Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 2 - Molekylarförstärkare för mikrovågor, av Bertil Peterson
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Fig. 3. Elektronens spinrörelse kan åskådliggöras av ett
gyroskop med magnetiserad axel.
The electron spin is equivalent to a gyro magnet.
rera dessa i en emissiv och en absorptiv grupp.
Anordningen visas i fig. 2 a. Från en molekylkälla,
innehållande ammoniakgas vid ett tryck av några
mm Hg, rör sig molekylerna i en smal stråle genom
fokuseringsanordningen, där de två energitillstånden
separeras, varefter endast de emissionsbenägna
molekylerna passerar en kavitet och avger sin energi för
att sedan avlägsnas genom pumpning.
Fokuseringsanordningen visas i fig. 2 b. Den består av ett antal
med molekylstrålen parallella stavar av omväxlande
positiv och negativ polaritet, som ger fältet noll på
symmetriaxeln men relativt höga fält nära stavarna.
P.g.a. Starkeffekten kommer en molekyl i det högre
energitillståndet att ytterligare öka sin inre energi,
då den utsättes för ett starkt elektriskt fält. Den
åtföljande ändringen i den molekylära dipolens läge
medför, att den utsättes för en kraft, som är riktad
mot det ställe, där det elektriska fältet är lägst, dvs.
på symmetriaxeln. Av samma orsak kommer
molekylerna i det lägre energitillståndet att få sin inre
energi minskad och dras mot fokuseringsstavarna.
Denna masertyp är mycket smalbandig och är
därför av ringa intresse som förstärkare. Däremot är
den av mycket stor betydelse som en synnerligen
frekvensstabil oscillator (atomklocka). Den
utnyttjade energinivåändringen hos ammoniak ger
frekvensen 23 870 MHz. Genom att kaviteten exciteras i
TMm0 moden varierar ej hf-fältet längs axeln och
Dopplerbreddning av resonansen kan undvikas.
Man har experimentellt påvisat en frekvensstabilitet
av 4 enheter på 1012 under en tid av ca 1 sekund.
Uteffekten är omkring 10~10 watt.
Temperaturgr adientseparering
Vid denna metod, föreslagen av R H Dicke, referens
[2], utnyttjas både Starkeffekten och en typ av
termisk separering. En fördel är att kontinuerlig
pumpning ej erfordras.
Pulsinvertering
Av ekv. (6) framgår, att sannolikheten, för att en
molekyl skall övergå från det ena till det andra av
två möjliga energitillstånd, blir 1 om
pEt/h = 1/2 (14)
och om den "inverterande" strålningens frekvens är
v = Vo• Detta innebär alltså, att ett molekylsystem i
temperaturjämvikt, som normalt är absorptivt, kan
överföras i ett emissivt tillstånd och för en kortare
tid, under inverkan av ett stimulerande hf-fält, avge
energi till detta. Relaxationsprocesserna återför
systemet till temperatur jämvikt, varefter hela cykeln
kan upprepas. Brusfaktorn hos en sådan förstärkare
blir vid rumstemperatur 3 dB, men vid flytande
heliums temperatur endast 0,1 dB. Största svårigheten
vid pulsinvertering är, att både frekvens, pulslängd
och fältstyrka hos pulsen noggrant måste injusteras.
Detta har gjort, att man alltmer har övergått till
nedanstående inverteringsmetod.
Adiabatisk invertering
Vid denna metod träffas molekylsystemet av ett
kraftigt mikrovågsfält med varierande frekvens och
av amplituden E. Vid svepets början ligger
frekvensen långt från resonans; den passerar därefter sakta
resonansvärdet och vid förloppets slut är den åter
långt från resonans men på andra sidan. Härvid
byter molekylbestånden i den högre och lägre
energinivån plats (invertering), under förutsättning att
följande villkor uppfylls:
1. Frekvensändringen genom resonans måste ske
sakta i förhållande till den vid resonans med
fältet E uppkommande inre rörelsen hos en molekyl
(adiabatiskt svep).
d v ^ pE
-di<-h
2. Den totala tiden för frekvenssvepet måste vara
mycket mindre än systemets relaxationstid.
3. Excitationsfältet E måste vara större än det fält,
som uppkommer genom att molekyldipolerna
utför en oscillerande rörelse, då svepfrekvensen
passerar resonansvärdet.
Det bör påpekas, att det inte spelar någon roll, om
excitationsfrekvensen är ökande eller minskande då
resonansvärdet passeras. Inverteringen kan också
erhållas, genom att ha en fix excitationsfrekvens och i
stället ändra molekylsystemets resonansfrekvens
kring denna. Denna metod är lämplig vid
paramagnetiska molekylsystem, vilkas resonansfrekvens
ändras med ett yttre magnetfält. Det kan här vara på
sin plats att något närmare betrakta ett
paramagnetism ämnes tillstånd i ett magnetfält.
En elektron i en atom har förutom rörelsen kring
atomkärnan även en rotationsrörelse kring sin egen
axel, ett spin. I en normal, diamagnetisk, atom har
detta spin ingen verkan utåt, eftersom
spinmomen-ten från olika elektroner kompenserar varandra. Om
en atom innehåller en elektron med okompenserat
spin, är den paramagnetism I en paramagnetisk
mo-lekylarförstärkare är sådana atomer, av t.ex. cerium,
neodym eller gadolinium, införda som föroreningar
i ett kristallgitter av kisel. En elektron kan
betraktas som ett gyroskop, vars axel utgöres av en
stav-magnet. Om detta placeras i ett magnetfält kommer
axelns nordpol att ligga närmast den yttre magnetens
sydpol i det stabila tillstånd, som samtidigt har lägsta
energin. I det exciterade, energirikaste tillståndet
kommer gyromagneten att ligga diametralt
motrik-tad. Mellan dessa båda ytterlighetstillstånd kan flera
mellanstadier förekomma, då "gyroskopets" axel
bildar vissa bestämda vinklar med det yttre fältet och
utför en precessionsrörelse kring detta. Vinklarna
bestäms av, att vinkelmomentets projektion på det
ELTEKNIK 1958 1 28
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
