Квантова електроніка

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Розрахунково-графічна робота
по предмету: Квантова електроніка
Завдання № 3
Лазерні фототелеграфні пристрої
Відповідно до ГОСТ 12922 - 77 кожному типу факсимільного апаратури присвоюється умовне буквено-цифрове позначення, яким зашифровані призначення і клас апарата. За своїм призначенням факсімільвая апаратура призначається для: 1) передачі і прийому зображень газетних смуг, 2) передачі і прийому фотографічних матеріалів, 3) передачі і прийому метеорологічних карт; 4) передачі і прийому текстових в графічних матеріалів; 5) переприйому в проміжному пункті факсимільного інформації, представленої в цифровій формі. Буквою Д позначається передавальна, буквою П - приймальня, літерою С - приемопередающая апаратура. Поділ на передавальну і приймальну апаратуру проводиться за конструктивною ознакою: передавач і приймач виконуються незалежно один від одного, хоча за своїм призначенням і параметрами вони ідентичні. За способом скорочення надмірності і часу передачі факсимільні апарати діляться на три групи:
1) без скорочення надмірності і з передачею по каналу несучої частоти і двох бічних смуг модульованого сигналу;
2) без скорочення надмірності і зі стиском спектру частот модульованого сигналу (часткове обмеження однією з бічних смуг);
3) з скороченням надмірності зображення і одночасним стисненням смуги переданих на каналі частот.
У залежності від кольоровості оригіналу та копії апарати призначаються для: 1) передачі і прийому чорно-білих зображень, 2) передачі кольорових зображень і прийому їх у вигляді чорно-білих кольороподілених зображень, 3) передачі і прийому кольорових зображень. Умовне позначення факсимільного апарату включає в себе букву Ф і далі - номер типу, букву, що позначає передавальний, приймальний або приемопередающих апарат, номер групи скорочення надмірності м номер групи кольоровості. Так, наприклад, факсимільний апарат ФЗП2I представляє собою пристрій, призначений для прийому метеокарти, без скорочення надмірності і зі стиском лінійного спектру, з чорно-білої записом копії. Як правило, крім буквено-цифрового позначення ГОСТ факсимільним апаратам, що випускається в нашій країні, присвоюється також найменування у вигляді якого-небудь слова.
З метою уніфікації та стандартизації факсимільного апаратури, яка працює по провідним у радіоканалах, а також каналами передачі даних, МККТТ поділяє її на чотири групи (табл. 6.1), в першу чергу в залежності від часу передачі документа формату А4 (сторінка машинописного тексту): група I - 4 - 6 хв; група II - 2 - 3 хв; групи III і IV - 1 хв і менше.
Таблиця 6.1 [1, стор.214]
Параметр
Група
I
II
III
IV
Час передачі сторінки формату А4, хв
4 - 6
2 - 3
1 і менше
Спосіб модуляції факсимільного сигналу
ЧС
АМ, ФМ
Цифровий
Канал
ТЧ
ТЧ
ТЧ
ПД
Роздільна здатність по вертикалі, лин / мм
3,85
3,85
3,85; 7,7; 2,57
Скорочення надмірності
Ні
Ні
Є (код МКХ та ін)
Є
У факсимільних апаратах першої групи передбачається передача модульованого сигналу з двома боковими смугами частот при частотної модуляції. Допускається передача зі зниженою роздільною здатністю. В апаратах цієї групи використовуються прості технічні рішення: поєднання передавача і приймача; барабанна розгортка; контактна запис на звичайний папір і ряд інших. Зарубіжними фірмами розроблені апарати, що виробляють ксерографічного запис зображення за допомогою гелій-неонового лазера з роздільною здатністю 3,8 лін / мм. Застосовуються також електротермічна запис на спеціальний папір і безконтактна запис чорнильною струменем на звичайну рулонний папір.
У факсимільних апаратах другої групи для зменшення часу передачі використовуються методи трирівневої амплітудної разової модуляції з частково пригніченою однією бічною смугою. Розроблено і випускається настільний факсимільний апарат, що дозволяє передавати за 2 хв тексти та графічні зображення, виконані на форматі А4. У ньому використовується волокенная оптика, а маса апарату - всього 8 кг. Апарати третьої і четвертої груп, як правило, використовують кодування факсимільного сигналу з метою зменшення його хати-точності. При прийомі використовується електрофотографічних або електрографічний запис, а також термозапісь, Апарати четвертої групи призначені для передачі факсимільних повідомлень по каналах передачі даних.
Нижче наводяться короткі характеристики найбільш поширених факсимільних апаратів.
Апарат Ф4СII «Штрих - М» призначений для передачі будь-якої текстової та графічної інформації: рукописних і машинописних текстів, графіків, креслень, таблиць та ін Апарат є приемопередающим, тобто може по черзі вести передачу і прийом зображень. Оригіналом може бути чорно-біле або кольорове зображення; копія виконується чорними чорнилами на білому папері незалежно від кольоровості оригіналу. Розмір бланка складає 210х297 мм. Напівтонові зображення апарат «Штрих-М» не відтворює.
Як канал зв'язку використовуються кабельні пари міський чи засновницької телефонної мережі, а також стандартні канали ТЧ багатоканальних систем передачі. Апарат може працювати не тільки по закріплених, але і по комутованих каналах. Так, зокрема, передбачена можливість паралельного підключення апарата «Штрих-М» до телефонного апарату АТС для передачі і прийому зображень безпосередньо абонентами телефонної мережі.
Апарат має дві стандартні швидкості передачі: 120 рядків / хв для роботи по каналах ТЧ і 240 рядків / хв для передачі по кабельних парам ГТС. Факсимільні сигнали передаються методом частотної модуляції з наступними параметрами: при швидкості 120 рядків / хв несуча f про = 1,9 кГц, частота білого f б = 1,5 кГц, частота чорного f ч = 2,3 кГц, девіація частоти f = ± 0,4 кГц; при швидкості 240 рядків / хв f про = 2,7 кГц, f б = 2,3 кГц, f ч = 3,1 кГц, f = 0,4 кГц.
Максимальне загасання між передавачем і приймачем не повинно перевищувати 30 дБ. Час передачі повного бланка становить 9 хв при швидкості 120 рядків / хв і 4,5 хв при швидкості 240 рядків / хв.
Розрахункова величина роздільної здатності дорівнює 3,8 лін / мм, що цілком достатньо для гарного відтворення штрихових зображень. Однак в апараті передбачена можливість роздільної передачі і запису і більш тонких ліній, ніж це визначається величиною роздільної здатності. Лінії, товщина яких не менше 0,1 мм, аналізуються розгортають пристроєм і записуються на копії штрихами товщиною 0,25 мм. В апараті «Штрих-М» передбачена дискретизація відеосигналу, тобто перетворення багаторівневого сигналу в дворівневий з рівнями чорного і білого. Це покращує умови передачі тонких ліній, підвищує контраст копії в порівнянні з оригіналом.
В апараті «Штрих-М» застосовано барабанний спосіб розгорнення, причому один барабан служить і для передачі, і для прийому. Оптико-електричне перетворення здійснюється помножувачем ФЕУ-26, що має сім ступенів множення, і оптичною системою з виділенням елементарної площадки на оптичному зображенні оригіналу. Запис зображення проводиться відкритим способом за допомогою чорнильного пише пристрою.
В апараті «Штрих-М» використовується один з двох можливих способів синхронізації - мережевий або автономний. Відповідно випускаються дві модифікації апарата: одна для роботи в межах однієї енергосистеми, інша - для роботи апаратів, що мають незалежні джерела енергопостачання. У режимі мережевої сііхронізаціі синхронний двигун апарату харчується напругою частотою 400 Гц, що одержується шляхом множення частоти напруги промислового струму (50 Гц). У режимі автономної синхронізації синхронне напруга частотою 400 Гц отримують в приставці автономної синхронізації (ПАС), де відбувається розподіл частоти коливань 1 МГц, вироблюваних високостабільним кварцовим генератором, до значення 400 Гц (загальний коефіцієнт розподілу дорівнює 2500). У іншому обидві модифікації апарата не відрізняються один від одного.
Фазування передавального і приймаючої апаратів проводиться автоматично за час 5 або 10с в залежності від обраної швидкості передачі. Управління підстроюванням фази приймає апарату здійснюють фазові імпульси, що виробляються передавальним апаратом. Передбачені два ступені фазирования - груба і плавна. Точність фазирования обрана такою, щоб фазова расстройка після закінчення фазирования не перевищувала ± 2 мм на довжині рядка. Є також схема захисту прийнятих фазових імпульсів від впливу перешкод. Перехід в режим передачі зображення після встановлення синфазности, а також зупинка апаратів після закінчення передачі відбуваються автоматично.
Низка успішних конструктивних рішень, широке застосування дискретних логічних елементів, простота обслуговування, висока надійність - всі ці фактори обумовлюють широке застосування апаратури «Штрих-М» на мережах документального електрозв'язку. Однак чорнильний спосіб запису, який застосовується в апаратурі, має певні незручності в експлуатації, головним чином через висихання чорнила в капілярах пише пристрою. Тому в даний час випускається апаратура «Штрих» із записом зображення на термочутливих папір.
Апаратура «Паллада» призначається для високоякісної передачі напівтонових зображень, використовуваних засобами масової інформації (періодична преса, телебачення), а також для прийому метеорологічних фотографій з штучних супутників Землі, До складу апаратури входять конструктивно незалежні передавач Ф2Д12 і приймач Ф2П12. У апаратурі «Паллада» застосовані: барабанний спосіб розгорнення на передачу і прийом; фотографічний спосіб записи прийнятих зображень; автономна синхронізація пристроїв розгортки; повна автоматизація всіх процесів прийому (перезарядки фотопаперу, пуску і фазування, прийому зображення, фотохімічної обробки та сушіння отриманої копії).
Апарати «Паллада» можуть працювати спільно з факсимільними апаратами інших типів, що мають стандартні швидкості передачі і модуль взаємодії, рівний 352. Розмір переданого бланка 220Х300мм.
Передача зображень проводиться за стандартними каналах ТЧ, а також короткохвильовим радіоканалах; в приймачі, крім того, передбачена можливість використання нестандартного каналу зв'язку метеорологічного супутника. Швидкості передачі 60, 120 або 240 рядків / хв, для метеоінформації 48 рядків / хв. При роботі по каналу ТЧ застосовується амплітудна модуляція несучої частоти 1,9 або 2,8 кГц, при використанні радіоканалу - частотна модуляція з частотою білого поля 1,5 кГц, чорного поля 2,3 кГц, девіація частоти ± 0,4 кГц.
Апаратура «Паллада» дозволяє отримувати копію у вигляді негатива або позитиву. Перемикання режимів здійснюється оператором або в передавальному, або в приймальному апараті. Установка виду модуляції, швидкості та режиму запису провадиться операторами за домовленістю.
Роздільна здатність, що забезпечується апаратурою «Паллада», залежить від швидкості передачі і способу модуляції. При швидкостях 60 і 120 рядків / хв і амплітудної модуляції вона дорівнює 6 лін / мм, а при тих же швидкостях і частотної модуляції - 5 лін / мм. Збільшення швидкості до 240 рядків / хв знижує роздільну здатність до 4 лін / мм. Крок розгортки становить 0,2 або 0,265 мм в залежності від швидкості передачі. Апаратура дозволяє відтворити на копії не менше 12 градацій оптичної щільності при передачі 15-поступового напівтонового клина з оптичними плотностями від 0,05 до 1,5. Таким чином, якісні характеристики апарата «Паллада» забезпечують відмінне відтворення будь-яких напівтонових і двухградаціонних зображень.
Спосіб розгортки - барабанний, проте конструктивне виконання пристроїв розгортки дозволяє в максимальному ступені автоматизувати обслуговування апаратів. Так, оригінал закріплюється на передавальному апараті за допомогою прозорої лавсановій плівки, що скорочує час зарядки в порівнянні з раніше застосовувалися способами закріплення оригіналу на барабані. Перезарядка фотопаперу на приймальний барабан взагалі не вимагає участі оператора. Це досягається шляхом застосування спеціальної рулонної фотопаперу. Зміна фотопаперу після закінчення запису чергового бланка провадиться за фіксованою програмі і полягає в: звільнення записаного бланка з приймального барабана і транспортуванні бланка в проявочній пристрій; подачі фотопаперу з рулону на барабан; відрізанні подається на барабан фотопаперу 220 мм; закріплення бланка на барабані за допомогою прозорої плівки; повернення записуючої каретки в початкове положення. Після виконання перерахованих операцій приймальний апарат готовий до запису чергового бланка.
Фотохімічна обробка прийнятого бланка в проявочній пристрої також проводиться автоматично. Бланк захоплюється обертовими валиками й простягається через дві ванни з розчинами активатора і стабілізатора, в результаті чого зображення проявляється і фіксується. Загальний час фотохімічної обробки бланка становить 60 с. Сушити оброблений бланк не потрібно, тому що в апаратурі «Паллада» застосовується спеціальний папір БС (бьтстросохнущая), підкладка якої не вбирає вологи. Запас паперу в рулоні (50 м) достатній для безперервної роботи протягом декількох десятків годин.
Синхронізація та фазування апаратів «Паллада» принципово не відрізняються від раніше розглянутих. Поряд з автоматичним передбачений режим ручного фазирования, що дозволяє при необхідності здійснити зв'язок з факсимільними апаратами старих зразків.
Комплекс факсимільного апаратури Ф1Д21 і Ф1П2I «Газета-2» призначений для передачі по каналах багатоканальних систем передачі зображень газетних шпальт центральних видань у пункти децентралізованої друку частини накладу. Для скорочення часу передачі газет передає і приймальна апаратура встановлюється безпосередньо в друкарнях. Чисто умовно все обладнання, що входить до складу комплексу, можна розділити на кінцеве і канальне. У порівнянні зі звичайною факсимільного зв'язком передача газетних смуг має такі особливості:
1. За кількістю переданої інформації та площі бланка газетна смуга істотно перевищує стандартні фототелеграм. До того ж час, що відводиться на передачу чотирьох, шести і більше смуг дорожнього газети жорстко лімітований.
2. Растрування зображень газетної смуги, необхідно за умовами поліграфічного процесу, вимагає в кілька разів більшою роздільної здатності, ніж у звичайних факсимільних апаратах.
3. Зважаючи на великі розмірів переданих газетних смуг точність синхронізації і фазування задається більш високою.
Апаратура «Газета-2» розрахована на передачу стандартних газетних смуг, що мають розміри 630х430 мм з корисним полем зображення (без урахування полів) 558х392 мм. Оригіналом є якісний відбиток газетної смуги на білому папері, отриманий в центральній друкарні. Копія повинна бути відтворена негативом на фотоплівці, щоб мати можливість відретушувати прийняте зображення. Отже, запис зображення ведеться фотографічним способом, що забезпечує до того ж високу роздільну здатність. Максимальна оптична щільність чорного поля повинна становити 2,5, а білого поля - не більше 0,2.
У апаратурі «Газета-2» застосовується кругова розгортка зображення. Є дві фіксовані швидкості передачі: 3000 і 2400 рядків / хв. Щільність розгортки дорівнює 15,5 або 24,5 рядків / мм, що відповідає кроку розгортки 0,07 або 0,04 мм. Час передачі визначається вибраними значеннями швидкості і щільності розгортки. Мінімальний час передачі смуги при швидкості 3000 рядків / хв і щільності 15,5 рядків / мм становить 2,12 хв.
Роздільна здатність по горизонталі забезпечує роздільне відтворення на копії штрихів товщиною не менше 0,07 мм, розділених білим проміжком 0,15 мм, а також точок растра напівтонових ділянок смуги, що мають діаметр не менше 0,1 мм. Роздільна здатність по вертикалі і горизонталі приблизно однакова.
Оптична система передавального апарату побудована за принципом автоколліматорной труби. Оптичне зображення елементарної площадки будується в площині діафрагми, розташованої безпосередньо перед фотоелектронним помножувачем ФЕУ-84-5, має 12 каскадів множення. Далі багаторівневий відеосигнал перетворюється на дворівневий. Одночасно подовжуються короткі імпульси відеосагнала, що дозволяє трохи знизити вихідний спектр сигналів зображення. У апаратурі «Газета-2» використовується амплітудна модуляція.
У приймальному пристрої проводиться обробка прийнятих АМ сигналів - посилення, фільтрація, синхронне детектування. Записуючим елементом є модуляторна лампа з дуговим розрядом ДРГМ-70, світловий потік якої через оптичну систему проектується на поверхню фотоплівки. Пристрій розгортки побудовано так само, як і в передавальному апараті.
В апараті «Газета-2» застосована роздільна синхронізація оптичних головок передавача і приймача по рядках, з кадрів. Швидкості обертання головок обумовлені частотою кварцових генераторів з власною частотою 100 кГц і нестабільністю ± 2.10 -7 з наступним розподілом частоти. На відміну від інших факсимільних апаратів, тут є система регулювання миттєвої швидкості переміщення світлового плями, практично виключає випадкові фазові неузгодженості. Переміщення оптичних головок вздовж осі свого обертання (перехід від рядка до рядка) проводиться спеціальними двигунами, які отримують електроживлення від камертона генератора з частотою 1200 гц. Первісне фазування систем розгортки здійснюється автоматично по фазовим імпульсам передавального апарату.
Апаратура «Газета-2» має розвинену систему автоматичного управління, контролю і телесигналізації.

ЦИФРОВА факсимільна апаратура
Загальні положення
Останнє десятиліття характеризується інтенсивним розвитком цифрових способів передачі інформації, так як вони мають такими суттєвими перевагами перед аналоговими: можливістю регенерації сигналу на проміжних пунктах або дублювання (при цьому перешкоди не накопичуються і практично не впливають на сигнал, поки вони не перевищують деякої величини); скороченням часу передачі шляхом використання статистичного кодування сигналу; універсальністю способу передачі, що дозволяє передавати факсимільний інформацію поряд з іншими видами повідомлень за єдиною цифровий системі зв'язку; можливістю обробки цифрових зображень за допомогою мікропроцесорів.
Для представлення зображень в цифровій формі необхідно здійснити дискретизацію сигналу за часом і за рівнем. Дискретизація сигналу за часом проводиться шляхом стробування аналогового сигналу через рівні проміжки часу. Частота стробування визначається необхідною роздільною здатністю по рядку. У факсимільних апаратах третьої групи частота стробування вибирається такою, щоб отримати роздільну здатність вісім елементів на міліметр, що для формату А4 відповідає 1728 елементами на рядок.
Дискретизація (квантування) сигналу по рівню для передачі двухградаціонних (графічних) зображень здійснюється просто, оскільки сигнал в принципі є дворівневим. Для цього використовується найпростіше формуючий пристрій, наприклад, тригер. Якщо цифровій передачі піддається півтонове зображення, то сигнал квантуется по 64, 128 або 256 фіксованим рівнів яскравості.
Отримане в результаті дискретизації факсимільне повідомлення, як, втім, і аналоговий факсимільний сигнал, володіє великою надмірністю.
З прикладної точки зору цю надмірність неважко оцінити таким чином. Припустимо, що передається сторінка машинописного тексту, що містить 1800 знаків (30 рядків по 60 знаків у рядку). Після її кодування, наприклад кодом МТК-5, дискретне повідомлення буде складатися приблизно з 13 000 двійкових елементів, для передачі такого повідомлення зі швидкістю 100 біт / с знадобиться трохи більше 2 хв. Після діскретізацмі для факсимільного передачі з роздільною здатністю по горизонталі (рядку) 8 лін / мм і по вертикалі 7,7 лін / мм дискретне повідомлення буде містити близько 3,5 млн. двійкових елементів, т е. приблизно в 250 разів більше, ніж телеграфне . Час його передачі навіть по каналі зі швидкістю 2400 біт / с складе більше 20 хв. Додаткова ж інформація, яка в ньому міститься, практично вичерпується характерними особливостями шрифту друкарської машинки, за допомогою якої надруковано повідомлення.
При меншій роздільної здатності надмірність буде трохи нижче, але і якість відтворення машинописного тексту суттєво погіршиться.
Для тексту надмірність факсимільного повідомлення рідко не перевищує двох порядків. З метою скорочення надмірності Дискретизований факсимільний сигнал піддається кодуванню, в результаті якого надмірність дискретного факсимільного повідомлення скорочується від 5 до 15 разів. Природно, що в стільки ж разів скорочується час його передачі по каналу зв'язку.

Завдання № 2.
Аргоновий лазер
Спрощена схема беруть участь у генерації рівнів енергії в аргоновому лазері наведена на рис.1 [3, стр.354]. Основний стан іона Аr + виходить


Рис.1. Рівні енергії іона Аr +, беруть участь у лазерної генерації.
шляхом видалення одного з шести 3р-електронів зовнішньої оболонки аргону. Збуджені стану 4s і 4р виникають, коли один з решти 3р-електронів закидається на рівні відповідно 4s і 4p. З урахуванням взаємодії з іншими 3р-електронами обидва рівня 4s і 4р, позначені на рис.1 як прості рівні, насправді складаються з декількох рівнів (відповідно 9 і 2). Порушення верхнього лазерного 4р-рівня відбувається за допомогою двоступінчастого процесу, що включає в себе зіткнення з двома різними електронами. При першому зіткненні аргон іонізується, тобто переходить в основний стан іона Аr знаходиться в основному стані іон Аr + відчуває друге зіткнення з електроном, що може привести до наступних трьох різних процесів: 1) безпосереднє порушення іона Аr + на 4р-рівень (процес а на рис.1); 2) порушення у більш високо лежачі стану з подальшими каскадними випромінювальними переходами на рівень 4р (процес b на рис.1), 3) порушення на метастабільні рівні з наступним третім зіткненням з електроном, що призводить до збудження на 4р-рівень (процес з на рис.1). Оскільки процеси 1 та 2 включають в себе два етапи, пов'язаних із зіткненнями з електронами, слід очікувати, що швидкість накачування у верхнє стан буде пропорційна квадрату щільності струму розряду. Дійсно, швидкість накачування верхнього стану (dN 2 / dt) p повинна мати вигляд
(DN 2 / dt) p ~ N e N t ~ N 2 e, [3, стр.355]
де N e і Nt - щільності електронів та іонів у плазмі (N e ≈ Ni в плазмі позитивного стовпа). Так як електричне поле в розряді не залежить від розрядного струму, щільність електронів N e пропорційна щільності розрядного струму і з попереднього виразу випливає, що (dN 2 / dt) p ~ J 2. Можна показати, що при високій щільності струму розглянутий вище процес 3 також призводить до того, що швидкість накачування пропорційна J 2. Таким чином, накачування різко зростає зі збільшенням густини струму і для того, щоб розглянутий вище малоефективний двоступінчастий процес дозволив закачати досить іонів у верхнє стан, необхідні високі щільності струму (~ 1 кА / см 2). Цим можна пояснити, чому перший запуск Аr +-лазера стався через близько 3-х років після запуску Не-Ne-лазера. Іон Аr +, будучи закинутий на верхній лазерний рівень 4р, може релаксувати на рівень 4s допомогою швидкої (~ 10 -8 с) випромінювальної релаксації. Однак слід зауважити, що релаксація з нижнього лазерного 4s-рівня в основний стан Аr + відбувається за час, який приблизно в 10 разів коротше. Таким чином, умова безперервної генерації виконується.
Зі сказаного вище випливає, що генерацію в аргоновому лазері слід очікувати на переході 4p → 4s. Так як обидва рівня 4s і 4р насправді складаються з багатьох підрівнів, аргоновий лазер може генерувати на багатьох лініях, серед яких найбільш інтенсивними є зелена (λ = 514,5 нм) і синя (λ = 488 нм). З вимірювань спектру спонтанного випромінювання було знайдено, що доплеровская ширина лінії Δυ * 0, наприклад зеленого переходу, становить близько 3500 МГц. Це означає, що температура іонів, що визначається відповідно до виразом (2.78), дорівнює Т ≈ 3000 К. Іншими словами, іони є дуже гарячими завдяки їх прискорення в електричному полі розряду. Відносно широка доплеровская ширина лінії також призводить до того, що в режимі синхронізації мод в аргоновому лазері спостерігаються порівняно короткі імпульси (~ 150 пс).
На рис.2 наведена схема пристрою сучасного потужного (≥ 1 Вт) аргонового лазера. Зауважимо, що як плазмовий струм, так і лазерний пучок обмежуються металевими (вольфрамовим) дисками, поміщеними в керамічну (ВЕО) трубку більшого діаметра. Використання такої теплопровідної та ізолювальної металокерамічної комбінації необхідно для того, щоб забезпечити гарну теплопровідність трубки і в той же час послабити проблеми, пов'язані з ерозією внаслідок високої температури іонів. Діаметр центральних отворів в дисках робиться невеликим (~ 2 мм),

Рис.2. Схематичне зображення потужної аргоновою лазерної трубки з водяним охолодженням. [3, стр.356]
щоб зосередити генерацію в ТИМ 00-моді (для резонатора звичайно застосовуються увігнуті дзеркала з великим радіусом кривизни) і щоб зменшити необхідне значення повного струму. У аргонових лазерах доводиться вирішувати проблему катафорезу атомів аргону. Справді, внаслідок високої щільності струму спостерігається значна міграція іонів Аr + в бік катода. Поблизу катода іони нейтралізуються електронами, еміттірованнимі з поверхні електрода, інейтральние атоми прагнуть накопичуватися в прікатодном області. Для подолання цих труднощів в дисках роблять додаткові зміщені від центра отвору, щоб забезпечити за рахунок дифузії шлях для повернення атомів від катода до аноду. Отвори проробляються таким чином, щоб через поворотні отвори не йшов струм за рахунок того, що довжина утворюються шляхів більше, ніж довжина шляху через центральні отвори. Внутрішня керамічна трубка охолоджується водою для відводу великої кількості тепла, яке неминуче виділяється в трубці (кілька кВт / м). Зауважимо також, що в області розряду паралельно осі до трубки прикладається постійне магнітне поле. У такій конфігурації сила Лоренца зменшує швидкість дифузії електронів до стінок. У результаті цього кількість вільних електронів в центрі трубки збільшується і, отже, зростає швидкість накачування. Це дозволяє пояснити бачимо збільшення вихідної потужності у разі, коли прикладається зовнішнє магнітне поле. Утримуючи розряд поблизу осі трубки, магнітне поле також зменшує руйнування стінок. Зауважимо, що в потужних лазерах (≥ 1 Вт) дзеркала монтуються зовні трубки, щоб послабити деградацію дзеркального покриття під впливом вакуумного УФ-випромінювання, що випускається плазмою. У малопотужних лазерів (<1 Вт) трубка зазвичай виготовляється з керамічного (ВЕО) блоку, в якому для розряду просвердлюється центральний отвір. У цьому випадку магнітне поле відсутнє, трубка охолоджується повітрям, а дзеркала, як і в Не-Ne-лазері, ВПАИВАТЬ в кінці трубки.
Промисловістю виготовляються аргонові лазери з водяним охолодженням потужністю 1-20 Вт, генеруючі на синьому і зеленому переходах одночасно або тільки на одній лінії при використанні конфігурації. Також випускаються малопотужні (<1 Вт) аргонові лазери з повітряним охолодженням. В обох випадках вихідна потужність над порогом різко збільшується із зростанням щільності струму (~ J 2), так як в аргоновому лазері, на противагу тому, що відбувається в Не-Ne-лазері, немає процесів, що призводять до насичення інверсії. Однак ККД лазера дуже малий (<10 -3), оскільки мала квантова ефективність (~ 7,5%; див. рис.1) і збудження електронним ударом відбувається на безлічі рівнів, які не пов'язані ефективним чином з верхнім лазерним рівнем. Аргонові лазери широко використовуються для накачування безперервних лазерів на барвниках, для безлічі наукових застосувань (взаємодія випромінювання з речовиною), в лазерних принтерах, в лазерній хірургії і в технічному оснащенні розважальних програм.
На закінчення даного розділу згадаємо Кr +-лазер, який отримав найбільш широке поширення серед безлічі інших іонних лазерів. Він також генерує на багатьох довжинах хвиль, серед яких найбільш інтенсивної є червона (647,1 нм).
Завдання № 8
Оцінити величини Δυ g, Δυ m, Δυ n при λ = 1 мкм, l = 1 м, 2а = 1 см, m = n = 0 (ТИМ 00 -?), M = n = 1 (ТИМ 11 -?).
Дано.
λ = 1 мкм
l = 1 м
2а = 1 м
ТИМ 00 -? (M = n = 0)
ТИМ 11 -? (M = n = 1)

Рішення
Якщо m = n = const, то [5, стор.28].
з = 2.9. 10 8 м / с
[5, стор.28]


Відповідь: Δυ g = 1.45. 8 жовтня з -1, Δυ m = Δυ n = 2.1. 10 16 з 2.
Завдання № 48
Циліндричний стрижень з Nd: YAG (ітрій - алюмінієвий гранат) діаметром 6.3мм і довжиною 7.5 см накачується потужної імпульсної лампою. Значення перерізу лазерного переходу в максимумі лінії з довжиною хвилі 1.06 мкм одно σ = 3.5. 10 -19 см 2, а показник заломлення дорівнює n = 1.82. Знайти критичну інверсію населенностей, відповідну початку процесу посилення спонтанного випромінювання (УСІ) (передбачається, що на обидва торці лазерного стрижня нанесені ідеальні просвітлюючі покриття, тобто вони не відбивають світло). Крім того, обчислити максимальну кількість енергії, яка може бути запасена в цьому стрижні, якщо необхідно уникнути виникнення процесу УСИ.
Дано.
d = 6.3 мм = 6.3. 10 -3 м
L = 7.5 см = 7.5. 10 -2 м
λ = 1.06 мкм = 1.06. 10 -6 м
σ = 3.5. 10 -19 см 2 = 3.5. 1910 -21 м 2
n = 1.82

Рішення
Так як покриття лазерного стрижня прозорі R 1 = R 2 = L
[3, стор.15]

Відповідь:
Завдання № 72
Для Ar + лазера з параметрами: λ = 488 нм, L = 1 м, а = 1 см, Δυ = 3.5 ГГц розрахувати діаметр плями на дзеркалі і на відстані 1 м від дзеркала, а також кутове розбіжність пучка.
Дано.
λ = 488 нм = 488. 10 -9 м
L = 1 м
а = 1 см = 0.01 м
Δυ = 3.5 ГГц = 3.5. 10 9 Гц
R = 1 м
Рішення
[5, стор.35]
[5, стор.34]


Відповідь: ,

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Л.М. Копнічев, В. С. Альошин. Кінцеві пристрої документального електрозв'язку. Навчальний посібник для вузів. - М.: Радіо і зв'язок, 1986р.
2. А.Г. Смирнов. Квантова електроніка і оптоелектроніка. Навчальний посібник для вузів. - Мн., Обчислюємо. шк., 1987р.
3. О. Звелто. Принципи лазерів. - М. Світ, 1990.
4. Ю.В. Байбородін. Основи Лазерної техніки. - К., Вища шк., 1988р.
5. У.Я. Швець, Л.Б. Дмитрієва. Квантова електроніка. Навчальний посібник. ЗДІА. 2003р.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Контрольна робота
70.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Електроніка 2
Енергетична електроніка
Автомобільна електроніка
Емісійна електроніка
Функціональна електроніка
Квантова статистика
Квантова фізика
Статичну електрику та напівпровідникова електроніка
Квантова теорія атома
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru