Was ist Quantenelektronik?
Auf dem Gebiet der Quantenelektronik untersuchen Wissenschaftler die Wechselwirkung von Strahlung und Materie auf der Quantenebene. Mit den Erkenntnissen aus Elektronik und Physik haben Wissenschaftler auf diesem Gebiet viele Fortschritte in der Optik und in der Radiophysik erzielt. Maschinen wie die Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission (Laser) und die Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission (Laser) sind auf dem Gebiet der Quantenelektronik besonders nützlich.
Die Quantentheorie wird von Wissenschaftlern als die grundlegende Theorie der Physik angesehen, die alle physikalischen Geräte vereint. Als solches kann jedes elektronische Gerät als quantenelektronisches Gerät betrachtet werden. Die meisten Wissenschaftler verstehen unter quantenelektronischen Geräten jedoch nur solche Geräte, die Übergänge zwischen Quantenenergieniveaus stimulieren. In der Quantenelektronik werden in erster Linie Laser und Masern eingesetzt, da diese die Energie in einem engen, fokussierten Strahl bündeln. Transistoren und Supraleiter können die Prinzipien der Quantenmechanik verwenden, werden jedoch normalerweise nicht als quantenelektronische Bauelemente angesehen.
In der Quantenelektronik sind die Übergänge zwischen Quantenenergieniveaus von besonderer Bedeutung. Atome, Moleküle und andere Quantensysteme enthalten angeregte Teilchen. Diese Systeme können nur bestimmte, genau definierte Energiemengen enthalten. Wenn ein System elektromagnetische Strahlung in Form von Licht oder Radiowellen abgibt, wechselt es von einem höheren zu einem niedrigeren Energieniveau. Mit Lasern und Masern können diese Atome oder Moleküle in höhere Energiezustände versetzt werden.
Laser sind eines der Hauptgeräte in der Quantenelektronik. Diese Maschinen strahlen Lichtwellen in einem fokussierten Strahl innerhalb eines engen Strahlungsbereichs ab. Dies macht das Licht, das ein Laser emittiert, einfarbig, während die meisten Lichtquellen mehrere Lichtfarben emittieren, selbst wenn das Licht für das Auge nur eine Farbe zu enthalten scheint.
Laser sind sowohl für die Forschung als auch für die Lösung praktischer Probleme wichtig. Das Licht eines Lasers diffundiert keine Wärme und ist nicht elektrisch geladen. Ein Laser kann in korrosiven Gasen und im Vakuum arbeiten. Sie sind nützlich bei der Entfernungsmessung mit großer Genauigkeit, bei der optischen Kommunikation und bei der Kernfusion.
Ein anderes Werkzeug, das üblicherweise in der Quantenelektronik verwendet wird, ist der Maser. Diese Geräte senden Mikrowellenstrahlung in einem fokussierten Strahl aus. Die Frequenz dieser Mikrowellen ist stabil und verschlechtert sich nicht so schnell wie bei Standard-Mikrowellen. Die Anwendung dieses Geräts ermöglicht es Kommunikationstürmen, die Schallwellen im Mikrowellenbereich aussenden, Informationen über große Entfernungen mit geringen Verzerrungen zu senden.