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. 4. Paramagnetisk förstärkare.
Paramagnetic amplifier.
yttre fältets riktning måste ha vissa bestämda,
kvan-tiserade värden. Om vi nu antar att en elektron —
eller paramagnetisk atom — befinner sig på en högre
energinivå och träffas av ett hf-fält, som är i
resonans med precessionsrörelsen, kommer en vridning
av den tänkta gyromagneten mot ett lägre
energitillstånd att befrämjas, varvid en foton av samma
frekvens som den stimulerande strålningen
emitteras, fig. 3.
Resonansfrekvensen är given av det yttre
magnetfältet, eftersom detta bestämmer frekvensen för
precessionsrörelsen enligt följande relation
v = 2,8 B MHz
där B är det yttre fältets magnetiska induktion i
gauss.
Genom att variera magnetfältet mellan 35 och 35 000
gauss kan alltså en paramagnetisk förstärkare
avstämmas mellan 100 och 100 000 MHz. Fig. 4 visar
schematiskt konstruktionen av en sådan förstärkare, och
fig. 5 visar hur excitations- och
förstärkningsperioderna bestäms av variationen i det yttre
magnetfältet. Nedkylningen av det paramagnetiska systemet
göres dels för att få högsta möjliga förstärkning och
dels för att få lägsta möjliga brus. Förstärkningen
ökar med antalet överskottsmolekyler i det emissiva
tillståndet. Före inverteringen skall alltså antalet
överskottsmolekyler i den lägre energinivån vara så
stort som möjligt, och enligt (4) alltså hög
molekyltäthet N och låg temperatur T.
Med utgångspunkt från (12) kan brusfaktorn
beräknas på följande sätt, om ocg antas mycket liten:
Efter invertering av molekylbestånden är enligt (1)
hvlkTmol
N i
eller
Ni p kTmoi
-50-
N2 — Ni hv
Ppio^cUTo där T o är rumstemperaturen.
Insättning i (12) ger
En brusfaktor under 3 dB kan alltså endast
erhållas genom nedkylning av molekylsystemet. Vid T =
77°K (flytande kväve) är F = 1,1 dB, och vid T =
4°K (flytande helium) är F = 0,06 dB.
Multinivåexcitation
Fig. 6 klargör verkningssättet hos en trenivåmaser.
Se referens [7]. Energierna och antalet molekyler i
respektive nivåer vid termisk jämvikt betecknas med
W1( W„ W3 och N„ N2, 2V3.
W3 > w2 > Wi
Ni>Ni> Ns
Med t.ex. frekvensen v13 menas värdet (W3—WJ/h.
Om ett kraftigt excitationsfält av frekvensen v13
påverkar molekylsystemet, och denna inverkan är så
stark, att relaxationseffekterna mellan nivå 3 och 1
blir utan betydelse, måste molekylfördelningen
mellan dessa nivåer närma sig det stabila tillstånd, då
antalet molekyler i vardera nivån är (Nr + Ns)/2.
(Sannolikheten för övergång från nivå 1 till 3 är ju
densamma som för övergång från 3 till 1, och
innehåller nivå 1 de flesta molekylerna, måste ju största
molekylantalet gå från 1 till 3, tills jämvikt
uppkommer). Sedan denna mättningsprocess är genomförd,
kan antalet molekyler i nivå 3, som är (Nt + Na)/2,
vara större än N2, och då finnes möjligheten att
genom stimulerad emission få förstärkning vid
frekvensen Vs2.
Härvid är styrkan av relaxationsprocesserna mellan
olika nivåer av stor betydelse. I det ovan angivna
fallet bör relaxationsmekanismen mellan nivå 3 och 2
vara svag, medan en stark dylik är lämplig mellan
2 och 1. Detta beror på, att då Nt minskar, kommer
ett antal molekyler att övergå från 2 till 1 för att
återställa den termiska jämvikten, och då minskar N2.
Således ökas antalet överskottsmolekyler i nivå 3 i
Fig. 5. Variation i magnetfältet vid adiabatisk invertering.
Variation in the d.c. magnetic field of an amplifier
excited with the adiabatic fast sweep inversion
technique.
ELTEKNIK 1958 1 29
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
