Квантовых усилителей

Высокая концентрация теплоты в световом пятне лазера позволяет практически все металлы довести не только до расплавления, но и до кипения. Поэтому его можно использовать для сварки тугоплавких металлов. Однако мощность квантовых генераторов до последнего времени была невелика и позволяла сваривать металл толщиной до 1 мм. Поэтому луч лазера в основном использовали для сварки однородных и разнородных металлов в радиоэлектронике. Однако в последнее время появились лазеры с большой энергией луча. Они позволяют сваривать и резать различные металлы и неметаллы толщиной до десятков миллиметров. Большим преимуществом способа сварки лучом является возможность ведения процесса в вакууме, защитных газах или па воздухе. Однако следует помнить, что при сварке на воздухе расплавленный металл контактирует с окружающей его атмосферой, что может привести к развитию нежелательных металлургических взаимодействий, снижению свойств металла шва и образованию в нем дефектов.

Рис. 89. Схемы конструкций квантовых генераторов, используемых при сварке:

Для удаления корректирующих масс из тела ротора, изготовленного из любого материала, применяется балансировка с использованием лазера [8, т. 6]. Этот способ стал возможным в связи с появлением и разработкой мощных оптических квантовых генераторов. Для повышения производительности применен лазер непрерывного действия и разработана оптическая система, обеспечивающая синхронное следование луча лазера за «тяжелой точкой» ротора в плоскости «коррекции. Практически это осуществлено, например, в автоматическом лазерном балансировочном станке ЛБС-3, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.20. Балансируемый ротор Р опирается на неподвижные чувствительные опоры А и В и приводится во вращение двигателем Д. От него же подается механический сигнал и в блок УБ, приводящий в синхронное с ротором вращение полый шпиндель с оптической призмой /7. Сигналы опорных датчиков (х и 5 перерабатываются в решающем блоке РБ в фазирующий импульс, также посылаемый в управляющий блок УБ, который обеспечивает требуемое фазовое положение призмы П относительно ротора Р. Луч из оптического квантового генератора О КГ проходит через полый шпиндель и, отражаясь от вращающей-

Экспериментальные исследования проводили на сварных соединениях из алюминиевых сплавов и мартенситно-стареющих сталей. В качестве мягких прослоек выступали сварные швы, выполненные присадочной проволокой с более низкими, чем у основного металла прочностными характеристиками. В качестве основного металла и метала шва использована мартенситностареющая сталь ЭП-678 иЭП-659Ви, а также сплав АМгб. Величину радиусов в вершине непровэров задавали по состоянию торцевых поверхностей, плотно прилегающих при сварке друг к другу. Согласно ГОСТ 2789-75 состояние поверхности оценивается классом шероховатости — параметром R, (где R, — высота неровностей профиля стыкуемой поверхности по десяти точкам). При стыковке поверхностей выступы могут накладываться на выступы и т. д. Поэтому параметр вершины непровара 5 = 2р с достаточной точностью можно принять равным 2RZ . Данное положение было проверено экспериментально с использованием универсальных инструментальных микроскопов и методом голографической интерферометрии с применением оптических квантовых генераторов. В результате замеров было получено, что в той партии

ляризация к-рого совпадают с частотой и поляризацией внеш. излучения, лежит в основе работы квантовых генераторов и квантовых усилителей. ВЫПАРНОЙ АППАРАТ - аппарат для концентрирования р-ров выделения растворённого вещества или получения чистого растворителя. Выпаривание происходит благодаря подводу к В.а. теплоты извне и непрерывному удалению образующегося при кипении р-ра пара. В.а. для выпаривания воды, поступившей на питание котлов в котельных и ТЭЦ, а также хладагента в холодильных установках, наз. испарителями.

нужденное излучение,- процесс испускания электромагн. волн возбуждёнными частицами в-ва (атомами, молекулами и др.) под действием внеш. (вынуждающего) электромагн. излучения. Частота, фаза, направление распространения и поляризация И.и. те же, что и у вынуждающего излучения. Поэтому И.и. когерентно (см. Когерентные колебания} и при определ. условиях может привести к значит, усилению и генерации электромагн. волн. Обычно И.и. наиболее сильно проявляется в тер-модинамич. неравновесной системе, в к-рой число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии и способных испускать квант И.и., больше, чем в основном. На явлении И.и. основана работа квантовых эталонов частоты, квантовых генераторов, усилителей и др. приборов квантовой электроники.

НАКАЧКА в приборах квантовой электроники- процесс возбуждения активной среды квантовых генераторов и усилителей, для создания в ней инверсии населённо-стей. Н. может осуществляться под действием света (оптич. Н.), пучка электронов, сильного электрич. поля, в газовом разряде, в результате хим. реакций, инжекции неравновесных носителей заряда (инжекционная Н.), посредством пространств, сортировки молекул (в молекулярных генераторах) и др. методами. НАКИПЬ - тв. отложения на омываемых водой внутр. поверхностях труб паровых котлов и др. теплообменных аппаратов, образующиеся при испарении и нагревании воды, содержащей соли (напр., углекислые соли кальция и магния). Наличие Н. ухудшает теплоотдачу в теплообменниках, что приводит к перегреву металла и может вызвать разрыв труб. Предупреждают образование Н., напр., умягчением питат. воды (см. Водо-подготовка). Удаляют Н. обычно ме-ханич. или хим. способами. НАКЛЁП - частичное изменение структуры и св-в металлов и сплавов, вызванное пластической деформацией при темп-ре ниже темп-ры рекристаллизации. Н. снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел прочности, предел текучести и твёрдость. Н. применяют для поверхностного упрочнения деталей из металлич. материалов.

Для удаления корректирующих масс из тела ротора, изготовленного из любого материала, применяется балансировка с использованием лазера [8, т. 6]. Этот способ стал возможным в связи с появлением и разработкой мощных оптических квантовых генераторов. Для повышения производительности применен лазер непрерывного действия и разработана оптическая система, обеспечивающая синхронное следование луча лазера за «тяжелой точкой» ротора в плоскости «коррекции. Практически это осуществлено, например, в автоматическом лазерном балансировочном станке ЛБС-3, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.20. Балансируемый ротор Р опирается на неподвижные чувствительные опоры А и В и приводится во вращение двигателем Д. От него же подается механический сигнал и в блок УБ, приводящий в синхронное с ротором вращение полый шпиндель с оптической призмой /7. Сигналы опорных датчиков а и 3 перерабатываются в решающем блоке РБ в фазирующий импульс, также посылаемый в управляющий блок УБ, который обеспечивает требуемое фазовое положение призмы П относительно ротора Р. Луч из оптического квантового генератора ОКГ проходит через полый шпиндель и, отражаясь от вращающей-

ИНДУЦИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, вынужденное излучени е,— излучение электромагнитных волн частицами вещества (атомами, молекулами и др.) под действием внеш. (вынуждающего) электромагнитного излучения. Частота, фаза, направление распространения и поляризация II. и. те же, что и у вынуждающего излучения. Поэтому И. и. когерентно (см. Когерентные колебания) и при определённых условиях может привести к усилению и генерации электромагнитных волн (в термо-динамич. неравновесной системе, в к-рой число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии и способных испустить квант И. и., больше, чем в случае равновесного состояния той же системы). На явлении И. и. основана работа квантовых эталонов частоты, квантовых усилителей и квантовых генераторов сантиметровых и миллиметровых волн (мазеров), квантовых генераторов света (лазеров) и т. п.

бия, циркония и других) в защитной среде инертных газов и вакууме: электронным лучом, давлением и т. д. Начато использование квантовых генераторов (лазеров) в качестве источников энергии при сварке. К новым методам сварки относятся также холодная, ультразвуковая, трением и взрывом.

Применение оптических квантовых генераторов (лазеров) позволяет существенно расширить границы традиционных оптических методов контроля и создать принципиально новые методы оптического неразрушающего контроля, например, голографические, акустооптические и др. Лазерная дефектоскопия базируется на использовании основных свойств лазерного излучения — монохроматичности, когерентности и направленности.

ляризация к-рого совпадают с частотой и поляризацией внеш. излучения, лежит в основе работы квантовых генераторов и квантовых усилителей. ВЫПАРНОЙ АППАРАТ - аппарат для концентрирования р-ров выделения растворённого вещества или получения чистого растворителя. Выпаривание происходит благодаря подводу к В.а. теплоты извне и непрерывному удалению образующегося при кипении р-ра пара. В.а. для выпаривания воды, поступившей на питание котлов в котельных и ТЭЦ, а также хладагента в холодильных установках, наз. испарителями.

Осн. проблемы, решаемые К.т.: сжижение газов (азота, кислорода, гелия и др.), их хранение и транспортирование в жидком состоянии; разделение газовых смесей и изотопов низкотемпературными методами (напр., получение чистых азота, кислорода и аргона из воздуха; выделение дейтерия ректификацией жидкого водорода, и т.д.); конструирование холодильных машин, создающих и под-держивающихтемп-ру ниже 120 К; охлаждение и термостатирование при криогенных темп-pax сверхпроводящих и электротехн. устройств (магнитов, соленоидов, трансформаторов, электрич. машин и кабелей, узлов ЭВМ, гироскопов и т.п.), электронных приборов (квантовых усилителей и генераторов, приёмников ИК излучения и т.д.), биологич. объектов; разработка аппаратуры и оборудования для проведения науч. исследований при криогенных темп-pax (крио-статов, пузырьковых камер и др.).

ИНДУЦИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, вынужденное излучени е,— излучение электромагнитных волн частицами вещества (атомами, молекулами и др.) под действием внеш. (вынуждающего) электромагнитного излучения. Частота, фаза, направление распространения и поляризация II. и. те же, что и у вынуждающего излучения. Поэтому И. и. когерентно (см. Когерентные колебания) и при определённых условиях может привести к усилению и генерации электромагнитных волн (в термо-динамич. неравновесной системе, в к-рой число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии и способных испустить квант И. и., больше, чем в случае равновесного состояния той же системы). На явлении И. и. основана работа квантовых эталонов частоты, квантовых усилителей и квантовых генераторов сантиметровых и миллиметровых волн (мазеров), квантовых генераторов света (лазеров) и т. п.

Использование когерентного излучения позволило создать принципиально новый метод проекционной микроскопии, основанный на применении квантовых усилителей света. Объект с помощью объектива освещается монохроматическим светом от лазера на парах меди. Отраженный от объекта свет проходит активную среду, усиливается и проектируется на экран. Когерентные микроскопы обеспечивают высокое пространственное разрешение (1 мкм при увеличении порядка 1000— 1500 при яркости изображения, недоступного обычным световым микроскопам). Особенностью микроскопа являются возможность фокусировки мощного лазерного излучения на любом элементе объекта и возможность осуществлять его коррекцию (напри-

Квантовый принцип усиления нашел практическое применение-в построении квантовых усилителей электромагнитных колебаний СВЧ диапазона (мазеров). Для этой цели используются не двух-

ПАРАМАГНИТНЫЕ КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ КВАНТОВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ И ГЕНЕРАТОРОВ — кристаллы, обладающие положительной магнитной восприимчивостью, к-рая, вообще говоря, возрастает с понижением темп-ры. Парамагнетизм этих кристаллов обусловлен присутствием в них парамагнитных ионов, напр. Crs+, Fes+,

. Квантовая радиоэлектроника возникла на стыке радиофизики и оптики в итоге взаимного обмена достижениями каждой из этих наук в 50-е годы. Процесс сближения радио и оптики, уже дававший о себе знать несколько раньше в связи с развитием техники сверхвысоких частот (антенны, явления при распространении волн и т. д.), в середине текущего столетия обрел наиболее глубокое и плодотворное содержание. В начале 50-х годов были заложены основы ее теории и созданы первые приборы. Все, что произошло в этом случае, можно представить себе в виде резкого качественного скачка в физике, сопровождавшегося появлением и немедленным признанием целой новой научной области. Вместе с тем этот скачок не был неожиданным. Он был подготовлен всем предшествовавшим ходом развития многих отраслей физики, и в этом смысле создание квантовых усилителей и генераторов явилось логической неизбежностью.

Оптики были первыми исследователями, вплотную подошедшими к созданию оптических квантовых генераторов (ОКГ). В 1940 г. В. А. Фабрикант сформулировал принцип получения среды с отрицательным поглощением, что полностью эквивалентно понятию неравновесной системы. В 1951 г. им совместно с М. М. Вудынским и Ф. А. Бутаевой была подана авторская заявка, в которой содержалось краткое изложение теории квантовых усилителей. Позднее, в 1957 г., ими же была рассмотрена теория среды с отрицательным поглощением и такая среда была осуществлена [6]. Авторы работы получили диплом на открытие принципа усиления электромагнитных волн с помощью неравновесных систем, а В. А. Фабрикант, кроме того, был удостоен Золотой медали им. С. И. Вавилова.

В 1951—1952 гг. были сформулированы основные теоретические предпосылки для построения квантовых усилителей и генераторов в радиодиапа-

Наряду с созданием генераторов шли и идут работы по осуществлению квантовых усилителей. С их появлением впервые была получена возможность прямого усиления световой электромагнитной волны.

Таким образом, мы приходим к заключению, что условием усиления электромагнитной волны ансамблем атомов является распределение в нем населенностей по энергетическим уровням, противоположное имеющему место обычно при термодинамическом равновесии. Число молекул на верхнем энергетическом уровне в отличие от распределения Больцмана должно быть больше, чем на нижнем. Это является основным условием работы всех типов квантовых усилителей и генераторов. В случае, когда Nm будет меньше Nn, в ансамбле молекул в большей мере будут осуществляться переходы с нижнего уровня на верхний при поглощении фотонов, чем с верхнего на нижний. При этом ансамбль молекул будет являться поглощающей средой, ослабляющей проходящую через него электромагнитную волну.