[发明专利]带有电磁振荡回路的CW微波激射器

说明书

本发明涉及一种微波激射器，其具有电磁振荡回路，所述电磁振荡回路包括接收器线圈(1)、电容器(2)和滤波器线圈(3)，在接收器线圈中由有机的或具有微波激射能力的分子构成的活性介质(5)，以及粒子数反转装置(7)，用于在活性介质中产生粒子数反转。

技术领域

本发明涉及一种用于产生相干电磁波的微波激射器。与发射可见光的激光器不同，微波激射器产生微波或无线电波。微波激射器包括活性介质、用于在活性介质中产生粒子数反转的装置以及谐振器，所述谐振器与微波激射器的微波频率相协调。例如在利用地球卫星的通信的情况下在无线天文接收设备和用作放大器的无线电中继设备中使用微波激射器，用于驱动原子钟以及用作毫米波的发生器。

背景技术

在许多情况下，为了驱动微波激射器必须产生低温或高真空。通常需要复杂的泵浦过程譬如射束分离、泵浦激光器或动态核极化(DNP)。

在室温中可以运行的带有有源的固体介质的微波激射器在出版物DOI:10.1038/nature11339中公开。在活性介质中的粒子数反转通过光学泵浦借助脉冲式的激光器产生。此外，微波激射器包括与微波激射器频率相协调的空腔谐振器。总之，这样提供了微波激射器，其能够产生频率f为大约1.42GHz的微波。由于为了光学泵浦必须消耗相对多的能量，所以只能脉冲式地运行。

在出版物DOI:10.1038/ncomms 9251和Nature 488,353-356(2012)中公开了实施例，在室温中能运行的微波激射器如何可以借助钻石中的NV中心或借助光学泵浦的有机的或具有微波激射能力的分子在存在蓝宝石谐振器的情况下实现。

微波激射器的频率越小，则电磁波的波长就越大。如果微波激射器包括空腔谐振器，则该微波激射器必须构建得足够大。

如果粒子数反转通过光学泵浦来实现，则必须提供高光学质量和品质因数并且因此具有高技术开销的有机介质。

在出版物DOI:10.1038/nphys 3382中获知了一种NMR谱仪，其具有高品质因数的电磁振荡回路，该电磁振荡回路包括接收器线圈、电容器和滤波器线圈。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种进一步改进的微波激射器，其可以在室温中运行。

为了解决该任务，微波激射器包括电磁振荡回路，该电磁振荡回路包括接收器线圈、电容器和滤波器线圈；在接收器线圈中由有机的或具有微波激射能力的分子构成的活性介质以及粒子数反转装置，用于在活性介质中产生粒子数反转。这样构建的微波激射器可以在室温中运行并且能够实现连续的微波辐射或无线电波辐射。也可以自由选择活性介质，使得可以实现不同的微波激射器频率。电磁振荡回路用作谐振器甚至在微波激射器频率在MHz范围以及在kHz范围中时能够实现小型的结构。1kHz到10MHz的频率也是可行的。

在本发明的一个实施例中，提出了一种粒子数反转装置，使得有机的或具有微波激射能力的分子的核自旋通过粒子数反转装置置于负的自旋温度上和这样获得粒子数反转。该实施例有利地能够实现，可以省去光学泵浦、射束分离或DNP方法。也可以覆盖达到四个量级的频率范围，更确切而言尤其也可以覆盖从kHz到10MHz的频率范围。尽管频率比较小，但需要大的结构空间，因为使用电磁振荡回路而不使用空腔谐振器。

在一个实施例中化学地泵浦，更确切而言优选借助对位氢来泵浦，以便在活性介质的有机的或具有微波激射能力的分子中获得负的核自旋温度。这尤其是借助催化剂来实现，活性介质以及对位氢的有机的或具有微波激射能力的分子可以对接催化剂。对位氢于是可以将其核自旋传递到有机的或具有微波激射能力的分子上，以便这样实现粒子数反转。技术开销是小的，更确切地说尤其是相较于针对光泵浦必须花费的技术开销是小的。这样可以提供微波激射器，其能够连续地产生相干电磁波，即所谓的CW-微波激射器。CW-微波激射器能够在长时间段中实现非常精确地测量，这利用脉冲式微波激射器并不能同样实现。利用这样的CW-微波激射器例如实现了工作非常精确的NMR传感器或磁场传感器。