Máy phát lượng tử _ Maser các loại Radar

Chia sẻ: Ôn Gia Bi | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

143
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Năm 1951 giáo sư Charles Townes trường Đại học Columbia, New York chú ý đến sự khuếch đại của vi sóng. - Năm 1953, ông cùng hai sinh viên tốt nghiệp J.P.Gordon và H.J.Zeiger thực hiện thí nghiệm mang tên MASER và đã thành công, tuy nhiên MASER đầu tiên đó không tạo ra tia sóng một cách liên tục và phải chi phí khá tốn kém...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Máy phát lượng tử _ Maser các loại Radar

MÁY PHÁT LƯỢNG TỬ_MASER MÁY • MASER là tên viết tắt của cụm từ Microwave Amplification by Stimulation Emission of Radiation và có nghĩa là "Khuếch đại sóng vi ba bằng phát xạ kích thích". • Nguyên lý bức xạ cưỡng bức là nền tảng hoạt động của MASER. • MASER và LASER có cơ chế hoạt động giống nhau, chỉ khác là MASER hoạt động với tần số photon ở vùng vi sóng còn LASER hoạt động trong phổ cực tím, ánh sáng hay hồng ngoại.
LỊCH SỬ - Năm 1900, Max Planck chứng minh năng lượng của sóng điện từ không liên tục mà là những phần tử rời rạc với mức năng lượng tương ứng với tần số của sóng. Max Planck - Năm 1916, A.Einstein đưa ra lý thuyết của bức xạ cưỡng bức: Nếu chiếu những nguyên tử bằng một sóng điện từ, sẽ có thể xảy ra một bức xạ “được kích hoạt” và trở thành một chùm tia hoàn toàn đơn sắc, ở đó tất cả những photon phát ra sẽ có cùng một bước sóng. Albert Einstein
LỊCH SỬ - Năm 1951 giáo sư Charles Townes trường Đại học Columbia, New York chú ý đến sự khuếch đại của vi sóng. - Năm 1953, ông cùng hai tốt nghiệp sinh viên J.P.Gordon và H.J.Zeiger thực hiện thí nghiệm mang tên MASER và đã thành công, tuy nhiên MASER đầu Townes (trái) và Gordon (phải) và tiên đó không tạo ra tia sóng maser amoniac tại đại học một cách liên tục và phải chi Colombia phí khá tốn kém.
LỊCH SỬ Cùng thời gian này, 2 nhà khoa học Xô Viết là N.Batsov và A.Prokhorov cũng phát minh ra máy khếch đại vi sóng phóng tia liên tục dùng nhiều hơn 2 mức năng lượng. Nó phóng ra tia liên tục không cho các điện tử xuống mức năng lượng cơ bản nên vẫn giữ tần suất. Ba nhà khoa học nhận giải Nobel vật lý lĩnh vực điện tử lượng tử, dẫn đến tạo ra máy dao động và phóng đại trên Prokhorov, Townes và Basov thuyết maser-laser 1964.
KĨ THUÂT MASER ̣ - Có nhiêu loai MASER. Tóm tăt thanh 2 loai: MASER chât ̀ ̣ ́ ̀ ̣ ́ khí và MASER chât răn, chưa có lý thuyêt về MASER chât ́́ ́ ́ long. Trong môi loai có nhiêu loai nhỏ hơn. VD: MASER ̉ ̃ ̣ ̀ ̣ chât răn có nhiêu loai khac nhau như 2 mức răn và 3 mức ́́ ̀ ̣ ́ ́ ́ ́ khuêch tan. -Khi hoat đông, nhiêu loai MASER sử dung heli long để ̣ ̣ ̀ ̣ ̣ ̉ lam lanh nhiêt độ xuông dưới 4K=>lam giam tiêng ôn tao ra ̀ ̣ ̣ ́ ̀ ̉ ́ ̣̀ bởi sự rung đông cua electron, hat nhân và cac hat khac. ̣ ̉ ̣ ́ ̣ ́ - Có môt số chât hoa hoc có khả năng khuêch tan. Trong đó ̣ ́ ́ ̣ ́ ́ có nước, bazơ, amoniac, metanol, formon, monoxit silic và ion hiđrô. Cac MASER khí trơ là ví dụ cho môi trường ́ khuêch tan không phân cực. ́ ́
̣ PHÂN LOAI MASER MASER MASER MASER tự nhiên nhân tạo
̣ MASER NHÂN TAO Các chuỗi nguyên tử hoặc phân tử được kích thích để hình thành nên phản ứng dây chuyền. - Ban đầu đưa dòng điện vào một khoang chứa đầy các nguyên tử hoặc phân tử: Quá trình phát xạ xảy ra: các nguyên tử từ trạng thái ban đầu được đẩy lên trạng thái kích thích, rồi từ trạng thái kích thích ngắn chuyển sang trạng thái không ổn định dài.
̣ MASER NHÂN TAO  Các nguyên tử này được tích lũy ở cùng một vị trí và có cùng một trạng thái. Dòng MASER, phát xạ kích thích, xuất hiện khi tất  cả các nguyên tử tích lũy đó đồng thời tạo một bước chuyển pha, rơi xuống trạng thái ban đầu và giải phóng năng lượng với bước sóng của bức xạ sóng vi ba.
 Dòng bức xạ này sẽ tương tác với các nguyên tử còn chưa rơi khác, kích thích chúng giải phóng thêm photon cùng pha, cùng tần số và cùng hướng bay, dẫn đến phản ứng dây chuyền.
- Vòng tròn màu đỏ lớn là một phân tử ở trạng thái kích thích năng lượng cao của quá trình chuyển đổi maser. - Vòng tròn nhỏ màu xanh: phân tử ở mức thấp hơn (mức cơ bản). - (a) photon bước sóng l (màu xanh lá cây) kích thích các phân tử trong trạng thái cao. - (b) phân tử đầu tiên bức xạ cảm ứng sinh ra hai photon có bước sóng l. - (c) các photon gây bức xạ cảm ứng hai phân tử tiếp theo, kết quả cho bốn photon bước sóng l. - (d) quá trình tiếp tục và các photon tăng gấp đôi số lượng.
̣ MASER NHÂN TAO • Máy phát lượng tử gồm: một buồng cộng hưởng và môi trường có khả năng khuếch đại sóng ngắn hoặc ánh sáng. • Nếu sự khuếch đại trong môi trường đủ lớn bù vào sự mất mát năng lượng trên đường đi thì sự bức xạ cảm ứng sẽ tăng lên cho đến khi năng lượng đủ lớn và thoát ra ngoài.
̣ MASER NHÂN TAO Maser nhân tạo đầu tiên dùng chùm tia phân tử NH3 (amôniắc). Phân tử NH3 có cấu tạo gồm 3 nguyên tử Hyđrô nằm ở đáy hình chóp (tứ diện) và nguyên tử N ở đỉnh. o Khi không bị kich thich ́ ́ nguyên tử Nitơ không dao N đông, phân tử trở thanh bât ̣ ̀ ́ H đôi xứng và momen lưỡng ́ H cực khac không. ́ H o Trang thai cơ ban nay ứng ̣ ́ ̉ ̀ với năng lượng W1
̣ MASER NHÂN TAO N o Khi bị kích thích phân tử có nguyên H H tử N dao động dọc theo trục vuông H góc với đáy. H H H o Lúc này momen lưỡng cực điện bằng 0 ứng với trạng thái năng lượng N W2.
̣ MASER NHÂN TAO B − + 4 2 +− C A B 3 • Bộ nguồn phát phân tử A. Toàn hệ thống có chân không 1mm Hg. • Chùm phân tử NH3 qua lưới 2 vào tụ điện tử cực B. • Các phân tử bị kích thích tập trung vào trục của tụ. Các phân tử không bị kích thích bị lệch về phía các bản cực và sau đó bị hút ra ngoài theo đường 3.
̣ MASER NHÂN TAO + Sau tụ điện B chùm phân tử đi vào hộp cộng hưởng C được thiết kế và điều chỉnh để độ dài ứng với tần số: 1 2 + Trong hộp C: số nguyên tử bị kích thích lớn hơn nhiều so với số nguyên tử ở trạng thái cơ bản=>trạng thái nghịch đảo. + Khi mật độ năng lượng được khuếch đại đạt ngưỡng sóng đơn sắc được dẫn ra ngoài theo ống dẫn sóng.
MASER TỰ NHIÊN Maser tự nhiên hình thành ở các vì sao trong vũ trụ. Ví dụ, các phân tử nước ở vùng đang hình thành sao, sau khi trải qua quá trình ngh ịch chuyển, bức xạ với tần số 22 GHz, tạo ra các đường phổ được cho là sáng nhất trong số các sóng radio đến từ vũ trụ.
MASER TỰ NHIÊN Hình 1: Thiên hà Messier 82 có hình dạng một điếu xì gà ở cách trái đất 12 triệu năm ánh sáng trong chòm sao Đại Hùng. Trung tâm thiên hà Messier 82 là một môi trường rất xáo động, phun ra nhiều khí và bụi. Đây cũng là nơi mà sự sản sinh ra hàng nghìn ngôi sao có khả năng bùng lên từng đợt (Hình NASA- ESA).
MASER TỰ NHIÊN Thiên thể Maser