DE1117664B - Maser-Verstaerker - Google Patents

Description

• Maser Verstärker Bekanntlich beruht die Verstärkerwirkung eines 3-Niveau-Maser-Verstärkers darauf, daß ein auf einer sehr niedrigen Temperatur, etwa durch flüssiges Helium, gehaltener kristalliner Körper, beispielsweise ein paramagnetisches Salz, durch eine sogenannte Pumpfrequenz von seinem niederen, dem thermischen Gleichgewicht entsprechenden Energieniveau auf ein hohes Niveau angehoben und die beim übergang zum mittleren Niveau frei werdende Energie zur Verstärkung einer Signalfrequenz verwendet wird. Dabei müssen sowohl die Energie zuführende Pumpfrequenz als auch die Energie entnehmende Signalfrequenz mit den sich aus der hyperfeinen Struktur des kristallinen Körpers ergebenden Energieübergängen übereinstimmen.
• Ferner werden bekanntlich zur Herstellung eines Körpers mit molekularen Eigenfrequenzen, wie er für derartige Maseranordnungen benötigt wird, dreiwertige Chromionen CRY++ in Kalium-Kobaltzyanid-Kristalle K3 Co (C N)8 oder in Aliminium-Oxyd-Kristalle A1203 oder dreiwertigc Gadofiniumionen Gd+++ in Lanthan-Äthylsulfai La (C2 H5 S 04)3 9 H2 0 eingeführt. Auch andere paremagnetische Ionen, wie Fe++, Ce+++, Sm.. und yd+++, wurden bereits als zusätzliche Ionen für dEs Kristallgitter in Betracht gezogen. Jedem in diese Weise zusammengesetzten paramagnetischen Sah liegt nun ein ganz bestimmtes Verhältnis von Pump, zu Signalfrequenz zugrunde, das nicht nur für dex konstruktiven Aufbau des betreffenden Hohlraum resonators, sondern auch für die optimale FeldstärkE des äußeren statischen Magnetfeldes und dessep Richtung zu der Achsrichtung der Kristalle bestim. mend ist.
• Mit der Fig. 1, in der an Hand eines Diagramms die Abhängigkeit der in Kurven dargestellten Signal= und Pumpfrequenz von der Stänke H des statischen Magnetfeldes und dessen Winkel 0 zur Achsrichtung des Kristalls gezeigt wird, werden die dabei vorliegenden Verhältnisse erläutert. Die Werte des äußeren Magnetfeldes sind auf der Ordinatenachse und die für den Winkel (9 auf der Abszissenachse aufgetragen. Die ausgezogenen Linien beziehen sich auf die PumpfrequenZen, während mit den strichpunktierten Linien die Signalfrequenzen bezeichnet werden. Die den Linien zugehörigen Werte geben die Veränderung an, die durch eine Änderung des Magnetfeldes H und/oder des Winkels 0 hervorgerufen werden.
• Eine bekannte Maseranordnung mit einem Hohlraumresonator, deren Kristall dreiwertige Chromionen (Cr +++) zugesetzt sind, weist bei einem Magnetfeld von 4000 bis 5000 Oersted eine Signalfrequenz von 9000 MHz und eine Pumpfrequenz von 22 000 MHz auf. Der optimale Arbeitspunkt für diese Anordnung wird durch Ermittlung des günstigsten Wertes für den Winkel O gefunden. Nachteilig für einen derartigen Maser ist es jedoch, daß bei einer gewünschten Vergrößerung seiner Bandbreite sein Verstärkungsfaktor umgekehrt proportional zur Bandbreitenerweiterung absinkt.
• Fig. 1 zeigt, daß für einen bestimmten Winkel 0, eine Änderung der magnetischen Feldstärke H um den Betrag d H nur eine geringe Änderung der Pumpfrequenz, aber eine nennenswerte Änderung der Signalfrequenz, nämlich von f, nach fs zur Folge hat. Wenn also unter den vorliegenden Bedingungen die optimale Verstärkung der Anordnung eingestelltwird, so erhält man bei gleich großem Verstärkungsfaktor eine größere Bandbreite des Signals.
• Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Hierin werden mit C, der Kristall, CA der Hohlraumresonator und mit S und N die Pole des äußeren statischen Magnetfeldes bezeichnet. Die Stirnflächen der Magnetpole liegen dabei nichtparallel zueinander, sa daß das kristalldurchsetzende Magnetfeld nicht homogen ist, sondern einen sich über den Kristall erstreckenden Gradienten aufweist.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Maser-Verstärker, bei dem in einem Hohl raumresonator durch eine Pumpfrequenz das Energieniveau eines kristallinen, einem statischen Magnetfeld ausgesetzten Körpers angehoben wird und die beim Übergang zu einem niederen Energieniveau frei werdende Energie zur Verstärkung einer Signalfrequenz verwendet wird, wobei die Kristallachse des kristallinen Körpers eine bestimmte Richtung zu dem statischen Magnetfeld aufweist, dadarch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Bandbreite des zu verstärkenden Signals das statische Magnetfeld nicht homogen ausgebildet ist, sondern einen sich über den Kristall erstreckenden Gradienten aufweist.
2. 2. Maser-Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des irrhomogenen Magnetfeldes die Stirnflächen der Magnetpole (S und N) nicht zueinander parallel angeordnet sind.