[科普中国]-参数振荡器

参数振荡器（英语：parametric oscillator）是一种受驱动的谐振器，其中驱动系统的参数设置在某些频率，而这频率通常与振荡器的自然频率不同。参数振荡器的一个简单例子为儿童在秋千上周期性地站立跟蹲下，来增加秋千的振荡幅度。儿童的动作改变了秋千摆荡的惯量。这个驱动的频率必须是秋千自然频率的两倍。其他相关可改变的参数包括振荡器的共振频率以及阻尼。

历史参数振荡在力学中首先被注意到。迈克尔法拉第（Michael Faraday，1831年）是第一个注意到振动频率是双倍频率的力的兴奋振动，在兴奋地“唱歌”的葡萄酒杯中观察到的脆化（褶皱表面波）。弗朗茨梅尔德（Franz Melde，1860年）通过使用音叉周期性地改变弦的两倍共振频率下的张力，在弦中产生参数振荡。参数振荡首先被瑞利（1883,1887）视为一般现象。

最早将这一概念应用于电路的人之一是George Francis FitzGerald，他于1892年试图通过用发电机提供的变化的电感来激励LC电路中的振荡。1913年至1915年间，参数放大器（paramps）首先用于从柏林到维也纳和莫斯科的无线电话，并被预测会有一个有用的未来（Ernst Alexanderson，1916）。这些早期的参量放大器使用铁芯电感的非线性，所以它们只能在低频下工作。

1948年，Aldert van der Ziel指出了参量放大器的一个主要优点：因为它使用可变电抗而不是电阻来放大，所以它本身具有低噪声。作为A参量放大器前端一个的无线电接收器，同时引入非常小的噪声可以放大弱信号。1952年，贝尔实验室的Harrison Rowe将杰克曼利的抽水振荡的数学工作扩展到1934年，并发表了现代的参数振荡数学理论Manley-Rowe关系。

1956年发明的变容二极管具有可用于微波频率的非线性电容。变容管参量放大器由Marion Hines于1956年在Western Electric开发。当时它被发明的微波正在被利用，而变容二极管放大器是第一个微波频率的半导体放大器。它应用于许多领域的低噪声无线电接收机，并已广泛用于射电望远镜，卫星地面站和远程雷达。这是今天使用的主要参量放大器类型。自那时以来，参量放大器已经与其他非线性有源器件（如约瑟夫森结）一起构建。该技术已经扩展到使用非线性晶体作为有源元件的光学参量振荡器和放大器中的光学频率。1

数学分析[编辑]参量振荡器是一种谐振子，其物理性质随时间而变化。这种振荡器的方程式是

这个方程是线性的 。通过假设，参数和 只取决于时间而不依赖于振荡器的状态。一般来说和 假定在同一时期周期性地变化。

如果这些参数在大致改变两次的固有频率的振荡器的（定义如下），振荡器相位锁定到参数变化和以正比于它已经具有的能量的速率吸收能量。没有补偿性的能量损失机制，振荡幅度呈指数增长。（这种现象称为参数激励，参数共振或参数泵浦。）但是，如果初始振幅为零，它将保持如此;这与驱动的简谐振荡器的非参数谐振区分开来，其中振幅随时间线性增长而不管初始状态如何。

参数和驱动振荡的熟悉体验正在摆动。来回摆动将摆动作为一个驱动谐波振荡器，但一旦移动，摆动也可以通过在摆动弧的关键点处交替站立和蹲坐来参数化驱动。这改变了摆动的惯性矩并因此改变了共振频率，并且儿童可以快速达到大振幅，只要它们具有一些开始的振幅（例如，获得推动力）。然而，站立和蹲坐休息，无处可逃。

参数振荡器的应用参数振荡器应用于物理学中多个领域。经典的变容二极管参数振荡器组成包括有一个半导体变容二极管，连接到共振电路或腔室共振器。驱动机制为投过改变偏压来调整二极管的电容。改变二极管电容的电路则称作“泵”（pump）或“驱动器”（driver）。在微波电路中则是用电磁波导/钇铝石榴石（YAG）为基础的参数振荡器，工作原理仍是相同。另一个重要的例子为光学参数振荡器，其将入射的激光光波转换成两道较低频率（分别为）的出射光波。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所