半導体光増幅器中での四光波混合の原理について質問です。

光増幅器にω1、ω2の二つの光を入力したとき、うなりによりΔω=ω2-ω1で電界の強度がゆらいでそれがキャリア密度などの変動を導き、利得や屈折率が変動し、ω1-Δωの新たな光を発生させると理解しています。
しかしこのとき利得や屈折率がΔωで変動することでω1ーΔωの周波数をもつ光が発生するメカニズムがあまり理解できません。

このことについて詳しい方ご回答をお願いいたします。

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変動 率」に関するQ&A: 変動率について

A 回答 (1件)

媒質に電界E(ω)が印加されると誘電分極P(ω)が起こりますが、分極には線形成分と非線形成分があり、後者が4光波混合に関係します。



特に3次の非線形分極P(3)(ω)が重要で、この分極が送信アンテナとして働いて、あらゆる周波数の光を放出すると言えばわかりやすいかも知れません。式で表すと、

 P(3)(ω)=∬χ(3)(ω)×E(ω1)E(ω2)E(ω-ω1-ω2)dω1dω2 (1)

となります。χ(3)は3次の感受率テンソルで、ω1,ω2,ω-ω1ω-ω2の関数であり、一般に0でない値をとります。

4光波混合は周波数ω1,ω2,ω3の光から、周波数ω=±ω1±ω2±ω3の光が3次以上の非線形光学効果によって発生する現象ですので、質問文にありますような現象は2次の非線形効果ではないでしょうか?
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この回答へのお礼

お礼を言うのが遅くなり申し訳ありません。
非常に参考になりました。
ありがとうございました。

お礼日時:2011/05/06 10:27

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Q鹿島アントラーズの鹿島は 鹿島建設の鹿島ですか?

鹿島アントラーズの鹿島は
鹿島建設の鹿島ですか?

Aベストアンサー

ちょっと誤解を与えそうな回答があるので補足します。

鹿島アントラーズの「鹿島」は地名です。
Jリーグクラブの名称は地名+愛称と決まっていて企業名はつけられません。
アントラーズの場合は、住友金属工業というチームがプロ化するに当たり、ホームスタジアムのある「鹿島町」を名称につけました。
その後、鹿島町が市になるにあたり、既に佐賀県に鹿島市があったので、市の名前は「鹿嶋市」として区別できるようにしましたが、クラブ名は「鹿島」のままになっています。
このあたりは、既に清水市がなくなった(静岡市に合併され静岡市清水区になった)のにクラブ名は「清水エスパルス」なのと同じですね。

というわけで、鹿島アントラーズは、佐賀県鹿島市とも鹿島(かじま)建設とも直接の関係はありません。

Qトランジスタの増幅回路(小信号増幅回路)と半導体デバイスの種類について

おはようございます。初めて投稿します。よろしくお願いします。

(1)トランジスタの増幅回路についてですが、増幅回路の負荷抵抗が
大きくなると、回路の応答速度が遅くなるのはなぜなのでしょうか?

(2)ダイオード、トランジスタ、サイリスタ以外の半導体デバイスには、
どういうものがあるのでしょうか?

教えて下さい。お願いします。

Aベストアンサー

(1)トランジスタの増幅回路についてですが、増幅回路の負荷抵抗が
大きくなると、回路の応答速度が遅くなるのはなぜなのでしょうか?
回答:いくつかの複合要因により応答速度が遅くなります。
普通の回転機械では負荷が重くなるとまわしにくくなりますね。それと同じ
ような現象が電気回路でも起きます。
(1)負荷抵抗が大きくなると出力信号も大きくなります。出力電圧が大きくなることでトランジスターなどの能動素子にかかっている電圧が下がり、能動素子の性能が低下するため。
(2)負か抵抗が大きいと負荷抵抗端に接続されている(次の段の)容量との充放電時定数がきいてきて、出力信号の応答が遅くなります。(波形がなまってきます。)
(3)負荷抵抗が大きいと出力電圧が大きくなりますが、同時に負荷抵抗端から見た浮遊容量や浮遊インダクタンスによる負帰還の影響が無視できなくなり
、等価的に出力電圧が下がるという現象がおきます。
というように、トランジスターなどの能動素子の機能低下、充放電時定数の影響、浮遊容量などによる負帰還の影響などにより応答速度が悪くなるのです。

(2)ダイオード、トランジスタ、サイリスタ以外の半導体デバイスには、
どういうものがあるのでしょうか?
回答:たくさんあります。
電界効果トランジスター(Field Effect Transistor)
トンネルダイオード、PINダイオード、LED(ホトダイオード)
LD(レーザダイオード)、ホトセンサー、磁気センサー、
温度センサーもあるかな。センサー(検知器)はたくさんありますね。

こんなのでいいかな?
参考まで

(1)トランジスタの増幅回路についてですが、増幅回路の負荷抵抗が
大きくなると、回路の応答速度が遅くなるのはなぜなのでしょうか?
回答:いくつかの複合要因により応答速度が遅くなります。
普通の回転機械では負荷が重くなるとまわしにくくなりますね。それと同じ
ような現象が電気回路でも起きます。
(1)負荷抵抗が大きくなると出力信号も大きくなります。出力電圧が大きくなることでトランジスターなどの能動素子にかかっている電圧が下がり、能動素子の性能が低下するため。
(2)負か抵抗が大きいと...続きを読む

QNMRの原理について(ゼーマン分裂に関する疑問点)

NMRの原理についての質問です。

NMRは、核スピン量子数が0でない原子核の磁気モーメントの変化を測定している事は理解できます。しかし、なぜ外部磁場によって磁気モーメントが磁場に平行なスピンと逆平行なスピンに分かれるのかが理解できないでいます。外部磁場を加えた瞬間に磁気モーメントを持つ全ての原子核が安定なスピン状態に反転しそうなものですが・・・・・・?

Aベストアンサー

No.4です。混乱させてしまったならすいません。

まず、細かい(けれど大切な)訂正です。

>量子力学ではスピン角運動量Lはスピン量子数IでL=I(h/2π)と表され、束縛状態ではL=m(h/2π)、m=I,I-1,…,-Iの値を取るように量子化されます。
>(陽子は)スピン量子数Iは1/2ですので、スピン角運動量はL=+1/2(h/2π),-1/2(h/2π)のみの値を取り得ます。

と書いてしまいましたが、正しくは、

・スピン角運動量Lはスピン量子数I でL=I(h/2π)と表され、束縛状態ではスピン角運動量の「磁場方向成分」はLz=m(h/2π)、m=I,I-1,…,-Iの値を取るように量子化されます(mまたはmzを磁気量子数と呼びます。また磁場方向=量子化軸をz軸と呼ぶ習慣があるので、Lzと書かれます)。
・(陽子は)スピン量子数Iは1/2ですので、スピン角運動量の「磁場方向成分」はLz=+1/2(h/2π),-1/2(h/2π)のみの値を取り得ます。

です。


さて、このことを受け入れるならば、
「中途半端な磁気モーメントの方向は許されないという結論は承知しております。その原因が古典力学的に説明が可能であるのか、あるいはエネルギー状態が量子化されているからという事なのかはっきりできないでいます。」
とおっしゃるのは???です。角運動量の磁場方向成分が量子化されていることにより=古典力学でなく量子力学により、中途半端な方向が許されないのです。


さて追加のコメントです。

>核磁気モーメントは外部磁場の方向を軸にして歳差運動をしますが、外部磁場の方向と磁気モーメントの成す角度は一定に保たれるはずであると考えます。
>核磁気モーメントと外部磁場平行のときにエネルギー極小になる角度+θと核磁気モーメントと外部磁場が逆平行のときにエネルギー極小になる角度-θです。

少し違います。核磁気モーメントと磁場方向のなす角度は±θではなくて、θと(180°-θ)です。また、このような角度になる理由は、
>エネルギー的に極小と成る角度
だからではありません。

角運動量Lの大きさは量子力学的には√(|L|^2)=(h/2π)√(I(I+1))です。これに対し、磁場方向成分の大きさはLz=m(h/2π)、m=I,I-1,…,-Iです。陽子(I=1/2)の場合、角運動量の大きさ(ベクトルの長さと考えて下さい)は√(|L|^2)=(h/2π)√(I(I+1))=(h/2π)√(1/2(1/2+1))=(h/2π)(√3)/2=0.866(h/2π)です。これに対して角運動量の磁場方向成分(ベクトルのz軸への射影)はLz=+1/2(h/2π),-1/2(h/2π)=±0.5(h/2π)です。ベクトルの長さがベクトルの射影より大きいのです。図を描いてみればすぐ分かりますが、これはベクトルが磁場方向から傾いていることにほかなりません。

すなわちスピンが磁場中に置かれると必ず、「斜め」上向きか、「斜め」下向きに傾くのです(これが上向き状態、下向き状態ということです)。


一方、Larmor才差運動についてはまったく古典力学からの帰結です。

古典力学により、磁場B0は(一般の)磁気モーメントμに対して、トルクN=μ×B0を与えます。ここでN、μ、B0はすべてベクトルで、×はベクトル積(外積)です。Nの方向は磁気モーメントμ自身および磁場B0の両方に垂直な方向になります。ただの磁気モーメントであれば、Nの方向を軸として磁気モーメントは回転運動をする=磁気モーメントが磁場に近づくような運動になります。

ところが「核」磁気モーメントの場合、現象はまったく違い、才差運動になります。これも次のような古典力学から理解できます。

原子核は(スピンによる)角運動量Lをもちこれが核磁気モーメントμを作り出しています: μ=γL。角運動量Lをもった物体にトルクが働くと、その瞬間的変化量はdL=Ndtであることが古典力学(運動方程式N=dL/dt)から分かります。この結果、核磁気モーメントμが運動する方向はN=μ×B0の方向(核磁気モーメントμ自身および磁場B0の両方に垂直な方向)になります。各瞬間でそのような運動をすると、連続的な運動として核磁気モーメントμは外部磁場B0を軸として円錐状の軌跡を左ネジの方向に描く「首振り運動」をすることが分かります。この首振り運動のことをLarmor才差運動と呼びます。

なお、同様の運動としてしばしば例に挙げられるのは、傾いて自転しているこまの軸の才差運動です。傾いたこまは重力と地面からの抗力を受け、その軸が一致していないためトルク(力のモーメント)を受けます。こまは自転している限り角運動量をもつので、トルクによって発生する運動は上に書いたのとまったく同じ理由で才差運動になります。


これで分かりますでしょうか?

ちなみにLarmor才差運動が古典力学で説明されることから、才差運動(首振り運動)の周波数を求めることは古典力学の演習問題です。少し計算すれば分かりますが、首振り運動の周波数はω0=γB0になります。すなわち、量子力学でエネルギーレベルの差として登場したLarmor周波数ω0が、古典力学で才差運動の周波数ω0として再登場するのです。NMRを理解するにはLarmor周波数の両方の意味を理解することが必要になります。

No.4です。混乱させてしまったならすいません。

まず、細かい(けれど大切な)訂正です。

>量子力学ではスピン角運動量Lはスピン量子数IでL=I(h/2π)と表され、束縛状態ではL=m(h/2π)、m=I,I-1,…,-Iの値を取るように量子化されます。
>(陽子は)スピン量子数Iは1/2ですので、スピン角運動量はL=+1/2(h/2π),-1/2(h/2π)のみの値を取り得ます。

と書いてしまいましたが、正しくは、

・スピン角運動量Lはスピン量子数I でL=I(h/2π)と表され、束縛状態ではスピン角運動量の「磁場方向成分」はLz=m(h/2π...続きを読む

Q反転増幅器と差動増幅回路

増幅回路についての質問です。
反転増幅器と差動増幅回路を接続して増幅する場合、どちらを初弾にする方が望ましいのでしょうか?また、それはなぜですか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

反転増幅回路の後に差動増幅回路を置いても何も得るものは無いと思います。
初段に非反転増幅回路(+入力用と-入力用を別々に計2つ)をおいて、その後に差動増幅回路をおくと、入力インピーダンスが高くなるので、そういう必要がある場合によく使われます。

Q測定器とはどんな原理で測定できるのかを教えてくださ

今ある測定器はどんな原理で測定できるのか、その原理を述べよ。という課題(問題文はそのままではないですが、こういう問題です。)がわからなくて困っています。わかる方いましたら教えていただきたいです。;

Aベストアンサー

 高校生の方か、大学生の方かわかりませんが、課題が原理的な回答を求めているので、大学生の方として回答します。また#2さんに従い、自分の思う正解は書きません。

 でもですね、考えてみて下さい。測定器とは工業製品です。よって、物理学でわかっている事しかやらないんですよ。例えば力学です。力はまず接触型の測定器で計測できます。バネ秤です。そこに使われる原理は、静力学です。

 でも物体内部に作用している応力は、物体の変形量から推測できます。それを測るのは歪みゲージという接触型測定器で、出力は、歪みゲージという電線の抵抗値を計測する、ホイットストーンソン・ブリッジ回路により組み立てられています。物体に貼り付いた歪みゲージの長さに抵抗は比例するから、抵抗値がわかれば物体の変形量を知る事ができ、それから応力を算定できるという手順です。このとき基礎にあるのは、電磁気学と連続体力学です。

 もう一つだけ例をあげます。地震計です。地震計は原理的に言って加速度計です。原理的に言って、地震加速度は現地で測れるけれども、衛星軌道に存在するスピードガンでもない限り地震速度は、測れないからです。この違いを理解できるかどうかは、まさに力学の基本を理解しているかどうかに関わる話です。

 課題は今のような例を、一般化して語れという事ではないでしょうか?。確かに「今ある測定器はどんな原理で測定できるのか?」と言われたって、困りますよね。先生の意図はどういうものなのか?を、わからないなら、まず質問すべきと思います。どう質問すべきかわからないなら・・・。

 適当な質問さえすれば、この板の人たちは、十分な返答をしてくれると思います。だから自分の状況を、良く説明する事です。 

 高校生の方か、大学生の方かわかりませんが、課題が原理的な回答を求めているので、大学生の方として回答します。また#2さんに従い、自分の思う正解は書きません。

 でもですね、考えてみて下さい。測定器とは工業製品です。よって、物理学でわかっている事しかやらないんですよ。例えば力学です。力はまず接触型の測定器で計測できます。バネ秤です。そこに使われる原理は、静力学です。

 でも物体内部に作用している応力は、物体の変形量から推測できます。それを測るのは歪みゲージという接触型測定器で...続きを読む

Q増幅器の増幅度と周波数帯域幅について

タイトルのとおりトランジスタのような増幅器の増幅度と周波数帯域幅の関係について知りたいです。
増幅度と周波数は関係してるとわかりますが、帯域幅と増幅度の関係についてはイマイチわかりません。どういう関係なんでしょうか?
増幅度が上がれば帯域幅が狭くなるとかいうことでしょうか?
お願いします。

Aベストアンサー

>増幅度と周波数は関係してるとわかりますが、
ならば解かるはずです。計算してみてください。等価回路には、低域、高域の利得に影響ある容量成分などを加えてくださいね。excelなどを使えばシミュレーションは簡単です。
概念的に言えば;
帰還抵抗を大きくして(増幅度を上げて)いくと、台形の平坦部分が持ち上がって(利得が大きくなって)行きます。しかし、低域と高域の傾斜部分はほとんど変化していないでしょう。
つまり、帯域幅を規定する位置が持ち上がると同時に狭まっていくだけです。
逆に言えば、三角形のトップを徐々にスライスして行く方向が、増幅度を下げる方向です。平坦部分が広がっていくことになります。

QXPSとAESどのような場合にどちらが適しているのですか?

XPS(X線光電子分光法)とAES(オージェ電子分光法)がどのような場合、どちらを用いればいいのかが良く分かりません。
XPSとAESの原理は本で勉強したのですが、この2つ徹底的に比較していないので表面を分析するならどちらでもいいのかと思うのですがどうもそうでもないようなのです。
深さ方向の分析にどちらが適しているなどがあるのでしょうか?

Aベストアンサー

時々AESやXPSで試料を分析してもらっている者です。分析法自体の専門家ではなくてすみません。

オージェ電子分光(AES)とX線光電子分光(XPS)は対象とする分析内容が比較的似ています。AES・XPSのどちらでも適用できる場合も少なからずあります。

原子の結合状態まで知りたい時にはXPSが好んで使われます。元素の結合状態の違いによって生じる、XPSスペクトルの化学シフトが容易に観測され解析もしやすいためです。具体的には例えば試料の中からケイ素が検出されたとして、それらのケイ素が酸素と結合しているのか他のケイ素と相互に結合しているのかまで知ることができます。またプローブがX線で試料の帯電の問題がないので、絶縁物の分析をする場合に有利です。
AESはプローブが電子ビームですが、電子ビームは容易に細く絞ることができるので表面内での元素の2次元分布を細かく調べたい場合(マッピング)に適しています。
ただしXPSでもプローブ(X線)を絞り込めるようになり、一方でAESでも結合状態の解析技術が進んだために、互いの技術は接近してきているようです[1]。
深さプロファイルはAESでもXPSでも取れます。深さ方向の分解能はいずれも数[nm]程度だったと思います。感度はXPSの方がよいようです。

以下のページなども参考にしてみてください。
[1] http://www.kanagawa-iri.go.jp/kitri/kouhou/ssknews/pdf/sannewspdf.html
ここの「1999年度発行 Vol. 5 No. 1(1999.5)」(pdfファイル)をダウンロードして読んでみてください。

[2] http://www.idema.gr.jp/news/38.htm
ここの「表面分析法を用いたヘッド・ディスクの測定事例」(pdfファイル)をダウンロードして読んでみてください。内容はTOF-SIMSについてのものですが、最初にXPSやAESなどの表面分析法を比較した表があります。

[3] http://www.cacs.co.jp/12kinou/conts/hyoumen_c1.htm

[4] http://www.nsg.co.jp/ntr/NTR-NEWS/ntrnews20.htm

[5] http://www.jeol.co.jp/technical/information/eo/escadata/esca006/esca006-01.htm

時々AESやXPSで試料を分析してもらっている者です。分析法自体の専門家ではなくてすみません。

オージェ電子分光(AES)とX線光電子分光(XPS)は対象とする分析内容が比較的似ています。AES・XPSのどちらでも適用できる場合も少なからずあります。

原子の結合状態まで知りたい時にはXPSが好んで使われます。元素の結合状態の違いによって生じる、XPSスペクトルの化学シフトが容易に観測され解析もしやすいためです。具体的には例えば試料の中からケイ素が検出されたとして、それらのケイ素が酸素と結合している...続きを読む

QCO2とNOの二つが混合気体を形成する時 混合気体の中のCO2の体積百分率を求めよ 密度=1.9

CO2とNOの二つが混合気体を形成する時

混合気体の中のCO2の体積百分率を求めよ

密度=1.964g/ℓである

この問題の解き方わかるかたいますか?

Aベストアンサー

理想状態(1気圧0°c)と仮定。
気体CO₂:分子量44.01
気体NO:分子量30.01

混合気体中のCO₂、NOの体積をα,βとする。
CO₂の重さはα・44.01/22.4
NOの重さはβ・30.01/22.4

密度=重さ/体積だから
(α・44.01/22.4 + β・30.01/22.4)/(α+ β) = 1.964

これをαについて解く
0.0064α=13.9836β

αの比率=13.9836/(0.0064+13.9836)=0.99954=99.954%

Qサイフォン原理について教えて下さい。

胃管を留置するときなど、サイフォンの原理を使って留置すると聞いたことがありますが、サイフォンの原理とはどのようなものなのでしょうか??またその時の注意点なども教えて欲しいです。

Aベストアンサー

 サイフォンの原理とは、洗浄チューブの先端よりも注入口を低くすると胃液が流出してくるという原理、つまり自然流出で排出させる方法ですね。
 重要なのは、サイフォン内は排液をためすぎない。チューブの先端が排液につくと不潔になりやすい。(逆行性感染の原因になる)
 排出させる部位の(液面)より、排液側の液面高くならないようにする。ですかね?

参考URL:http://www5e.biglobe.ne.jp/~nurse/stomach-tube.htm

Q演算増幅器(積分器)の出力電圧の求め方について

積分器に矩形波を入力し三角波を得たのですが、矩形波から積分器の公式で出力電圧の値を求める方法を教えてください。
R=10kΩ、C=0.022μF 矩形波の周期は1mS 入力電圧1V
測定値では0.6V位になったのですが、式から求められません。お願いします。

Aベストアンサー

聞いてよかった。普通の電圧計(含デジタル電圧計)では、正弦波以外には大きな誤差があるので、補正が必要です。
例えば、整流器形の電圧計では、指示値からpeak to peak値を推測する場合の補正値は
正弦波:×2.828 方形波:×1.745 三角波:×3.60 となります。
慌てて計算したので違っているかも知れませんが、このくらいの誤差があるよと言いたいだけです。電圧計の測定原理を確かめた上でこういう補正係数を作って補正してください。自信が無ければ、シンクロスコープの波形から電圧を求めるのが一番簡単で確実です。

積分器の出力の正負は、回路図を見ないと分かりません。オペアンプが1ケなら符号は変わりますが、別のオペアンプで符号を戻しているかも知れません。とにかくどんな装置を使っているのか、部外者には分かりません


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