¿Qué se entiende por frecuencia de Larmor en un material ferromagnético? ¿De qué depende dicha frecuencia?

Cuando se aplica un campo magnético externo en un material ferromagnético se ejercerá una fuerza de torque sobre el dipolo magnético que provocará un movimiento de precesión similar al de un trompo alrededor de un eje vertical. La frecuencia de precesión o de Larmor es proporcional al campo externo

Depende de m=Spin, ,

s=Momento angular

Ferrita Polarizada por Campos Magnéticos DC y AC

Partiendo de una ferrita polarizada por un campo magnético DC y un campo magnético variable (AC) de menor magnitud, se agrega al campo DC una señal AC de microondas de pequeño valor, ello causará una precesión forzada a la frecuencia de la señal alterna.

El campo magnético total será

Lo cual produce una magnetización en ferrita

donde se ha supuesto que el campo externo está en la dirección del eje z.

Este resultado se sustituye en las ecuaciones de movimiento lo cual eventualmente permite hallar una relación entre la magnetización y el campo (AC) como:

Donde

Finalmente el flujo se halla sumando la magnetización al valor de espacio libre lo que permite definir una permitividad tensorial como:

¿Qué entiende usted por Emisión Estimulada de Radiación?

Una fuente externa, denominada bomba, inyecta energía al material para llevarlo a un estado “activado”. Este es un estado inestable por lo que el material regresa espontáneamente al estado base emitiendo un fotón cuya energía corresponde al diferencial de energía entre las bandas. Sin embargo, si un fotón de similar energía impacta al átomo excitado antes de que se produzca la emisión espontánea, entonces se obtienen dos fotones de igual energía pero coherentes y colimados. La “amplificación” obtenida es 2, este efecto repetido innumerables veces produce un efecto neto extremadamente grande. Para ello se utiliza una cavidad (de espejos) que mantiene rebotando los haces de luz de manera que atraviesen el material activo múltiples veces.

Si bien el modelo de dos niveles es suficiente para explicar los principios básicos de la emisión estimulada de radiación, en la práctica se utilizan materiales con un número mayor de niveles. La razón de ellos radica en mejorar la eficiencia del dispositivo. Los procesos de absorción, emisión espontánea y emisión estimulada ocurren de manera continua dentro del material de manera que se establece un equilibrio termodinámico entre ellos. La energía útil que podrá obtenerse del dispositivo depende de las densidades relativas (llamadas poblaciones) de los estados base y excitado respectivamente: para que se obtenga un dispositivo útil la densidad de electrones en el estado excitado debe superar a las del estado base, lo cual se conoce como inversión de población. Pero no es posible mantener en forma continua la inversión de población en un láser de sólo dos niveles; en consecuencia, los primeros láseres fueron siempre pulsantes. Sin embargo, si existen más de dos niveles de energía será posible mantener una inversión de población de manera continua utilizando una bomba que inyecte la energía externa para salvar los niveles cuánticos más extremos y aprovechando los niveles intermedios para la amplificación de la luz.

¿Qué es EDFA?

EDFA significa Erbium Doped Fiber Amplifier (Amplificador de Fibra Dopada con Erbio). Este es un dispositivo amplificador de luz que se utiliza en sistemas de comunicaciones de fibras ópticas para alcanzar grandes distancias. Se usa principalmente en cables submarinos de fibras ópticas.

Debido a la manera en que se transfiere la energía desde el láser externo (llamado bomba) a la estructura, los EDFA tienen un gran ancho de banda lo cual los hace ideales para los sistemas de comunicaciones digitales de banda ancha de hoy en día.

Una sola “bomba” puede amplificar un gran número de portadoras luminosas como en los sistemas DWDM

¿Qué entiende usted por modulación en velocidad y cómo se puede lograr en un tubo de microondas lineal?

Uno de los mecanismos más utilizados para la producción del efecto de resistencia negativa es la denominada modulación de velocidad de los portadores de carga.

En el caso de los tubos al vacío los portadores de carga son electrones que se desplazan entre dos electrodos con polaridades opuestas llamados cátodo (emisor) y ánodo (el receptor de los electrones). Estos electrones ganan energía cinética al moverse entre los electrodos, la cual puede transferirse al campo de RF a través de los mecanismos apropiados. Para ello el flujo constante de electrones emitidos desde el cátodo es modulado de manera de convertirlo en una serie de pulsos de cargas que se inyectan a circuitos resonantes de una forma parecida a un amplificador clase C.

Para garantizar que los electrones se muevan en línea recta entre el cátodo y el ánodo, toda la estructura se halla inmersa en un fuerte campo magnético alineado con dicho eje.

Funcionamiento del Klystron

El campo eléctrico de polarización entre los primeros dos electrodos hace que los electrones sigan una trayectoria que los hace pasar por la primera cavidad. En esta cavidad los electrones están sujetos además al campo eléctrico de RF el cual imprime una aceleración (positiva o negativa) a los mismos haciéndoles cambiar de velocidad. La velocidad de los electrones a la salida dependerá de en qué porción del ciclo de la sinusoide ingresaron a la cavidad.

En el espacio entre ambas cavidades, esta diferencia de velocidad hará que algunos electrones más rápidos alcancen a otros más lentos pero que salieron primero produciendo una distribución espacial de cargas que tiene la misma forma que la señal moduladora.

La potencia de salida de un klystron depende del tamaño de la zona de desplazamiento (drift space) así como de la máxima densidad de empaquetamiento que pueda lograrse. Para poder alcanzar mayores potencias en posible utilizar más de dos cavidades, con lo cual se logra un efecto parecido a colocar varios klystrons en cascada

¿Qué es un Magnetrón?

Los electrones en un magnetrón no viajan en línea recta entre el cátodo y el colector. La función del campo magnético no es la de confinar a los electrones en una trayectoria rectilínea sino más bien en una espiral. De esta manera se puede alcanzar una longitud efectiva de trayecto equivalente a la de un tubo recto de mucho mayor tamaño. Asimismo, debido a que los electrodos se hallan mucho más cerca, es posible lograr una intensidad de campo eléctrico similar, pero con un voltaje mucho menor lo cual es una gran ventaja. Una serie de cavidades dispuesta alrededor del cátodo interacciona con el haz de electrones como se muestra en la figura. Para forzar a los electrones a seguir la trayectoria espiral se usa un campo magnético D.C. perpendicular a dicha trayectoria. A diferencia del klystron, el magnetrón es un oscilador, es decir, no requiere de una fuente de RF externa para su funcionamiento. Se comporta como un klystron en el cual la salida ha sido conectada a la entrada por lo que se obtiene un oscilador. Las múltiples cavidades en conjunto con la trayectoria espiral hace que los electrones interaccionen repetidas veces con el campo de RF cediendo de manera continua la energía cinética que ganan del campo eléctrico estático. No sólo se han utilizado en radares sino también en artefactos domésticos como los hornos de microondas