[發明專利]帶有電磁振蕩回路的CW微波激射器

有效

• 申請號: 201680076474.1
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN108475894B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·阿佩爾特;馬丁·蘇夫克
• 申請（專利權）人: 于利希研究中心
• 主分類號: H01S1/04
• 分類號: H01S1/04
• 代理公司: 11332 北京品源專利代理有限公司
• 代理人: 王小衡;王朝輝

本發明涉及一種微波激射器，其具有電磁振蕩回路，所述電磁振蕩回路包括接收器線圈(1)、電容器(2)和濾波器線圈(3)，在接收器線圈中由有機的或具有微波激射能力的分子構成的活性介質(5)，以及粒子數反轉裝置(7)，用于在活性介質中產生粒子數反轉。

技術領域

本發明涉及一種用于產生相干電磁波的微波激射器。與發射可見光的激光器不同，微波激射器產生微波或無線電波。微波激射器包括活性介質、用于在活性介質中產生粒子數反轉的裝置以及諧振器，所述諧振器與微波激射器的微波頻率相協調。例如在利用地球衛星的通信的情況下在無線天文接收設備和用作放大器的無線電中繼設備中使用微波激射器，用于驅動原子鐘以及用作毫米波的發生器。

背景技術

在許多情況下，為了驅動微波激射器必須產生低溫或高真空。通常需要復雜的泵浦過程譬如射束分離、泵浦激光器或動態核極化(DNP)。

在室溫中可以運行的帶有有源的固體介質的微波激射器在出版物DOI:10.1038/nature11339中公開。在活性介質中的粒子數反轉通過光學泵浦借助脈沖式的激光器產生。此外，微波激射器包括與微波激射器頻率相協調的空腔諧振器。總之，這樣提供了微波激射器，其能夠產生頻率f為大約1.42GHz的微波。由于為了光學泵浦必須消耗相對多的能量，所以只能脈沖式地運行。

在出版物DOI:10.1038/ncomms 9251和Nature 488,353-356(2012)中公開了實施例，在室溫中能運行的微波激射器如何可以借助鉆石中的NV中心或借助光學泵浦的有機的或具有微波激射能力的分子在存在藍寶石諧振器的情況下實現。

微波激射器的頻率越小，則電磁波的波長就越大。如果微波激射器包括空腔諧振器，則該微波激射器必須構建得足夠大。

如果粒子數反轉通過光學泵浦來實現，則必須提供高光學質量和品質因數并且因此具有高技術開銷的有機介質。

在出版物DOI:10.1038/nphys 3382中獲知了一種NMR譜儀，其具有高品質因數的電磁振蕩回路，該電磁振蕩回路包括接收器線圈、電容器和濾波器線圈。

發明內容

本發明的任務在于，提供一種進一步改進的微波激射器，其可以在室溫中運行。

為了解決該任務，微波激射器包括電磁振蕩回路，該電磁振蕩回路包括接收器線圈、電容器和濾波器線圈；在接收器線圈中由有機的或具有微波激射能力的分子構成的活性介質以及粒子數反轉裝置，用于在活性介質中產生粒子數反轉。這樣構建的微波激射器可以在室溫中運行并且能夠實現連續的微波輻射或無線電波輻射。也可以自由選擇活性介質，使得可以實現不同的微波激射器頻率。電磁振蕩回路用作諧振器甚至在微波激射器頻率在MHz范圍以及在kHz范圍中時能夠實現小型的結構。1kHz到10MHz的頻率也是可行的。

在本發明的一個實施例中，提出了一種粒子數反轉裝置，使得有機的或具有微波激射能力的分子的核自旋通過粒子數反轉裝置置于負的自旋溫度上和這樣獲得粒子數反轉。該實施例有利地能夠實現，可以省去光學泵浦、射束分離或DNP方法。也可以覆蓋達到四個量級的頻率范圍，更確切而言尤其也可以覆蓋從kHz到10MHz的頻率范圍。盡管頻率比較小，但需要大的結構空間，因為使用電磁振蕩回路而不使用空腔諧振器。

在一個實施例中化學地泵浦，更確切而言優選借助對位氫來泵浦，以便在活性介質的有機的或具有微波激射能力的分子中獲得負的核自旋溫度。這尤其是借助催化劑來實現，活性介質以及對位氫的有機的或具有微波激射能力的分子可以對接催化劑。對位氫于是可以將其核自旋傳遞到有機的或具有微波激射能力的分子上，以便這樣實現粒子數反轉。技術開銷是小的，更確切地說尤其是相較于針對光泵浦必須花費的技術開銷是小的。這樣可以提供微波激射器，其能夠連續地產生相干電磁波，即所謂的CW-微波激射器。CW-微波激射器能夠在長時間段中實現非常精確地測量，這利用脈沖式微波激射器并不能同樣實現。利用這樣的CW-微波激射器例如實現了工作非常精確的NMR傳感器或磁場傳感器。