Co je kvantová elektronika?

V oblasti kvantové elektroniky vědci studují interakci záření a hmoty na kvantové úrovni. Vědci v této oblasti využili znalosti z elektroniky a fyziky a dosáhli mnoha pokroků v optice a fyzice rádia. Stroje jako je zesílení světla stimulovanou emisí záření (laser) a mikrovlnné zesílení stimulovanou emisí záření (maser) jsou zvláště užitečné v oblasti kvantové elektroniky.

Kvantová teorie je vědci přijímána jako základní teorie fyziky, která sjednocuje všechna fyzická zařízení. Jako takové může být jakékoli elektronické zařízení považováno za kvantové elektronické zařízení. Většina vědců však chápe kvantová elektronická zařízení pouze jako taková zařízení, která stimulují přechody mezi kvantovými hladinami energie. Lasery a masery jsou primárními zařízeními používanými v kvantové elektronice, protože každá z nich zaměřuje energii na pevný, zaostřený paprsek. Tranzistory a supravodiče mohou používat principy kvantové mechaniky, ale obvykle se nepovažují za kvantová elektronická zařízení.

V kvantové elektronice jsou obzvláště důležité přechody mezi kvantovými hladinami energie. Atomy, molekuly a další kvantové systémy obsahují excitované částice. Tyto systémy mohou obsahovat pouze určitá, přesně definovaná množství energie. Když systém vydává elektromagnetické záření ve formě světelných nebo rádiových vln, přechází z vyšší energetické úrovně na nižší. Lasery a masery mohou být použity k excitaci těchto atomů nebo molekul do vyšších stavů energie.

Lasery jsou jedním z hlavních zařízení používaných v kvantové elektronice. Tyto stroje vyzařují světelné vlny v zaostřeném paprsku v úzkém dosahu záření. Díky tomu je světlo, které laser emituje, monochromatické, zatímco většina světelných zdrojů emituje více barev světla, i když se zdá, že oko obsahuje pouze jednu barvu.

Lasery jsou důležité jak ve výzkumu, tak při řešení praktických problémů. Světlo z laseru nedifunduje teplo a postrádá elektrický náboj. Laser může pracovat v korozivních plynech a ve vakuu. Jsou užitečné při měření vzdálenosti s velkou přesností, optické komunikace a termonukleární fúze.

Dalším nástrojem, který se běžně používá v kvantové elektronice, je masér. Tato zařízení emitují mikrovlnné záření v zaostřeném paprsku. Frekvence těchto mikrovln je stabilní a nezhoršuje se tak snadno jako u běžných mikrovln. Aplikace tohoto stroje umožňuje komunikační věže, které emitují zvukové vlny v rozsahu mikrovlnného záření, k odesílání informací na velké vzdálenosti s malým zkreslením.