E-Book Content
Т. LXXXI, вып. 1 1963 г. Сентябрь УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ГАЗОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ*) В. Р. Беннетт СОДЕРЖАНИЕ . I. Общие соображения II. Механизмы возбуждения III. Существующие газовые оптические генераторы IV. Частотные характеристики квантовых генераторов Цитированная литература 120 136 142 170 182 Прошло немного более года со времени появления первого сообщения о газовом оптическом квантовом генераторе х , а развитие в этой области уже шагнуло на тот уровень, который характерен для многих отраслей современных научных исследований. К моменту написания настоящей статьи генерация в непрерывном режиме была получена на сорока различных оптических переходах, покрывающих спектр от видимой (0,63 μ) до средней инфракрасной области (12 μ), причем использовались десять различных газовых систем **) и по крайней мере четыре различных механизма возбуждения 1 " 7 . Нет никаких причин полагать, что будущие квантовые генераторы будут ограничены этой областью длин волн, так же как нет каких-либо оснований думать, что исключено появление новых газовых систем или механизмов возбуждения. Наоборот, теперь кажется вероятным, что область длин волн, возможно, будет значительно расширена за 12 μ и в ультрафиолет, и было бы странным, если бы не было сделано по крайней мере несколько добавлений к настоящей статье за время ее опубликования. Помимо богатого набора длин волн, на которых получена непрерывная генерация, продемонстрирован ряд других поразительных характе8 ристик газовых генераторов. Экспериментально показано , что в газовых генераторах достигается собственная ширина линии вплоть до ^ 2 гц. Вариации частоты генерации, соответствующие звуковому диапазону, получаются за короткие промежутки времени даже без применения отрицательной обратной связи. Далее, нелинейный эффект смещения типов колебаний, зависящий от частоты, дает ряд методов9, с помощью которых можно выделить сигнал, являющийся весьма чувствительной мерой разности между собственной частотой резонатора и центром усиливающего *) W. R. B e n n e t t , Jr., Gaseous Optical Masers, Applied Optics, Supplement No. 1 on Optical Masers (1962), стр. 24—62. Перевод С. Г. Раутиаяа и А. С. Хайкина. Печатается с незначительными сокращениями. **) Число газовых систем, где осуществлена генерация, возрастает, расширяется и область длин волн: Н. А. Н. В о о t, D. М. С 1 u n i e, Nature 197, 173 (1963); R.A. M c F a r l a n e et al., Доклад на III Конгрессе по квантовой электронике, Париж, 1963; W. L. Г a u s t, R. Α. Μ с F а г 1 a η е, С. К. N. Ρ a t e 1, Bull. Amer. Phys. Soc, Ser. II, 8, 299 (1963). J. D. R i g d e n , A. D W h i t e , Nature 198, 773 (1963). (Прим. перев.) 120 В. Р. БЕННЕТТ перехода. Подача этого сигнала на электронную схему, управляющую интерферометром, должна обеспечить высокую степень стабильности частоты в течение длинных интервалов времени. Хотя мощность, излучаемая большинством газовых генераторов, составляет по порядку величины несколько милливатт, следует отметить, что эта мощность концентрируется, вообще говоря, всего в нескольких типах колебаний и что усиление без насыщения в некоторых из этих систем может быть очень высоким (>100% на метр). Кроме того, сделано сравнительно мало попыток получить высокую мощность генерации с известными газовыми системами. Представляется вероятным, что в режиме генерации одного типа колебаний можно получить мощность, составляющую заметную часть ватта, если использовать либо методику подавления типов колебаний в длинных интерферометрах, либо усилители мощности, либо использовать «жгут» из нескольких разрядных трубок. Следовательно, хотя ни один из существующих в настоящее время газовых генераторов не дает никакой надежды на достижение такого уровня мощности, как в импульсном рубиновом генераторе, доступные сейчас мощности удовлетворяют большинству экспериментальных задач; ест