147977. lajstromszámú szabadalom • Mikrohullámú elektromágneses rezgések előállítására, felerősítésére, illetve frekvenciamodulálására alkalmas, optikai gerjesztésű készülék

Megjelent: 1981. január 31. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS. 147.977. SZÁM /' t , -•• 21. a4

. 21~35. OSZTÁLY — TA—418. ALAPSZÁM V Tt,. SZOLGALATI TALALMÄNY Mikrohullámú elektromágneses rezgések előállítására, felerősítésére, illetve frekveíiciamodulálásra alkalmas, optikai gerjesztésű készülék Távközlési Kutató Intézet, Budapest Feltaláló: dr. Hoffmann Tibor fizikus, budapesti lakos A bejelentés napja: 1958. március 13. A mikrohullámok erősítése különböző szerkezetekkel (pl. magnetronnal, haladóhullámú csővel stb.) oldható meg. Az utóbbi években nyilvánosságra hozott adatok szerint sikerült olyan mikrohullámú erősítőt kifejleszteni, amely méretei és a zajviszonyok szempontjából ezeknél kedvezőbb. Ez az ún. kvantummechanikai vagy speciálisan molekuláris erősítő az atomok vegyértékelektronjainak magasabb energianívóról alacsonyabb energianívóra való átmenete közben jelentkező sugárzást hasznosítja. Az erősítendő mikrohullámú elektromágneses rezgések terében olyan anyagot helyeznek el, amelynek vegyértékelektronjai a magasabb energianívóról alacsonyabb energianívóra való átmenetek során a felerősítendő mikrohullámokkal azonos frekvenciájú sugárzást bocsátanak ki. Az ún. indukált emisszió révén ennek ;a sugárzásnak a teljesítménye arányos a felerősítendő rezgések teljesítményével, fázisa pedig megegyezik az utóbbiak fázisával, úgyhogy a kérdéses térben, amely például egy üregrezonátor belső tere, teljesítményben lineáris erősítés jön létre. Az erősítő működésének előfeltétele, hogy a szükséges frekvenciájú sugárzást eredményező átmeneteknek megfelelő szomszédos energianívók közül a magasabban fekvő nívót több elektron népesítse be, mint az alacsonyabbat. Az ismert megoldásokban ennek a magasabb energianívónak a kellő számú elektronnal való ellátása a felerősítendőnél nagyobb frekvenciájú mikrohullámú energia besugárzásával vagy a különböző energianívójú elektronokkal bíró atomok térbeli szétválasztásával történik. E találmány tárgya olyan mikrohullámú készülék, amely a fenti elven működik, de amelyben az elektronoknak a magasabb energianívóra való felvitelét, vagyis gerjesztését — nem feltétlenül a látható tartományba eső — fénysugár hozza létre, és amely erősítésen kívül mikrohullámok előállítására és frekvenciamodulálására is felhasználható. A gerjesztő fénysugár előállítása sokkal egyszerűbben megvalósítható, mint a külső mikrohullámú besugárzás vagy a különböző nívójú elektronokkal bíró atomoknak térbeli szétválasztása, amit az eddig ismert megoldások alkalmaznak, és az optikai gerjesztésnek az az előnye is megvan, hogy egyszerű módon lehetővé teszi a mikrohullámú rezgések közvetlen frekvenciamodulálását is. A kvantummechanikai rendszerek alapállapotából a gerjesztett állapotokba való átmenetek — fényabszorpció révén —• általában mindenféle polarizációjú fénnyel bekövetkezhetnek. Abban az esetben azonban, ha a kvantummechanikai rendszer megfelelő erősségű villamos vagy mágneses, vagy pedig egyidejűleg villamos és mágneses térben van, az energianívók felhasadnak és az így létesülő egyes nívókra csakis meghatározott polarizációjú (pl. a villamos, illetve mágneses térerősséggel párhuzamosan, lineárisan polarizált, vagy az erre az irányra merőlegesen polarizált, vagy a villamos, illetve mágneses térerősségre merőleges polarizációs síkú, cirkulárisan jobbra vagy balra polarizált) fény abszorpciója révén juthat fel elektron. így a gerjesztő fény polarizációjának megfelelő megválasztása esetén az elektronok az alapállapotból csak egy vagy több. pontosan meghatározott nívóra mennek át. Ezzel elérhető, hogy a kívánt magasabb energianívóra sokkal több elektron jusson, mint az alacsonyabbra, és lehetővé válik a magasabb nívóról az alacsonyabbra való intenzív átmenet, vagyis a két energianívó különbségének megfelelő elektromágneses hullám, kisugárzása, ami (indukált emisszió révén) annál erőssebb, mennél nagyobb erősségű ugyanilyen frekvenciájú tér van jelen a kvantummechanikai rendszer környezetében. Ez az elrendezés tehát, mint mikrohullámú erősítő használható. Az erősítés igen nagy tartományban minden különösebb elővigyázatossági intézkedés nélkül is lineáris. Ha az energianívók felhasítása és az elektronok gerjesztése üregrezonátorban történik és ennek az