мазер на газообразном аммиаке
Классы МПК: | H01S1/06 содержащие газообразное активное вещество |
Автор(ы): | Мельников В.М., Усачев А.В., Дворядкина Е.В., Огурцов С.Д., Мельников В.В. |
Патентообладатель(и): | Мельников Виталий Максимович, Усачев Анатолий Васильевич, Дворядкина Елена Владимировна, Огурцов Сергей Дмитриевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-12-21 публикация патента:
20.04.2003 |
Изобретение относится к квантовой радиофизике. Мазер представляет собой замкнутую систему, включающую резервуар с газообразным аммиаком и разрядником, трубопровод с насосом подачи аммиака в резонатор и насосом откачки отработанного аммиака из резонатора и подачи его в резервуар. Резонатор выполнен в виде ступенчатого конуса. В систему встроены охладитель и нагреватель. Элементы отбора энергии квантования молекул аммиака соединены с усилителями. Технический результат изобретения: расширение рабочих частот мазера и упрощение его конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Мазер на газообразном аммиаке, содержащий резервуар для сбора газообразного аммиака с нагнетающим элементом, охладитель, резонатор, диафрагму, по крайней мере один элемент отбора энергии и откачивающий насос, отличающийся тем, что он снабжен антеннами и разрядником, соединенным с резервуаром, а резонатор выполнен в разрезе в виде ступенчатого усеченного конуса с маленькой и большой стенкой с двух сторон, внутри которого установлена диафрагма по периметру с зазором и установлен по оси стержневой нагреватель с датчиком температуры, причем резонатор со стороны меньшей стенки соединен с резервуаром при помощи трубопровода, в который встроен последовательно нагнетающий элемент в виде насоса и охладитель, а со стороны большой стенки соединен с резервуаром посредством трубопровода, в который встроен откачивающий насос, образуя замкнутую систему, элементы отбора энергии встроены в большую стенку резонатора, и их количество соответствует числу ступеней резонатора, а каждый из них соединен через высокочувствительный усилитель сигнала с антеннами. 2. Мазер по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством управления с переключателями, каждый из которых соединен одним концом с усилителем, а другим с антенной. 3. Мазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что разрядник выполнен электрическим, или в виде источника гамма-излучения, или является источником ускорителя частиц.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к квантовой радиофизике, а именно к мазерам, работающим в режиме генератора. Известен резонаторный мазер с проходным резонатором. Он состоит из входного устройства, выполненного в виде волновода, связанного с резонатором. Между резонатором и волноводом для предотвращения обратного излучения вставлен ферритовый изолятор. После резонатора усиленная энергия подается на выходной волновод также через ферритовый изолятор [1]. Устройство работает на газообразном рабочем теле. Недостатком данного устройства мазера является невозможность отбора различных квантовых состояний молекул, присущих данному газу. Известно также устройство квантового усиления - мазер на пучке молекул аммиака, которое является наиболее близким техническим решением к изобретению [2]. Мазер на пучке аммиака устроен следующим образом. Внутри сосуда, из которого предварительно откачан воздух, помещены источник молекулярного пучка, сортирующая система и колебательный контур (резонатор). Источником пучка служит небольшая камера, закрытая решеткой. В этой камере поддерживается давление 0,1 мм рт.ст. Для большей направленности молекулярного пучка после его источника ставится охлаждаемая жидким азотом диафрагма с круглым отверстием диаметром 5 мм. Сортирующей системой молекул аммиака служит цилиндрический квадрупольный конденсатор, через который молекулярный пучок возбужденных молекул попадает в объемный резонатор. В связи с тем, что усилитель на пучке аммиака имеет узкую полосу пропускания (порядка 100 кГц), а перестройка по частоте затруднена, области применения такого устройства ограничены функцией стандарта частоты. Так как процесс усиления происходит на частоте 23870 МГц, то это связано с большими трудностями процесса усиления. Задачей изобретения является создание устройства в широком диапазоне квантовых переходов вращательных уровней молекул, а также задачей изобретения является создание устройства, в котором для усиления используется энергия вращательных переходов относительно оси симметрии молекулы, частотный диапазон которых на три порядка ниже частотного диапазона по прототипу на инверсионных переходах, что дает преимущество в выигрыше коэффициента усиления энергии квантовых переходов вращательного спектра по оси симметрии молекулы NН3. При этом используется кооперативное возбуждение молекул, дающее максимальный коэффициент усиления. Данное устройство работает на температурах, не требующих специальных условий замораживания, что упрощает его конструкцию. Поставленная цель достигается тем, что мазер на газообразном аммиаке, содержащий резервуар для сбора газообразного аммиака с нагнетающим элементом, охладитель, резонатор, диафрагму, по крайней мере один элемент отбора энергии и откачивающий насос, снабжен антеннами и разрядником, соединенным с резервуаром, а резонатор выполнен в разрезе в виде ступенчатого усеченного конуса с маленькой и большой стенкой с двух сторон, внутри которого по периметру внутренней стенки резонатора установлена диафрагма с зазором и установлен по оси стержневой нагреватель с датчиком температуры, причем резонатор со стороны меньшей стенки соединен с резервуаром при помощи трубопровода, в который встроены последовательно нагнетающий элемент в виде насоса и охладитель, и со стороны большой стенки соединен с резервуаром посредством трубопровода, в который встроен откачивающий насос, образуя замкнутую систему, элементы отбора энергии встроены в большую стенку резонатора и их количество соответствует числу ступеней резонатора, а каждый из них соединен через высокочувствительный усилитель сигнала с антеннами. Мазер снабжен устройством управления с переключателями, каждый из которых соединен одним концом с усилителем, а другим с антенной. Разрядник выполнен электрическим либо в виде источника гамма-излучения или является источником ускорителя частиц. Значение температур, при которых возможно квантование, определяется выполнением условия квантованияh

где h - постоянная Планка; К - постоянная Больцмана; Т - температура в градусах Кельвина;

при этом

где В - вращательная постоянная в см-1; J - квантовое число, характеризующее квантовые переходы относительно оси, перпендикулярной оси симметрии молекулы типа симметричного волчка и линейных молекул. Значение J соответствует целочисленным значениям (J = 0, 1, 2, 3, 4, ..., n). При различных значениях J значения температур квантования, вычисленные из соотношений (1) и (2), по формуле
Т = h

представляют ряд эквидистантных значений. Например, для аммиака NH3 эквидистантность будет соответствовать 28oС и условия квантования по оси, перпендикулярной оси симметрии, будут иметь значения, например, для J9= +13oС, для J10=+41oС. Условие выполнения равенства (1) является необходимым, но не достаточным условием, при котором должно произойти квантование. Дополнительным условием является наличие вынуждающего колебания (частоты электромагнитного излучения), равного энергии для перехода на другой квантовый уровень. При этом, в случае генерации, энергия квантового состояния, на который необходимо перейти, будет равна сумме
Е2 = E1+

где Е2 - энергия квантового состояния, с которого необходимо перейти; Е1 - энергия квантового состояния, на который необходимо перейти;






1. Степин Л. Д. Курс лекций по квантовой радиофизике. - Харьков, 1963, стр.89-91. 2. Никольский И.А. Массовая радиобиблиотека. Вып. 532 "Квантовые усилители". - М.: Энергия, 1964, стр.14-17 - прототип.
Класс H01S1/06 содержащие газообразное активное вещество