील शरीर को ऊर्जा प्रदान करने की प्रक्रिया को पंपिंग कहा जाता है।

इस मामले में उत्सर्जित फोटॉन अतिरिक्त फोटॉनों के उत्तेजित उत्सर्जन का कारण बन सकता है, जो बदले में उत्तेजित उत्सर्जन का कारण बनेगा)

डीसी15

लेजर ऑपरेशन का भौतिक आधार घटना है। घटना का सार यह है कि एक उत्तेजित फोटॉन किसी अन्य फोटॉन के प्रभाव में उसके अवशोषण के बिना उत्सर्जन करने में सक्षम है, यदि उत्तरार्द्ध ऊर्जा अंतर के बराबर है

मैसर उत्सर्जित करता है माइक्रोवेव, आकार - एक्स-रे , और गैसर - गामा विकिरण.

डीसी16

मेसर - क्वांटम जनरेटर उत्सर्जित

सेंटीमीटर रेंज (माइक्रोवेव) में सुसंगत विद्युत चुम्बकीय तरंगें।

मासर्स का उपयोग प्रौद्योगिकी में (विशेष रूप से, अंतरिक्ष संचार में), भौतिक अनुसंधान में, और मानक आवृत्ति के क्वांटम जनरेटर के रूप में भी किया जाता है।

क्र

की अपेक्षा (एक्स-रे लेजर) - उत्तेजित उत्सर्जन के प्रभाव के आधार पर, एक्स-रे रेंज में सुसंगत विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक स्रोत। यह लेज़र का एक शॉर्ट-वेव एनालॉग है।

क्र

सुसंगत एक्स-रे विकिरण के अनुप्रयोगों में घने प्लाज्मा, एक्स-रे माइक्रोस्कोपी, चरण-रिज़ॉल्यूशन मेडिकल इमेजिंग, सामग्री सतह अन्वेषण और हथियारों में अनुसंधान शामिल है। नरम एक्स-रे लेजर एक प्रणोदन लेजर के रूप में काम कर सकता है।

क्र

गैसर क्षेत्र में काम जारी है, क्योंकि एक प्रभावी पंपिंग प्रणाली नहीं बनाई गई है।

लेजर का उपयोग उद्योगों की एक पूरी सूची में किया जाता है :

6. लेज़रों का अनुप्रयोग : (स्लाइड 16)

रेडियो खगोल विज्ञान में अधिकतम सटीकता (प्रकाश लोकेटर) के साथ सौर मंडल के पिंडों की दूरी निर्धारित करने के लिए;

धातु प्रसंस्करण (काटना, वेल्डिंग, पिघलना, ड्रिलिंग);

स्केलपेल के बजाय सर्जरी में (उदाहरण के लिए, नेत्र विज्ञान में);

त्रि-आयामी छवियां (होलोग्राफी) प्राप्त करने के लिए;

संचार (विशेषकर अंतरिक्ष में);

जानकारी रिकॉर्ड करना और संग्रहीत करना;

रासायनिक प्रतिक्रियाओं में;

परमाणु रिएक्टर में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं करने के लिए;

परमाणु हथियार।

क्र

इस प्रकार, क्वांटम जनरेटर ने मानव जाति के रोजमर्रा के जीवन में दृढ़ता से प्रवेश किया है, जिससे उस समय की कई समस्याओं को हल करना संभव हो गया है।

क्वांटम जनरेटर

क्वांटम जनरेटर- परमाणुओं और अणुओं के उत्तेजित उत्सर्जन के आधार पर संचालित विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्रोतों का एक सामान्य नाम। क्वांटम जनरेटर किस तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करता है, उसके आधार पर इसे अलग-अलग कहा जा सकता है: लेजर, मेसर, रेजर, गैसर।

सृष्टि का इतिहास

एक क्वांटम जनरेटर ए. आइंस्टीन द्वारा प्रस्तावित उत्तेजित उत्सर्जन के सिद्धांत पर आधारित है: जब एक क्वांटम सिस्टम उत्तेजित होता है और साथ ही क्वांटम संक्रमण के अनुरूप आवृत्ति का विकिरण होता है, तो सिस्टम में उछाल की संभावना होती है पहले से मौजूद विकिरण फोटॉनों के घनत्व के अनुपात में निम्न ऊर्जा स्तर बढ़ जाता है। इस आधार पर क्वांटम जनरेटर बनाने की संभावना सोवियत भौतिक विज्ञानी वी. ए. फैब्रिकेंट ने 40 के दशक के अंत में बताई थी।

साहित्य

लैंड्सबर्ग जी.एस. प्राथमिक भौतिकी पाठ्यपुस्तक। खंड 3. दोलन और तरंगें। प्रकाशिकी। परमाणु और परमाणु भौतिकी. - 1985.

हरमन जे., विल्हेल्मी बी. "अल्ट्राशॉर्ट लाइट पल्स की पीढ़ी के लिए लेजर" - 1986।

विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.

• नोटकर हकलाने वाला
• resynthesis

देखें अन्य शब्दकोशों में "क्वांटम जेनरेटर" क्या है:

क्वांटम जनरेटर- बिजली पैदा करने वाला मैग. तरंगें, जिनमें उत्तेजित उत्सर्जन की घटना का उपयोग किया जाता है (क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स देखें)। के.जी. रेडियो रेंज, साथ ही एक क्वांटम एम्पलीफायर, कहा जाता है। मेसर. पहला के.जी. 1955 में माइक्रोवेव रेंज में बनाया गया था। इसमें सक्रिय माध्यम... भौतिक विश्वकोश

क्वांटम जनरेटर- सुसंगत विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक स्रोत, जिसकी क्रिया परमाणुओं, आयनों और अणुओं द्वारा फोटॉन के उत्तेजित उत्सर्जन पर आधारित होती है। रेडियो रेंज में क्वांटम जेनरेटर को मैसर्स कहा जाता है, ऑप्टिकल रेंज में क्वांटम जेनरेटर... ... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश

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क्वांटम जनरेटर- मोनोक्रोमैटिक सुसंगत विद्युत चुम्बकीय विकिरण (ऑप्टिकल या रेडियो रेंज) का एक स्रोत, उत्तेजित परमाणुओं, अणुओं, आयनों के उत्तेजित उत्सर्जन के आधार पर काम करता है। गैसें, क्रिस्टलीय... बिग पॉलिटेक्निक इनसाइक्लोपीडिया

क्वांटम जनरेटर- सुसंगत विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्पन्न करने के लिए एक उपकरण। सुसंगतता कई दोलन या तरंग प्रक्रियाओं की समय और स्थान में समन्वित घटना है, जो उदाहरण के लिए, उन्हें जोड़ने पर स्वयं प्रकट होती है। हस्तक्षेप के मामले में... प्रौद्योगिकी का विश्वकोश

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क्वांटम जनरेटर- टी स्थिति मानकीकृत स्थिति और मेट्रोलॉजी एपीब्रैज़िटिस इलेक्ट्रोमैग्नेटिनीज़ बैंग्ज़ जनरेटरियस, कुरियो वेकिमास पैग्रैस्टस सुज़ाडिन्टोज़ोज एटम, मोलकुली, जॉन्स प्राइवेट स्पिंडुलियाविमो रीस्किनीयू। atitikmenys: अंग्रेजी. क्वांटम... ... पेनकिआकलबिस एस्किनामासिस मेट्रोलॉजी टर्मिनस ज़ोडिनास

क्वांटम जनरेटर- क्वांटिनीस जेनरेटेरियस स्टेटसस टी स्रिटिस फ़िज़िका एटिटिकमेनिस: अंग्रेजी। क्वांटम जनरेटर वोक। क्वांटेंजेनरेटर, एम रस। क्वांटम जनरेटर, एम प्रैंक। ऑसिलेटर क्वांटिक, एम ... फ़िज़िकोस टर्मिनस ज़ोडनास

क्वांटम जनरेटर- विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक जनरेटर जो उत्तेजित उत्सर्जन की घटना का उपयोग करता है (उत्तेजित उत्सर्जन देखें) (क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स देखें)। अति-उच्च आवृत्तियों (माइक्रोवेव) की के.जी. रेडियो रेंज, साथ ही इसका क्वांटम एम्पलीफायर ... ... महान सोवियत विश्वकोश

क्वांटम जनरेटर- विद्युत चुम्बकीय सुसंगत विकिरण (ऑप्टिकल या रेडियो रेंज) का एक स्रोत, जो उत्तेजित परमाणुओं, अणुओं, आयनों आदि के प्रेरित विकिरण की घटना का उपयोग करता है। गैसों, तरल पदार्थ, ठोस पदार्थों का उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड में एक कार्यशील तत्व के रूप में किया जाता है... .. . बिग इनसाइक्लोपीडिक पॉलिटेक्निक डिक्शनरी

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पेरेडेल्स्की ओलेग
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तारासोव ए.आई.

सेंट पीटर्सबर्ग
2010

1 परिचय
यह पेपर क्वांटम जनरेटर के संचालन के सिद्धांतों, जनरेटर सर्किट, उनकी डिजाइन विशेषताओं, जनरेटर की आवृत्ति स्थिरता के मुद्दों और क्वांटम जनरेटर में मॉड्यूलेशन के सिद्धांतों पर चर्चा करता है।
1.1 सामान्य जानकारी
क्वांटम जनरेटर का संचालन सिद्धांत पदार्थ के परमाणुओं या अणुओं के साथ उच्च आवृत्ति क्षेत्र की बातचीत पर आधारित है। वे काफी उच्च आवृत्ति और उच्च स्थिरता के दोलन उत्पन्न करने की अनुमति देते हैं।
क्वांटम जनरेटर का उपयोग करके, आवृत्ति मानक बनाना संभव है जो सटीकता में सभी मौजूदा मानकों से अधिक हो। दीर्घकालिक आवृत्ति स्थिरता, अर्थात्। लंबी अवधि में स्थिरता का अनुमान 10 -9 - 10 -10 है, और अल्पकालिक स्थिरता (मिनट) 10 -11 तक पहुंच सकती है।

वर्तमान मेंआजकल, क्वांटम ऑसिलेटर्स का व्यापक रूप से समय सेवा प्रणालियों में आवृत्ति मानकों के रूप में उपयोग किया जाता है। विभिन्न रेडियो प्रणालियों के उपकरणों को प्राप्त करने में उपयोग किए जाने वाले क्वांटम एम्पलीफायर उपकरण की संवेदनशीलता को काफी बढ़ा सकते हैं और आंतरिक शोर के स्तर को कम कर सकते हैं।
क्वांटम जनरेटर की एक विशेषता, जो उनके तेजी से सुधार को निर्धारित करती है, ऑप्टिकल रेंज सहित बहुत उच्च आवृत्तियों पर प्रभावी ढंग से काम करने की उनकी क्षमता है, यानी, लगभग 10 9 के क्रम की आवृत्तियों तक। मेगाहर्टज
ऑप्टिकल रेंज जनरेटर प्रकाश किरण में उच्च विकिरण दिशा और उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त करना संभव बनाते हैं (लगभग 10 12 -10 13 डब्ल्यू/एम 2 ) और एक विशाल आवृत्ति रेंज, जो बड़ी मात्रा में सूचना के प्रसारण की अनुमति देती है।
संचार, स्थान और नेविगेशन प्रणालियों में ऑप्टिकल रेंज जनरेटर का उपयोग संचार की सीमा और विश्वसनीयता में उल्लेखनीय वृद्धि, रेंज और कोण में रडार सिस्टम के रिज़ॉल्यूशन के साथ-साथ उच्च-परिशुद्धता नेविगेशन सिस्टम बनाने की संभावनाओं के लिए नई संभावनाएं खोलता है।
वैज्ञानिक अनुसंधान में ऑप्टिकल रेंज जनरेटर का उपयोग किया जाता है
अनुसंधान और उद्योग। एक संकीर्ण किरण में ऊर्जा की अत्यधिक उच्च सांद्रता इसे संभव बनाती है, उदाहरण के लिए, सबसे कठोर खनिज, हीरे सहित सुपरहार्ड मिश्र धातुओं और खनिजों में बहुत छोटे व्यास के छेद को जलाना।
क्वांटम जनरेटर आमतौर पर प्रतिष्ठित होते हैं:

सक्रिय पदार्थ (ठोस या गैसीय) की प्रकृति से, क्वांटम घटनाएँ जिसमें उपकरणों के संचालन का निर्धारण होता है।
ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी रेंज (सेंटीमीटर और मिलीमीटर रेंज, ऑप्टिकल रेंज - अवरक्त और स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग) द्वारा
सक्रिय पदार्थ के उत्तेजना या ऊर्जा स्तरों द्वारा अणुओं को अलग करने की विधि द्वारा।

1.2 सृष्टि का इतिहास
मेसर के निर्माण का इतिहास 1917 में शुरू होना चाहिए, जब अल्बर्ट आइंस्टीन ने पहली बार उत्तेजित उत्सर्जन की अवधारणा पेश की थी। यह लेज़र की ओर पहला कदम था। अगला कदम सोवियत भौतिक विज्ञानी वी.ए. द्वारा उठाया गया था। फैब्रिकेंट, जिन्होंने 1939 में विद्युत चुम्बकीय विकिरण को बढ़ाने के लिए उत्तेजित उत्सर्जन का उपयोग करने की संभावना की ओर इशारा किया था क्योंकि यह पदार्थ से गुजरता है। यह विचार वी.ए. द्वारा व्यक्त किया गया। फैब्रिकेंट ने स्तरों की व्युत्क्रम जनसंख्या के साथ माइक्रोसिस्टम्स का उपयोग माना। बाद में, महान देशभक्तिपूर्ण युद्ध की समाप्ति के बाद, वी.ए. फैब्रिकेंट इस विचार पर लौट आए और, अपने शोध के आधार पर, 1951 में (एम.एम. वुडिंस्की और एफ.ए. बुटेवा के साथ) उत्तेजित उत्सर्जन का उपयोग करके विकिरण को बढ़ाने के लिए एक विधि के आविष्कार के लिए एक आवेदन प्रस्तुत किया। इस एप्लिकेशन के लिए एक प्रमाणपत्र जारी किया गया था, जिसमें "आविष्कार का विषय" शीर्षक के तहत लिखा गया है: "विद्युत चुम्बकीय विकिरण (पराबैंगनी, दृश्यमान, अवरक्त और रेडियो तरंग दैर्ध्य) को बढ़ाने की एक विधि, जिसमें विशेषता है कि प्रवर्धित विकिरण है एक ऐसे माध्यम से गुज़रा जिसमें सहायक विकिरण की मदद से या किसी अन्य तरीके से वे संतुलन की तुलना में उत्तेजित अवस्थाओं के अनुरूप ऊपरी ऊर्जा स्तरों पर परमाणुओं, अन्य कणों या उनके सिस्टम की अतिरिक्त सांद्रता बनाते हैं।
प्रारंभ में, विकिरण को बढ़ाने की यह विधि रेडियो रेंज में, या अधिक सटीक रूप से अल्ट्राहाई फ्रीक्वेंसी रेंज (माइक्रोवेव रेंज) में लागू की गई थी। मई 1952 में, रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोपी पर ऑल-यूनियन सम्मेलन में, सोवियत भौतिक विज्ञानी (अब शिक्षाविद) एन.जी. बसोव और ए.एम. प्रोखोरोव ने माइक्रोवेव रेंज में विकिरण एम्पलीफायर बनाने की मूलभूत संभावना पर एक रिपोर्ट बनाई। उन्होंने इसे "आणविक जनरेटर" कहा (इसमें अमोनिया अणुओं की एक किरण का उपयोग किया जाना था)। लगभग उसी समय, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी चार्ल्स टाउन्स द्वारा संयुक्त राज्य अमेरिका में कोलंबिया विश्वविद्यालय में मिलीमीटर तरंगों को बढ़ाने और उत्पन्न करने के लिए उत्तेजित उत्सर्जन का उपयोग करने का प्रस्ताव सामने रखा गया था। 1954 में, एक आणविक थरथरानवाला, जिसे जल्द ही मेसर कहा जाता था, वास्तविकता बन गया। इसे स्वतंत्र रूप से और एक साथ विश्व में दो स्थानों पर - पी.एन. भौतिकी संस्थान में विकसित और निर्मित किया गया था। यूएसएसआर के लेबेडेव एकेडमी ऑफ साइंसेज (एन.जी. बसोव और ए.एम. प्रोखोरोव के नेतृत्व में समूह) और संयुक्त राज्य अमेरिका में कोलंबिया विश्वविद्यालय में (सी. टाउन्स के नेतृत्व में समूह)। इसके बाद, "लेजर" शब्द "एम" अक्षर (माइक्रोवेव शब्द का प्रारंभिक अक्षर - माइक्रोवेव) को "एल" अक्षर (लाइट शब्द का प्रारंभिक अक्षर -) के साथ बदलने के परिणामस्वरूप "मेसर" शब्द से आया। रोशनी)। मेज़र और लेज़र दोनों का संचालन एक ही सिद्धांत पर आधारित है - यह सिद्धांत 1951 में वी.ए. द्वारा तैयार किया गया था। निर्माता. मेसर की उपस्थिति का मतलब था कि विज्ञान और प्रौद्योगिकी में एक नई दिशा का जन्म हुआ। पहले इसे क्वांटम रेडियोफिजिक्स कहा जाता था और बाद में इसे क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स के नाम से जाना जाने लगा।

2. क्वांटम जनरेटर के संचालन सिद्धांत।

क्वांटम जनरेटर में, कुछ शर्तों के तहत, परमाणुओं या अणुओं की आंतरिक ऊर्जा का विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा में सीधा रूपांतरण देखा जाता है। यह ऊर्जा परिवर्तन क्वांटम संक्रमणों के परिणामस्वरूप होता है - ऊर्जा संक्रमण ऊर्जा के क्वांटा (भागों) की रिहाई के साथ होता है।
बाहरी प्रभाव की अनुपस्थिति में, किसी पदार्थ के अणुओं (या परमाणुओं) के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान होता है। कुछ अणु विद्युत चुम्बकीय कंपन उत्सर्जित करते हैं, उच्च ऊर्जा स्तर से निचले स्तर की ओर बढ़ते हैं, जबकि अन्य उन्हें अवशोषित करते हैं, जिससे विपरीत संक्रमण होता है। सामान्य तौर पर, स्थिर परिस्थितियों में, बड़ी संख्या में अणुओं से युक्त एक प्रणाली गतिशील संतुलन में होती है, अर्थात। ऊर्जा के निरंतर आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप, उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा अवशोषित मात्रा के बराबर होती है।
ऊर्जा स्तर की जनसंख्या, अर्थात्। विभिन्न स्तरों पर स्थित परमाणुओं या अणुओं की संख्या पदार्थ के तापमान से निर्धारित होती है। ऊर्जा W 1 और W 2 के साथ स्तर N 1 और N 2 की जनसंख्या बोल्ट्ज़मैन वितरण द्वारा निर्धारित की जाती है:

(1)

कहाँ क– बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक;
टी– पदार्थ का पूर्ण तापमान.

थर्मल संतुलन की स्थिति में, क्वांटम सिस्टम में उच्च ऊर्जा स्तर पर कम अणु होते हैं, और इसलिए वे उत्सर्जन नहीं करते हैं, बल्कि बाहरी विकिरण के संपर्क में आने पर केवल ऊर्जा को अवशोषित करते हैं। इस मामले में, अणु (या परमाणु) उच्च ऊर्जा स्तर पर चले जाते हैं।
आणविक ऑसिलेटर और एम्पलीफायरों में जो ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण का उपयोग करते हैं, स्पष्ट रूप से कृत्रिम परिस्थितियों का निर्माण करना आवश्यक है जिसके तहत उच्च ऊर्जा स्तर की आबादी अधिक होगी। इस मामले में, एक निश्चित आवृत्ति के बाहरी उच्च-आवृत्ति क्षेत्र के प्रभाव में, क्वांटम संक्रमण की आवृत्ति के करीब, उच्च से निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण से जुड़े तीव्र विकिरण को देखा जा सकता है। किसी बाहरी क्षेत्र के कारण होने वाले ऐसे विकिरण को प्रेरित विकिरण कहा जाता है।
क्वांटम संक्रमण आवृत्ति (इस आवृत्ति को गुंजयमान आवृत्ति कहा जाता है) के अनुरूप मौलिक आवृत्ति का एक बाहरी उच्च-आवृत्ति क्षेत्र न केवल तीव्र उत्तेजित विकिरण का कारण बनता है, बल्कि व्यक्तिगत अणुओं के विकिरण को भी चरणबद्ध करता है, जो कंपन को जोड़ने और प्रवर्धन प्रभाव की अभिव्यक्ति प्रदान करता है।
क्वांटम संक्रमण की वह स्थिति जब ऊपरी स्तर की जनसंख्या निचले संक्रमण स्तर की जनसंख्या से अधिक हो जाती है, उलटी कहलाती है।
ऊपरी ऊर्जा स्तर (जनसंख्या व्युत्क्रम) की उच्च जनसंख्या प्राप्त करने के कई तरीके हैं।
अमोनिया जैसे गैसीय पदार्थों में, बाहरी स्थिर विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके अणुओं को विभिन्न ऊर्जा अवस्थाओं में अलग करना (सॉर्ट करना) संभव है।
ठोस पदार्थों में, ऐसा पृथक्करण कठिन होता है, इसलिए अणुओं के उत्तेजना के विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है, अर्थात। बाहरी उच्च-आवृत्ति क्षेत्र के साथ विकिरण द्वारा ऊर्जा स्तरों पर अणुओं को पुनर्वितरित करने की विधियाँ।

पर्याप्त तीव्रता के गुंजयमान आवृत्ति के उच्च-आवृत्ति क्षेत्र के साथ स्पंदित विकिरण द्वारा स्तरों की जनसंख्या में परिवर्तन (स्तरों की जनसंख्या का व्युत्क्रम) उत्पन्न किया जा सकता है। पल्स अवधि के सही चयन के साथ (पल्स अवधि विश्राम समय से बहुत कम होनी चाहिए, यानी, गतिशील संतुलन को बहाल करने का समय), विकिरण के बाद कुछ समय के लिए बाहरी उच्च आवृत्ति संकेत को बढ़ाना संभव है।
सबसे सुविधाजनक उत्तेजना विधि, जो वर्तमान में जनरेटर में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, बाहरी उच्च-आवृत्ति क्षेत्र के साथ विकिरण की विधि है, जो उत्पन्न कंपन से आवृत्ति में काफी भिन्न होती है, जिसके प्रभाव में ऊर्जा स्तरों पर अणुओं का आवश्यक पुनर्वितरण होता है।
अधिकांश क्वांटम जनरेटर का संचालन तीन या चार ऊर्जा स्तरों के उपयोग पर आधारित होता है (हालांकि सिद्धांत रूप में विभिन्न स्तरों का उपयोग किया जा सकता है)। आइए मान लें कि पीढ़ी स्तर से प्रेरित संक्रमण के कारण होती है 3 प्रति स्तर 2 (चित्र 1 देखें)।
सक्रिय पदार्थ को संक्रमण आवृत्ति पर बढ़ाने के लिए 3 -> 2, जनसंख्या स्तर बनाने की जरूरत है 3 जनसंख्या स्तर से ऊपर 2. यह कार्य एक सहायक उच्च-आवृत्ति क्षेत्र द्वारा आवृत्ति के साथ किया जाता है ? वी.एस.पी जो कुछ अणुओं को स्तर से "फेंक" देता है 1 प्रति स्तर 3. क्वांटम प्रणाली के कुछ मापदंडों और पर्याप्त सहायक विकिरण शक्ति के साथ जनसंख्या व्युत्क्रमण संभव है।
एक जनरेटर जो उच्च ऊर्जा स्तर की जनसंख्या को बढ़ाने के लिए एक सहायक उच्च-आवृत्ति क्षेत्र बनाता है उसे पंप या बैकलाइट जनरेटर कहा जाता है। अंतिम शब्द दृश्यमान और के दोलन जनरेटर से जुड़ा है अवरक्त स्पेक्ट्रा जिसमें प्रकाश स्रोतों का उपयोग पंपिंग के लिए किया जाता है।
इस प्रकार, क्वांटम जनरेटर के प्रभावी संचालन को पूरा करने के लिए, एक सक्रिय पदार्थ का चयन करना आवश्यक है जिसमें ऊर्जा स्तरों की एक निश्चित प्रणाली होती है जिसके बीच ऊर्जा संक्रमण हो सकता है, और उत्तेजना या पृथक्करण की सबसे उपयुक्त विधि का चयन करना भी आवश्यक है। अणुओं को ऊर्जा स्तर में।

चित्र 1. ऊर्जा संक्रमण का आरेख
क्वांटम जनरेटर में

3. क्वांटम जनरेटर के सर्किट
क्वांटम जनरेटर और एम्पलीफायरों को उनमें प्रयुक्त सक्रिय पदार्थ के प्रकार से अलग किया जाता है। वर्तमान में मुख्य रूप से दो प्रकार के क्वांटम उपकरण विकसित किये गये हैं, जो गैसीय और ठोस सक्रिय पदार्थों का उपयोग करते हैं
तीव्र प्रेरित विकिरण में सक्षम।

3.1 ऊर्जा स्तरों के अनुसार अणुओं को अलग करने वाले आणविक जनरेटर।

आइए सबसे पहले एक गैसीय सक्रिय पदार्थ वाले क्वांटम जनरेटर पर विचार करें, जिसमें एक विद्युत का उपयोग किया जाता है फ़ील्ड, उच्च और निम्न ऊर्जा स्तरों पर स्थित अणुओं का पृथक्करण (छँटाई) किया जाता है। इस प्रकार के क्वांटम ऑसिलेटर को आमतौर पर आणविक बीम ऑसिलेटर कहा जाता है।

चित्र 2. अमोनिया किरण का उपयोग करके आणविक जनरेटर का आरेख
1 - अमोनिया का स्रोत; 2- जाल; 3 - डायाफ्राम; 4 - गुंजयमान यंत्र; 5 - छँटाई उपकरण

व्यावहारिक रूप से कार्यान्वित आणविक जनरेटर में, अमोनिया गैस (रासायनिक सूत्र एनएच 3) का उपयोग किया जाता है, जिसमें विभिन्न ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण से जुड़े आणविक विकिरण बहुत स्पष्ट होते हैं। अल्ट्राहाई फ़्रीक्वेंसी रेंज में, आवृत्ति के अनुरूप ऊर्जा संक्रमण के दौरान सबसे तीव्र विकिरण देखा जाता है एफ एन= 23,870 मेगाहर्ट्ज ( ? एन=1.26 सेमी). गैसीय अवस्था में अमोनिया पर चलने वाले जनरेटर का एक सरलीकृत आरेख चित्र 2 में दिखाया गया है।
चित्र 2 में बिंदीदार रेखाओं में उल्लिखित डिवाइस के मुख्य तत्व, कुछ मामलों में तरल नाइट्रोजन से ठंडा एक विशेष प्रणाली में रखे जाते हैं, जो सक्रिय पदार्थ का कम तापमान और कम शोर स्तर और उच्च प्राप्त करने के लिए आवश्यक सभी तत्वों को सुनिश्चित करता है। जनरेटर आवृत्ति की स्थिरता।
अमोनिया के अणु भंडार को बहुत कम दबाव पर छोड़ते हैं, जिसे पारा के मिलीमीटर की इकाइयों में मापा जाता है।
अनुदैर्ध्य दिशा में लगभग समानांतर चलने वाले अणुओं की एक किरण प्राप्त करने के लिए, अमोनिया को बड़ी संख्या में संकीर्ण अक्षीय निर्देशित चैनलों के साथ एक डायाफ्राम के माध्यम से पारित किया जाता है। इन चैनलों का व्यास अणुओं के औसत मुक्त पथ की तुलना में काफी छोटा चुना गया है। अणुओं की गति की गति को कम करने के लिए और, इसलिए, टकराव और सहज, यानी, अप्रेरित, उतार-चढ़ाव शोर के कारण विकिरण की संभावना को कम करने के लिए, डायाफ्राम को तरल हीलियम या नाइट्रोजन से ठंडा किया जाता है।
अणुओं के टकराव की संभावना को कम करने के लिए, कोई तापमान कम करने के रास्ते पर नहीं, बल्कि घटते दबाव के रास्ते पर जा सकता है, हालांकि, इससे अनुनादक में अणुओं की संख्या कम हो जाएगी जो एक साथ उच्च-आवृत्ति क्षेत्र के साथ बातचीत करते हैं। उत्तरार्द्ध, और गुंजयमान यंत्र के उच्च-आवृत्ति क्षेत्र को उत्तेजित अणुओं द्वारा दी गई शक्ति कम हो जाएगी।
आणविक जनरेटर में सक्रिय पदार्थ के रूप में गैस का उपयोग करने के लिए, किसी दिए गए तापमान पर गतिशील संतुलन द्वारा निर्धारित उनकी संख्या के मुकाबले उच्च ऊर्जा स्तर पर स्थित अणुओं की संख्या में वृद्धि करना आवश्यक है।
इस प्रकार के जनरेटर में, तथाकथित क्वाड्रुपोल कैपेसिटर का उपयोग करके आणविक बीम से कम ऊर्जा स्तर के अणुओं को छांटकर इसे प्राप्त किया जाता है।
एक चतुर्ध्रुव संधारित्र एक विशेष प्रोफ़ाइल (चित्रा 3 ए) की चार धातु अनुदैर्ध्य छड़ों से बनता है, जो एक उच्च-वोल्टेज रेक्टिफायर के माध्यम से जोड़े में जुड़े होते हैं, जिनकी क्षमता समान होती है लेकिन संकेत में परिवर्तन होता है। सिस्टम की समरूपता के कारण, जनरेटर के अनुदैर्ध्य अक्ष पर ऐसे संधारित्र का परिणामी विद्युत क्षेत्र शून्य के बराबर होता है और आसन्न छड़ों (चित्रा 3 बी) के बीच के स्थान में अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाता है।

चित्रा 3. क्वाड्रुपोल कैपेसिटर सर्किट

अणुओं को छांटने की प्रक्रिया निम्नानुसार आगे बढ़ती है। यह स्थापित किया गया है कि विद्युत क्षेत्र में स्थित अणु विद्युत क्षेत्र की ताकत बढ़ने के साथ अपनी आंतरिक ऊर्जा बदलते हैं; ऊपरी स्तर की ऊर्जा बढ़ती है और निचले स्तर की ऊर्जा घटती है (चित्रा 4)।

चित्र 4. विद्युत क्षेत्र की ताकत पर ऊर्जा स्तर की निर्भरता:

ऊपरी ऊर्जा स्तर
निम्न ऊर्जा स्तर

इस घटना को स्टार्क प्रभाव कहा जाता है। स्टार्क प्रभाव के कारण, अमोनिया के अणु, जब एक चौगुनी संधारित्र के क्षेत्र में चलते हैं, अपनी ऊर्जा को कम करने की कोशिश करते हैं, यानी अधिक स्थिर स्थिति प्राप्त करते हैं, तो अलग हो जाते हैं: ऊपरी ऊर्जा के अणुस्तर एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के क्षेत्र को छोड़ देते हैं, यानी, वे संधारित्र की धुरी की ओर बढ़ते हैं, जहां क्षेत्र शून्य है, और निचले स्तर के अणु, इसके विपरीत, एक मजबूत क्षेत्र के क्षेत्र में चले जाते हैं, यानी, वे संधारित्र की धुरी से दूर चले जाते हैं, बाद की प्लेटों के पास पहुंचते हैं। इसके परिणामस्वरूप, आणविक किरण न केवल निम्न ऊर्जा स्तर के अणुओं से काफी हद तक मुक्त हो जाती है, बल्कि काफी अच्छी तरह से केंद्रित भी हो जाती है।
छँटाई उपकरण से गुजरने के बाद, आणविक किरण जनरेटर में प्रयुक्त ऊर्जा संक्रमण की आवृत्ति के अनुरूप अनुनादक में प्रवेश करती है एफ एन= 23,870 मेगाहर्ट्ज .
कैविटी रेज़ोनेटर का उच्च-आवृत्ति क्षेत्र ऊपरी ऊर्जा स्तर से निचले स्तर तक संक्रमण से जुड़े अणुओं के उत्तेजित उत्सर्जन का कारण बनता है। यदि अणुओं द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा अनुनादक में खपत ऊर्जा के बराबर होती है और बाहरी भार में स्थानांतरित होती है, तो सिस्टम में एक स्थिर दोलन प्रक्रिया स्थापित होती है और विचाराधीन डिवाइस को आवृत्ति-स्थिर दोलनों के जनरेटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

जनरेटर में दोलन स्थापित करने की प्रक्रिया निम्नानुसार आगे बढ़ती है।
अनुनादक में प्रवेश करने वाले अणु, जो मुख्य रूप से ऊपरी ऊर्जा स्तर पर होते हैं, अनायास (सहज रूप से) निचले स्तर पर संक्रमण करते हैं, विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के ऊर्जा क्वांटा का उत्सर्जन करते हैं और अनुनादक को उत्तेजित करते हैं। प्रारंभ में, अनुनादक की यह उत्तेजना बहुत कमजोर होती है, क्योंकि अणुओं का ऊर्जा संक्रमण यादृच्छिक होता है। अनुनादक का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र, किरण के अणुओं पर कार्य करके, प्रेरित संक्रमण का कारण बनता है, जो बदले में अनुनादक के क्षेत्र को बढ़ाता है। इस प्रकार, धीरे-धीरे बढ़ते हुए, अनुनादक क्षेत्र तेजी से आणविक किरण को प्रभावित करेगा, और प्रेरित संक्रमण के दौरान जारी ऊर्जा अनुनादक क्षेत्र को मजबूत करेगी। दोलनों की तीव्रता बढ़ाने की प्रक्रिया संतृप्ति होने तक जारी रहेगी, जिस बिंदु पर अनुनादक क्षेत्र इतना बड़ा होगा कि अनुनादक के माध्यम से अणुओं के पारित होने के दौरान यह न केवल ऊपरी स्तर से निचले स्तर तक प्रेरित संक्रमण का कारण बनेगा, बल्कि आंशिक रूप से विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के अवशोषण से जुड़े विपरीत संक्रमण भी। इस मामले में, अमोनिया अणुओं द्वारा जारी शक्ति अब नहीं बढ़ती है और इसलिए, कंपन के आयाम में और वृद्धि असंभव हो जाती है। एक स्थिर पीढ़ी मोड स्थापित किया गया है।
इसलिए, यह अनुनादक का एक साधारण उत्तेजना नहीं है, बल्कि फीडबैक सहित एक स्व-दोलन प्रणाली है, जो अनुनादक के उच्च-आवृत्ति क्षेत्र के माध्यम से किया जाता है। अनुनादक के माध्यम से उड़ने वाले अणुओं का विकिरण एक उच्च-आवृत्ति क्षेत्र को उत्तेजित करता है, जो बदले में अणुओं के उत्तेजित उत्सर्जन, इस विकिरण के चरण और सुसंगतता को निर्धारित करता है।
ऐसे मामलों में जहां स्व-उत्तेजना की स्थिति पूरी नहीं होती है (उदाहरण के लिए, अनुनादक से गुजरने वाले आणविक प्रवाह का घनत्व अपर्याप्त है), इस उपकरण का उपयोग बहुत कम स्तर के आंतरिक शोर के साथ एक एम्पलीफायर के रूप में किया जा सकता है। ऐसे उपकरण का लाभ आणविक प्रवाह घनत्व को बदलकर समायोजित किया जा सकता है।
आणविक जनरेटर के कैविटी रेज़ोनेटर में बहुत उच्च गुणवत्ता वाला कारक होता है, जिसे हजारों में मापा जाता है। ऐसे उच्च गुणवत्ता वाले कारक को प्राप्त करने के लिए, गुंजयमान यंत्र की दीवारों को सावधानीपूर्वक संसाधित किया जाता है और सिल्वर-प्लेटेड किया जाता है। अणुओं के प्रवेश और निकास के लिए छेद, जिनका व्यास बहुत छोटा होता है, एक साथ उच्च-आवृत्ति फिल्टर के रूप में काम करते हैं। वे छोटे वेवगाइड हैं, जिनकी महत्वपूर्ण तरंग दैर्ध्य अनुनादक की प्राकृतिक तरंग दैर्ध्य से कम है, और इसलिए अनुनादक की उच्च आवृत्ति ऊर्जा व्यावहारिक रूप से उनके माध्यम से बाहर नहीं निकलती है।
गुंजयमान यंत्र को संक्रमण आवृत्ति के अनुसार ठीक करने के लिए, बाद वाला किसी प्रकार के ट्यूनिंग तत्व का उपयोग करता है। सबसे सरल मामले में, यह एक पेंच है, जिसके गुंजयमान यंत्र में विसर्जन से बाद की आवृत्ति थोड़ी बदल जाती है।
भविष्य में, यह दिखाया जाएगा कि अनुनादक ट्यूनिंग आवृत्ति में परिवर्तन होने पर आणविक थरथरानवाला की आवृत्ति कुछ हद तक "विलंबित" होती है। सच है, आवृत्ति विलंब छोटा है और 10 -11 के क्रम के मूल्यों पर अनुमानित है, लेकिन आणविक जनरेटर पर रखी गई उच्च आवश्यकताओं के कारण उन्हें उपेक्षित नहीं किया जा सकता है। इस कारण से, कई आणविक जनरेटर में, केवल डायाफ्राम और छँटाई प्रणाली को तरल नाइट्रोजन (या तरल हवा) से ठंडा किया जाता है, और अनुनादक को थर्मोस्टेट में रखा जाता है, जिसमें तापमान एक स्वचालित उपकरण द्वारा स्थिर बनाए रखा जाता है किसी डिग्री के भिन्नों की सटीकता। चित्र 5 योजनाबद्ध रूप से इस प्रकार के जनरेटर का एक उपकरण दिखाता है।
अमोनिया का उपयोग करने वाले आणविक जनरेटर की शक्ति आमतौर पर 10 -7 से अधिक नहीं होती है डब्ल्यू,
इसलिए, व्यवहार में इनका उपयोग मुख्य रूप से अत्यधिक स्थिर आवृत्ति मानकों के रूप में किया जाता है। ऐसे जनरेटर की आवृत्ति स्थिरता का अनुमान मूल्य से लगाया जाता है
10 -8 – 10 -10. एक सेकंड के भीतर, जनरेटर 10 -13 के क्रम की आवृत्ति स्थिरता प्रदान करता है।
जनरेटर डिज़ाइन के महत्वपूर्ण नुकसानों में से एक आणविक प्रवाह की निरंतर पंपिंग और रखरखाव की आवश्यकता है।

चित्र 5. आणविक जनरेटर का डिज़ाइन
गुंजयमान यंत्र तापमान के स्वचालित स्थिरीकरण के साथ:
1- अमोनिया का स्रोत; 2 - केशिका प्रणाली; 3- तरल नाइट्रोजन; 4 - गुंजयमान यंत्र; 5 - जल तापमान नियंत्रण प्रणाली; 6 - चतुर्ध्रुव संधारित्र।

3.2 बाहरी पंपिंग के साथ क्वांटम जनरेटर

विचाराधीन क्वांटम जनरेटर के प्रकार में, ठोस और गैस दोनों को सक्रिय पदार्थ के रूप में उपयोग किया जा सकता है, जिसमें बाहरी उच्च-आवृत्ति क्षेत्र द्वारा उत्तेजित परमाणुओं या अणुओं के ऊर्जा-प्रेरित संक्रमण की क्षमता स्पष्ट रूप से व्यक्त की जाती है। ऑप्टिकल रेंज में, सक्रिय पदार्थ को उत्तेजित (पंप) करने के लिए प्रकाश विकिरण के विभिन्न स्रोतों का उपयोग किया जाता है।
ऑप्टिकल रेंज जनरेटर में कई सकारात्मक गुण होते हैं और इनका व्यापक रूप से विभिन्न रेडियो संचार प्रणालियों, नेविगेशन आदि में उपयोग किया जाता है।
सेंटीमीटर- और मिलीमीटर-वेव क्वांटम जनरेटर की तरह, लेजर आमतौर पर तीन-स्तरीय प्रणालियों का उपयोग करते हैं, यानी सक्रिय पदार्थ जिनमें तीन ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण होता है।
हालाँकि, एक विशेषता पर ध्यान दिया जाना चाहिए जिसे ऑप्टिकल रेंज के जनरेटर और एम्पलीफायरों के लिए एक सक्रिय पदार्थ चुनते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए।
रिश्ते से डब्ल्यू 2 डब्ल्यू 1 =एच?इससे यह पता चलता है कि जैसे-जैसे ऑपरेटिंग आवृत्ति बढ़ती है? ऑसिलेटर और एम्पलीफायरों में ऊर्जा स्तर में उच्च अंतर का उपयोग करना आवश्यक है। ऑप्टिकल रेंज जनरेटर के लिए लगभग आवृत्ति रेंज 2 10 7 -9 10 8 के अनुरूप मेगाहर्टज(तरंगदैर्घ्य 15-0.33 एमके),ऊर्जा स्तर का अंतर डब्ल्यू 2 डब्ल्यू 1 सेंटीमीटर रेंज जनरेटर की तुलना में परिमाण के 2-4 ऑर्डर अधिक होने चाहिए।
ऑप्टिकल रेंज जनरेटर में ठोस और गैस दोनों को सक्रिय पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है।
कृत्रिम माणिक का व्यापक रूप से एक ठोस सक्रिय पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है - क्रोमियम आयनों (सीआर) के मिश्रण के साथ कोरंडम क्रिस्टल (ए 1 2 ओ 3)। रूबी के अलावा, नियोडिमियम (एनडी) के साथ सक्रिय चश्मा, नियोडिमियम आयनों के मिश्रण के साथ कैल्शियम टंगस्टेट (सीएडब्ल्यूओ 4) के क्रिस्टल, डिस्प्रोसियम (डीवाई) या यूरेनियम आयनों और अन्य सामग्रियों के मिश्रण के साथ कैल्शियम फ्लोराइड (सीएएफ 2) के क्रिस्टल भी व्यापक रूप से उपयोग किये जाते हैं।
गैस लेजर आमतौर पर दो या दो से अधिक गैसों के मिश्रण का उपयोग करते हैं।

3.2.1 ठोस सक्रिय पदार्थ वाले जनरेटर

ऑप्टिकल रेंज जनरेटर का सबसे व्यापक प्रकार जनरेटर है जिसमें क्रोमियम (0.05%) के मिश्रण के साथ रूबी को सक्रिय पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है। चित्र 6 रूबी में क्रोमियम आयनों के ऊर्जा स्तर की व्यवस्था का एक सरलीकृत आरेख दिखाता है। अवशोषण बैंड जिस पर पंप करना (उत्तेजित करना) आवश्यक है, स्पेक्ट्रम के हरे और नीले भागों (तरंग दैर्ध्य 5600 और 4100 ए) के अनुरूप है। आमतौर पर, गैस-डिस्चार्ज क्सीनन लैंप का उपयोग करके पंपिंग की जाती है, जिसका उत्सर्जन स्पेक्ट्रम सूर्य के करीब है। क्रोमियम आयन, हरे और नीले प्रकाश के फोटॉन को अवशोषित करते हुए, स्तर I से स्तर III और IV तक चले जाते हैं। इन स्तरों से कुछ उत्तेजित आयन जमीनी अवस्था (स्तर I पर) में लौट आते हैं, और उनमें से अधिकांश ऊर्जा उत्सर्जित किए बिना मेटास्टेबल स्तर P तक चले जाते हैं, जिससे बाद की आबादी बढ़ जाती है। स्तर II तक पहुँच चुके क्रोमियम आयन लंबे समय तक इस उत्तेजित अवस्था में रहते हैं। इसलिए, दूसरे स्तर पर
स्तर I की तुलना में अधिक संख्या में सक्रिय कणों का जमा होना संभव है। जब स्तर II की जनसंख्या स्तर I की जनसंख्या से अधिक हो जाती है, तो पदार्थ II-I संक्रमण की आवृत्ति पर विद्युत चुम्बकीय दोलनों को बढ़ाने में सक्षम होता है। यदि किसी पदार्थ को अनुनादक में रखा जाता है, तो दृश्यमान स्पेक्ट्रम के लाल भाग में सुसंगत, मोनोक्रोमैटिक कंपन उत्पन्न करना संभव हो जाता है (? = 6943 ए ). ऑप्टिकल रेंज में एक गुंजयमान यंत्र की भूमिका एक दूसरे के समानांतर परावर्तक सतहों द्वारा निभाई जाती है।

चित्र 6. रूबी में क्रोमियम आयनों का ऊर्जा स्तर

ऑप्टिकल पंपिंग के तहत अवशोषण बैंड
गैर विकिरण संक्रमण
मेटास्टेबल स्तर

चित्र 7. रूबी लेजर के संचालन की व्याख्या करने वाले ऑसिलोग्राम:
ए) पंपिंग स्रोत की शक्ति
बी) स्तर II जनसंख्या
ग) जनरेटर आउटपुट पावर

रूबी के अलावा, अन्य पदार्थों का उपयोग ऑप्टिकल रेंज जनरेटर में किया जाता है, उदाहरण के लिए, कैल्शियम टंगस्टेट क्रिस्टल और नियोडिमियम-सक्रिय ग्लास।
कैल्शियम टंगस्टेट क्रिस्टल में नियोडिमियम आयनों के ऊर्जा स्तर की एक सरलीकृत संरचना चित्र 8 में दिखाई गई है।
एक पंपिंग लैंप से प्रकाश के प्रभाव में, स्तर I से आयन चित्र III में दर्शाए गए उत्तेजित अवस्था में स्थानांतरित हो जाते हैं। फिर वे विकिरण के बिना स्तर पी पर चले जाते हैं। स्तर II मेटास्टेबल होता है, और उत्तेजित आयन उस पर जमा हो जाते हैं। तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त रेंज में सुसंगत विकिरण ?= 1,06 एमकेतब होता है जब आयन स्तर II से स्तर IV तक चले जाते हैं। आयन विकिरण के बिना स्तर IV से जमीनी अवस्था में संक्रमण करते हैं। तथ्य यह है कि विकिरण होता है
आयनों के स्तर IV में संक्रमण के दौरान, जो कि जमीनी स्तर से काफी ऊपर होता है
जनरेटर के उत्तेजना को सुविधाजनक बनाता है। स्तर IV की जनसंख्या स्तर P से काफी कम है [यह सूत्र 1 से अनुसरण करता है] और इस प्रकार, स्तर II तक उत्तेजना सीमा प्राप्त करने के लिए, कम आयनों को स्थानांतरित किया जाना चाहिए, और इसलिए कम पंपिंग ऊर्जा खर्च की जानी चाहिए।

चित्र 8. कैल्शियम टंगस्टेट (CaWO) में नियोडिमियम आयन स्तरों की सरलीकृत संरचना 4 )

नियोडिमियम से मिश्रित ग्लास में भी एक समान ऊर्जा स्तर आरेख होता है। सक्रिय ग्लास का उपयोग करने वाले लेजर समान तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जन करते हैं? = 1.06 माइक्रोन।
सक्रिय ठोस लंबे गोल (कम अक्सर आयताकार) छड़ों के रूप में बनाए जाते हैं, जिनके सिरों को सावधानीपूर्वक पॉलिश किया जाता है और उन पर विशेष ढांकता हुआ बहुपरत फिल्मों के रूप में परावर्तक कोटिंग लगाई जाती है। समतल-समानांतर अंत की दीवारें एक गुंजयमान यंत्र बनाती हैं जिसमें उत्सर्जित दोलनों के एकाधिक प्रतिबिंब का एक शासन स्थापित किया जाता है (खड़े तरंगों के शासन के करीब), जो प्रेरित विकिरण को बढ़ाता है और इसकी सुसंगतता सुनिश्चित करता है। गुंजयमान यंत्र बाहरी दर्पणों द्वारा भी बनाया जा सकता है।
बहुपरत ढांकता हुआ दर्पणों में कम आंतरिक अवशोषण होता है और यह अनुनादक के उच्चतम गुणवत्ता कारक को प्राप्त करना संभव बनाता है। चांदी या अन्य धातु की पतली परत से बने धातु के दर्पणों की तुलना में, बहुपरत ढांकता हुआ दर्पण का निर्माण करना अधिक कठिन होता है, लेकिन स्थायित्व में बहुत बेहतर होते हैं। धातु दर्पण कई फ्लैश के बाद विफल हो जाते हैं, और इसलिए आधुनिक लेजर मॉडल में इसका उपयोग नहीं किया जाता है।
पहले लेजर मॉडल में पंपिंग स्रोत के रूप में सर्पिल-आकार के स्पंदित क्सीनन लैंप का उपयोग किया गया था। लैंप के अंदर सक्रिय पदार्थ की एक छड़ थी।
इस जनरेटर डिज़ाइन का एक गंभीर नुकसान पंपिंग स्रोत की प्रकाश ऊर्जा की कम उपयोग दर है। इस खामी को खत्म करने के लिए, जनरेटर विशेष लेंस या रिफ्लेक्टर का उपयोग करके पंपिंग स्रोत की प्रकाश ऊर्जा पर ध्यान केंद्रित करते हैं। दूसरी विधि सरल है. परावर्तक आमतौर पर अण्डाकार सिलेंडर के रूप में बनाया जाता है।
चित्र 9 एक रूबी ऑसिलेटर का सर्किट दिखाता है। स्पंदित मोड में काम करने वाला बैकलाइट लैंप, एक अण्डाकार परावर्तक के अंदर स्थित होता है जो लैंप की रोशनी को रूबी रॉड पर केंद्रित करता है। लैंप एक उच्च-वोल्टेज रेक्टिफायर द्वारा संचालित होता है। दालों के बीच के अंतराल में, उच्च वोल्टेज स्रोत की ऊर्जा लगभग 400 की क्षमता वाले संधारित्र में जमा होती है एमकेएफ. 15 के वोल्टेज के साथ शुरुआती इग्निशन पल्स लगाने के समय के। वी, स्टेप-अप ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग से हटाए जाने पर, लैंप जलता रहता है और तब तक जलता रहता है जब तक कि हाई-वोल्टेज रेक्टिफायर के कैपेसिटर में संचित ऊर्जा का उपयोग नहीं हो जाता।
पंपिंग शक्ति को बढ़ाने के लिए, रूबी रॉड के चारों ओर कई क्सीनन लैंप स्थापित किए जा सकते हैं, जिनकी रोशनी रिफ्लेक्टर का उपयोग करके रूबी रॉड पर केंद्रित होती है।
चित्र में दिखाए गए के लिए। 23.10 जनरेटर थ्रेशोल्ड पंपिंग ऊर्जा, यानी वह ऊर्जा जिस पर उत्पादन शुरू होता है, लगभग 150 है जे. आरेख में दर्शाई गई भंडारण क्षमता के साथ साथ = 400 एमकेएफ ऐसी ऊर्जा लगभग 900 के स्रोत वोल्टेज पर प्रदान की जाती है में.

चित्र 9. पंपिंग लैंप के प्रकाश पर ध्यान केंद्रित करने के लिए अण्डाकार परावर्तक के साथ रूबी थरथरानवाला:

परावर्तक
इग्निशन सर्पिल
क्सीनन लैंप
माणिक

इस तथ्य के कारण कि पंपिंग स्रोतों का स्पेक्ट्रम क्रिस्टल के उपयोगी अवशोषण बैंड की तुलना में बहुत व्यापक है, पंपिंग स्रोत की ऊर्जा का उपयोग बहुत खराब तरीके से किया जाता है और इसलिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करने के लिए स्रोत की शक्ति में उल्लेखनीय वृद्धि करना आवश्यक है। एक संकीर्ण अवशोषण बैंड में उत्पादन के लिए पंपिंग शक्ति। स्वाभाविक रूप से, इससे क्रिस्टल के तापमान में भारी वृद्धि होती है। ओवरहीटिंग को रोकने के लिए, आप ऐसे फिल्टर का उपयोग कर सकते हैं जिनकी बैंडविड्थ लगभग सक्रिय पदार्थ के अवशोषण बैंड के साथ मेल खाती है, या क्रिस्टल के लिए मजबूर शीतलन प्रणाली का उपयोग कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, तरल नाइट्रोजन का उपयोग करना।
पंप ऊर्जा का अकुशल उपयोग लेजर की अपेक्षाकृत कम दक्षता का मुख्य कारण है। पल्स मोड में रूबी पर आधारित जनरेटर 1% के क्रम की दक्षता प्राप्त करना संभव बनाते हैं, ग्लास पर आधारित जनरेटर - 3-5% तक।
रूबी लेजर मुख्य रूप से स्पंदित मोड में काम करते हैं। निरंतर मोड में संक्रमण रूबी क्रिस्टल और पंपिंग स्रोतों के अत्यधिक गर्म होने के साथ-साथ दर्पणों के जलने से सीमित है।
सेमीकंडक्टर सामग्री का उपयोग करके लेज़रों पर अनुसंधान वर्तमान में चल रहा है। वे एक सक्रिय तत्व के रूप में गैलियम आर्सेनाइड से बने अर्धचालक डायोड का उपयोग करते हैं, जिसका उत्तेजना (पंपिंग) प्रकाश ऊर्जा द्वारा नहीं, बल्कि डायोड के माध्यम से पारित उच्च घनत्व धारा द्वारा किया जाता है।
लेज़र सक्रिय तत्व का डिज़ाइन बहुत सरल है (चित्र 10 देखें) इसमें अर्धचालक सामग्री के दो हिस्से होते हैं आर- और एन-प्रकार। एन-प्रकार की सामग्री का निचला आधा हिस्सा पी-प्रकार की सामग्री के ऊपरी आधे हिस्से से एक विमान द्वारा अलग किया जाता है पी-एन संक्रमण। प्रत्येक प्लेट डायोड को पंपिंग स्रोत से जोड़ने के लिए एक संपर्क से सुसज्जित है, जो एक प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत है। डायोड के अंतिम चेहरे, कड़ाई से समानांतर और सावधानीपूर्वक पॉलिश किए गए, 8400 ए की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप उत्पन्न दोलनों की आवृत्ति के अनुरूप एक अनुनादक बनाते हैं। डायोड के आयाम 0.1 हैंएक्स 0.1 एक्स 1,25 मिमी. डायोड को तरल नाइट्रोजन या हीलियम के साथ क्रायोस्टेट में रखा जाता है और इसके माध्यम से एक पंप करंट प्रवाहित किया जाता है, जिसका घनत्व होता है पी-एन संक्रमण 10 4 -10 6 ए/सेमी 2 के मान तक पहुंचता है इस मामले में, तरंग दैर्ध्य के साथ अवरक्त रेंज के सुसंगत दोलन ? = 8400ए.

चित्र 10. अर्धचालक डायोड लेजर के सक्रिय तत्व की संरचना।

पॉलिश किये हुए किनारे
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3.2.2 गैसीय सक्रिय पदार्थ वाले जनरेटर

ऑप्टिकल क्वांटम जनरेटर में, सक्रिय पदार्थ आमतौर पर दो गैसों का मिश्रण होता है। हीलियम (He) और नियॉन (Ne) के मिश्रण का उपयोग करने वाला गैस लेजर सबसे आम है।
हीलियम और नियॉन के ऊर्जा स्तर का स्थान चित्र 11 में दिखाया गया है। गैस लेजर में क्वांटम संक्रमण का क्रम इस प्रकार है। उच्च-आवृत्ति जनरेटर के विद्युत चुम्बकीय दोलनों के प्रभाव में, क्वार्ट्ज ग्लास ट्यूब में बंद गैस मिश्रण में एक विद्युत निर्वहन होता है, जिससे हीलियम परमाणुओं का जमीनी अवस्था I से अवस्था II (2 3 S) और III में संक्रमण होता है। (2 1 एस). जब उत्तेजित हीलियम परमाणु नियॉन परमाणुओं से टकराते हैं, तो उनके बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान होता है, जिसके परिणामस्वरूप उत्तेजित हीलियम परमाणु नियॉन परमाणुओं में ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं और नियॉन के 2S और 3S स्तरों की आबादी काफी बढ़ जाती है।
वगैरह.................