Электроника и оптика: работы
Автор: sveta
Квантовые парамагнитные усилители
Работа квантовых парамагнитных усилителей (КПУ) основа на усилении слабых СВЧ-сигналов вынужденным излучением вызванным электронными переходами между энергетическим л уровнями парамагнитных ионов в диэлектриках, расщепленными внешними или внутренними полями. Как правило, используются квантовые переходы между зеемановскими подуровнями пара магнитных ионов в кристаллах во внешнем магнитном поле.
Напомним, что под действием внешнего магнитного полы происходит квантование магнитного момента атома, в результате чего каждый из уровней с определенным квантовым числом расщепляется на подуровней с разными значениями проекции на направление поля: магнитное поле расщепляет вырожденные по квантовому числу М, уровни.
В отличие от изолированных атомов в кристаллах типа и т. п. орбитальные и спиновые моменты отдельных атомов связаны и взаимно компенсируют друг друга, вследствие чего такие кристаллы являются диамагнетиками. Если в эти кристаллы ввести ионы с незаполненными внутренними оболочками (элементы группы железа: Решили редкоземельные элементы — лантаноиды), то появятся некомпенсированные магнитные моменты (некомпенсированные спины) и кристаллы становятся парамагнетиками.
Именно такие кристаллы используются в качестве активных элементов КПУ. Рабочие переходы осуществляются между зеемановскими подуровнями парамагнитного иона-активатора. Кристаллическая основа, выполняя роль матрицы, со своей стороны влияет как на энергетический спектр иона-активатора, так и на процессы обмена энергией (релаксационные процессы).
Это естественно, поскольку активный ион находится под воздействием сильного внутрикристаллического поля. Это воздействие тем больше, чем слабее экранированы внешними электронами внутренние незаполненные оболочки, внутри которых собственно и происходят рабочие переходы. Накачка, обеспечивающая инверсную населенность между рабочими уровнями КПУ, осуществляется вспомогательным СВЧ-излучением.
Поэтому по двухуровневой схеме, как это было в случае пучковых мазеров, прибор работать не может. Как правило, работа происходит по трехуровневой схеме первого или второго типов. В качестве примера активного диэлектрика КПУ рассмотрим рубин, представляющий собой кристалл окиси алюминия, в котором часть атомов алюминия изоморфно замещена атомами хрома. Чистые бесцветные кристаллы, называемые а-корундом и иногда не совсем точно сапфиром, обладают кубической симметрией.
Каждый ион алюминия находится в окружении шести ионов кислорода, образующих октаэдр. Окружение иона кислорода составляют четыре иона алюминия, которые образуют тетраэдр. Корунд — бесцветный кристалл, прозрачный в оптической области от 0,17 до 6,5 мкм и в СВЧ-диапазоне. Без легирующих примесей он обладает диамагнитными свойствами. Радиус иона хрома (0,065 нм) больше радиуса иона алюминия (0,057 нм).
По материалам izuchenie-nelineynoy-optiki.ru
Удельная поверхностная проводимость
Пусть параллельно плоской стенке с ДС, характеризующимся распределением потенциала Фед (х), приложено однородно электрическое поле Е. При наличии двойного слоя этот ток несколько возрастает до значения.
Таким образом, приращение тока, называемое поверхностным током, характеризует влияние ДС на тангенциальный перенос заряда. Ток подобно линейно возрастает с увеличением Е, что наблюдается, следовательно, и для приращения. Сложнее обстоит дело с зависимостью от длины. Детальное рассмотрение тангенциального переноса заряда двойного слоя позволяет выразить через параметры двойного слоя.
Верхний предел, как оговаривалось, характеризует точку за пределами двойного слоя, где все подынтегральные выражения обращаются в нуль, поскольку избыточные концентрации ионов, фигурирующие в первых интегралах, и объемный заряд, фигурирующий в последнем интеграле, за пределами ДС равны нулю. Это позволяет во всех интегралах заменить верхний предел на бесконечность. Сравнивая полученную формулу с формулой, приходим к выводу, что выражение в фигурных скобках представляет собой формулу для поверхностной электропроводимости.
Следовательно, электроосмотический перенос некомпенсированного заряда вносит существенный вклад в поверхностную электропроводность. Пикард обратил внимание на то, что электрическая миграция иона в пределах двойного слоя может быть осложнена наличием объемного заряда в окружающей его среде, вследствие чего подвижность иона в двойном слое может отличаться от таковой в электро нейтральном объеме электролита.
Рассматривая, согласно Горину, миграцию иона, как электрофорез частицы с определенным гидродинамическим радиусом, вследствие чего подвижность оказывается пропорциональной поверхностному потенциалу иона, Пикард заметил следующее: отклонение концентрации ионов в двойном слое от объемной влияет на величину дебаевского радиуса экранирования иона и как следствие на его поверхностный потенциал и подвижность. Последние зависят от расстояния до межфазной поверхности вследствие изменения концентрации ионов при приближении к ней.
Поверхностный потенциал частицы с фиксированным зарядом становится чувствительным к величине дебаевского радиуса экранирования лишь тогда, когда он мал или соизмерим с радиусом частицы (в данном случае иона). Если характеризовать электроосмос не мгновенным, а усредненными по достаточно большому интервалу времени значениями скорости, теория Смолуховского сохраняет свое значение и в случае очень низких концентраций электролита, а рассчитанный им профиль электроосмотической скорости реализуется на расстояниях от стенки, меньших, чем среднее расстояние между ионами.
Это показано Дерягиным и Духиным при рассмотрении уравнения Навье Стокса в более общей форме, чем в теории Смолуховского, а именно с учетом того, что внешние силы приложены только в точках место нахождения ионов, движение которых нестационарно и трехмерно. В работе также отмечается, что поверхностный поток заряда (усредненный по времени) относительно лабораторной системы координат можно представить как сумму конвективного (электроосмотического) и омического потоков, за исключением случая очень высоких и очень низких концентраций электролита.
Трехэлектродная лампа
Управление током, проходящим через электронную лампу: двухэлектродная лампа пропускает ток, зависящий от напряжения накала катода и потенциала анода.
Однако, использовать эти свойства лампы для регулирования тока неудобно, так как управлять анодным током с помощью изменения начала катода можно только в режиме насыщения, для чего требуются высокие анодные напряжения; кроме того, такое управление током может производиться только сравнительно медленно из-за большой тепловой Инерции катода. Что же касается непосредственного регулирования анодного напряжение для изменения тока в цепи, то в этом случае можно вообще было бы обходиться без электронной лампы.
Возможность использовать электронную лампу в качестве регулирующего ток элемента цепи определяется малой массой, а следовательно, и малой инерцией электронов, которая позволяет производить всегда почти мгновенное следование изменения тока за изменением потенциала электродов.
Поэтому правильным; использованием электронной лампы для регулирования тока. является такое, при котором применяются какие-либо специальные электроды, воздействующие электрически на движение электронов в ней. Такие электроды действительно могут быть применены и известны под общим названием управляющих электродов.
Роль управляющих электродов может быть различной, но наиболее широкие возможности дает воздействие этого электрода на объемный заряд в лампе. В самом деле, ток насыщения регулировать посторонними электродами нельзя, так как он определяется температурой катода; регулирование же тока в области характеристики может быть целесообразно только для специальных случаев очень малых токов.
Наиболее важная часть характеристики лампы, позволяющая изменять ток в ней в наиболее широких пределах, это второй ее участок (Я), в котором ток, как мы знаем, определяется величиной объемного заряда, созданного у катода электронами. Любые изменения тока в лампе, соответствующие этому участку характеристики, связаны с изменением объёмного заряда у катода. Следовательно, управляющий электрод, применяемый для этих целей, должен иметь возможность сильно воздействовать на поле у катода.
Его действие должно быть сравнимым с действием анода на ток в лампе, а еще лучше, если это действие управляющего электрода значительно сильнее действия анода, чтобы управлять током можно было даже при помощи слабых сигналов. Это подсказывает использование управляющего электрода с величиной поверхности, близкой к поверхности анода, и с расстоянием от катода, меньшим, чем до анода. В то же время такой электрод не должен сам перегораживать путь для движения электронов от катода к аноду.
Для такого управляющего электрода применяется давно утвердившееся в теории электронных ламп название сетка. Если на один из электродов лампы (на сетку или на анод) наложить потенциал на достаточную величину более низкий, чем потенциал катода, то ток этого электрода может быть сделан во много раз меньшим, чем ток другого электрода, имеющего положительный потенциал. Пользуясь этим приемом, нетрудно создать условия, при которых ток сетки Ig будет практически отсутствовать, а ее управляющее действие полностью сохранится.