Начала электроники и оптики, вводная информация, практика и применение
Твердотельные и жидкостные лазеры
Активным веществом твердотельных и жидкостных лазеров является диэлектрик, находящийся в конденсированной фазе. По сравнению с газами в конденсированных средах можно создать большие плотности (концентрации) активных частиц в единице объема и тем самым достичь большей плотности инверсии и большего удельного энерго съема.
В то же время разнообразие процессов, с помощью которых можно изменить энергетическое состояние атомов в таких системах без их разрушения, весьма ограничено. Практически единственным способом активного воздействия остается облучение светом. Поэтому в твердотельных и жидкостных лазерах на диэлектриках применяется только оптическая накачка. В полупроводниках возможно дополнительное воздействие путем пропускания через них электрического тока.
Общая характеристика и особенности твердотельных лазеров: Рабочий элемент твердотельных лазеров выполнен из кристаллического или аморфного диэлектрика. Такие лазеры надежны, удобны и сравнительно просты в эксплуатации. При небольших габаритах они могут генерировать очень высокие импульсные мощности (вплоть до 10 Вт и более), очень короткие световые импульсы (до 10 с и менее), а также работать в непрерывном режиме с выходной мощностью от единиц мВт до сотен Вт, Их накачка осуществляется оптическим путем.
Для этого электрическая энергия с помощью специальных ламп накачки или с помощью полупроводниковых лазерных диодов преобразуется в оптическое излучение, которое поглощается атома ми активного вещества, переводя их в возбужденное состояние. Наличие такого промежуточного процесса преобразования электрической энергии накачки снижает общий КПД твердотельные лазеров, который не превышает нескольких процентов при лам повой накачке и достигает 30% при накачке инжекционными лазерами.
Проходя через магнитное поле, направленное перпендикулярно к оси пучка, заряженные частицы (электроны) под действием силы Лоренца изменяют траекторию движения. Кроме поступательного движения со скоростью г электроны под действием периодического поля ондулятора совершают периодические колебания.
Следовательно, они испускают электромагнитное излучение аналогично классическому осциллирующему диполю. При обычных скоростях электронов эта частота лежит в радиодиапазоне, а сам эффект используется в классических СВЧ электронных приборах, например, в лампах бегущей волны (ЛБВ),
В процессе взаимодействия электронного пучка с электромагнитной волной, в которую перекачивается его энергия, происходит фазовая группировка, обеспечивающая выполнение условия синхронизма, и тем самым достигается когерентность генерируемой волны. Кроме того, поскольку пучок осциллирующих электронов движется со скоростью v относительно наблюдателя, то для него будет проявляться эффект. Читать далее
Теория электропроводности суспензии
Если осложняющим влиянием поверхностной проводимости можно пренебречь, задача расчета электропроводности дисперсной системы эквивалентна задачам о средней теплопроводности,
Диэлектрической проницаемости или магнитной восприимчивости дисперсной системы. Эта аналогия позволяет использовать экспериментальный материал, накопленный при изучении указанных выше подобных явлений, для проверки теоретических формул, в равной степени пригодных для описания всей совокупности явлений.
Применительно к случаю малой объемной доли дисперсной фазы эта задача достаточно строго решена еще Максвеллом, так что при таком ограничении можно сразу же привести формулы для F в случае эллипсоидальной формы частиц. Здесь, однако, будет дан иной вывод, так как он может быть обобщен на случай, осложненный влиянием поверхностной проводимости. Пусть в бесконечно протяженном однородном электролите с электропроводимостью К имеется плоскопараллельный слой монодисперсной суспензии с объемной долей р и пусть электрическое поле Е приложено перпендикулярно этому слою.
Обычно эту формулу записывают для диэлектрического инкремента Ае, причем К должно быть заменено на диэлектрическую проницаемость среды е, a d на дипольный момент, обусловленный диэлектрической поляризацией. В данном случае d это дипольный момент непроводящей частицы в проводящей среде, возникающий при прохождении тока, который создает объемные заряды противоположного знака на противоположных полу поверхностях частицы в слое толщиной, равной дебаевскому радиусу экранирования.
Существеннее для нас распределение знаков зарядов по полусферам создает на левой полусфере нормальную составляющую поля, направленную навстречу приложенному полю и замедляющую в стационарном режиме подвод на поверхность положительных ионов, на правой полусфере возникает поле отрицательного поляризационного заряда, предотвращающее подвод отрицательных ионов.
Теория электропроводности суспензии, осложненной поверхностной проводимостью частиц: Метод расчета электропроводности суспензии, развитый в предыдущем разделе, включает расчет макроскопического поляризационного потенциала и соответственно макроскопического поля в суспензии. Для учета влияния двойного слоя на макроскопическое поле в суспензии и учета этого эффекта в формуле, связывающей электропроводность суспензии с поверхностной проводимостью частиц, необходимо воспользоваться методом, описанным в предыдущем разделе.
При наличии у частиц двойного слоя общие положения этого метода, связывающая макроскопическое поле суспензии с дипольными моментами частиц, и формула, связывающая проводимость суспензии с макроскопическим полем) сохраняются. Учет удельной поверхностной проводимости частицы необходим лишь при выводе формулы для дипольного момента частицы аналога. При этом условии единственная нестрогость вывода формулы состоит в приписывании поверхностному току идентичного фактора F. Читать далее
Явление электрического тока
Как известно, электрический ток создается направленным перемещением электрических зарядов. Передвигаться заряды могут как в проводниках, так и в пустом пространстве в высоком вакууме, а также среди беспорядочно движущихся электрически нейтральных частиц, в газах.
Характерной особенностью большинства современных электровакуумных приборов и является то, что ток в них проходит через более или менее совершенный вакуум, т. е. через пространство, в котором газ находится под давлением значительно ниже атмосферного. Носителями электрического заряда являются в этом случае обычно элементарные частички отрицательного заряда электроны. Иногда играют рель также молекулы или атомы, захватившие лишние электроны отрицательные ионы или потерявшие их положительные ионы.
В результате оказывается, что проводимость (или сопротивление) электровакуумных приборов не имеет характера проводимости (сопротивления) обычных твердых проводников, например, металлов. В то же время для понимания действия! этих приборов первое, что необходимо знать, это какова их способность проводить электрический ток, т. е. законы электропроводности вакуума и, следовательно, свойства частиц, обуславливающих эту электропроводность, электронов и ионов. При этом, поскольку электрон является элементарной частицей, а атомы и ионы составными, содержащими в себе не только электроны, прежде всего следует подробно ознакомиться со свойствами электрона.
Электрон представляет собой мельчайшую частицу отрицательного электрического заряда. Величина этого заряда измерялась много раз различными методами, и оказалось, что она остается неизменной при всех условиях. В результате .изучения движения электрона в электрических и магнитных полях в вакууме удалось определить его массу, которая оказалась зависящей от, скорости движения электрона.
Если сравнить эту величину с величиной массы атома водорода, который является наилегчайшим из всех атомов, то оказывается, что - масса электрона меньше массы атома водорода в 1 837 раз. Масса электрона остается постоянной только при малых скоростях, при возрастании же скорости электрона его масса увеличивается. Для обычных скоростей, много меньших скорости света, изменение массы совершенно незаметно. Но если скорость приближается к скорости света, то изменение массы может стать уже практически заметным.
Например, пусть "=0,9 с, тогда т. е. масса электрона при такой скорости увеличивается в два с лишним раза. Движение электрона в электрическом поле. Рассмотрим движение свободного электрона в электрическом поле. Под действием этой силы электрон испытывает ускорение или замедление, а его скорость и кинетическая энергия изменяются в соответствии с законами механики. Очевидно, что чем большую ускоряющую разность потенциалов прошел электрон, тем больше будут его кинетическая энергия и скорость в конце пути. Ток
