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微波激射器
鎖定
- 中文名
- 微波激射器
- 外文名
- maser
- 原 理
- 輻射場的受激發射
- 類 型
- 儀器
- 特 徵
- 電磁波與量子系統共振相互作用
微波激射器工作原理
第一台微波激射器是1954—1955年由美國物理學家C.湯斯和蘇聯物理學家N.巴索夫和A.普羅霍羅夫獨立研製的氨分子激射器。其工作原理是,氨分子束先通過一個非均勻電場,使處於兩個基態能級中較低能級的分子被偏轉掉,處於較高能級的分子被聚焦,進入微波諧振腔,被腔內輻射場激勵而躍遷到下能級,發生受激發射。受激發射產生的輻射場激勵更多的分子發生受激發射,造成輻射能量的累積。當累積能量超過微波腔(氨分子系統)損耗的能量時,出現自持振盪。將振盪能量導出,就得到一個激射器。氨分子激射器的長期穩定度不高,未能走向實用化。但該技術的工作原理和應用前景從一開始就受到重視。基於其工作原理,美國物理學家N.布洛姆伯根於1956年發明了固體微波量子放大器,A.肖洛和湯斯於1958年提出了激光的原理。
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微波激射器應用
應用最廣的激射器是氫原子激射器。美國物理學家N.拉姆齊等於1960年設計了世界上第一台氫原子激射器,輸出的無線電波的頻率為1,420,405,751.786赫,對應於氫原子基態兩個超精細能級之間的躍遷頻率。氫激射器輸出頻率的準確度和穩定度極高,穩定度指標已經達到10-14量級,可用作頻率和時間基準(見量子頻率標準)。
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微波激射器具體解釋
在微波激射器中,為了加強原子與電磁波的相互作用,往往把工作物質放在一個微波諧振腔中,諧振腔的諧振頻率正好等於原子的躍遷頻率。有的微波量子放大器用慢波結構來代替諧振腔。諧振腔本身又是一個反饋裝置,原子輻射出的電磁波能量的一部分留在腔內,再次作用於原子上構成正反饋作用。當諧振腔的Q值足夠高,原子輻射的功率足夠大時,微波量子放大器就變成微波量子振盪器。
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造成原子某兩個能級粒子數反轉的方法很多,最常用的是選態法和三能級(或四能級)抽運法。選態法常用在原子束(或分子束)中,當原子束通過一個不均勻磁場(或電場)時,處在不同能級上的原子因受力不同其運動軌跡就不同。這樣,就可把處在某一對能級的上能級的原子選出來,然後讓它進入一個諧振腔。三能級(或四能級)抽運法常用於氣體、液體、固體的工作物質。先用某一頻率的電磁波,把原子從最低能級抽運到一個高能級上,從而可以造成該高能級與另一個較低能級之間的粒子數反轉,或者造成另一個較低能級與最低能級之間的粒子數反轉。
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