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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－Al2O336

2.3.2　TiO2晶体36

2.3.3　Be3Al2（SiO3）6晶体38

2.3.4 K3Co（CN）639

2.3.5 La（C2H5SO4）3·9H2O39

§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Qm102

§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F152

§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