початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2105387

СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
З ДОВІЛЬНОЇ ширина спектру В ЕНЕРГІЮ електромагнітних КОЛИВАНЬ
АБО хвиль РАДІО АБО БІЛЬШЕ НИЗЬКОЧАСТОТНОГО діапазону

Ім'я винахідника: Цирульников Давид Абрамович; Аристов Віталій Васильович
Ім'я патентовласника: Цирульников Давид Абрамович; Аристов Віталій Васильович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1996.07.18

Спосіб перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіо - або більш низькочастотного діапазону відноситься до області перетворення енергії і може бути використано для перетворення енергії сонячного випромінювання в електромагнітну енергію НВЧ діапазону або в енергію змінного у або постійного струму (т . Е. в геліоенергетики), а й при розробці потужних параметричних НВЧ підсилювачів і генераторів на лазерної накачуванні. Спосіб включає опромінення оптичним випромінюванням середовища, в якій відбувається перетворення енергії оптичного випромінювання. Новим є те, що оптичне випромінювання модулюють в часі коливаннями постійної частоти радіо-або більш низькочастотного діапазону таким чином, щоб в частотному спектрі модульованого оптичного випромінювання кожної несучої частоті вихідного немодулированного випромінювання відповідало безліч частот, рівновіддалених один від одного на частоту модуляції, як середовище використовують нелінійну середу без центру інверсії, в якій відбувається перетворення енергії промодулірованной оптичного випромінювання у вигляді генерації електромагнітних коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону, і яка прозора як для частот оптичного діапазону, так і для частот генеруються в ній електромагнітних коливань або хвиль, перетворену енергію генеруються в даному середовищі електромагнітних коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону накопичують за допомогою одного або декількох електромагнітних резонаторів, резонансна частота яких збігається з частотою генеруються електромагнітних коливань або хвиль і дорівнює або кратна частоті модуляції, при цьому здійснюють умова синхронізму для взаємодіючих в даному середовищі гармонік модульованого оптичного випромінювання і генеруючих коливань або хвиль, енергія яких накопичується за допомогою одного або декількох резонаторів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіодіапазону, наприклад СВЧ (надвисокочастотного) діапазону, а й в енергію електромагнітних коливань більш низькочастотного діапазону, зокрема в енергію електромагнітних (електричних) коливань промислової частоти (т . Е. в енергію змінного струму) або як завгодно малої частоти (тобто в енергію постійного струму).

Винахід може знайти застосування для перетворення енергії сонячного випромінювання в електромагнітну енергію НВЧ діапазону або в енергію змінного або постійного струму (тобто в геліоенергетики), а й при розробці потужних параметричних НВЧ підсилювачів і генераторів на лазерної накачуванні.

Відомий спосіб перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру в енергію постійного або змінного струму, а й в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіодіапазону за допомогою Фотоемісійні перетворювачів, що включає в себе опромінення оптичним випромінюванням середовища, в даному випадку середовища (матеріалу) катода перетворювача, в якої відбувається перетворення енергії оптичного випромінювання у вигляді нагріву цього середовища (матеріалу) катода і випускання (емісії) електронів [1].

Для перетворення даними способом енергії оптичного випромінювання в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіодіапазону електричний сигнал з Фотоемісійні перетворювача за допомогою генераторів радіодіапазону, зокрема СВЧ діапазону, перетворять в енергію коливань або хвиль радіо-діапазону.

Однак цей спосіб має малу ККД (коефіцієнтом корисної дії) розглянутого перетворення енергії.

Відомий фотоелектричний спосіб перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру, прийнятий нами за прототип, що включає в себе опромінення оптичним випромінюванням середовища, в якій відбувається перетворення енергії оптичного випромінювання [3]. Цей спосіб дозволяє здійснювати перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру як в електричну енергію постійного або змінного струму, так і в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіодіапазону, зокрема СВЧ діапазону. Причому ефективність даного перетворення енергії в цьому способі вище, ніж в попередньому.

Перетворення світлової енергії в енергію постійного або змінного струму за допомогою фотоелектричного способу засноване на фотовольтаїчному ефекті, який виникає в неоднорідних напівпровідникових середовищах при їх опроміненні оптичним випромінюванням. Так, наприклад, якщо два напівпровідника (n-напівпровідник і p-напівпровідник) стикаються, то при освітленні контактної поверхні між ними виникає ЕРС і, як наслідок цього, виникає електричний струм при замиканні ланцюга і до споживача надходить електрична енергія.

Подібний спосіб дозволяє перетворювати як енергію монохроматичного оптичного випромінювання, так і енергію оптичного випромінювання з широким спектром, наприклад сонячного випромінювання.

Для перетворення фотоелектричним способом світлової енергії в електромагнітну енергію радіодіапазоні, зокрема СВЧ діапазону, необхідно електричний сигнал з фотоелемента (або сонячного елемента) за допомогою генератора радіодіапазону перетворити в коливання або хвилі радіодіапазону.

Подібне перетворення енергії планується використовувати в майбутньому при експлуатації сонячних космічних електростанцій для передачі перетвореної енергії на Землю. З цією метою електричний струм від сонячних елементів, розташованих на супутниковій сонячної електростанції, за допомогою СВЧ генераторів перетворюється в корисне СВЧ випромінювання, яке за допомогою бортової антени направляється на Землю.

Недолік даного фотоелектричного способу перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру такий же як і у попереднього способу і складається в невисокому ККД (коефіцієнт корисної дії) перетворення енергії оптичного випромінювання з широким спектром, зокрема сонячного випромінювання, як в енергію постійного або змінного струму, так і в електромагнітну енергію радіодіапазоні, який, як правило, не перевищує 20%.

Запропоноване винахід вирішує задачу підвищення ККД при перетворенні енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру, в тому числі оптичного випромінювання з широким спектром, в електромагнітну енергію радіо- або більш низькочастотного діапазону, зокрема в енергію НВЧ діапазону, або в енергію змінного або постійного струму.

Зазначена мета досягається тим, що у відомому способі перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру, що включає в себе опромінення оптичним випромінюванням середовища, в якій відбувається перетворення енергії оптичного випромінювання, новим є те, що оптичне випромінювання модулюють в часі коливаннями постійної частоти радіо або більш низькочастотного діапазону таким чином, щоб в частотному спектрі модульованого оптичного випромінювання кожної несучої частоті вихідного немодулированного оптичного випромінювання (тобто кожній частоті оптичного випромінювання до модуляції) відповідало безліч частот, рівновіддалених один від одного на частоту модуляції, як середовище використовують нелінійну середу без центру інверсії, в якій відбувається перетворення енергії промодулірованной оптичного випромінювання у вигляді генерації електромагнітних коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону, і яка прозора як для частот оптичного діапазону, так і для частот генеруються в ній електромагнітних коливань або хвиль, перетворену енергію генеруються в даному середовищі електромагнітних коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону накопичують за допомогою одного або декількох електромагнітних резонаторів, резонансна частота яких збігається з частотою генеруються електромагнітних коливань або хвиль і дорівнює або кратна частоті модуляції, при цьому здійснюють умова синхронізму для взаємодіючих в даному середовищі гармонік (спектральних складових) модульованого оптичного випромінювання і генеруючих коливань або хвиль, енергія яких накопичується за допомогою одного або декількох резонаторів.

В даному випадку більш високий ККД перетворення енергії оптичного випромінювання в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону досягається за рахунок синфазних взаємодій в прозорій нелінійної середовищі без центру інверсії між безліччю гармонік (спектральних складових) промодулірованной оптичного випромінювання і генеруються в даному середовищі коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону з подальшим накопиченням енергії генеруються в середовищі коливань або хвиль за допомогою електромагнітних резонаторів високої добротності як описано вище.

Чим вище добротність резонаторів, що накопичують перетворену енергію, тим ефективніше протікає процес перетворення енергії і тим більше величина ККД даного перетворення.

У пропонованому способі в прозорій нелінійної середовищі без центру інверсії при її опроміненні і поширенні в ній промодулірованной оптичного випромінювання, відбувається безпосереднє перетворення енергії промодулірованной оптичного випромінювання в електромагнітну енергію радіо- або більш низькочастотного діапазону у вигляді генерації в даному середовищі електромагнітних коливань або хвиль з частотою рівною або кратною частоті модуляції.

При розмірі L _про нелінійного середовища без центру інверсії вздовж напрямку поширення промодулірованной оптичного випромінювання багато меншому довжини хвилі генерується в даному середовищі і накопичується за допомогою резонаторів електромагнітного випромінювання радіо- або більш низькочастотного діапазону, можна вважати, що в даному середовищі відбувається генерація електромагнітних коливань радіо- або більш низькочастотного діапазону.

При розмірі нелінійного середовища без центру інверсії L _о, порівнянним або більшому довжини хвилі генерується в даному середовищі і накопичується за допомогою резонаторів електромагнітного випромінювання, можна вважати, що в даному середовищі відбувається генерація електромагнітних хвиль.

Якщо резонансна частота резонаторів дорівнює частоті модуляції і умова синхронізму здійснюють для взаємодіючих в нелінійної середовищі без центру інверсії гармонік модульованого оптичного випромінювання і генеруються в середовищі електромагнітних коливань або хвиль з частотою, що збігається з частотою модуляції, то енергія оптичного випромінювання буде перетворена пропонованим способом в енергію електромагнітних коливань або хвиль з частотою, рівній частоті модуляції і збігається з резонансною частотою.

Якщо резонансна частота резонаторів кратна частоті модуляції і умова синхронізму здійснюють для взаємодіючих в нелінійної середовищі без центру інверсії гармонік модульованого оптичного випромінювання і генеруються електромагнітних коливань або хвиль з частотою, кратною частоті модуляції і збігається з резонансною частотою резонаторів, то енергія оптичного випромінювання буде перетворена в енергію електромагнітних коливань або хвиль з частотою, кратною частоті модуляції і збігається з резонансною частотою.

Початкове оптичне випромінювання, енергія якого перетворюється вищевказаним способом, може бути як безперервної дії, так і імпульсної дії. У разі оптичного випромінювання імпульсного дії необхідно, щоб час тривалості імпульсу _T i суттєво перевищувало період модулирующих коливань T _мод(T i> T _мод).

Ширина спектра перетворюється оптичного випромінювання в пропонованому винаході може бути довільною. Таким чином, в якості перетворюється оптичного випромінювання може використовуватися монохроматическое або квазімонохроматіческое випромінювання, а й випромінювання з широким спектром.

Як нелінійних середовищ без центру інверсії можуть використовуватися квадратичні нелінійні середовища (середовища з квадратичною нелінійністю), а й кубічний нелінійні середовища (середовища з кубічного нелинейностью), поміщені в постійне електричне (або магнітне) поле.

До квадратичним нелінійним середах відносяться нецентросиметричних кристали, наприклад, кристали кварцу (SiO _2), KDP (KH ₂ PO _4), сечовини (CO (NH ₂₎₂₎₎ і ін.

Кубічний нелінійність характерна для діелектричних середовищ, що володіють центром інверсії: центросімметрічни кристали, гази, рідини.

Однак постійне електричне (або магнітне) поле, поляризуючи ізотропне середовище, позбавляє її центру інверсії.

Тому кубічний нелінійна среда, вміщена в постійне електричне (або магнітне) поле, і є нелінійної середовищем без центру інверсії.

Нелінійні середовища без центру інверсії, що використовуються у винаході, для ефективного перетворення енергії пропонованим способом повинні бути прозорі як для частот оптичного випромінювання, так і для частот коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону, що генеруються в даному середовищі і накопичуються по потужності за допомогою одного або декількох резонаторів. Реальні нелінійні середовища без центру інверсії, зокрема кристал кварцу, мають кінцевим оптичним діапазоном прозорості і можуть бути і прозорі для частот радіо- або більш низькочастотного діапазону. Чим ширше оптичний діапазон прозорості цього середовища, тим ефективніше протікає дане перетворення енергії і тим вище ККД цього перетворення.

Геометрія форми нелінійних середовищ без центру інверсії в даному винаході може бути різна. В даному випадку поряд з об'ємними протяжними нелінійними середовищами можуть використовуватися нелінійні середовища з волоконної або хвилеводної геометрією, тобто середовища з поперечними розмірами, порівнянними з довжиною хвилі оптичного випромінювання.

Для здійснення модуляції вихідного оптичного випромінювання в пропонованому винаході можна використовувати такі види модуляції: модуляцію вихідного оптичного випромінювання по фазі або частоті коливаннями постійної частоти радіо-або більш низькочастотного діапазону, в тому числі гармонійними коливаннями; модуляцію по амплітуді періодичними негармоническими коливаннями, імпульсну модуляцію.

При цих видах модуляції виконує основну умову, що пред'являється до модуляції вихідного оптичного випромінювання в даному винаході, а саме: в частотному спектрі промодулірованной оптичного випромінювання кожної несучої частоті вихідного оптичного немодулированного випромінювання (тобто кожній частоті вихідного випромінювання до модуляції) відповідає безліч частот, рівновіддалених один від одного на частоту модуляції.

Для ефективного перетворення енергії вихідного оптичного випромінювання запропонованим способом необхідно здійснювати умова синхронізму для взаємодіючих в даній нелінійної середовищі гармонік (спектральних складових) промодулірованной оптичного випромінювання і коливань або хвиль, що генеруються в цьому середовищі, енергія яких накопичується за допомогою одного або декількох резонаторів (частота цих генеруються і накопичуються коливань або хвиль збігається з резонансною частотою резонаторів і може дорівнювати або кратна частоті модуляції).

В даному випадку умова синхронізму - це умова ефективного обміну енергією при взаємодії в нелінійній середовищі без центру інверсії гармонік (спектральних складових) промодулірованной вихідного випромінювання і генеруються в цьому середовищі коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону, що полягає в збереженні певних фазових співвідношень між гармоніками і генеруються коливаннями або хвилями на всій області взаємодії. Зокрема, умова синхронізму здійснюється, коли набіг фаз на всій області взаємодії гармонік модульованого оптичного випромінювання і генеруючих коливань або хвиль відносно один одного не перевищує (180 ^o).

У пропонованому винаході завжди існує певний розмір нелінійного середовища без центру інверсії вздовж напрямку поширення промодулірованной оптичного випромінювання: L _про L _ко (де L _ко - довжина когерентної взаємодії або довжина когерентності), на якому умова синхронізму виконується автоматично без прийняття спеціальних заходів.

На цій відстані L _про L _ко набіг фаз всіх взаємодіючих гармонік модульованого оптичного випромінювання і генеруються в даному середовищі коливань або хвиль відносно один одного не перевищує (180 ^o).

Для здійснення умови синхронізму при розмірах нелінійного середовища без центру інверсії вздовж напрямку поширення промодулірованной оптичного випромінювання L _про> L _ко, необхідно виконувати спеціальні заходи. З цією метою, наприклад, дана нелінійна середовище може являти собою набір дотичних нецентросиметричних кристалів, розміром L _ко, орієнтованих один відносно одного так, щоб хвилі нелінійної поляризації кожен раз при проходженні в інший кристал відчували стрибок фази на (180 ^o).

Як електромагнітних резонаторів, за допомогою яких здійснюють накопичення енергії генеруються в нелінійної середовищі без центру інверсії коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону, можна використовувати або об'ємні НВЧ резонатори при перетворенні в електромагнітну енергію НВЧ діапазону, або коливальні контури при перетворенні в електромагнітну енергію більш низькочастотної частини радіодіапазону, а й п'єзоелектричні резонатори, зокрема, кварцові резонатори, діелектричні резонатори і т.п.

Окремим випадком даного винаходу є перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру в енергію електромагнітних коливань або хвиль НВЧ діапазону. При цьому за допомогою випромінюючої антени перетворену НВЧ енергію можна передавати через вільний простір. Дане перетворення можна використовувати при розробці систем бездротової передачі енергії через вільний простір, наприклад наземних енергосистем, розташованих в важкодоступній місцевості.

Ще одним важливим окремим випадком даного винаходу є перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру в енергію електромагнітних коливань низької частоти, зокрема, в енергію електромагнітних (електричних) коливань промислової частоти (тобто в енергію змінного струму) та в енергію електромагнітних ( електричних) коливань як завгодно малої частоти (тобто в енергію постійного струму).

Для більш ефективного подібного перетворення енергії можна перетворювати вищевказаним способом енергію оптичного випромінювання в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіодіапазону, зокрема СВЧ діапазону, а потім додатково використовувати випрямні пристрої, наприклад СВЧ випрямлячі, що дозволяють шляхом випрямлення перетворювати електромагнітну енергію коливань або хвиль радіодіапазону, зокрема СВЧ діапазону, в енергію постійного або змінного струму.

З усіх видів модуляції вихідного оптичного випромінювання найпростішим і ефективним є модуляція по фазі або частоті гармонійними коливаннями постійної частоти радіо-або більш низькочастотного діапазону.

Як нелінійної середовища без центру інверсії в даному винаході можуть використовуватися квадратичні нелінійні середовища, до яких відносяться нецентросиметричних кристали.

Зокрема, квадратичної нелінійної середовищем є кристалічний кварц. Технологія вирощування штучних кристалів кварцу добре розроблена. Крім того, кристалічний кварц прозорий як для вихідного оптичного випромінювання (оптичний діапазон прозорості кварцу: від ₁ = 0,15 мкм до ₂ = 4,5 мкм), так і для СВЧ випромінювання. Тому кристалічний кварц є перспективним матеріалом для використання в даному винаході при перетворенні енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру в енергію коливань або хвиль радіодіапазону, зокрема СВЧ діапазону.

Як вже зазначалося, при використанні в даному винаході середовищ з кубічного нелинейностью необхідна наявність постійного електричного поля, прикладеного до даного середовища або, що те ж саме, кубічний нелінійна середовище має бути поміщена в постійне електричне поле.

В цьому випадку дане перетворення енергії протікає набагато ефективніше, якщо частота одного з дозволених переходів в даному середовищі дорівнює або близька, або кратна частоті коливань або хвиль, що генеруються в середовищі, енергія яких накопичується за допомогою резонаторів (частота цих генеруються в середовищі коливань або хвиль збігається з резонансною частотою резонаторів). В даному випадку відбувається резонансне зростання кубічний нелінійної сприйнятливості на даній частоті, що і призводить до збільшення ефективності даного перетворення енергії.

Нелінійні середовища без центру інверсії, такі як середовища з квадратичною нелінійністю або середовища з кубічного нелинейностью, поміщені в постійне електричне (або магнітне) поле, можуть додатково мати негативним поглинанням на частоті коливань або хвиль, що генеруються в даному середовищі і накопичуються за допомогою резонаторів, т . Е. володіти негативним поглинанням на резонансній частоті резонаторів. Негативне поглинання утворюється за рахунок створення інверсіїзаселеність між відповідними рівнями в середовищі. У цьому випадку в пропонованому винаході генеруються в нелінійної середовищі коливання або хвилі будуть додатково посилюватиметься за рахунок негативного поглинання, викликаного активністю середовища на даній частоті.

У пропонованому винаході з метою здійснення умови синхронізму для взаємодіючих в нелінійної середовищі без центру інверсії гармонік модульованого оптичного випромінювання і генеруються в середовищі коливань або хвиль з частотою, що збігається з резонансною частотою резонаторів, енергія яких накопичується за допомогою даних резонаторів, можна використовувати нелінійну середу, розмір якої L _про вздовж напрямку поширення модульованого оптичного випромінювання не перевищує довжину когерентної взаємодії (або довжину когерентності) L _ко, тобто L _про L _ко. Довжина когерентної взаємодії L _ко - це максимально допустимий розмір нелінійного середовища без центру інверсії, на якому набіг фаз всіх взаємодіючих гармонік модульованого оптичного випромінювання і генеруються в даному середовищі коливань або хвиль відносно один одного не перевищує (180 ^o).

У цьому випадку умова синхронізму буде виконуватися без прийняття спеціальних заходів, тобто автоматично.

Таким чином, умова синхронізму можливо здійснити шляхом вибору розміру нелінійного середовища L _про L _ко.

Зокрема, для взаємодіючих в нелінійної середовищі без центру інверсії гармонік модульованого лазерного випромінювання і генеруються в цьому середовищі коливань або хвиль з частотою, що збігається з частотою модуляції, довжина когерентної взаємодії L _ко визначається виразом (2) (див. Приклад 1).

Для здійснення умови синхронізму при розмірах нелінійного середовища без центру інверсії вздовж напрямку поширення модульованого оптичного випромінювання: L _про> L _ко, необхідно виконувати спеціальні заходи. З цією метою дана нелінійна середовище може являти собою набір нецентросиметричних кристалів, наприклад кристалів кварцу, розміром вздовж напрямку поширення модульованого оптичного випромінювання L _кр L _ко, дотичних між собою або посаджених на оптичний контакт, і орієнтованих один відносно одного так, щоб хвилі нелінійної поляризації (що виникають в кристалах і є джерелом генеруються в кристалах коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону) кожен раз при проходженні в інший кристал відчували стрибок фази на (180 ^o).

Якщо така нелінійна середовище складається з m-кристалів, розміром L _кр L _ко кожен, то загальний розмір середовища L _о, на якому буде здійснюватися умова синхронізму буде дорівнює:

_L o = mL _кр >> L _ко

Великі напруженості оптичних полів в нелінійних середовищах без центру інверсії з хвилеводної або волоконної геометрією, що досягаються при досить низьких рівнях потужності вихідного оптичного випромінювання, а й можливості управління дисперсією (тобто можливості здійснення умови синхронізму на досить протяжної області взаємодії в даному середовищі розміром L _про> L _ко) дозволяють, у порівнянні з об'ємними протяжними нелінійними середовищами, отримувати ті ж ККД перетворення енергії при більш низьких значеннях добротності резонаторів, або збільшувати ефективність даного перетворення енергії при тих же значеннях добротності резонаторів.

При перетворенні пропонованим способом енергії оптичного випромінювання в енергію коливань або хвиль НВЧ діапазону можна використовувати один об'ємний СВЧ резонатор, а дану нелінійну середу, опромінюється промодулірованним оптичним випромінюванням, розміщувати всередині цього об'ємного резонатора СВЧ діапазону, наприклад прямокутного СВЧ резонатора. В даному випадку розмір нелінійного середовища без центру інверсії вздовж напрямку поширення промодулірованной оптичного випромінювання збігається з розміром прямокутного СВЧ резонатора, оскільки середовище заповнює резонатор, і цей розмір, як правило, менше L _ко. В результаті умова синхронізму буде виконуватися автоматично без прийняття спеціальних заходів.

Дану нелінійну середу можна розміщувати поза резонатора СВЧ діапазону, при цьому енергію генеруються в середовищі електромагнітних коливань або хвиль відводять з середовища і підводять до резонатора, в якому відбувається процес накопичення цієї енергії.

В цьому випадку для розв'язки даної нелінійної середовища і резонатора і запобігання витоку накопиченої енергії з резонатора назад в середу можна використовувати розв'язують вентильні пристрої, що забезпечують односпрямовану передачу енергії, наприклад ферритові вентилі.

В даному випадку необхідно забезпечувати виконання умови синхронізму для взаємодіючих в нелінійної середовищі без центру інверсії гармонік модульованого оптичного випромінювання і коливань або хвиль, що генеруються в даному середовищі і накопичуються за допомогою резонатора. З цією метою можна використовувати нелінійну середу розміром L _про L _ко вздовж напрямку поширення модульованого оптичного випромінювання, або нелінійну середу в вигляді набору нецентросиметричних кристалів, розміром L _кр L _ко кожен, посаджених на оптичний контакт і орієнтованих один відносно одного вишеупомінавшімся чином.

Геометрія нелінійного середовища без центру інверсії в даному випадку може мати не тільки об'ємний протяжний характер, але і хвилеводний або волоконний характер.

З метою зниження втрат, що виникають при відведенні з нелінійної середовища без центру інверсії енергії коливань або хвиль, що генеруються в цьому середовищі, і підводі цієї енергії до резонатора, можна використовувати об'ємний СВЧ резонатор з ємнісним зазором, в якому розміщується дана нелінійна среда, облучаемая оптичним промодулірованним випромінюванням, наприклад тороидальний СВЧ резонатор.

В цьому випадку і, як і в попередніх, для здійснення умови синхронізму між усіма взаємодіючими в даній нелінійної середовищі хвилями можна використовувати нелінійну середу без центру інверсії, розміром L _про L _ко, вздовж напрямку поширення модульованого оптичного випромінювання, або нелінійну середу без центру інверсії, у вигляді набору нецентросиметричних кристалів, розміром L _кр L _ко кожен, посаджених на оптичний контакт і орієнтованих один відносно одного вишеупомінавшімся чином, або використовувати нелінійні середовища з волоконної або хвилеводної геометрією.

При перетворенні енергії вихідного оптичного випромінювання в енергію низькочастотної частини радіодіапазону в якості резонаторів можна використовувати коливальні контури, між обкладинками конденсатора якого розміщують нелінійну середу без центру інверсії, опромінюється модульованим оптичним випромінюванням.

ККД даного перетворення енергії залежить від величини добротності резонатора, і для отримання високих ККД перетворення в розглянутих випадках накопичення перетвореної енергії за допомогою одного резонатора можна використовувати резонатори з дуже високою добротністю, зокрема надпровідні резонатори з добротністю Q T> 10 ⁹ (кріоелектронні надпровідні резонатори).

Для досягнення високих ККД даного перетворення енергії при невисоких значеннях добротності резонаторів можна використовувати послідовне розташування по ходу поширення промодулірованной оптичного випромінювання декількох ділянок нелінійного середовища з відповідними цим ділянкам резонаторами, що накопичують перетворену на кожній з ділянок середовища енергію. В цьому випадку модулированное оптичне випромінювання проходить через першу ділянку нелінійного середовища без центру інверсії з відповідним резонатором, в результаті на цій ділянці за допомогою запропонованого способу відбувається перетворення частини енергії промодулірованной оптичного випромінювання в електромагнітну енергію радіо- або більш низькочастотного діапазону. Частина, що залишилася непреобразованная частина енергії промодулірованной оптичного випромінювання відчуває подальше перетворення на наступній ділянці нелінійної середовища (розташованому по ходу поширення промодулірованной оптичного випромінювання) з відповідним резонатором, в якому здійснюється накопичення перетвореної енергії як вказано вище і т.д. Розміри ділянок нелінійних середовищ без центру інверсії в даному випадку підбирають з міркувань здійснення умови синхронізму для взаємодіючих в середовищі гармонік промодулірованной оптичного випромінювання і даних коливань або хвиль, що генеруються в середовищі, енергію яких накопичують за допомогою резонатора.

Високі значення ККД даного перетворення енергії при невисоких значеннях добротності резонаторів можна і домогтися, використовуючи багаторазове проходження модульованого оптичного випромінювання по замкнутому контуру через один і той же ділянку нелінійного середовища без центру інверсії, а накопичення перетвореної енергії виробляти у відповідному цій ділянці резонаторі як описано вище.

В цьому випадку багаторазове проходження модульованого оптичного випромінювання по замкнутому контуру через один і той же ділянку нелінійного середовища можна забезпечити за допомогою оптичних елементів типу дзеркал, призм, оптичних волокон і т.п.

Для накопичення перетвореної енергії можна використовувати кілька резонаторів, об'єднаних в каскади, з однієї і тієї ж резонансною частотою, рівній або кратній частоті модуляції і збігається з частотою даних коливань або хвиль, що генеруються в нелінійної середовищі без центру інверсії. Нелінійного середовища без центру інверсії може розташовуватися як всередині резонатора першого каскаду, так і поза ним. В даному випадку енергія генеруються в даному середовищі коливань або хвиль накопичується в першому резонаторі невисокою добротності (резонаторі першого каскаду). Потім накопичена в першому резонаторі перетворена енергія підводиться до другого резонатора (резонатору другого каскаду) з тієї ж резонансною частотою, де процес накопичення перетвореної енергії радіо- або більш низькочастотного діапазону продовжиться. З резонатора другого каскаду накопичена перетворена енергія може підводитися до резонатора третього каскаду і т.д. Для запобігання впливу кожного наступного резонатора на попередній можна використовувати розв'язують вентилі, пропускають перетворену енергію тільки в одному напрямку від резонатора попереднього каскаду до резонатора наступного каскаду, наприклад, ферритові вентилі.

Деякі нелінійні середовища без центру інверсії, наприклад, кристалічний кварц, додатково мають виражені електрооптичні властивості. В цьому випадку модуляцію оптичного випромінювання і генерацію коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону можна здійснювати в одній і тій же нелінійної середовищі без центру інверсії. Тобто одна і та ж дана нелінійна середовище може бути за рахунок електрооптичних властивостей середовищем електрооптичних модулятора, який здійснює модуляцію вихідного оптичного випромінювання по фазі (або частоті), зокрема, середовищем для електрооптичних модулятора біжучої хвилі, а й середовищем, в якій відбувається генерація коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону за рахунок наявності відповідних нелінійних властивостей. При цьому процеси модуляції оптичного випромінювання і генерації коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону можуть протікати паралельно.

Більш того, якщо нелінійного середовища без центру інверсії, наприклад кристалічний кварц, володіє електрооптичні властивості, нелінійністю і п'єзоелектричні властивості, то в одному середовищі можна здійснити всі етапи даного способу перетворення енергії, а саме: модуляцію оптичного випромінювання, генерацію коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону і накопичення перетвореної енергії даних коливань або хвиль за рахунок п'єзоелектричних властивостей середовища при збігу частоти генерованих коливань або хвиль, енергія яких повинна накопичуватися, з власною частотою механічних коливань даної середовища. У цьому випадку одна і та ж середовище за рахунок електрооптичних властивостей може бути середовищем електрооптичних модулятора, який здійснює модуляцію оптичного випромінювання по фазі (або частоті) як вказано вище, середовищем, в якій відбувається генерація коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону за рахунок відповідних нелінійних властивостей і середовищем п'єзоелектричного резонатора, в якому може здійснюватися накопичення перетвореної енергії. При цьому процеси модуляції, генерації та накопичення перетвореної енергії можуть протікати паралельно.

Пропонований винахід дозволяє здійснювати посилення, генерацію і множення частот високочастотних електромагнітних коливань, зокрема коливань СВЧ діапазону.

Для посилення за допомогою запропонованого способу високочастотного сигналу, що представляє собою високочастотні електромагнітні коливання, що формуються від незалежного високочастотного генератора, необхідно цими коливаннями здійснювати модуляцію вихідного оптичного випромінювання, при цьому резонансна частота резонаторів, що накопичують перетворену енергію, повинна збігатися з частотою модуляції, тобто з частотою підсилюються вихідних коливань. При виведенні накопиченої перетвореної енергії з резонатора отримують високочастотні коливання більш потужні, ніж вихідні і тієї ж частоти, тобто відбувається посилення вихідних високочастотних коливань, якими модулюють оптичне випромінювання.

В даному випадку посилення високочастотних електромагнітних коливань, якими модулюють оптичне випромінювання, відбувається за рахунок перетворення енергії оптичного випромінювання в енергію високочастотних електромагнітних коливань з частотою, рівній частоті модуляції і збігається з резонансною частотою.

Для самозбудження, тобто для генерації електромагнітних високочастотних коливань, зокрема коливань СВЧ діапазону, для наведеного вище випадку посилення коливань, досить за допомогою ланцюга зворотного зв'язку здійснювати позитивний зворотний зв'язок між резонатором, в якому відбувається накопичення перетвореної енергії (виходом схеми посилення) і коливаннями, що модулюють оптичне випромінювання (входом модулятора або входом схеми посилення). З цією метою частина перетвореної і накопиченої в резонаторі енергії передають на вхід модулятора для модуляції вихідного оптичного випромінювання, тобто використовують частину перетвореної енергії для формування модулюючого сигналу.

Для множення частот, тобто збільшення в ціле число раз частоти високочастотних коливань, для наведеного вище випадку посилення електромагнітних коливань, резонансну частоту резонатора підбирають кратною частоті модуляції. У цьому випадку за допомогою запропонованого способу перетворення відбувається перетворення енергії оптичного випромінювання в енергію високочастотних коливань з частотою, кратною частоті модуляції і збігається з резонансною частотою. В результаті при виведенні накопиченої перетвореної енергії з резонатора отримують електромагнітні коливання з частотою, в ціле число разів перевищує частоту вихідних електромагнітних коливань, якими модулюють оптичне випромінювання, тобто здійснюють множення частот.

У винаході в якості вихідного оптичного випромінювання можна використовувати лазерне випромінювання. Такі характеристики лазерного випромінювання як мала кутова розбіжність, висока потужність випромінювання при використанні лазерів великої потужності роблять лазерне випромінювання ефективним для даного перетворення енергії.

У пропонованому винаході можна використовувати як випромінювання лазерів безперервної дії, так і імпульсної дії.

При використанні випромінювання лазерів імпульсної дії необхідно, щоб час тривалості імпульсу _T i лазерного випромінювання істотно перевершувало період модулирующих коливань постійної частоти Т _мод(T i> Т _мод), де - Циклічна частота модуляції.

В якості вихідного оптичного випромінювання в пропонованому способі перетворення енергії може використовуватися сонячне випромінювання.

Цей винахід дозволяє здійснити перетворення енергії Сонячного випромінювання на поверхні Землі в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону, зокрема в електромагнітну енергію НВЧ діапазону, а й в енергію змінного або постійного струму.

Ще одним важливим окремим випадком є ​​перетворення енергії сонячного випромінювання в електромагнітну енергію радіо- або більш низькочастотного діапазону, зокрема СВЧ діапазону, пропонованим способом на космічному об'єкті, розміщеному, наприклад на геосинхронной (або сонячно-синхронній) орбіті, і передача отриманої в результаті перетворення енергії НВЧ випромінювання на Землю або на інші космічні об'єкти, де воно вловлюється спеціальною антеною і може перетворюватися далі за допомогою випрямних пристроїв, наприклад СВЧ випрямлячів, в електричну енергію постійного або змінного струму.

В цьому випадку для передачі перетвореної енергії на Землю частоту модуляції сонячного випромінювання підбирають так, щоб резонансна частота одного або декількох резонаторів, що дорівнює або кратна частоті модуляції, перебувала в межах частотного діапазону прозорості атмосфери. В результаті частотний діапазон перетвореної НВЧ енергії буде знаходитися в межах частотного діапазону прозорості атмосфери і передача перетвореної НВЧ енергії на Землю буде відбуватися з мінімальними втратами.

З метою підвищення ефективності функціонування даного способу перетворення енергії і зниження вимог до добротного резонаторів при перетворенні і накопиченні енергії можна використовувати допоміжні оптичні системи для фокусування оптичного випромінювання і надання цьому випромінюванню після модуляції заздалегідь заданої форми при його поширенні в нелінійної середовищі без центру інверсії.

Для збільшення енергії перетворюється оптичного випромінювання, здійснюють паралельне перетворення запропонованим способом енергії декількох потоків оптичного випромінювання одночасно (наприклад, за допомогою декількох модуляторів оптичного випромінювання, кількох ділянок нелінійних середовищ без центру інверсії з відповідними цим ділянкам резонаторами), при цьому всі канали для передачі перетвореної енергії від кожного потоку оптичного випромінювання (цими каналами можуть бути коаксіальні кабелі або хвилеводи) комутують в один загальний канал (наприклад, хвилевід або коаксіальний кабель) для передачі результуючої перетвореної енергії від усіх потоків. Зокрема, одночасне перетворення запропонованим способом енергії декількох потоків сонячного випромінювання дозволяє виробляти дане перетворення сонячної енергії з більшої площі, тобто дозволяє збільшити енергію сонячного випромінювання, що підлягає перетворенню.

На кресленнях наведені приклади перетворення енергії оптичного випромінювання з довільною шириною спектру в енергію електромагнітних коливань або хвиль радіо-або більш низькочастотного діапазону запропонованим способом.

На фіг. 1 показана заснована на даному винаході схема перетворення енергії лазерного випромінювання в НВЧ енергію за допомогою об'ємного СВЧ резонатора, в яких розміщений кристал кварцу; на фиг.2 - схема преобразования энергии лазерного излучения в СВЧ энергию с использованием предлагаемого изобретения, в которой кристалл кварца расположен вне СВЧ резонатора; на фіг. 3 - схема преобразования энергии лазерного излучения предлагаемым способом в СВЧ энергию с помощью тороидального резонатора СВЧ диапазона, в емкостном зазоре которого размещен кристалл кварца; на фиг.4 - схема преобразования энергии лазерного излучения в СВЧ энергию с помощью нескольких участков нелинейной среды без центра инверсии (нескольких кристаллов кварца) с соответствующими этим участкам среды (кристаллам кварца) резонаторами, основанная на данном изобретении; на фиг.5 - схема, осуществляющая преобразование энергии лазерного излучения в СВЧ энергию путем многократного прохождения промодулированного лазерного излучения по замкнутому контуру с использованием предлагаемого изобретения, где: 1 - пучок лазерного излучения; 2 - модулятор; 3 - модулированное лазерное излучение; 4, 4' - кристаллы кварца; 5, 5'- электромагнитные резонаторы СВЧ диапазона; 6 - контакт, нанесенный на поверхность кристалла кварца; 7 - коаксиальный кабель (или волновод); 8 - полупрозрачное зеркало; 9, 10, 11 - зеркала.

Пример 1 . Преобразование энергии лазерного излучения непрерывного действия в электромагнитную энергию СВЧ диапазона.

На фиг.1 исходное лазерное излучение непрерывного действия (1) с циклической частотой _o с помощью модулятора (2) модулируют по фазе (или частоте) гармоническими колебаниями постоянной частоты СВЧ диапазона.

Промодулированное лазерное излучение (3), которым облучают кристаллический кварц (4), распространяется в прозрачном кристалле кварца, помещенном в резонатор (5).

В схеме на фиг.1 в качестве резонатора (5) используется объемный прямоугольный резонатор СВЧ диапазона с резонансной частотой, совпадающей с частотой модуляции.

В качестве нелинейной среды без центра инверсии используется квадратичная нелинейная среда, а именно кристалл кварца.

Оптический диапазон прозрачности кристаллического кварца находится в пределах длин волн =0,15 - 4,5 мкм, кроме того, кварц прозрачен для электромагнитных волн СВЧ диапазона.

Поскольку резонансная частота резонатора совпадает с частотой модуляции (в данном примере резонансная частота является частотой основного колебания резонатора), то размер резонатора L _о вдоль направления распространения модулированного лазерного излучения, который совпадает с размером кристалла кварца (4), заполняющим этот резонатор, определяется следующим образом:

,

где n - коэффициент преломления кристалла кварца на частоте модуляции,

- циклическая частота модуляции,

С - скорость в вакууме.

Как известно спектр модулированного по фазе (или частоте) вышеуказанным образом лазерного излучения с частотой _o оказывается дискретным, симметричным относительно _o и содержащим множество боковых частот вида _n = _o ± n , где n = 1, 2, 3, ... с амплитудами, распределенными по функциям Бесселя.

Таким образом, при фазовой (или частотной) модуляции гармоническими колебаниями лазерного излучения, несущей частоте _o (частоте лазерного излучения до модуляции) соответствует в частотном спектре промодулированного лазерного излучения множество частот, равноотстоящих друг от друга на частоту модуляции .

Поэтому распространение модулированного по фазе (или частоте) лазерного излучения в нелинейной среде без центра инверсии (в данном случае в кристалле кварца) можно рассматривать как распространение совокупности гармоник (спектральных составляющих) модулированного излучения, т.е. совокупности гармонических волн с частотами _n = _o ± n , где n = 1, 2, 3 ... и амплитудами, распределенными по функциям Бесселя.

Можна показати, що довжина когерентної взаємодії (довжина когерентності) L _ко (L _ко - максимальна відстань в кристалі кварцу, на якому набіг фаз для всіх взаємодіючих в цьому кристалі гармонік модульованого випромінювання і хвиль, що генеруються СВЧ діапазону з частотою, що збігається з частотою модуляції, щодо один одного не перевищує (180 ^o)) описується виразом:

,

де n - Коефіцієнт заломлення кристала кварцу на частоті модуляції,

- Циклічна частота модуляції,

n _грн - коефіцієнт заломлення на нижній межі оптичного діапазону кристала кварцу.

З порівняння виразів (1) і (2) легко отримати, що L _про <L _ко.

Отже в даному випадку умова синхронізму для всіх взаємодіючих хвиль в кристалі кварцу виконується автоматично без прийняття спеціальних заходів, внаслідок чого дані взаємодії є синфазними.

Таким чином, у схемі на фіг.1 промодулірованной лазерне випромінювання (3), яким опромінюють кристал кварцу (4), починає поширюватися в цьому прозорому кристалі, через нелінійність властивостей якого починають відбуватися синфазних взаємодії між гармоніками модульованого випромінювання і в результаті виникає генерація в даному кристалі електромагнітної хвилі НВЧ діапазону на частоті, що збігається з частотою модуляції, тобто виникає генерація НВЧ випромінювання. Генерація НВЧ випромінювання відбувається через те, що внаслідок биття гармонік модульованого лазерного випромінювання в кристалі кварцу виникають хвилі нелінійної поляризації на разностной частоті, що збігається з частотою модуляції НВЧ діапазону, які і є джерелом генерується СВЧ випромінювання (в даному випадку джерелом генерується електромагнітної хвилі НВЧ діапазону з частотою, рівній частоті модуляції).

При подальшому поширенні модулированного лазерного випромінювання в кристалі кварцу відбуватимуться синфазних взаємодії між гармоніками модульованого випромінювання і генеруються СВЧ випромінюванням, які призведуть до подальшого зростання потужності генерується СВЧ випромінювання з частотою, що збігається з частотою модуляції, тобто буде відбуватися перетворення енергії лазерного випромінювання в НВЧ енергію.

Для збільшення ефективності даного перетворення енергії в схемі на фіг.1 здійснюють накопичення перетвореної енергії СВЧ діапазону за допомогою прямокутного СВЧ резонатора (5) з резонансною частотою, що збігається з частотою модуляції, причому накопичення перетвореної енергії в даному випадку відбувається наступним чином.

При проходженні вздовж осі Z модулированного лазерного випромінювання через кристал кварцу генерується в ньому СВЧ випромінювання і поширюється уздовж осі Z. Потім це СВЧ випромінювання відбивається від стінки резонатора і поширюється в зворотному напрямку, при цьому взаємодії з гармоніками модульованого випромінювання не відбувається. Відбившись від другої стінки резонатора, СВЧ випромінювання з частотою, рівній частоті модуляції, виявляється в фазі саме з собою і з гармоніками модульованого випромінювання і процес генерації НВЧ випромінювання при здійсненні умови синхронізму для всіх взаємодіючих в кристалі кварцу хвиль повториться. Таким чином, СВЧ випромінювання з частотою, рівній частоті модуляції, періодично відбиваючись від стінок резонатора, буде проходити через кристал кварцу неодноразово, кожен раз посилюючись. Таким чином енергія генерується в кристалі кварцу (4) СВЧ випромінювання буде накопичуватися в високодобротні резонаторі (5) протягом тривалого часу.

Позначимо добротність резонатора (5) через Q, а амплітуду генерованого в кристалі кварцу СВЧ випромінювання з частотою, рівній частоті модуляції за один прохід - через U _0. Очевидно, що амплітуда U СВЧ поля, накопиченого за Q проходів в резонаторі, визначається:

U = Q · _U o (3)

Чим вище добротність резонатора (5), тим ефективніше протікає дане перетворення енергії, і тим більше величина ККД даного перетворення.

Зупинимося на вимогах до стабільності частоти модуляції в даному способі перетворення енергії. Очевидно, що час когерентності модулирующих коливань має перевершувати час, протягом якого перетворена енергія накопичується в резонаторі (5).

В результаті для схеми перетворення енергії на фіг. 1 легко отримати:

,

де - Ширина смуги частоти модуляції,

Q - добротність резонатора

Як модуляторів, які здійснюють модуляцію по фазі (або частоті) вихідного лазерного випромінювання (1) гармонійними коливаннями постійної частоти НВЧ діапазону можуть використовуватися електрооптичні модулятори, що працюють на ефекті Поккельса.

Даним модулятором може бути і дзеркало, що коливається з постійною частотою НВЧ діапазону. З цією метою дзеркало або безпосередньо кріпиться на торець пьезопреобразователя, або покриття, що відбиває напилюється на торець пьезопреобразователя. При подачі електромагнітного сигналу з постійною частотою НВЧ діапазону на пьезопреобразователь він починає вібрувати з цією частотою разом з дзеркалом, або з дзеркальним покриттям за рахунок зворотного п'єзоелектричного ефекту. Початкове лазерне випромінювання (1), відбите від такого коливається з постійною частотою НВЧ діапазону дзеркала, виявляється промодулірованним як описано вище.

Приклад 2. Те ж, що і в прикладі 1, тільки для підвищення ефективності даного перетворення енергії як СВЧ резонатора (5) використовують надпровідний резонатор СВЧ діапазону (Кріоелектронний надпровідний резонатор). Дані резонатори мають дуже високою добротністю Q (Q> 10 ⁹⁾ в СВЧ діапазоні та, як показують розрахунки, в цьому випадку ККД розглянутого перетворення енергії може досягати величини 90% навіть при відносно невеликих потужностях (близько одного вата) вихідного лазерного випромінювання безперервної дії.

Приклад 3. Те ж, що і в прикладі 1, тільки в якості вихідного лазерного випромінювання використовують лазерне випромінювання імпульсного дії за умови, що час тривалості імпульсу лазерного випромінювання істотно перевершує період модулирующих гармонійних коливань постійної частоти НВЧ діапазону.

Приклад 4. Те ж, що і в прикладі 1, тільки вихідне лазерне випромінювання (1) модулюють за амплітудою коливань постійної частоти НВЧ діапазону прямокутної форми (тобто здійснюють амплітудну модуляцію періодичними негармоническими коливаннями постійної частоти).

Приклад 5. Те ж, що і в прикладі 1, тільки перетворену і накопичену в резонаторі (5) енергію НВЧ діапазону виводять з резонатора, і за допомогою випромінюючої (передавальної) антени передають СВЧ енергію через вільний простір.

Приклад 6. Те ж, що і в прикладі 1, тільки для перетворення в енергію низькочастотних електромагнітних коливань промислової або як завгодно малої частоти (т. Е. Для перетворення в енергію змінного струму промислової частоти або в енергію постійного струму) перетворену і накопичену в резонаторі (5) енергію НВЧ діапазону виводять з резонатора і за допомогою СВЧ випрямляча здійснюють перетворення в енергію даних низькочастотних електромагнітних коливань.

ККД перетворення сучасних СВЧ випрямлячів (вакуумних або напівпровідникових), що є перетворювачами НВЧ енергії в енергію постійного або змінного струму, досягає 80-90%.

Результуючий ККД перетворення запропонованим способом енергії лазерного випромінювання в енергію постійного або змінного струму може досягати 70-80% при використанні надпровідних резонаторів з великою добротністю (кріоелектронних надпровідних резонаторів).

Приклад 7. Те ж, що і в прикладі 1, тільки в якості вихідного оптичного випромінювання (1), що підлягає даному перетворенню, використовують сонячне випромінювання.

У цьому випадку здійснюється перетворення енергії сонячного випромінювання в електромагнітну енергію НВЧ діапазону.

Розрахунки показують, що в даному прикладі, при використанні в якості резонатора (5) надпровідного резонатора (Кріоелектронний надпровідного резонатора) з високою добротністю, ККД перетворення енергії сонячного випромінювання в електромагнітну енергію НВЧ діапазону може досягати 70%.

Приклад 8. Те ж, що і прикладі 6, тільки в якості вихідного оптичного випромінювання (1), що підлягає даному перетворенню, використовують сонячне випромінювання.

В даному випадку здійснюється перетворення енергії сонячного випромінювання в енергію постійного або змінного струму промислової частоти.

Розрахунки показують, що при використанні надпровідних резонаторів ККД перетворення енергії в розглянутому прикладі може досягати 50- 60%.

Приклад 9. Те ж, що і в прикладі 7, тільки перетворення енергії сонячного випромінювання в електромагнітну енергію НВЧ діапазону виробляють на космічному об'єкті, розміщеному на геосинхронной орбіті, при цьому перетворену і накопичену в резонаторі (5) НВЧ енергію виводять з резонатора і за допомогою передавальної антени енергію СВЧ випромінювання передають на Землю, де НВЧ випромінювання вловлюється приймаючої антеною. Далі за допомогою СВЧ випрямлячів здійснюють остаточне перетворення в електричну енергію постійного або змінного струму промислової частоти.

В даному випадку для передачі перетвореної НВЧ енергії на Землю з найменшими втратами частоту модуляції сонячного випромінювання підбирають так, щоб резонансна частота резонатора (5) (а значить і, що збігається з резонансною частотою, частота перетвореного СВЧ випромінювання, переданого на Землю), що дорівнює частоті модуляції , перебувала в частотному діапазоні прозорості атмосфери.

Слід зазначити, що здійснення перетворення енергії сонячного випромінювання в енергію НВЧ випромінювання на космічному об'єкті, що знаходиться на геосинхронной орбіті, дозволить забезпечити безперервну передачу перетвореної НВЧ енергії на Землю, оскільки цей космічний об'єкт безперервно або почти безперервно освітлений Сонцем. Крім того, щільність сонячного випромінювання в космосі більше, ніж на Землі.

Приклад 10. Те ж, що і в прикладі 7, тільки при цьому використовують оптичні системи (лінзи, сферичні дзеркала і т. П.) Як для концентрації (фокусування) вихідного сонячного випромінювання, так і для додання пучку промодулірованной сонячного випромінювання заздалегідь заданої форми , в даному випадку форми вузького паралельного пучка, при його поширенні в кристалі кварцу.

Використання оптичних систем дозволяє підвищити ефективність даного перетворення енергії.

Приклад 11. Те ж, що і в прикладі 7, тільки здійснюють перетворення запропонованим способом енергії декількох потоків сонячного випромінювання одночасно за допомогою кількох схем, аналогічних схемою на фіг.1, кожна з яких перетворює енергію одного з потоків сонячного випромінювання.

При цьому всі канали для передачі перетвореної НВЧ енергії від кожного з потоків сонячного випромінювання (в даному прикладі всі коаксіальні кабелі, через які передають перетворену і накопичену в резонаторах НВЧ енергію) комутують в один загальний канал (загальний коаксіальний кабель), за яким передають результуючу перетворену СВЧ енергію від усіх потоків сонячного випромінювання.

Далі результуючу перетворену енергію від декількох потоків сонячного випромінювання або подають на випромінює СВЧ антену, з метою подальшої бездротової передачі перетвореної НВЧ енергії через вільний простір, або подають на СВЧ випрямлячі для перетворення в електричну енергію постійного або змінного струму.

Здійснення одночасного перетворення енергії від декількох потоків сонячного випромінювання з наступною комутацією каналів передачі перетвореної НВЧ енергії від кожного з потоків в один загальний канал для передачі результуючої перетвореної НВЧ енергії від усіх потоків дозволяє виробляти дане перетворення сонячної енергії в НВЧ енергію з більшої площі, т. Е . дозволяє збільшити енергію сонячного випромінювання, що підлягає перетворенню.

Приклад 12. Те ж, що і в прикладі 1, тільки кристал кварцу розміщується поза резонатора, при цьому перетворену електромагнітну енергію генерується в кристалі СВЧ випромінювання підводять до резонатора, в якому накопичують цю перетворену енергію.

На фіг. 2 показаний кристал кварцу (4) розміром L L _ко (див. Вираз (2) у прикладі 1), в якому при його опроміненні поширюється модулированное лазерне випромінювання (3). Генерується в кристалі СВЧ випромінювання з частотою, що збігається з частотою модуляції, за допомогою нанесеного на кристал контакту (6) і коаксіальногокабелю (7) (або хвилеводу), відводиться в СВЧ резонатор (5), налаштований тільки на частоту модуляції (тобто . резонансна частота резонатора збігається з частотою модуляції).

Якщо позначити амплітуду генерованого в кристалі кварцу СВЧ випромінювання через U _0, то амплітуда U вимушених СВЧ коливань, що встановилися в резонаторі, буде в Q разів перевищувати амплітуду впливає сигналу, в даному випадку амплітуду U ₀ генерується СВЧ випромінювання. Тому U = QU _0, де Q - добротність резонатора.

Приклад 13. Те ж, що і в прикладі 12, тільки для запобігання витоку накопичуваної перетвореної енергії з СВЧ резонатора (5) назад в кристал кварцу (4), тобто для розв'язки середовища і резонатора, додатково використовують ферритові вентилі, пропускають генерується в кристалі СВЧ випромінювання тільки в одному напрямку - від кристала кварцу (4) до резонатора (5).

Приклад 14. Те ж, що і в прикладі 12, тільки замість кристала кварцу (4), розміром L _про L _ко, використовують протяжну квадратичную нелінійну середу, що складається з набору кристалів кварцу, дотичних між собою, розміри L _кр яких вздовж напрямку поширення модульованого лазерного випромінювання менше або дорівнюють довжині когерентної взаємодії L _ко (L _кр L _ко), при цьому кристали кварцу орієнтовані одна відносно іншої так, щоб хвилі нелінійної поляризації (що виникають в кристалах внаслідок биття на разностной частоті, рівній частоті модуляції гармонік поширюється модулированного лазерного випромінювання) кожен раз при проходженні в інший кристал відчували стрибок фази на (180 ^o).

Якщо така квадратична нелінійна середовище складається з m-кристалів, причому розмір кожного кристала L _кр L _ко, то загальний розмір середовища L _о, на якому буде здійснюватися умова синхронізму для всіх взаємодіючих хвиль дорівнюватиме mL _ко, тобто L _про = mL _ко> L _ко.

В результаті для досягнення тих же ККД, що і в прикладі 12, потрібні резонатори меншою добротності.

Приклад 15. Те ж, що і в прикладі 12, тільки замість кристала кварцу (4) використовують оптичне волокно з монокристалічного кварцу (см.фіг.2), т. Е. Використовують кристал кварцу з волоконної геометрією.

У цьому випадку навіть при досить низьких рівнях потужності вихідного лазерного випромінювання досягаються великі напруженості оптичних полів за рахунок волоконної геометрії кристала кварцу, що підвищує ефективність даного перетворення енергії. Крім того, за рахунок даної геометрії кристала з'являється можливість управління дисперсією, тобто можливість здійснення умови синхронізму для всіх взаємодіючих хвиль в оптичному волокні з монокристала кварцу на відстані L _про> L _ко.

Приклад 16. Перетворення енергії лазерного випромінювання в енергію НВЧ поля з частотою, що збігається з подвоєною (кратної) частотою модуляції.

Те ж, що і в прикладі 12, тільки резонансна частота резонатора (5) збігається з подвоєною частотою модуляції, тобто резонатор налаштований на частоту кратну частоті модуляції, а саме, на подвоєну частоту модуляції. Крім того, для здійснення умови синхронізму між гармоніками модульованого випромінювання і генерується в кристалі кварцу електромагнітної СВЧ хвилею з частотою, рівній подвоєній частоті модуляції, розмір кристала кварцу L _про вибирають меншим, або рівним довжині когерентної взаємодії в даному випадку. В результаті в резонаторі (5), налаштованому на подвоєну частоту модуляції, буде відбуватися накопичення генеруються в кристалі СВЧ хвиль з частотою, рівній подвоєній частоті модуляції.

Довжина когерентної взаємодії в даному випадку, залежить від подвоєної частоти модуляції, в два рази менше довжини когерентної взаємодії, що визначається виразом (2) в прикладі 1.

Генерація НВЧ випромінювання (НВЧ хвиль) з частотою, рівній подвоєній частоті модуляції в кристалі кварцу, відбувається за рахунок виникнення в кристалі хвиль нелінійної поляризації на разностной частоті, рівній подвоєній частоті модуляції. Дані хвилі нелінійної поляризації, що є джерелом генерується в кристалі СВЧ випромінювання з подвоєною частотою модуляції, виникають внаслідок биття між гармоніками модульованого випромінювання з частотами _o і _o -2 , _o -2 і _o -4 і т.д., де _o - циклічна частота вихідного лазерного випромінювання, - Циклічна частота модуляції.

У розглянутому прикладі ефективне перетворення в енергію НВЧ поля з подвоєною частотою модуляції відбувається внаслідок того, що в СВЧ резонаторі, налаштованому на цю частоту, відбувається накопичення енергії, що генерується в кристалі кварцу СВЧ випромінювання тільки з подвоєною частотою модуляції, при цьому для ефективної генерації в кристалі даного СВЧ випромінювання необхідно здійснювати умова синхронізму для взаємодіючих гармонік модульованого випромінювання і генерується СВЧ випромінювання з подвоєною частотою модуляції.

Приклад 17. Те ж, що і в прикладі 12, тільки в якості нелінійного середовища без центру інверсії використовують кубічний нелінійну середу, вміщену в постійне електричне поле, а саме аміак (молекулярний газ NH _3), в присутності постійного електричного поля.

В цьому випадку до прозорої скляної колби, заповненої аміаком, постійне електричне поле прикладається за допомогою електродів.

Приклад 18. Те ж, що і в прикладі 17, тільки частоту модуляції підбирають чи майже власній частоті переходу між рівнями аміаку, яка лежить в СВЧ діапазоні та дорівнює = 23870 МГц.

У цьому випадку за рахунок резонансного зростання кубічний нелінійної сприйнятливості даного середовища ефективність перетворення енергії зростає.

Приклад 19. Те ж, що і в прикладі 18, тільки додатково стандартними методами створюють інверсію населенностей між відповідними рівнями аміаку (NH ₃₎ з власною частотою переходу = 23870 МГц, наприклад за допомогою електричного розряду або за допомогою постійного в часі, але неоднорідного в просторі електричного або магнітного поля.

В цьому випадку при розповсюдженні лазерного модульованого випромінювання генерується в даній нелінійної середовищі СВЧ випромінювання з частотою, рівній частоті модуляції і збігається з даною частотою переходу, буде додатково посилюватиметься за рахунок наявності негативного поглинання, викликаного активністю середовища на даній частоті (тобто за рахунок наявності інверсіїзаселеність між даними рівнями).

Приклад 20. Те ж, що і в прикладі 12, тільки для накопичення перетвореної енергії використовують кілька резонаторів з однієї і тієї ж резонансною частотою, рівній частоті модуляції, об'єднаних в каскади через ферритові вентилі, пропускають перетворену і накопичується НВЧ енергію тільки в одному напрямку від резонатора попереднього каскаду до резонатора наступного каскаду. Для цього перетворену енергію, накопичену в резонаторі (5) першого каскаду, за допомогою коаксіального кабелю або хвилеводу підводять через феритовий вентиль до наступного резонатору з тієї ж резонансною частотою (резонатор другого каскаду), в якому процес накопичення перетвореної енергії продовжиться. З резонатора другого каскаду накопичена перетворена СВЧ енергія можемо підводити до резонатора третього каскаду і т.д.

В даному випадку ферритові вентилі використовуються для запобігання впливу кожного наступного резонатора на попередній.

Приклад 21. Те ж, що і в прикладі 12, тільки в якості модулятора (2) використовують електрооптичний модулятор біжучої хвилі, за допомогою якого модулюють вихідне лазерне випромінювання по фазі гармонійними коливаннями постійної частоти НВЧ діапазону. При цьому одна частина кристала кварцу (4) за рахунок його електрооптичних властивостей є середовищем електрооптичних модулятора біжучої хвилі, а за рахунок наявності нелінійних властивостей в цьому ж кристалі кварцу відбувається генерація НВЧ випромінювання (НВЧ хвиль) з частотою, рівній частоті модуляції, енергію якого підводять до резонатора (5) і накопичують в ньому.

В даному прикладі модуляцію оптичного випромінювання і генерацію СВЧ випромінювання здійснюють в одній і тій же нелінійної середовищі (кристалі кварцу).

Приклад 22. Те ж, що і в прикладі 21, тільки накопичення енергії генеруються в кристалі СВЧ хвиль з частотою, рівній частоті модуляції здійснюють за допомогою кварцового резонатора за рахунок п'єзоелектричних властивостей кристала кварцу. Для цього, частоту модуляції підбирають так, щоб частота генеруючих в кристалі кварцу СВЧ хвиль, що дорівнює частоті модуляції, і збігалася з власною частотою механічних коливань кристала кварцу.

В даному випадку всі етапи даного способу перетворення енергії (модуляцію оптичного випромінювання, генерацію хвиль НВЧ діапазону і накопичення перетвореної НВЧ енергії) виробляють в одній і тій же середовищі (в даному прикладі в кристалічному кварці) за рахунок наявності електрооптичних, нелінійних і п'єзоелектричних властивостей у цій середовища.

Приклад 23. Те ж, що і в прикладі 12, тільки, для зниження втрат, що виникають при відведенні з кристала кварцу генерується СВЧ випромінювання і підводі його до резонатора, використовують НВЧ резонатор з ємнісним зазором, в якому розміщують даний кристал кварцу, опромінюваний лазерним випромінюванням.

На фіг. 3 кристал кварцу (4) розміром L _про L _ко, в якому поширюється модулированное лазерне випромінювання (3), поміщений в ємнісний зазор тороїдального резонатора (5) з резонансною частотою, що збігається з частотою модуляції, що лежить в СВЧ діапазоні.

Приклад 24. Перетворення енергії вихідного лазерного випромінювання в електромагнітну енергію низькочастотної частини радіодіапазону.

Те ж, що і в прикладі 23, тільки для перетворення в електромагнітну енергію низькочастотної частини радіодіапазону в якості резонатора (5) використовують коливальний контур, між обкладинками конденсатора якого розміщують кристал кварцу (4) розміром L _про L _ко. При цьому резонансна частота коливального контуру, збігається з частотою модуляції, яка знаходиться в низькочастотної частини радіодіапазону.

Приклад 25. Осуществление усиления электромагнитных СВЧ сигналов с использованием предлагаемого способа преобразования энергии.

То же, что и в примере 23, только для усиления СВЧ сигнала, формируемого от независимого СВЧ генератора и представляющего собой электромагнитные СВЧ колебания, этими усиливаемыми СВЧ колебаниями осуществляют модуляцию исходного лазерного излучения (1) с помощью модулятора (2) вышеуказанным образом (см. фиг. 3), для чего усиливаемые СВЧ колебания подают на вход модулятора. При этом резонансная частота резонатора (5), накапливающего преобразованную СВЧ энергию, совпадает с частотой модуляции, т.е. с частотой усиливаемых исходных колебаний, которыми модулируют лазерное излучение.

При выводе преобразованной и накопленной энергии из резонатора получают высокочастотные колебания более мощные, чем исходные и с той же частотой. Происходит усиление исходных СВЧ колебаний, которыми модулируют лазерное излучение.

Усиление происходит за счет преобразования энергии лазерного излучения в энергию СВЧ колебаний данной частоты.

Пример 26 . Осуществление генерации электромагнитных СВЧ сигналов. То же, что и в примере 25, только для самовозбуждения, т.е. для генерации электромагнитных СВЧ колебаний, с помощью цепи обратной связи осуществляют положительную обратную связь между резонатором (5), в котором происходит накопление преобразованной энергии (выходом схемы усиления) и входом модулятора (2) (входом схемы усиления).

Как известно, под обратной связью понимают передачу сигналов с выхода схемы на ее вход, при этом при осуществлении положительной обратной связи происходит генерация.

В данном примере для осуществления положительной обратной связи часть преобразованной и накопленной в резонаторе (5) энергии с помощью цепи обратной связи передают на вход модулятора для модуляции исходного оптического излучения.

Пример 27 . Осуществление умножения частот СВЧ сигналов.

То же, что и в примере 25, только для умножения частот, т.е. для увеличения в целое число раз частоты СВЧ колебаний, резонансную частоту резонатора (5) подбирают кратной частоте модуляции, т.е. _рез = n , где n - целое число, характеризующее кратность.

В этом случае происходит преобразование энергии лазерного излучения в энергию СВЧ поля с частотой кратной частоте модуляции.

Эффективное преобразование в энергию СВЧ поля с частотой, кратной частоте модуляции, происходит вследствие того, что в СВЧ резонаторе, настроенном на эту частоту, происходит накопление энергии генерируемого в кристалле кварца СВЧ поля только с частотой, кратной частоте модуляции, при этом для эффективной генерации в кристалле данного СВЧ поля осуществляется условие синхронизма для взаимодействующих гармоник модулированного излучения и генерируемого СВЧ поля с частотой, кратной частоте модуляции.

Так же как и в примере 25, с целью осуществления условия синхронизма, размер кристалла кварца L _о выбирают меньшим, либо равным длине когерентного взаимодействия L _ког (L _о L _ког ). Однако в рассматриваемом случае длина когерентного взаимодействия зависит от данной частоты, кратной частоте модуляции, и в n-раз меньше длины когерентного взаимодействия, определяемого выражением (2) в примере 1.

В результате при выводе преобразованной и накопленной СВЧ энергии из резонатора получают электромагнитные СВЧ колебания с частотой, в целое число раз превышающей частоту исходных электромагнитных СВЧ колебаний, которыми модулируют лазерное излучение, т.е. осуществляют умножение частот.

Пример 28 . Осуществление преобразования энергии лазерного излучения в электромагнитную энергию СВЧ диапазона с помощью нескольких участков нелинейной среды без центра инверсии с соответствующими этим участкам резонаторами.

Для осуществления данного преобразования используют последовательное расположение по ходу распространения промодулированного лазерного излучения нескольких участков нелинейной среды без центра инверсии с соответствующими этим участкам резонаторами, накапливающими преобразованную на каждом из участков этой среды энергию.

На фиг.4 несколько кристаллов кварца (4),(4') с соответствующими резонаторами (5),(5') расположены последовательно по ходу распространения модулированного лазерного излучения.

В данном случае в качестве СВЧ резонаторов используют объемные тороидальные резонаторы с одинаковыми резонансными частотами, совпадающими с частотой модуляции СВЧ диапазона. Размеры L _о кристаллов кварца (4), (4') вдоль распространения модулированного лазерного, излучения одинаковы и подобраны исходя из осуществления условия синхронизма для взаимодействующих в кристаллах гармоник модулированного лазерного излучения и генерируемого СВЧ излучения с частотой модуляции. На фиг.4, L _о L _ког , где L _ког определяется из выражения (2) в примере 1.

Модулированное лазерное излучение (3) проходит через кристалл кварца (4), размещенный в емкостном зазоре тороидального резонатора (5), в результате чего происходит преобразование части промодулированного лазерного излучения в СВЧ энергию с последующим ее накоплением.

Оставшаяся непреобразованная часть энергии промодулированного лазерного излучения испытывает дальнейшее преобразование в СВЧ энергию на следующем кристалле кварца (4'), расположенном в емкостном зазоре резонатора (5'), в котором происходит накопление преобразованной энергии, и т.д.

Очевидно, что применение нескольких участков нелинейных сред без центра инверсии с соответствующими этим участкам резонаторами при тех же значениях КПД, что и в примере 23, позволяет снизить требования к величине добротности резонаторов, либо повысить эффективность данного преобразования энергии при тех же значениях добротности.

Пример 29 . Осуществление преобразования энергии лазерного излучения в СВЧ энергию с использованием многократного прохождения модулированного лазерного излучения по замкнутому контуру.

Высокие значения КПД предлагаемого преобразования энергии при невысоких значениях добротностей резонаторов можно и добиться, используя многократное прохождение модулированного оптического излучения по замкнутому контуру через один и тот же участок нелинейной среды без центра инверсии, а накопление преобразованной энергии при этом производить в соответствующем этому участку резонаторе вышеуказанным образом.

На фіг. 5 кристалл кварца (4), размером L _о L _ког (см.выражение (2) в примере (1)), расположенный в емкостном зазоре соответствующего тороидального СВЧ резонатора (5), одновременно находится в оптическом кольцевом резонаторе, состоящем из зеркал (9), (10), (11) и полупрозрачного зеркала (8).

В данном случае с помощью полупрозрачного зеркала (8) и зеркал (9), (10), (11) оптического кольцевого резонатора обеспечивается многократное прохождение модулированного лазерного излучения через данный кристалл (4) с соответствующим СВЧ резонатором (5), резонансная частота которого равна частоте модуляции, при этом энергия генерируемого в кристалле кварца на каждом проходе СВЧ излучения накапливается в тороидальном резонаторе (5), что и приводит к повышению КПД данного преобразования по сравнению с однократным прохождением.

Пример 30 . То же, что и в примере 29, только для многократного прохождения модулированного лазерного излучения по замкнутому контуру используют оптический резонатор Фабри-Перо, между двумя зеркалами которого помещают кристалл кварца, размером L _о L _ког , с соответствующим ему тороидальным СВЧ резонатором, резонансная частота которого равна частоте модуляции.

В этом случае с помощью двух плоских зеркал открытого оптического резонатора (резонатора Фабри-Перо) осуществляют многократное прохождение модулированного лазерного излучения через данный кристалл кварца, расположенный в емкостном зазоре тороидального СВЧ резонатора, при этом, на каждом проходе преобразованнная СВЧ энергия будет накапливаться в данном СВЧ резонаторе.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Способ преобразования энергии оптического излучения с произвольной шириной спектра в энергию электромагнитных колебаний или волн радио- или более низкочастотного диапазона, включающий облучение оптическим излучением среды, в которой происходит преобразование энергии оптического излучения, отличающийся тем, что оптическое излучение модулируют во времени колебаниями постоянной частоты радио- или более низкочастотного диапазона таким образом, чтобы в частотном спектре модулированного оптического излучения каждой несущей частоте исходного немодулированного оптического излучения соответствовало множество частот, равноотстоящих друг от друга на частоту модуляции, в качестве среды используют нелинейную среду без центра инверсии, в которой происходит преобразование энергии промодулированного оптического излучения в виде генерации электромагнитных колебаний или волн радио- или более низкочастотного диапазона, и которая прозрачна как для частот оптического диапазона, так и для частот генерируемых в ней электромагнитных колебаний или волн радио- или более низкочастотного диапазона, преобразованную энергию генерируемых в данной нелинейной среде без центра инверсии электромагнитных колебаний или волн радио- или более низкочастотного диапазона накапливают с помощью одного или нескольких электромагнитных резонаторов, резонансная частота которых совпадает с частотой генерируемых электромагнитных колебаний или волн радио- или более низкочастотного диапазона и равна либо кратна частоте модуляции, при этом осуществляют условие синхронизма для взаимодействующих в данной нелинейной среде без центра инверсии гармоник модулированного оптического излучения и генерируемых электромагнитных колебаний или волн радио- или более низкочастотного диапазона, энергия которых накапливается с помощью одного или нескольких резонаторов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют преобразование в энергию электромагнитных колебаний или волн СВЧ или более низкочастотного диапазона и передают преобразованную и накопленную энергию с помощью излучающей антенны через свободное пространство.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют преобразование в энергию электромагнитных колебаний или волн СВЧ или более низкочастотного диапазона, затем преобразованную и накопленную энергию СВЧ или более низкочастотного диапазона дополнительно с помощью выпрямителей преобразуют в энергию низкочастотных электромагнитных колебаний промышленной частоты или любой сколь угодно малой частоты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуляцию осуществляют по фазе или частоте гармоническими колебаниями.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейной среды без центра инверсии используют квадратичную нелинейную среду.

6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что в качестве нелинейной среды без центра инверсии используют кристаллический кварц.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейной среды без центра инверсии используют кубичную нелинейную среду, помещенную в постоянное электрическое поле.

8. Способ по п.1 или 7, отличающийся тем, что в качестве нелинейной среды без центра инверсии используют кубичную нелинейную среду, помещенную в постоянное электрическое поле, у которой одна из собственных частот перехода равна или близка, либо кратна частоте генерируемых в этой среде колебаний или волн, энергия которых накапливается с помощью резонаторов.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейной среды без центра инверсии используют нелинейную среду без центра инверсии, дополнительно обладающую отрицательным поглощением на частоте генерируемых в этой среде колебаний или волн, энергия которых накапливается с помощью резонаторов.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нелинейной среды без центра инверсии используют нелинейную среду без центра инверсии, размер которой вдоль направления распространения модулированного оптического излучения не превышает длину когерентного взаимодействия.

11. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості нелінійного середовища без центру інверсії використовують набір нецентросиметричних кристалів, що стикаються між собою, розмір яких вздовж напрямку поширення модульованого оптичного випромінювання не перевищує довжину когерентного взаємодії, при цьому нецентросиметричних кристали орієнтовані одна відносно іншої так, щоб хвилі нелінійної поляризації в кристалах кожен раз при проходженні в інший кристал відчували стрибок фази на .

12. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості нелінійного середовища без центру інверсії використовують нелінійну середу без центру інверсії з волоконної або хвилеводної геометрією.

13. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості резонаторів використовують один резонатор СВЧ-діапазону, а нелінійну середу без центру інверсії розміщують всередині нього.

14. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості резонаторів використовують один резонатор СВЧ-діапазону, а нелінійну середу без центру інверсії розміщують поза цим резонатора, при цьому перетворену енергію генеруються в цьому середовищі коливань або хвиль підводять до резонатора.

15. Спосіб за п.1 або 14, який відрізняється тим, що між нелінійної середовищем без центру інверсії і резонатором розташовують розв'язує вентильний пристрій.

16. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості резонатора використовують один СВЧ-резонатор з ємнісним зазором, а нелінійну середу без центру інверсії розміщують в цьому зазорі.

17. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості резонатора використовують коливальний контур, при цьому нелінійну середу без центру інверсії розміщують між обкладинками конденсатора даного коливального контуру.

18. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості резонатора використовують надпровідний резонатор.

19. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що накопичення перетвореної енергії здійснюють шляхом послідовного розташування по ходу поширення промодулірованной оптичного випромінювання декількох ділянок нелінійного середовища без центру інверсії з відповідними цим ділянкам резонаторами, що накопичують перетворену на кожній з ділянок цього середовища енергію.

20. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що накопичення здійснюють шляхом багаторазового проходження модульованого оптичного випромінювання по замкнутому контуру через один і той же ділянку нелінійного середовища без центру інверсії з відповідним резонатором, що накопичує енергію, перетворену на цій ділянці середовища.

21. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що накопичення перетвореної енергії здійснюють за допомогою декількох резонаторів з однієї і тієї ж резонансною частотою, при цьому резонатори об'єднують в каскади через вентильні елементи, які пропускають накапливаемую перетворену енергію в одному напрямку від резонатора попереднього каскади до резонатору наступного каскаду, причому нелінійну середу без центру інверсії розташовують як всередині резонатора першого каскаду, так і поза ним.

22. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що модуляцію оптичного випромінювання і перетворення енергії у вигляді генерації електромагнітних коливань або хвиль здійснюють в одній і тій же нелінійної середовищі без центру інверсії, що володіє електрооптичні властивості.

23. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що перетворення енергії здійснюють в одній і тій же нелінійної середовищі без центру інверсії, що володіє додатково електрооптичними і п'єзоелектричні властивості, при цьому власна частота пружних коливань даного середовища повинна збігатися з частотою генеруються в цьому середовищі електромагнітних коливань або хвиль, а в якості резонатора використовують п'єзоелектричний резонатор, частиною якого і є дана середу.

24. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що модуляцію здійснюють високочастотними електромагнітними коливаннями, що підлягають посиленню, при цьому резонансну частоту одного або декількох резонаторів вибирають рівною частоті модуляції.

25. Спосіб за п.1 або 24, який відрізняється тим, що здійснюють позитивний зворотний зв'язок за допомогою ланцюга зворотного зв'язку між перетвореними коливаннями, енергія яких накопичується в резонаторі, і модулюють електромагнітними коливаннями.

26. Спосіб за п. 1 або 24, який відрізняється тим, що резонансну частоту одного або декількох резонаторів вибирають кратною частоті модуляції.

27. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості оптичного випромінювання використовують лазерне випромінювання безперервної дії.

28. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості оптичного випромінювання використовують лазерне випромінювання імпульсного дії за умови, що час тривалості імпульсу істотно перевершує період модулирующих коливань.

29. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості оптичного випромінювання використовують випромінювання Сонця.

30. Спосіб за п.29, який відрізняється тим, що здійснюють перетворення енергії на космічному об'єкті з подальшою передачею перетвореної енергії електромагнітних хвиль НВЧ-діапазону на Землю, при цьому частоту модуляції сонячного випромінювання підбирають так, щоб резонансна частота одного або декількох резонаторів перебувала в межах частотного діапазону прозорості атмосфери.

31. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що використовують оптичні системи для фокусування оптичного випромінювання і додання пучку промодулірованной оптичного випромінювання заздалегідь заданої форми при його поширенні в нелінійної середовищі без центру інверсії.

32. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що здійснюють паралельне перетворення енергії декількох потоків оптичного випромінювання одночасно, при цьому перетворену і накопичену енергію від кожного потоку оптичного випромінювання направляють в один загальний канал для передачі результуючої перетвореної енергії від усіх потоків оптичного випромінювання.

Версія для друку
Дата публікації 08.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів