Акустический резонатор
Cтраница 4
 |
Фазерный генератор. [46] |
Для того чтобы получить фазерную генерацию, необходимо усилить именно долгоживущие фононы, а для этого парамагнитные центры должны находиться в состояниях с инверсной населенностью, которые бы с ними эффективно взаимодействовали. Таким образом, для получения фазерной генерации когерентного монохроматического гиперзвука необходимо в кристалле с парамагнитными центрами создать условия глобальной неустойчивости фононов с аномально высокой продолжительностью жизни, что и было сделано в работе [28], где впервые получено стационарное монохроматическое излучение когерентного гиперзвука. Основным элементом фазерного генератора служит рубиновый акустический резонатор ( рис. 12.8) с высокой добротностью для продольной моды упругих колебаний вдоль кристаллографической оси симметрии третьего порядка. Эта полносимметричная мода, преобразующаяся по представлению Г1 ( как показано в работе [28], обладает аномально высокой продолжительностью жизни по сравнению с фононами других поляризаций и направлений распространения. Для того чтобы обеспечить взаимодействие с этой модой парамагнитных центров Сг3 в рубине, была выбрана симметричная схема спиновых уровней, при которой в результате сильного перемешивания спиновых состояний центры взаимодействуют с продольными колебаниями вдоль оптической оси. При инверсии населенностей резонансной пары уровней, создаваемой электромагнитной накачкой, происходит усиление этих колебаний и, когда накачка превышает пороговый уровень, возникает фазерная генерация. Электромагнитная энергия подводится к акустическому резонатору с помощью резонатора накачки и производит инверсию населенностей уровней генерирующего перехода. Точечным гиперзвуковым преобразователем осуществляется трансформация фазерных колебаний в электромагнитное поле СВЧ. [47]
Преобразователь состоит из акустического резонатора, являющегося чувствительным элементом, возбудителя и приемника, преобразующих звуковые колебания в электрические и обратно, и усилителя. Простейшим акустическим резонатором является закрытый с обеих сторон отрезок цилиндрической трубы, в котором возбуждаются продольные звуковые волны. Условием резонанса является расположение по длине трубы целого числа полуволн, в этом случае в трубе возникает стоячая волна с пучностями давления у торцов, и давление, действующее на мембрану, будет максимальным. Акустический резонатор включается в цепь положительной обратной связи и играет роль частотно-зависимой цепи генератора. Так как скорость звука зависит от температуры резонатора, то частота генератора, определяемая резонансной частотой резонатора, является функцией температуры. [48]
Звуковые волны, встречаясь с любым телом, вызывают вынужденные колебания. Если частота собственных свободных колебаний тела совпадает с частотой звуковой волны, то условия для передачи энергии от звуковой волны телу оказываются наилучшими - тело является акустическим резонатором. Амплитуда вынужденных колебаний при этом достигает максимального значения - наблюдается акустический резонанс. Акустическими резонаторами являются трубы духовых инструментов, органа. В этом случае телом, испытывающим резонансное колебание, является воздух в трубе. [49]
Возмущения давления, генерируемые в трубе малого диаметра, отражаются в переходной камере, в результате чего возникают стоячие волны в отличие от бегущих волн, генерируемых в контурах постоянного диаметра. Длина волны основных колебаний приблизительно вдвое превышает длину участка малого диаметра. Аналогичное положение создается в том случае, когда обогреваемая зона простирается за пределы большей части резонатора. Системы более сложной геометрической формы, например многоканальные системы, также могут выполнять роль акустических резонаторов, однако для определения основной частоты в этом случае требуется более сложный анализ. [50]
При более высоких частотах линейный рост мощности Р с частотой замедляется и мощность может даже начать убывать. Это обусловлено рядом физических явлений. Во-первых, возбуждаемая электрическим разрядом область газа расширяется за счет нагрева. Вторым ограничивающим линейный рост мощности лазера явлением необходимо назвать нагрев входящего в зону возбуждения газа ударными волнами, возникающими в разрядной камере за счет импульсного характера выделения тепловой энергии при накачке. К числу процессов, ограничивающих мощность лазера, необходимо также отнести раскачку акустических колебаний в газоразрядной камере, являющейся, по сути дела, акустическим резонатором с набором собственных частот - as / Ks, где X s - длина волны возможных акустических колебаний. [51]
Для уменьшения или исключения влияния помех на работу элементов принимаются следующие меры. Вводятся разделительные перегородки, благодаря которым становится менее интенсивным звукообразование при взаимодействии струй. Шумы существенно уменьшаются, если течения ламинарные. Замечено, что шумы, возникающие при работе струйного элемента, уменьшаются с увеличением длины подводящих каналов и вообще меньше в тех случаях, когда подходу потока к соплу, из которого вытекает струя, не предшествуют резкие изменения направления течения и не создаются возмущения еще на подводящем участке. Уменьшение влияния на работу струйных элементов акустических колебаний достигается соответствующим согласованием характеристик клинообразных и других стенок, являющихся источниками краевых звуков, и характеристик внутренней камеры элемента или других ( специально к ней присоединяемых в некоторых устройствах) камер, выполняющих функции акустических резонаторов. На колебания, генерируемые в элементах, работающих с отрывом потока от стенки, влияют расстояние от сопла питания до вершины разделительного клина, относительные размеры камеры элемента, форма и размеры приемного канала и камер, присоединяемых к выходу элемента. [52]
Для того чтобы получить фазерную генерацию, необходимо усилить именно долгоживущие фононы, а для этого парамагнитные центры должны находиться в состояниях с инверсной населенностью, которые бы с ними эффективно взаимодействовали. Таким образом, для получения фазерной генерации когерентного монохроматического гиперзвука необходимо в кристалле с парамагнитными центрами создать условия глобальной неустойчивости фононов с аномально высокой продолжительностью жизни, что и было сделано в работе [28], где впервые получено стационарное монохроматическое излучение когерентного гиперзвука. Основным элементом фазерного генератора служит рубиновый акустический резонатор ( рис. 12.8) с высокой добротностью для продольной моды упругих колебаний вдоль кристаллографической оси симметрии третьего порядка. Эта полносимметричная мода, преобразующаяся по представлению Г1 ( как показано в работе [28], обладает аномально высокой продолжительностью жизни по сравнению с фононами других поляризаций и направлений распространения. Для того чтобы обеспечить взаимодействие с этой модой парамагнитных центров Сг3 в рубине, была выбрана симметричная схема спиновых уровней, при которой в результате сильного перемешивания спиновых состояний центры взаимодействуют с продольными колебаниями вдоль оптической оси. При инверсии населенностей резонансной пары уровней, создаваемой электромагнитной накачкой, происходит усиление этих колебаний и, когда накачка превышает пороговый уровень, возникает фазерная генерация. Электромагнитная энергия подводится к акустическому резонатору с помощью резонатора накачки и производит инверсию населенностей уровней генерирующего перехода. Точечным гиперзвуковым преобразователем осуществляется трансформация фазерных колебаний в электромагнитное поле СВЧ. [53]
Страницы: 1 2 3 4