лении — по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от направления приложенного поля. Такая пре цессия всегда происходит в плоскости, перпендикулярной при ложенному полю.
Вследствие однонаправленного характера прецессии магнето нов создаются условия, при которых электромагнитная энергия распространяется через поляризованный диэлектрик по-разному в зависимости от направления распространения: энергия погло щается диэлектриком, если она возбуждает прецессию, и прохо дит через него почти без изменения в противном случае.
При условиях распространения энергии Фарадея, когда на правления приложенного поля и распространения энергии сов падают, одна компонента с круговой поляризацией плоскополяризованного луча возбуждает прецессию, а другая не возбужда ет. Следовательно, одна компонента поглощается диэлектриком в большей степени, чем другая. В результате угол поляризации восстановленного плоскополярнзованного луча будет изменен на величину, зависящую от соотношения поглощенных энергий.
Если же приложенное поле направлено перпендикулярно направлению распространения энергии (рис. 9.7), то плоскополяризованное излучение возбуждает прецессию в одном направле нии,- а в противоположном направлении не возбуждает ее и не испытывает какого-либо воздействия. Следовательно, в одном на правлении излучение свободно проходит через поляризованный диэлектрик, а в другом оказывается заблокированным.
Рис. 9.7. Поглощение о результате резонанса магнетонов. Энергия поляризо ванного излучения поглощается диэлектриком, если это излучение возбуждает прецессию магнетонов, которые являются составной частью структуры диэлек трика
9.23. ЦИРКУЛЯТОР
Прибор, в котором используется поворот плоскости поляри зации Фарадея в двух направлениях, называется циркулятором.
Рассмотрим передачу энергии от передатчика на антенну по линии передачи. Если в этой линии предусмотрены условия рас пространения энергии Фарадея с поворотом плоскости поляри зации на 45° (как показано на рис. 9.6), то любое отраженное излучение будет дополнительно повернуто на угол 45°, в резуль тате чего плоскости поляризации передаваемого и отраженного излучений будут иметь относительное смещение по углу на 90°
Если отраженная энергия избирательно поглощается на какой-либо нагрузке, то на передатчик влияет только импеданс антенны независимо от отражаемого ею излучения, тогда как на антенну влияет только поглощающая нагрузка. В случае, когда такой нагрузкой является приемник, выходящая энергия питает антенну, а приходящая — сам приемник.
Магнитное поле
Рис. 9.8. Циркулятор-поглотитель. Если на пути излучения находится диэлек трическое тело соответствующей формы с резонансными магнетонами, то про исходит преломление излучения
Циркуляцию излучения можно также осуществлять, исполь зуя поглощение энергии в направлении, перпендикулярном на правлению распространения волны (см. рис. 9.7), когда энергия свободно проходит в одном направлении, а в противоположном направлении ее распространение заблокировано. Как показано на рис. 9.8, энергия преломляется, или отклоняется от прямоли нейной траектории, если на ее пути встречается диэлектрическое тело соответствующей формы, содержащее резонирующие магне тоны. В этом случае излучение отклоняется от направления, по которому его распространение невозможно, к направлению возможного распространения.
9.24. ОПТИЧЕСКАЯ НАКАЧКА
При оптической накачке монохроматическое электромагнитное излучение поглощается магнетонами разреженного газа, совер шающими когерентную прецессию (рис. 9.9).
поле
Рис. 9.9. Оптическая накачка. При наличии двух одинаковых образцов пара магнитного газа возможны такие условия, когда энергия, излучаемая одним из них, проходит через другой. Но это излучение задерживается, если магнетоны второго из образцов совершают прецессию, частота которой совпадает с часто той излучения. Значение частоты прецессии магнетонов поглощающего образца является весьма чувствительным показателем напряженности внешнего магнит ного поля, приложенного к обоим образцам:
/ — поглощающий образец; 2 — излучаЕощин образец; | — магнетон
Как испускание, так и поглощение электромагнитной энергии каждым конкретным веществом связаны с переходом частиц из одного энергетического состояния в другое. Излучение генери руется, когда частицы переходят с высокого на более низкий энергетический уровень, а процесс поглощения энергии возвра щает те же самые частицы на более высокие энергетические уровни. Поскольку ширина энергетической зоны между двумя состояниями остается одной и той же независимо от направ ления движения частиц, спектры испускания и поглощения раз реженных газов, по существу, не различаются между собой.
При исследовании соотношений между испусканием и погло щением энергии можно использовать активность одной части газа для возбуждения или облучения другой части этого же газа. Тогда одна часть газа действует как источник излучения, а другая поглощает это излучение. В такой системе при условии, что либо поляризация падающей энергии излучения является некогерентной, либо магнетоны поглощающей части газа имеют случайно распределенные ориентации, интенсивность взаимодей ствия между излучением и веществом будет минимальной, и из лучение пройдет через поглощающую часть газа, сохранив мак симальную интенсивность.
Если же две части одного и того же газа подвержены действию общего магнитного поля, то их магнетоны будут оди наково упорядочены по ориентациям. При этих условиях излуче ние, генерируемое одной частью газа, будет по своим характе ристикам хорошо согласоваться с характеристиками поглощения, присущими другой части, а направление поляризации излуче ния будет точно соответствовать направлению поглощающих магнетонов. Хотя такие условия сами по себе не оказывают влияния на физическую способность вещества пропускать излу чение, они фактически «сенсибилизируют» газ для прецессионно го взаимодействия.
Если теперь к сенсибилизированному газу приложить магнит ное поле, изменяющее во времени свое направление и возбуж дающее прецессию в поглощающей части газа, то интенсивность поглощения достигнет максимума, а интенсивность пропуска ния — минимума, и поглощающий газ станет непрозрачным для данной частоты прецессии. Как всегда, частота Лармора, при которой поглощающий газ становится непрозрачным, зависит от напряженности магнитного поля, упорядочивающего ориентации магнетонов.
Если выходной сигнал фотоэлемента, воспринимающего из лучение после его прохождения через поглощающую часть газа, усилить, сдвинуть по фазе и подать на катушку возбуждения таким образом, чтобы обеспечивались условия непрозрачности, то полученная система будет совершать колебания с частотой непрозрачности, или частотой Лармора.
Следует подчеркнуть, что в случае эффекта Фарадея (как и при других явлениях ядерного магнитного резонанса) прецессия возбуждается под влиянием электромагнитного излучения, изменяющегося с определенной частотой. В отличие от этого при оптической накачке прецессия возбуждается при помощи вспо могательного переменного магнитного поля, тогда как частота электромагнитного излучения не играет значительной роли.
9.25. МАГНИТОФОСФЕННЫЙ ЭФФЕКТ
Если голова человека расположена в переменном магнитном поле с частотой в диапазоне между 10 и 100 Гц и магнитной индукцией между 0,02 и 0,1 Тл, то человек видит вспышки света. Это явление называется магнитофосфенным эффектом.
9.26. ЭФФЕКТ ГАНТМАХЕРА
Эффект Гантмахера заключается в том, что очень тонкая пленка с толщиной, равной магнетронному диаметру, несущая электрический ток, пропускает электромагнитную энергию с циклотронной частотой, если она находится в магнитном поле, направленном параллельно ее поверхности. Это происходит толь
ко в том случае, когда частота излучения и циклотронная час тота совпадают между собой.
Эффект Гантмахера указывает на то, что высокочастотная энергия излучения взаимодействует с электронами-носителями при условиях, выбранных определенным образом.
Если магнитное поле направлено вдоль плоскости проводящей пластины, причем магнитное и электрическое поля пластины сов падают по направлению, то электроны проводимости будут дви гаться вдоль магнитных силовых линий. Если сообщить этим электронам дополнительную энергию в направлении, перпендику лярном электрическому току, то их траектории приобретут спиральную форму, как показано на рис. 2.4. Здесь магнетрон ные траектории, изображенные на рис. 2.3, добавлены к прямоли нейным траекториям.
В процессе отражения электроны, находящиеся непосредст венно у поверхности металла, получают энергию от электромаг нитного излучения в дополнение к обычной присущей им тепло вой энергии. Они мгновенно освобождаются от этой добавочной энергии за счет вторичного электромагнитного излучения. Однако между моментами поглощения и вторичного испускания имеется задержка во времени, или фазовый сдвиг.
Электромагнитное излучение, падающее на проводящую пластину, сообщает дополнительную энергию электронам прово димости, движущимся в пластине, причем эта энергия направ лена перпендикулярно траекториям электронов. Если их траекто рии ориентированы вдоль магнитных силовых линий, то дополни тельная энергия возбуждает магнетронную активность. Как пока зано на рис. 9.10, в том случае, когда частота излучения соот ветствует магнетронной циркуляции, а толщина пластины равна
Рис. 9.10. Эффект Гантмахера. Под вли янием внешнего возбуждения электри ческие носители в проводящей пленке могут двигаться по спиральным траек ториям с заданными магнетронным ра диусом и циклотронной частотой. Элек тромагнитное излучение с такой же час тотой пропускается через такую пленку, если ее толщина равна удвоенному магнетронному радиусу. Для излучений с другими частотами пленка является непрозрачной