Квантова електроника

Квантова електроника (от лат.
quantum — колкото, през нем.
Quantum — количество, и арц.
elektron — електрон).

Квантовата електроника е наука, която изучава взаимодействието на електромагнитното лъчение с електроните, които влизат в състава на атомите и молекулите на природните тела. На тази база се създават квантови устройства, които работят на различни дължини на вълните.

Предтеча на квантовата електроника е радиоспектроскопията. Първият квантов генератор (молекулен генератор с работно вещество амоняк), създаден през 1954 г., е всъщност радиоспектроскоп, но устроен така, че молекулите на работното вещество не поглъщат, а излъчват радиовълни. Четири години по-късно е създаден оптичен квантов генератор — рубиновият лазер. През 1961 г. е създаден газов лазер, а една година по-късно почти едновременно в СССР и САЩ са пуснати в действие полупроводникови квантови генератори.

През 1964 г. трима физици — Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и Ч. Таунз, получават Нобелова награда за физика за работата им в областта на квантовата електроника, допринесла за създаването на квантови генератори и усилватели в радио- и оптичния диапазон на вълните. В радиодиапазона това са атомните и молекулните генератори, както и квантовите парамагнитни усилватели. Често те се обединяват под едно общо наименование — мазер, с което са и известни.

Мазер, MASER (от англ. Microwave
Amplification by Stimulated Emission of
Radiation — усилване на
свръхвисокочестотни вълни чрез
стимулирано излъчване на лъчение).

Лазер, LASER (от англ. Light
Amplification by Stimulated Emission
of Radiation — усилване на светлина
чрез стимулирано излъчване на лъчение).

Едно от най-важните предимства на атомните и молекулните генератори е голямата стабилност на честотата на електромагнитното им лъчение, Това качество се използва за точното измерване на честотата и времето. Създадени са атомни и молекулни часовници, които за 24 h дават грешка при измерване на времето, равна на около една стомилионна част от секундата, докато точността на най-добрите неквантови часовници (напр. кварцовите) е от 10 до 100 пъти по-малка.

Лазерите направиха възможна
появата на холографията —
принципно нов метод за
записване и възстановяване
на вълново поле. Този метод
се основава на регистрирането
върху светлочувствителен слой
на интерференционна картина,
образувана от два светлинни
потока предметен — разсейван
от обекта за холографиране
и опорен – стигащ до фотоплаката
с емулсията, без да се разсейва
от обекта. Създател на
холографията е английският физик
от унгарски произход Денис Габор
(р. 1900), лауреат на Нобелова
награда за физика (1971).

Квантовите парамагнитни усилватели работят в свръхвисокочестотния (СВЧ) диапазон и се отличават от обикновените усилватели с необикновено високата си чувствителност. Това им свойство позволява да се използват в радиоастрономията (за приемане на много слаби сигнали), както и при радиолокационното изследване на планетите. При радиолокационно изследване напр. на планетата Венера използването на квантов усилвател позволява да се съкрати повече от 40 пъти времето, необходимо за получаване на обратна информация. Подобни уреди се прилагат и в системите за връзка между отдалечени точки на земната повърхност с помощта на свързочни спътници от типа „Молния“ (СССР) или „Телестар“ (САЩ).

Появата на оптичните квантови генератори (ОКГ) е едно от най-важните постижения на квантовата електроника. Те са известни под наименованието лазер. Характерни черти на лазерното лъчение са голямата му монохроматичност (стабилност на честотата), насоченост и мощност — напр. лазерен лъч с диаметър около 1 mm и излъчван от импулсен рубинов лазер има мощност около 1011 W. Това е повече от мощността на една голяма електростанция, но трябва да се има предвид, че лазерното излъчване се осъществява за свръхкратък период от време — около една десетмилионна част от секундата. Голямата монохроматичност и насоченост на лъчението дават възможност то да бъде фокусирано върху много малка площ — в петно с диаметър около 10-5—10-4 m, което позволява прилагането на импулсните лазери при обработка на различни материали. Употребата на лазери напр. за пробиване на отвори в диамантени дискове съкращава продължителността на процеса от 2—3 дни на 2 min. Микроелектрониката е друго обширно поле за действие на тези лазери.

Друг вид лазери работят в непрекъснат режим на излъчване. Мощността им е по-малка от тази на импулсните лазери, изменя се от части на вата до десетки киловати, но в замяна на това монохроматичността и насочеността на лъчението им са още по-големи. Този вид лазери намират приложение в системите за светлинна връзка. Подобни системи дават възможност за предаване на огромно количество информация — напр. един лазерен лъч осигурява условия за едновременно предаване на 200 телевизионни канала. Особено голям интерес представлява употребата за медицински нужди на маломощни лазери от този вид. Най-голямо разпространение имат хелий-неоновите лазери, които излъчват монохроматична светлина от червената част на спектъра. Наблюденията сочат, че този тип лазерни лъчи действат като биостимулатор, който повишава регенеративната способност на живите тъкани.

лазерна обработка на материали
Лазерна обработка на материали: а — пробиване на тънък наклонен канал под ъгъл 45° в стоманено парче с дебелина 0,15 cm; б — пробиване на дупка в парче от въглеродна стомана с дебелина 0,31 cm

Материалите, от които са направени лазерите, са газообразни, течни или твърди. Сред газообразните (освен вече споменатите хелий и неон) може да се посочат аргон, въглероден двуокис, водни пари, цезиеви пари и т. н. Течните материали обикновено са разтвори на сложни органични вещества, както и неорганични течности от типа на фосфорния и селеновия оксихлорид, някои метални халогениди и др. От твърдите тела за целта се използват рубин, калциев флуорит с добавки от елементите диспрозий или самарий, калциев волфрамат, неодимово стъкло и др.

Няма коментари - Остави коментар

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

*

Можете да използвате тези HTML тагове и атрибути: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>