Составители:
Рубрика:
29
иллюстрируется рисунком 1.3,б
2
.
Представленная на этом рисунке схема лежит в основе работы всех
резонансных электронных СВЧ генераторов [18]. Гиромонотрон выделя-
ется среди них тем, среда из осцилляторов состоит из вращающихся в по-
стоянном магнитном поле электронов. При взаимодействии с полем резо-
натора, осцилляторы могут как забирать у него энергию, так и отдавать ее
благодаря процессам индуцированного (вынужденного) поглощения или
индуцированного излучения, точно также, как это делают атомы рабочего
вещества в оптических лазерах. Наглядная качественная картина работы
МЦР-монотрона, опирающаяся на аналогию между поведением класси-
ческого и квантового осцилляторов, была дана в лекциях [17]
3
. Известно,
что если квантовая система имеет дискретные уровни E
n
, ее переход из
начального состояния n в конечное состояние m под действием перемен-
ного поля сопровождается поглощением или излучением кванта поля с
частотой ω
n,m
, определяемой формулой Бора
E
n
− E
m
= ±~ω
n,m
. (1.37)
Знак плюс соответствует излучению кванта, а знак минус — его погло-
щению. Для осциллятора энергетические уровни определяются формулой
(1.36). Если процессы излучения преобладают над процессами поглоще -
ния, то в целом энергия переходит от пучка к полю, усиливая его. Легко
показать, что в среде из линейных осцилляторов энергия может только
поглощаться. Связано это с тем, что спектр энергий линейного осцилля-
тора эквидистантный, т.е. расстояние между любыми двумя соседними
уровнями одинаково и равно, как следует из (1.36), ∆E = ~ω
0
. Взаимо-
действие наиболее эффективно, если переходы происходят между сосед-
ними уровнями, когда номер уровня n меняется на единицу, из (1.37) при
этом следует, что расстояние между уровнями должно равняться энер-
гия кванта, или ω
0
≈ ω (ω — частота поля в резонаторе). По законам
квантовой механики [19] вероятность перехода n → n + 1 с поглощени-
ем кванта пропорциональна величине (n + 1)|E(ω
n+1,n
)|
2
, а вероятность
перехода n → (n − 1) с излучением кванта пропорциональна величине
n|E(ω
n,n−1
)|
2
, где |E(ω)| — амплитуда колебаний поля на частоте ω. Та-
ким образом, интенсивность энергообмена между электронами и полем I
2
Интересно отметить, что колебания поля в резонаторе также описываются уравнени-
ем гармонического осциллятора, на который действует внешняя сила.
3
Для понимания следующего материала следует знать основы квантовой физики.
Впрочем, он может быть пропущен без ущерба для дальнейшего изложения.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- …
- следующая ›
- последняя »
