Радиочастотное излучение инвертированной одинокой системой, связанной с резонатором тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

i" I ú ü.I

^ r. r-i ■ *

büdóftOBOCnb

о.^збьо'эзоооь ь^ьзстъоь тьост>ьоь ь^ьзсзе-оязн збозоя^о©л«о

Rbiodo ьоэпбо ьоплаоь-da

fs)OW66ei,vioto6 срмбз-эолэыэсо ОБЭолеюлзьтап Ь-ЗОБЭЙО ьоьлаэоь

АЬОТПЬОЬ'ЭОстаСТ) Ь0ЭСХ,Ь030>|6

: 01.04.03 -

Ь0(?ОЬОЛЛЬООП Э ¿> С Б 3

cgp^ojo -ЭояоЭаволоЬ Э о 060363 Ь о ото js6(SOç?cjôOb bùrtobbob 3nbc>3n33&ÇttÇ?

СЬОСТЭЪО - 1933

üjVcúc b й-,гю * O . (Со.^оЬо'Эзск^ои ЬоЬзсо&оЬ oüocnl.nU ^йЬэсб^лЧЗП

;/>(>,;. i ''i. o on л'Эч

jiJ^o^iS-. Ьэо^сэоБэсэЬо : opi-o.jö - доо^й.-, j,ojob -

C?o®o . tjojfiobo Эд(з6оэ^ - гооБоЭ'ЭЛпЭэсх! Б . J . <gr>job о

- ЭосгдЭ^фО job Öoüboac^bctao jo&çoo-. o^fjbo 3o(j6oo6 - coo63'ЭопЭэç^o J .o.bgoo'Bjoco

ЫсЬзЬъзЬо : b o J о Q Çf-k í^jb .3 ;)?> job Jj^KiSi'Ob боЭсзосо ь. . '-íPtojo-ЭлсгоЗофО^оЬ doobnafto^^trö CP"J-

фпЛо , .)ñc*goLcx*)0 С" - Г' - ^ Tl° '• >

- . j о Б ç>o £>o фо ,

С?гх<э&эс> Б .L Лэброо'йзоро

^îbjfVvO"»1' 'ЭзЬсазЬо "__"_________"19W3V.

______ Ьочсг-'^ , сп&осоБоЬ I.оЬ зÏV/i Cibo^^r^ -^-Ob^ç^o

ЬоЭпьБоз.'л-ЬосйэЬв^оп bûî>>ri. FM 01.02 N 1-6 LVc < звоо^е.-, vAoçobo. ч a¿av . з, <дс?о)

twljV/úSut '3jo<Jcjb¿> г,озцБсхг <лЬзЧ> & о ?> ^ar/sq j "Эо • bocobj^ôO^^ З^о&З До^^озБ octiîo "____"______l^Lí.íV

-ЗоШэЗ jflOoOl) ЭзиБоз^Ьсс^ iïi'ije^0 . Jftr*gjbofto

boçn УгаЬ'Эо ЭоЗсооБо^опЬЬ ^"br-Co^oS^o 39ЛJ<53'. i"

"^ОаоЭоЬЬозз^п! обвэбЬпзЛо ^bÇbjç^) f oCín; tjçïi Э Б г, 3i->J j >- ob

ЬоЬфэЭо'Эо . t?öa<V)3 0cr)o 3 JЬ3зЛоЭ э6'ЭЛпЭз^оЬ а^^ззлс^ Лопох)Б'-л. , Í<**193C00 ЗпоспЬозЬ споаЛолЬспоб СРЗф^СЭ^ *Эз Лз Ь л I . зЬ 'Я3 b о é сэ * О С" ^ 'ЭзЭслЬзЗз^'Эо , отз слэоЛоо'Эо ЬАдстх» OJ83&Û аотзороЬ^оБз''' cV tponb ob'Эо-f)t)ÇO jö3oLbo33bob 3<Vxt3üol> ЬЬзо(?с>ЬЬз0 ùb33jeo, (Vtfcoboo ¿Ч.оЬозЬ 3 J ЬЗз <41836 ЗобстЬз&оЬ ЭЛззсц^ззЛлзБзЬоЬ , bnçn *,,эЭ™>3',~зЬо У Л Б ° -

со oJ6at>i> оЬзго boiooTOSbûS'K) оЪгйзЬ.5 з.ЗЬЗзЛп.ЧзСв%) .

ЭоозЭэС" Ьс.(ртЬзЛ0<з(зос-) Бо'Э<,УтЭоЬ ЭоЪ^Боо ft¿(yoobob'3o<-'''¿>c'o '*>злоЭгЪ -ЬоззкоЬ отзпЛозсо 'ЭзЬ^зс» оБззЛвопзЬдс? ЬЗоБзЛ ЬоЬозЭо'Эо , оЛ^'бончп-БоЛ^со çpù Ь^луооблЛзсо азБзЛэуооЬ ас^збо , bortcrQ^çr) b^Vib

ЗЛзчьЗлЛпзоБо (jo йЛззСклазд^тз^Бп аоалБозЛэЬоЬо гуо Л-ыро rij о к Í4 :(■"■ rjeo

ЗСЙвЗ^Ь ¿'Sc'oçvfcob г>с>зсэБоЬ ■SsbÇcac« аэБзЛооооЬ , ^ü<4jir,3 3

азбзЛзоооЬ ЭоЬоЬооопзЬзс" bmjoçgobob зоЭсотзс« .

эога^эсоо 'ЭзЭсозао 'ЭзетазЬо:

1. ftoçjonbob'BoAtjî^ {оосЗо'ЪоБ'Эо "ЪоаоЗоЬЬоззЬоЬ bùjocnbob ^bobÇojçvxp аобзоолЙэЬзс" oJ6o 6o>b33rtopjс»ЬоJtl^0 3oç°5o3ù , ftnSocoü ЬоЛстфзсо сооЗоаБофзЬоЬоетзоЬ bçTTbob й^БфПСОЬзЬоЬо ço dá&hoQ-gfxi ззс°Ь aoBftoobob 5,^3033636^, ЛпЭзс?оо ocodsí'ob^ Лз "ЪпБ о i^nfïBo . отзез^о, Ло8 оБззЛвоПзЬдс ЬЗобдЛ ЬоЬвзЗо'Эо азбзЛауоа о^аЗ^ Э^оЛз "b^Vaobo" йоЭоЬЬоззЬоот, ЛпЭзсЬаО о^зззЬ Бло^зоЬфоЬ етБоЬ оЛЬэЬоЬо jr6©;yV3o ç>o <Vt33C"(Í ■ ЬобоЗоЛтЬзЬЬ jartac^uoob ЬдЭоЭЬЬоззЬстЬЬ 'ЗаЛоЬ .

2. ЗоЭпЬЬоззЬоЬ ЗоСмЗзвЛзЬоЬйтзоЬ (обвзБОооЬо , doï>3o ЬоСетззс^ 3nçr>5fio4s3(joob ЭБо"ЭзБзс<-*о , "^оа^ЭпЬЬоззгюЬ

bob b.'íó;, ■ ' . > 1 me, r^.>yri3&3bob Ç°<V>) SoÇ^bOC00 5оЗ<-Ьс b 4 о .

поЗгоЬоц bô C'3.. ; Л. iJas^ Ros^Ь J>û3om3ç?oço liot?OCT3';>ob ^-щбп-bftojo Ъзой^эЬо О •'.•.■>3r.V>3'-, ? ".'jvoz^bastb . ЗЗОО& ^Dbôdço 'ЭзЭтЬзззо'Эо

ÙLqgoo '3o(?.b(<)3&o jO^Q^ac^J .

3. "äob^ojcoc^j обзэЛфоЛэЬэсо ЬЗоБзЛо ЬоЬвзЭоЬ •*ог>оЗоЬЬозэ&с> üocVnj^cpo Э056015ЭСХ) ft3"ko6o6üoL) botob ¿fijQ £>fxx¡ лБо аааобозбзЬоЬоЬ оЭ *ЭэЭсг^)зззо"Эо , ftcusot^o joeeaftob bofaofto t>3üe оиБЬзстБ^'Эоо fto'bo-БоБЬ-зс БоЬ'ЗоЛзОаиб . ft¡}í>c36o ^ЗоБ-дЛо l>obft33obùor>3ob 'Bsc^stjçoù DJ^ÍQ-^ЭоЬфэс^о ЗоЛгАз&о Ù3 ЗпзсэБоЬ оЗЧадЛсху.

4. "ЭоЬ^озО'Со^ 'Ъог.^ЭпСЬозз&д çço л^аззво азБзЛзуоо ЬоЛспззС" Эо-аБовэЛо 0з"Ъп6оБЬоЬ baViL зСхоаз^ЛозоБо а^г^БоэЛзЬоЬоЬ оЭ 'ЭзЗшЬзззй-"3° . jc-üftofto "babeoff ¿>ft oftob c>Va<"*>nC« ft3*bo6c>6l>3Ç> ЬОЬ'ЭОЛЗ^О.

R овоЛзЙ эсоо ftnanfto ayofto, лЬозз СПЬОЗЛО Б оЗ ^"ЭзЬ оЬотзоЬ . ■Эзь^озсс/с^о jrbe^ftoü о'ЭсосТ'ЬоБ а^ЗСЗБо ¿зБзЛэоолЬ З^ЛоЗзе^ЬЧа ÇOC •^ОЙ^ЗпЬЬозз&оЬ ^оЗзЛзБвзсгАоЬ bùrtobbob î?j3ojo(y3!>t)C3bù 3ЛЬЗзйоЭзБвоЬ ЭоЛог>з&^о . БоИзэБэЬоо, СтпЭ эУаЗЗ®" ^с-ЧбзЬоЬ (Sdcl* ¿><?г>°СО ¿J3l» оЛо-^пЭзбзБвзс1 Эо'ЪоЛдс ьзБп^уооЬ , ftrâçob ç*V)b.b(j ЬоЬвзЭо S"33Çw>3olj оЭ-аг*аС|Ь>5 йЗБз^ОооБ "ЪстзЛвСоЬ 3ùbÇT*>C®Ç?. 3остí>эс"i) тзоЬпЬЛозо tja ñon-етБпЬЛозо отоБЬз(рз6г> з ¿ЬЗзЛоЗзблспиБ .

5. '33L,V¿0Cr'COo 3ÙÇV>ÇO aùft&obocbobob jnb (¡^fxnob çojù3'3ofi3S> дсо оБзз^оЛзЬэст) ^озЭйЬо^ .ЗззЬпЬдзЭоЬ o33açl>;jfto г,3&0^(30;1 ftc>(yori>ob'3o-

ç?oo3ù'bn6'3o . БйКззБз&оо оБо^г^о^ 3 СО 3 G^fc ЬЗоБ-ЬЗоБ^Ло

Л3Ч1ЭЛ3 ГР^Ь o633rt©oft3b3Cr С^ЭЗЬ^О аэБэ^ДО^Ьа ÇJÙ 4)3-

Э^БоЬ оБззЛйоЛуЬпс" Ç?ol>,jft3<S3C С^ЗЗЬ^О оЗЗасЬцЛ Ь 033601b "ЭоЛоЬ .

"ЭзЧрБзЬÜjb3rtc?ft3bac" оЭЗзсЪоЬ оБвзБЬооЬо, dob3ù (?о ЬоБа^созо-Ьо . Бой 3363600, ftoЭ оЗЗц^оЬ обвзБЬостЬо оБзаЛдо^зЬ gço ЬЗоБ-ЬЗоБэЛо йз'коЛЗЗоЛос-оБ orto ftoaom йсзЭооз&о 3.ЗЬЗзЛоЭзбв^о çv>3^oftoc> •ЭэЬдЬоЗоЬ ЬфоуогтбоЛэс бЗБзРтооооЬ . БйКззБз&оо ойпзспзз , fto3 ЗосоС" зоЛаоЬооБо-ЬоЬ Лз'ЪпБ;>о"<'*юБ ç» j.iS'Boffo t> зс оЕззЛ^о^Ь ЬЗоБдЛ БоБвзЗоЗо "ЭзЬо-JÇ-O^DÎ^Ô ззл'коЬ^ооопБйЛзсго ¿з^оЛЬпззЛоЬ Voft3oJ3bo, ЛоЗзо'О сэБйео;.«-3ftoö 30Б г,зБзЛзвгЛ'Эо 3oc73&t)C<' ЛЬзззЬоЬо . Зист об 00Б bocio

с>СЗЭ^вЗ^о ЬеооопБлЛдсо йЗфгЛЬзззЬс/Ь оБфзБЬооЬоЬ .

еоЬэбллО00^ ,3эсэа0ьр' Бо'ЭЛодэЬ'Эо . Лг>-

- 6 -РЕСПУБЛИКА ГРУЗИЯ

■ешюземи гхудлрстведши университет

им. И.Джавахишвили

На правах рукописи

ЧХАИДЗЕ СЕМЕН ГЕОРГИЕВИЧ

РАДИОЧАСТОТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ИНВЕРТИРОМШЮИ СПИНОЮИ СИСТЕМОЙ, СВЯЗАННОЙ С РЕЗОНАТОРОМ

Специальность: 01.04.оз - радиофизика

А В Т О РЕФЕРАТ диссертации на соискание учонной степени кандидата физико-математических наук

толлиои - laft.-t

Работа выполнена в Тбилисском государственном университете им. И. Джавахиошили

Научные руководители: кандидат физико-математических чаук.

старший научный сотрудник Н.П.Фокина

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник К.О.Хуцигавили

Официальные опоненты-. действительный член Академии каук Грузии, доктор физико-математических наук, профессор Л.Л.Буипгоили

кандидат Физико-математических наук, доцент Н.С.Бендиашвили

Защита диссертации состоится 1993 Г.

в I ^ часов на заседании Научно-аттестационного совета 'М 01.02 н 1-6 при Тбилисском государственном университете : 380028, Тбилиси, просп. И.Чавчавадзе,.з, БФА) - : . ••

; диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТТУ.г - *

штореферат разослан "

1993 Г.

'ченый секретарь Научно-аттестационного совета, гжтор доктор физико-математических наук,

рофессор • /Д.И.Аладашшли/

В пиилсдние годы ведется интенсивное исследование резонаторных эффектов, ь частности сверхизлучения (СИ) в системе ядерных магнитных миментоп. Накопилось некоторое количество экспериментальных работ, требующих проведения детального сравнения с теорией. Это возможно лишь в том случае, если в последней по возможности полно будут учтены различные аспекты процесса радиочастотного (РЧ) излучении . I 'тражающие все многообразие возможных экспериментальных условий. а исчисления будут доведены до величин, непосредственно наблюдаемых в аксперименте.

Целью данной диссертации является теоретическое изучение процесса РЧ СИ в инвертированной спиновой системе, описание процессов нестационарной и стационарной генераций, исследование влияния однородного и неоднородного уширений линий ЯМР и расстройки РЧ контура на характер генерации, а также вычисление величин, характеризующих генерацию.

Получены следующие результаты:

1. Развит полуклассический подход к проблеме радиочастотного сверхизлучения, основанный на применении уравнений Блоха для ядерной намагниченности, связанных с уравнением поля в РЧ контуре. При этом считается, что генерация в инвертированной спиновой системе начинается с "затравочного" излучения, вызванного найквистоЕскиш токами в контуре, с последующим возникновением корреляций между излучателями.

Получены выражения для выходных параметров излучения 'интенсивность, максимальное напряжение на концах катушки, порогов;.« значение ядерной поляризации, длительность и вромя задержки импульса СИ) позволяющие непосредственно проводить количественна' срои-

нение расчетных данных с имеющимися экспериментальными результатами и по возможности проведено такое сравнение.

з. Исследовано явление сверхизлучения ядерными магнитными моментами для случая неоднородного уширюния и точней настройки контура на частоту ЯМР. Для реальной спиновой системы подобраны экспериментальные условия наблюдения этого явления и оценены значения выходных параметров СИ.

•1. Исследованы СИ и непрерывная генерация при однородном уши-рении и не точной настройки контура на частоту ЯМР. Вычисления проведены как для жидких, так и для твердых образцов. Исследовано влияние расстройки на параметры генерации и зависимость степени когерентности СИ от условий эксперимента. Показано, что при непрерывной накачке имеет место некогерентная мазерная генерация. в процессе которой система все время находится около порога генерации. Получено качественное и количественное согласие с экспериментом.

5. Исследована импульсная генерация в РЧ диапазоне Инвертированной зеемановсшй подсистемой, связанной с высоко добротным резонатором, полоса пропускания которого гораздо меньше ширина магнитного резонанса. В этом случае продемонстрирована аналогия между генерацией на инвертированных квазиНещерыЕных уровнях электронного спин-сгашового резервуара <ЭССР) и импульсным излучением' на инвертированных дискретных зеемановских уровнях. Оценены интенсивность, вольтаж и длительность генерации. Показано, что интенсивность пред-сказнк« мого импульса от инвертированного ЭССР оказывается на ^ порядка выше интенсивности наблюденной экспериментально стационар» -л генерации от ЭССР Продемонстрирована возможность возникновения в инвертированной спиновой системе, связанная с высокодоо-рютным резонатором, ква.чиетационарннх автоколебаний, полностью ана-

логичных получаемым в генераторе Ван-дер-Поля, интенсивность которых гораздо выше интенсивности истинно стационарных автоколебаний.

Основные материалы диссо'ртации опубликованы в работах, перечисленных в конце автореферата.

REPUBLIC of (¡EOWilA TBILISI STATE UNIVERSITY

Licensed as manu st" r ii>t

SIMON CHKHAIDZE

HADIOFREQUENCY GEHERATION BY INVERTED SPIN SYSTEM CONNECTED WITH RESONATOR

Speciality- 01.04.03 - radiophysi -a

ABSTRACT

of the dissertation for receiving the asi en 11 f i<j degree of candidate of physical and niHtheituition.! faiences

TBILISI -

The work 13 made in the Tbilisi State University

Guides of Science: candidate of physical and mathematical sciences, Senior Staff Scientist N.Fokina

candidate of physical and mathematical sciences, Senior Staff Scientist K.Khutsishvili

Official opponents: Member of Georgian Academy of Science,

Doctor of physical and mathematical sciences, professor L.Bui3hvili

candidate of physical and mathematical sciences, professor assistent N.Bendiashvili

The defence of the dissertation will take plase on "_"

___1993 at _ o'clock in the sitting of the

Tbilisi State University's Scientific-attestation'council FM 01.02 N 1-6 (Chavchavadze av., 3, Tbilisi State University, Tbilisi. 380028).

You may become acquainted with the dissertation In the library of the Tbilisi State University,

Abstract is distributed on _____"____1993

Scjentific-attestation council s scientific iioretary, Doctor of physical and mathematical "OiBi^'cs, professor

/D.Aladashvl1i/

During the last years the intensive investigations are developed in the field of the resonator effects, particularly in the field of the superradiation (SR) in the system of nuclear magnetic moments, which is observed in radiofrequency (RF) range. Some quantity of experimental works have been accumulated, demanding the realization of detailed comparison with the theory. Thi3 i3 possible only in the case, if in the last one. as completely as possible, different aspects of process of RF SR will be taken into account, reflecting variety of possible experimental conditions, and the calculations will be proceeded to the value, really observed in the experiments.

The purpose of given dissertation i3 the theoretical 3tudy of RF SR process in the inverted spin system, the description of processes of unstationary and stationary generation; the investigation of influence of homogeneous and inhomogeneous broadening of NMR line and detuned circuit on the character of generation, and also the calculation of values characterizing the generation.

The following results are obtained

1. The semlcla33ical approach to the problem of radiofrequency superradiation, based on the Bloch equations for the nuclear magnetization connected with the equation for field in the RF circuit is developed, it's assumed that the generation in the inverted spin system begins from the "embryo" radiation, caused by Myquist currents in the circuit with the following formation of correlation between radiators.

2. Expressions are obtained for the exit generation parameters (intensity, voltage at the ends of the coi1, the threshold value of

nuclear polarisation, duration and delay time of SR pul3e) allowing one to make quantitative comparison of calculated data with the available experimental.results. Such comparison is made as far as possible.

3. The phenomenon of superradiation by nuclear magnetic moments for the case of NMR inhomogeneous broadening and precise tuning of circuit on the NMR frequency is investigated. Experimental conditions for observation of 3uch phenomenon are selected and the values of exit parameters are evaluated.

4. SR and continuous generation at homogeneous broadening and non-precise tuning of circuit on the NMR frequency are investigated. The calculations are made as for liquid so for 3olid specimens. The influence of detuning on the parameters of generation and the dependence of coherency degree of SR on experimental conditions is investigated. It'3 shown that the incoherent mazer generation takes place at the continuous pumping, in the process of which the system is always near the threshold of generation. The qualitative and quantitative agreement with the experiment is obtained.

5. Pulse generation in RF range of inverted Zeeman subsystem connected with high-quality resonator (the bandwidth of which is much less than magnetic resonance width) ip investigated. The analogy between generation on the inverted quasicontinuous levels of electron spin-spin reservoir (ESSR) and pulse generation on the inverted discrete Zeeman levels is demonstrated in this case. The intensity, voltage and duration of generation are evaluated. It'3 shown, that the predicted pulse intensity from inverted ESSR turns out to tie two orders higher than that of stationary generation of Ü3SR observed experimentally. It's shown the possibility of

- IS •

emergence of quasistationary au+oosci1lation in the inverted spin system connected with high-quality resonator, which are completely analogical to the ones obtained in the van-der-Pol generator, intensity of vhich is much greater than the intensity of true stationary autooscillation.

Main content of the dissertation is fiven in papers enumerated in the end of the abstract.

1. Fokina N.P., Khutsishvili K.O., Chkhaidze Ô.G - Physica В 1992. No. 179.

■¿. Фокина H.П., Хуцишвили К.О., Чхаидзе С.Г. - ЖЭТФ. т. юг. шл.З(Э).

3. Фокина Н.П., Хуцишвили К.О.. Чхаидзе С.Г.. Ломидзо А М. ЖЭТФ. (в печати).

ч