БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ПА)

  jн (х ) = j1 (х ) + j2 (х ) + p/2. (1)

  Это соответствует условию фазового синхронизма:

  к 1 + к 2 = к н . (2)

  Соотношение (2) означает, что волновые векторы волны накачки к н и возбуждённых волн k 1 и k 2 образуют замкнутый треугольник. Из (2) следует условие для показателей преломления кристалла на частотах wн , w1 , w2 : n (wн ) ³ n (w2 )+ [n (w1 ) — n (w2 )] w1 /wн .

  При фазовом синхронизме амплитуды возбуждаемых волн по мере их распространения в кристалле непрерывно увеличиваются:

  , (3)

  где d — коэффициент затухания волны в обычной (линейной) среде. Очевидно, параметрическое возбуждение происходит, если поле накачки превышает порог:  . В среде с нормальной дисперсией, когда показатель преломления n увеличивается с ростом частоты w, синхронное взаимодействие волн неосуществимо (рис. 1 ). Однако в анизотропных кристаллах, в которых могут распространяться два типа волн (обыкновенная и необыкновенная), условие фазового синхронизма может быть осуществлено, если использовать зависимость показателя преломления не только от частоты, но и от поляризации волны и направления распространения. Например, в одноосном отрицательном кристалле (см. Кристаллооптика ) показатель преломления обыкновенной волны n 0 больше показателя преломления необыкновенной волны n e , который зависит от направления распространения волны относительно оптической оси кристалла. Если волновые векторы параллельны друг другу, то условию фазового синхронизма соответствует определённое направление, вдоль которого:

  2n e (wн , Jс ) = n 0 (w1 ) + n 0 (wн —w1 ),

  2n e (wн ,Jс ) = n 0 (w2 ) + n e (wн —w2 ). (4)

  Угол Jс относительно оптической оси кристалла называется углом синхронизма, является функцией частот накачки и одной из возбуждаемых волн. Изменяя направление распространения накачки относительно оптической оси (поворачивая кристалл), можно плавно перестраивать частоту П. г. с. (рис. 2 ). Существуют и др. способы перестройки частоты П. г. с., связанные с зависимостью показателя преломления n от температуры, внешнего электрического поля и т.д.

  Для увеличения мощности П. г. с. кристалл помещают внутри открытого резонатора , благодаря чему волны пробегают кристалл многократно за время действия накачки (увеличивается эффективная длина кристалла, рис. 3 ). Перестройка частоты такого резонаторного П. г. с. происходит небольшими скачками, определяемыми разностью частот, соответствующих продольным модам резонатора. Плавную перестройку можно осуществить, комбинируя повороты кристалла с изменением параметров резонатора.

  Во многих странах организован промышленный выпуск П. г. с. Источником накачки служит излучение лазера (импульсного и непрерывного действия) или его оптических гармоник. Существующие П. г. с. перекрывают диапазон длин волн от 0,5 до 4 мкм . Разрабатываются П. г. с., перестраиваемые в области l 10—15 мкм . Отдельные П. г. с. обеспечивают перестройку частоты в пределах 10% от wн . Уникальные характеристики П. г. с. (когерентность излучения, узость спектральных линий, высокая мощность, плавная перестройка частоты) превращают его в один из основных приборов для спектроскопических исследований (активная спектроскопия и др.), а также позволяют использовать его для избирательного воздействия на вещество, в частности на биологические объекты.

  Лит.: Ахманов С. А., Хохлов Р. В., Параметрические усилители и генераторы света, «Успехи физических наук», 1966, т. 88, в. 3, с. 439; Ярив А., Квантовая электроника и нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1973.

  А. П. Сухоруков.

Рис. 3. Нелинейный кристалл, помещенный в оптический резонатор; З1 и З2 — зеркала, образующие резонатор.

Рис. 2. а — условие синхронизма в нелинейном кристалле; J — угол между оптической осью кристалла и лучом накачки; Jс — направление синхронизма; б — изменение длины волнового вектора kн необыкновенной волны накачки и обыкновенных генерируемых волн k1 и k2 при повороте кристалла; в — зависимость частот w1 и w2 генерируемых волн от J.

Рис. 1. Зависимость показателя преломления n от частоты волны w при нормальной дисперсии.

Параметрический полупроводниковый диод

Параметри'ческий полупроводнико'вый дио'д, полупроводниковый диод, относящийся к группе варакторных диодов, принцип действия которых основан на эффекте зависимости ёмкости р-n -перехода от приложенного к нему напряжения. В параметрических усилителях П. п. д. используют в качестве элемента с переменной ёмкостью, включаемого в колебательный контур усилителя (использование p-n -перехода с этой целью впервые предложено Б. М. Вулом в 1954); на П. п. д. подаётся постоянное обратное смещение (обычно — 0,3—2,0 в ) и два переменных СВЧ (до нескольких сотен Ггц ) сигнала — от генератора накачки и усиливаемый. П. п. д. отличаются низким уровнем собственных шумов, который зависит в основном от сопротивления полупроводникового материала и его температуры. Для повышения верхней границы полосы частот усиливаемых колебаний стремятся уменьшить ёмкость П. п. д. в рабочей точке C 0 и постоянную времени диода ts = r s • C 0 , где r s — суммарное сопротивление объёма П. п. д., примыкающего к р-n- переходу, и контактов. Мощность колебаний накачки ограничивается допустимым значением обратного напряжения U доп на диоде. П. п. д. изготавливают чаще всего из кремния, германия, арсенида галлия. Значения основных параметров П. п. д., выпускаемых в СССР и за рубежом: C 0 =0,01— 2 пф , ts = 0,1—2 nceк , U доп = 6—10 в и диапазон рабочих температур 4—350 К.

  Лит.: Физические основы работы полупроводниковых СВЧ диодов, М., 1965; СВЧ— полупроводниковые приборы и их применение, пер. с англ., М., 1972.

  И. Г. Васильев.

Параметрический усилитель

Параметри'ческий усили'тель, радиоэлектронное устройство, в котором усиление сигнала по мощности осуществляется за счёт энергии внешнего источника (так называемого генератора накачки), периодически изменяющего ёмкость или индуктивность нелинейного реактивного элемента электрической цепи усилителя. П. у. применяют главным образом в радиоастрономии , дальней космической и спутниковой связи и радиолокации как малошумящий усилитель слабых сигналов, поступающих на вход радиоприёмного устройства, преимущественно в диапазоне СВЧ. Чаще всего в П. у. в качестве реактивного элемента используют параметрический полупроводниковый диод (ППД). Кроме того, в диапазоне СВЧ применяют П. у., работающие на электроннолучевых лампах, а в области низких (звуковых) частот —П. у. с ферромагнитным (ферритовым) элементом.

  Наибольшее распространение получили двухчастотные (или двухконтурные) П. у.: в сантиметровом диапазоне — регенеративные «отражательные усилители с сохранением частоты» (рис. , а), на дециметровых волнах — усилители — преобразователи частоты (рис. , б) (см. Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний ). В качестве приёмного колебательного контура и колебательного контура, настраиваемого на вспомогательную, или «холостую», частоту (равную чаще всего разности или сумме частот сигнала и генератора накачки), в П. у. обычно используют объёмные резонаторы , внутри которых располагают ППД. В генераторах накачки применяют лавинно-пролётный полупроводниковый диод , Ганна диод , варактор

ный умножитель частоты и реже отражательный клистрон . Частота накачки и «холостая» частота выбираются в большинстве случаев близкими к критической частоте f kp ППД (т. е. к частоте, на которой П. у. перестаёт усиливать); при этом частота сигнала должна быть значительно меньшей f kp . Для получения минимальных шумовых температур (10—20 К и менее) применяют П. у., охлаждаемые до температур жидкого азота (77 К), жидкого гелия (4,2 К) или промежуточных (обычно 15—20 К); у неохлаждаемых П. у. шумовая температура 50—100 К и более. Максимально достижимые коэффициент усиления и полоса пропускания П. у. определяются в основном параметрами реактивного элемента. Реализованы П. у. с коэффициентами усиления мощности принимаемого сигнала, равными 10—30 дб, и полосами пропускания, составляющими 10—20% несущей частоты сигнала.