МОЛЕКУЛЯ́РНЫЙ ГЕНЕРА́ТОР

Схема молекулярного генератора на молекулах аммиака.

МОЛЕКУЛЯ́РНЫЙ ГЕНЕРА́ТОР, кван­то­вый ге­не­ра­тор элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний СВЧ-диа­па­зо­на, ос­но­ван­ный на ис­поль­зо­ва­нии вы­ну­ж­ден­но­го из­лу­че­ния мо­ле­кул в мо­ле­ку­ляр­ном пуч­ке. Ис­то­ри­че­ски пер­вым ге­не­ра­то­ром это­го ти­па был М. г. на пуч­ке мо­ле­кул ам­миа­ка $\ce{NH_3}$ (Ч. Х. Та­унс с со­труд­ни­ка­ми, Н. Г. Ба­сов и А. М. Про­хо­ров, 1954–55). Для по­лу­че­ния ге­не­ра­ции ис­поль­зо­ва­лись ин­ду­ци­ро­ван­ные пе­ре­хо­ды ме­ж­ду уров­ня­ми энер­гии ин­вер­си­он­ных со­стоя­ний мо­ле­кул $\ce{NH_3}$. Ин­вер­сия на­се­лён­но­стей уров­ней соз­да­ва­лась при про­пус­ка­нии мо­ле­ку­ляр­но­го пуч­ка че­рез не­од­но­род­ное элек­трич. по­ле квад­ру­поль­но­го кон­ден­са­то­ра. Мо­ле­ку­лы $\ce{NH_3}$, об­ла­даю­щие элек­трич. ди­поль­ным мо­мен­том, име­ют две про­стран­ст­вен­ные кон­фи­гу­ра­ции, по­это­му при про­хо­ж­де­нии че­рез не­од­но­род­ное элек­трич. по­ле по-раз­но­му от­кло­ня­ют­ся им (рис.), про­ис­хо­дит их сор­ти­ров­ка. Мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щие­ся в верх­нем энер­ге­тич. со­стоя­нии, ока­зы­ва­ют­ся на оси квад­ру­поль­но­го кон­ден­са­то­ра (их тра­ек­то­рии на рис. изо­бра­же­ны сплош­ны­ми ли­ния­ми), а мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щие­ся в ниж­нем энер­ге­тич. со­стоя­нии, от­кло­ня­ют­ся от оси кон­ден­са­то­ра (штри­хо­вые ли­нии на рис.). На вы­хо­де кон­ден­са­тора пу­чок со­дер­жит лишь мо­ле­ку­лы, на­хо­дя­щие­ся в верх­нем энер­ге­тич. со­стоя­нии. При даль­ней­шем про­хо­ж­де­нии че­рез объ­ём­ный ре­зо­на­тор эти мо­ле­ку­лы со­вер­ша­ют вы­ну­ж­ден­ные (ин­ду­ци­ро­ван­ные) пе­ре­хо­ды в ниж­нее со­стоя­ние, со­про­вож­даю­щие­ся из­лу­че­ни­ем.

Осн. ха­рак­те­ри­сти­кой М. г. яв­ля­ет­ся ста­биль­ность его час­то­ты $ν$. Она оп­ре­де­ля­ет­ся как внут­рен­ни­ми, так и внеш­ни­ми фак­то­ра­ми: мо­но­хро­ма­тич­но­стью спек­траль­ной ли­нии ис­поль­зуе­мо­го кван­то­во­го пе­ре­хо­да и за­ви­си­мо­стью $ν$ от ве­ли­чи­ны при­ло­жен­но­го элек­трич. по­ля сор­ти­рую­ще­го уст­рой­ст­ва (квад­ру­поль­но­го кон­ден­са­то­ра) вслед­ст­вие эф­фек­та Штар­ка. Мо­но­хро­ма­тич­ность спек­траль­ной ли­нии ин­вер­си­он­но­го пе­ре­хо­да мо­ле­кул $\ce{NH_3}$ в мо­ле­ку­ляр­ном пуч­ке ока­зы­ва­ет­ся вы­со­кой (в от­ли­чие от га­зов) бла­го­да­ря от­сут­ст­вию столк­но­ве­ний, при­во­дя­щих к уши­ре­нию ли­ний вслед­ст­вие эф­фек­та До­п­ле­ра. Не­ста­биль­ность час­то­ты М. г., обу­слов­лен­ную внеш­ни­ми фак­то­ра­ми, мож­но сни­зить за счёт усо­вер­шен­ст­во­ва­ния кон­ст­рук­ции сор­ти­рую­ще­го уст­рой­ст­ва, тем­пе­ра­тур­ной ста­би­ли­за­ции ре­зо­на­то­ра и др. В прак­тич. раз­ра­бот­ках М. г. на пуч­ке мо­ле­кул ам­миа­ка (дли­на вол­ны из­лу­че­ния 1,24 см) не­ста­биль­ность час­то­ты не пре­вы­ша­ет 10^–11. Бла­го­да­ря вы­со­кой ста­биль­но­сти час­то­ты М. г. при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве стан­дар­тов час­то­ты. Соз­да­ны М. г. и на др. ди­поль­ных мо­ле­ку­лах, ге­не­ри­рую­щие из­лу­че­ние в мил­ли­мет­ро­вом и сан­ти­мет­ро­вом диа­па­зо­нах длин волн; они ис­поль­зу­ют­ся как ра­дио­спек­тро­мет­ры вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния.