Вынужденного излучения

так как постоянная составляющая тока каждой фазы вторичной обмотки создает постоянную составляющую магнитного потока, не компенсируемую током первичной обмотки трансформатора. Такое «вынужденное» намагничивание дополнительно нагружает магнито-провод, а пульсирующие магнитные поля рассеяния приводят к росту потерь. Обратное напряжение

Достоинствами схемы являются ее простота и невысокая стоимость: наличие только одного вентиля тв = 1 и однофазного трансформатора тп, = ти = 1. К числу недостатков относятся: а) относительно большое значение kn и низкая частота первой гармоники выпрямленного напряжения Д = fc; (mc = 1), что усложняет сглаживающий фильтр; б) низкое использоьание трансформатора по мощности, так как он работает в течение только одного полупериода, приводящее к увеличению его габаритных размеров и стоимости; в) большая величина обратного напряжения на вентиле; г) вынужденное намагничивание сердечника трансформатора, причем вынужденный магнитный поток замыкается по стали магнитопровода.

Этот ток не содержит постоянной составляющей, имеет форму синусоиды и поэтому отсутствует вынужденное намагничивание сердечника. Ток в первичной обмотке ij также синусоидальный. Трансформатор работает в течение обоих полупериодов так, как если бы он был нагружен на активное сэпротивление.

Необходимо иметь в виду, что при использовании половинного напряжения ^ср фильтр в этой цепи должен быть рассчитан на сглаживание пульсаций с периодичностью т„ = 3 при /4 = 3/с. При этом существенно (в 4 раза) возрастает величина kn. Кроме того, токи цепи половинного напряжения дополнительно нагружают свою группу вентилей, а также вызывают, как в однотактной трехфазной схеме Миткевича, вынужденное намагничивание сердечника трансформатора. Поэтому желательно, чтобы выпрямленный ток в цепи полного напряжения был заметно больше, чем в цепи половинного.

составляют 8СЕ\1п> таким образом массогабаритные показатели выходных крнденсато?(эв в_обеих_схемах одинаковы. При нечетном числе каскадов умножения в несимметричных" схемах имеется постоянная составляющая тока вторичной обмотки трансформатора (малая при больших значениях р ;> 5), вызывающая вынужденное намагничивание.

V.5. ВЫНУЖДЕННОЕ НАМАГНИЧИВАНИЕ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА

В однофазных, а при некоторых конструкциях трансформатора и в двухфазных выпрямителях, возникает вынужденное намагничивание сердечника трансформатора, из-за которого приходится увеличивать его габаритные размеры.

V.10. Конструкции трансформаторов выпрямителей, при которых возникает вынужденное намагничивание сердечника и режим его работы:

!•.-, Вынужденное намагничивание ухудшает условия работы трансформатора, поэтому надо выбирать величину В"тУ. такой, чтобы не заходить в область насыщения стали, иными словами в трансформаторе при вынужденном намагничивании предельную величину Вт надо уменьшать на В_. Например, для стали гМШ вместо Вт — = 1,7 Т максимальная индукция составляет 1,3 Т.

V.11. Конструкции трансформаторов выпрямителей, при которых не возникает вынужденное намагничивание сердечника:

/н gpO/jj. Вынужденное намагничивание можно устранить, выполнив вторичные обмотки трансформатора зигзагом.

§ 18. УСИЛЕНИЕ И ГЕНЕРАЦИЯ ВЫНУЖДЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРА

Идея использования вынужденного излучения для генерации света, т. е. создания лазера, была впервые высказана в 50-х годах советскими учеными Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым и американским ученым Ч. Таунсом и экспериментально реализована в 1960 г. на основе этих работ американским ученым Т. Мейманом.

Таким образом, для генерации вынужденного излучения должны быть созданы условия, при которых N2 > Л^, т. е. должна наблюдаться инверсия населенности уровней. В ином случае поглощение будет преобладать над излучением.

Для эффективной работы активатор должен иметь широкую полосу или группу интенсивных полос поглощения, соответствующих переходам на уровни, лежащие выше метастабильного уровня. Причем вероятность безызлучательных переходов с этих уровней на метастабильный уровень должна быть больше, чем на основной. Выполнение этого требования позволяет значительно увеличить кпд лазера. В спектрах поглощения активного материала должны отсутствовать линии поглощения на длине волны генерации лазера, поскольку это сделает эффект генерации вынужденного излучения неэффективным.

§ 17. Энергетические уровни активаторных центров ... 58 § 18. Усиление и генерация вынужденного излучения. Принцип действия лазера .......... 61

Квантовые усилители служат для усиления электромагнитных волн за счет вынужденного излучения возбужденных атомов, молекул или ионов. Эффект усиления квантовых усилителей связан с изменением энергии внутриатомных (связанных) электронов в отличие от ламповых усилителей, в которых используются потоки свободных электронов. Наиболее подходящим материалом для квантовых усилителей радиодиапазона оказались диамагнитные кристаллы с небольшой примесью парамагнитных ионов. Обычно применяют рубин, рутил, изумруд с примесью окиси хрома. Охлаждение квантовых усилителей производят жидким гелием в криостатах.

В полупроводниковых лазерах или в оптических квантовых генераторах (полупроводниковых ОКГ) излучение, как и в свето-излучающих диодах, порождается рекомбинацией электронов и дырок. Однако эта рекомбинация в лазерах оказывается в основном не самопроизвольной, а вынужденной (стимулированной). Именно поэтому источники вынужденного излучения назвали лазерами*. Излучение при вынужденной рекомбинации получается когерентным (см. § 1.11), что является принципиальным отличием полупроводниковых лазеров от светоизлучающих диодов. Явление вынужденной рекомбинации дает возможность управлять излучением возбужденных атомов полупроводника с помощью электромагнитных волн и таким образом усиливать и генерировать когерентный свет.

Лазер — генератор излучения, когерентного во времени и в пространстве, основанный на использовании вынужденного излучения. Процесс возникновения вынужденного излучения упрощенно состоит в следующем. При воздействии поля внешнего фотона на атом, находящийся в возбужденном состоянии, происходит переход возбужденного атома в другое энергетическое состояние; этот переход происходит с испусканием еще одного фотона, энергия которого будет равна энергии вынужденного фотона. Если создать систему возбужденных активных атомов (так называемую лазерную активную среду) и пропускать через эту систему излучение, то возможно усиление излучения, если создание фотонов за счет вынужденного излучения превосходит потери излучения на поглощение и рассеяние. Такое усиление оптического излучения, основанное на использовании вынужденного излучения, называется лазерным усилением.

Определим условия усиления вынужденного излучения. Уровни энергии, используемые при усилении или генерировании лазерного излучения, называют лазерными уровнями. Соответственно вынужденный переход между лазерными уровнями энергии или зонами — это лазерный переход:

Таким образом, усиление вынужденного излучения или лазерное усиление требует, во-первых, инверсии населенностей (N%>Ni) и, во-вторых, подавления спонтанного излучения (светового шума). Наименьший уровень энергии накачки, при котором выполняется условие инверсии, называется порогом инверсии.

нов увеличивается с ростом прямого напряжения и соответственно плотности тока через р-п переход. Когда / достигает некоторой пороговой плотности тока /nopt выполняется условие инверсии населенностей. В результате количественные изменения процесса — роста вынужденного излучения — переходят в новое качество — режим генерации излучения. При этом происходит резкое сужение спектральной характеристики излучения ( 5.31) и улучшается диаграмма направленности излучения ( 5.32). Излучение становится когерентным. В инжекционных лазерах /ПОР = 103-М04 А/см2 (при 7=300 К).