1. Шкала электромагнитных волн. Волновые и квантовые проявления света. Основные параметры и характеристики светового излучения.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конеч-ной скоростью, зависящей от свойств среды.

Рис.1 Шкала ЭМВ

ЭМВ разл. диапазонов длин волн характеризуются разл. способами возбуждения и регистрации, по-разному взаимодействуют с в-вом и т. д. Процессы излучения и поглощения ЭМВ от самых длинных до ИК излучения достаточно полно описываются соотношениями классич. электродинамики. В диапазонах более коротких длин волн, в особенности в диапазонах рентгеновских и γ-лучей, доминируют процессы, имеющие существенно квантовую природу и могут быть описаны только в рамках квантовой электродинамики на основе представлений о дискретности этих процессов.

h ν = Em - En, где h — постоянная Планка, Em и En — конечный и начальный энергетич. уровни.

2. Определение и физические основы квантовой электроники. Основные классы квантовых электронных приборов (по принципу действия).

КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА область электроники, охватывающая изучение и разработку методов и средств усиления и генерации эл.-магн. колебаний на основе эффекта вынужденного излучения атомов, молекул и твёрдых тел.

Часто под термином «К. э.» понимают совокупность квантовых электронных приборов и устр-в — молекулярных генераторов, квантовых усилителей, оптич. квантовых генераторов (лазеров) и др., — в к-рых используется вынужденное излучение.

В КЭ. имеют дело со связанными эл-нами, входящими в состав ат. систем: атомов, молекул, кристаллов. Согласно законам квантовой механики, эл-ны в атоме и, следовательно, ат. система в целом могут находиться только в определённых энергетич. состояниях, характеризуемых дискретным рядом значений энергии E0, E1, E2 , наз. энергетическими уровнями. Изменение внутр. энергии ат. системы сопровождается квантовым переходом эл-на с одного энергетич. уровня на другой. При этом система излучает или поглощает порцию эл.-магн. энергии — квант — с частотой ν и энергией:

h ν = Em - En, где h — постоянная Планка, Em и En — конечный и начальный энергетич. уровни.

КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР, устройство для генерирования эл.-магн. волн с помощью эффекта вынужденного излучения фотонов микрочастицами (молекулами, атомами, ионами, эл-нами). К. г. состоит из квантового усилителя и системы положит, обратной связи. Квантовые приборы, работающие в разл. диапазонах длин волн, имеют спец. наименования: КГ СВЧ (так же как и квантовые усилители этого диапазона) наз. мазерами; КГ длинноволнового ИК излучения — иразерами; ближнего ИК и видимого излучения — лазерами; УФ излучения — УФ лазерами; рентгеновского излучения— разерами; у-излучения — у-лазерами.

Мощность КГ непрерывного действия лежит в пределах от долей мВт до 10⁴ Вт; энергия импульсных К. г.— от долей Дж до 10⁶ Дж в импульсе. Важная особенность КГ— чрезвычайно высокая стабильность частоты генерации, достигающая 10^-14, вследствие чего они используются как квантовые стандарты частоты.

КВАНТОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, устройство для усиления эл.-магн. волн СВЧ или оптич. диапазона за счёт эффекта вынужденного излучения возбуждённых атомов, молекул или ионов. В КУ усиливаемая (первичная) эл.-магн. волна, распространяясь в активной среде, вызывает в ней вынужденное испускание квантов излучения, тождественных по частоте, фазе, направлению распространения и характеру поляризации с первичной волной. В линейном режиме, т. е. до достижения насыщения, интенсивность I излучения на выходе К. у. выражается формулой: I=Io*exp((α – β) *z), где Io — интенсивность излучения на входе К. у., β — потери в активной среде, α — коэф. усиления активной среды, z — длина активной среды. Усиление можно увеличить заставив волну многократно проходить через активную среду. Для этого активную среду помещают в объёмные резонатор.