Akademik

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР: первый квант. генератор, в к-ром эл.-магн. колебания СВЧ генерировались за счёт вынужденных квант. переходов молекул NH3 (см. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА). М. г. был создан в 1954 Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым (СССР) и независимо от них Ч. Таунсом, Дж. Гордоном и X. Цайгером (США). Оба варианта М. г. работали на пучке молекул аммиака NH3 (см. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И АТОМНЫЕ ПУЧКИ) и генерировали эл.-магн. колебания с частотой 24840 МГц (l=1,24 см).

а — Квадрупольный конденсатор; б — конфигурация электрич. поля (стрелки — силовые линии).

Молекулы NH3, обладающие электрич. дипольным моментом, пролетая через неоднородное электрич. поле, по-разному отклоняются этим полем в зависимости от их энергии (см. ШТАРКА ЭФФЕКТ). В первом М. г. сортирующая система представляла собой квадрупольный конденсатор, состоящий из четырёх параллельных стержней спец. формы, соединённых попарно с высоковольтным выпрямителем (рис., а). Электрич. поле (рис., б) такого конденсатора неоднородно и вызывает искривление траекторий молекул, летящих вдоль его оси. Молекулы NH3, находящиеся в верх. энергетич. состоянии, отклоняются к оси конденсатора и попадают внутрь объёмного резонатора. Молекулы, находящиеся в ниж. энергетич. состоянии, отбрасываются в стороны. Попадая внутрь резонатора, возбуждённые молекулы излучают под воздействием эл.-магн. поля резонатора, фотоны остаются внутри резонатора, усиливая его поле и увеличивая вероятность вынужденного излучения для молекул, пролетающих позже (обратная связь). Если вероятность вынужденного излучения фотона больше, чем вероятность его поглощения в стенках резонатора, то интенсивность эл.-магн. поля резонатора на частоте перехода быстро возрастает за счёт внутр. энергии молекул. Возрастание прекращается, когда поле в резонаторе достигает величины, при к-рой вероятность вынужденного испускания становится столь большой, что за время пролёта резонатора успевает испустить фотон как раз половина молекул пучка. При этом для пучка в целом вероятность поглощения становится равной вероятности вынужденного испускания (насыщение). Мощность, генерируемая М. г. на пучке молекул NH3=10-8 Вт; стабильность частоты w колебаний Dw/w=10-7—10-11. Выли созданы М. г. и на др. дипольных молекулах, с w в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн.

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

- первый квантовый генератор, в к-ром эл.-магн. колебания СВЧ генерировались за счёт вынужденных квантовых переходов молекул NH₃ (см. Квантовая электроника).M. г. создан в 1954 H. Г. Басовым и A. M. Прохоровым и независимо от них Ч. Таунсом (Ch. Townes), Дж. Гордоном (J. Gordon) и X. Цайгером (H. Zeiger). Оба варианта M. г. работали на пучке молекул аммиака (см. Молекулярные и атомные пучки )и генерировали эл.-магн. колебания с частотой w = 24 840 МГц (l = 1,24 см).

Молекулы NH₃, обладающие электрич. дипольным моментом, пролетая через неоднородное электрич. поле, по-разному отклоняются этим полем в зависимости от их внутр. энергии (см. Штарка эффект). В первом M. г. сортирующая система представляла собой квадрупольный конденсатор, состоящий из 4 параллельных стержней спец. формы, соединённых попарно через один с высоковольтным выпрямителем (рис., а). Электрич. поле (рис., б )такого конденсатора неоднородно, оно вызывает искривление траекторий молекул, летящих вдоль его продольной оси. Молекулы, находящиеся в верх. энергетич. состоянии, отклоняются к оси конденсатора и попадают внутрь объёмного резонатора. Молекулы, находящиеся в ниж. энергетич. состоянии, отбрасываются в стороны. Попадая внутрь резонатора,

возбуждённые молекулы испускают фотоны под воздействием эл.-магн. поля резонатора. Энергия этих фотонов усиливает поле в резонаторе, увеличивая вероятность вынужденного испускания для молекул, пролетающих позже (обратная связь). Если вероятность вынужденного испускания фотона больше, чем вероятность его поглощения в стенках резонатора и излучения за его пределы, то интенсивность эл.-магн. поля резонатора на частоте перехода быстро возрастает за счёт внутр. энергии молекул. Возрастание прекращается, когда поле в резонаторе достигает величины, при к-рой вероятность вынужденного испускания становится столь большой, что за время пролёта резонатора успевает испустить фотон как раз половина молекул пучка. При этом для пучка в целом вероятность поглощения становится равной вероятности вынужденного испускания (насыщение). Мощность, генерируемая M. г. на пучке молекул NH₃, равна 10^-11. Созданы M. г. и на др. дипольных молекулах, с l в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн. Они служат в качестве радиоспектроскопов высокого разрешения.

Лит.: Ораевский A. H., Молекулярные генераторы, M., 1964. M. E. Жаботинский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.