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目录 1

序 1

第1讲 群论和晶格场理论简介 1

§1.1　群论的基本概念 2

1.1.1　对称操作的几何概念 2

1.1.2　群的定义 4

1.1.3　32点群的表示 5

1.1.4　群表示的特征标 8

1.1.5　全旋转群 9

1.1.6　全旋转群的乘积表示 11

§1.2　群论的一些应用举例 12

§1.3　晶格场及其计算 16

§1.4　自旋哈密顿量 20

参考文献 25

第2讲 微波固体量子放大器用的顺磁晶体 26

§2.1　顺磁晶体的选择 26

§2.2　过渡族元素的能谱 30

2.2.1　铁族离子 30

2.2.2　稀土族离子 34

§2.3　一些常用晶体的结构特性 35

2.2.3　钯族、铂族、锕族离子 35

2.3.1　刚玉α－Al2O3 36

2.3.2　TiO2晶体 36

2.3.3　Be3Al2（SiO3）6晶体 38

2.3.4 K3Co（CN）6 39

2.3.5 La（C2H5SO4）3·9H2O 39

§2.4 一些常用物质的自旋哈密顿量及其参量 40

2.4.1 Al2O3:Cr3+（红宝石） 43

2.4.3 Al2O3:Fe3+ 44

2.4.2 Al2O3:Ni2+ 44

2.4.4 Al2O3:Gd3+ 49

2.4.5 Al2O3:Ti3+ 50

2.4.6 TiO2:Cr3+（金红石） 50

2.4.7 TiO2:Fe3+ 51

2.4.8 TiO2掺其他杂质 52

2.4.9 Be3Al2Si6O18:Cr3+ 52

2.4.10 Be3Al2Si6O18:Fe3+ 53

2.4.11 K3Co（CN）6:Cr3+ 53

§2.5 顺磁晶体能级和跃迁几率的计算 54

2.4.12 La（C2H5SO4）3·9H2O:Gd3+ 54

参考文献 57

第3讲 红宝石顺磁晶体 59

§3.1 红宝石的优点 59

§3.2 红宝石的能级计算 59

3.2.1 引言 59

3.2.2 红宝石中Cr3+能级的计算 60

3.2.3 红宝石中Cr3+离子的能级图 63

3.3.1 引言 68

§3.3 红宝石的线宽和线型 68

3.3.2 线宽的起因 69

3.3.3 红宝石二次矩的计算 71

§3.4 红宝石线宽和线型的实验结果 76

3.4.1 实验装置概述 76

3.4.2 线宽的测量和线型的记录 77

3.4.3 实验结果 78

3.4.4 实验结果的分析及对理论计算的比较 81

参考文献 83

§4.2 微波固体量子放大作用的物理基础 85

§4.1 引言 85

第4讲 微波固体量子放大器原理 85

4.2.1 二能级系统的量子放大作用 86

4.2.2 三能级系统的量子放大作用 90

4.2.3 推-挽式四能级系统的量子放大作用 94

§4.3 谐振腔式量子放大器 95

4.3.1 晶体的辐射功率和饱和激励功率 97

4.3.2 单孔反射腔式量子放大器的增益及带宽；放大和 99

振荡条件 99

4.3.3 磁品质因数Qm 102

§4.4 谐振腔的一些性质 106

4.4.1 谐振腔的一般分析 107

4.4.2 谐振腔对外界的耦合 113

§4.5 几种常用的双频谐振腔 121

4.5.1 矩形双频谐振腔的设计 122

4.5.2 同轴线型或其他TEM型双频谐振腔的设计 125

参考文献 132

第5讲 行波式微波量子放大器 133

§5.1 引言 133

§5.2 行波式量子放大器的增益和带宽 134

§5.3 行波式量子放大器的慢波结构概述 138

5.3.1 介质慢波结构 138

5.3.2 几何慢波结构 139

5.3.3 谐振式慢波结构 140

§5.4 梳齿型慢波结构的理论和设计 141

5.4.1 概述 141

5.4.2 梳齿型慢波结构的色散曲线 143

5.4.3 填充因子F 152

§5.5 Karp型慢波结构的设计 154

§5.6 行波式和腔式量子放大器的比较 162

5.6.1 增益和带宽 162

5.6.2 增益稳定性 163

5.6.3 可调度 164

5.6.4 信号饱和和输出功率 164

5.6.5 轻便和小型化 165

参考文献 165

§6.1 自交叉弛豫微波量子放大器的简化分析方法 166

6.1.1 引言 166

第6讲 交叉弛豫微波固体量子放大器 166

6.1.2 对自旋-晶格弛豫的简化的假设 167

6.1.3 自交叉弛豫微波量子放大器 172

6.1.4 红宝石腔式量子放大器工作点选择的初步设计 186

§6.2 推-挽式红宝石量子放大器交叉弛豫的讨论 194

§6.3 用微波量子放大结果来分析交叉弛豫时间 199

参考文献 201

第7讲 微波固体量子放大器的实验技术 203

§7.1 微波固体量子放大器的实验装置 203

§7.2 谐振腔Q值的测量 206

7.2.1 Q值的几个表示式 207

7.2.2 用阻抗法测量Q值 211

7.2.3 用半功率点的带宽测Q值 214

§7.3 慢波结构的测量 219

7.3.1 驻波法 220

7.3.2 谐振法 220

7.3.3 群速的直接测量法 221

§7.4 实验用杜瓦瓶和其他低温技术 224

7.4.1 实验用杜瓦瓶 224

7.4.2 低温的获得 230

7.4.3 低温技术对微波测试的一些影响 231

§7.5 晶轴和工作点的确定及量子放大现象的观察 234

7.5.1 顺磁晶体晶轴的确定 234

7.5.2 微波固体量子放大器工作点的校正 240

7.5.3 放大过程的观察及粒子数反转比的测量 242

7.5.4 增益带宽乘积的测量 245

§7.6 噪声温度的测量 246

参考文献 249

第8讲 微波量子放大器系统的噪声 251

§8.1 噪声的一些基本概念 251

§8.2 微波固体量子放大器本身的噪声 258

8.2.1 不考虑微波结构对噪声的贡献 259

8.2.2 考虑微波结构对噪声的贡献 268

§8.3 量子放大器系统各部分噪声的分析 273

8.3.1 量子放大器系统概述 273

8.3.2 天空噪声 274

8.3.3 波导输入电路的噪声 278

8.3.4 铁氧体环行器引起的噪声 279

8.3.5 接收机引起的噪声 280

参考文献 281

§9.1 近两三年来的研究概况 282

第9讲 微波固体量子放大器的发展近况及其应用前景 282

9.1.1 微波结构形式 283

9.1.2 顺磁晶体材料 284

9.1.3 激励方式 284

§9.2 光激励微波固体量子放大器原理 286

9.2.1 光激励原理 287

9.2.2 光激励微波量子放大器的噪声温度 289

9.2.3 对光激励源的要求 290

9.2.4 饱和假定和小激励假定的适用范围 291

9.2.5 系统的暂态过程 293

9.2.6 工作物质 295

§9.3 微波固体量子放大器的应用前景 296

9.3.1 微波固体量子放大器的应用范围 296

9.3.2 现存缺点及其估计 298

参考文献 301

附录 303

1．红宝石“平行谱”－1/2→1/2跃迁线二次矩的计算 303

2．性质2的证明 308

补充参考文献 310