Wat is Quantum Electronics?
Op het gebied van kwantumelektronica bestuderen wetenschappers de interactie van straling en materie op kwantumniveau. Met behulp van kennis uit elektronica en natuurkunde hebben wetenschappers op dit gebied veel vooruitgang geboekt op het gebied van optica en radiofysica. Machines zoals de lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling (laser) en de microgolfversterking door gestimuleerde emissie van straling (maser) zijn bijzonder nuttig op het gebied van kwantumelektronica.
De kwantumtheorie wordt door wetenschappers geaccepteerd als de basistheorie van de fysica die alle fysieke apparaten verenigt. Als zodanig kan elk elektronisch apparaat worden beschouwd als een kwantum elektronisch apparaat. De meeste wetenschappers begrijpen echter dat kwantumelektronische apparaten alleen apparaten zijn die overgangen tussen kwantumenergieniveaus stimuleren. Lasers en masers zijn de primaire apparaten die worden gebruikt in de kwantumelektronica, omdat elk van deze energie focust in een strakke, gerichte bundel. Transistoren en supergeleiders kunnen de principes van de kwantummechanica gebruiken, maar worden meestal niet als kwantumelektronica beschouwd.
In kwantumelektronica zijn de overgangen tussen kwantumenergieniveaus van bijzonder belang. Atomen, moleculen en andere kwantumsystemen bevatten geëxciteerde deeltjes. Deze systemen kunnen alleen bepaalde, strikt gedefinieerde hoeveelheden energie bevatten. Wanneer een systeem elektromagnetische straling afgeeft, in de vorm van licht of radiogolven, gaat het van een hoger energieniveau naar een lager niveau. Lasers en masers kunnen worden gebruikt om deze atomen of moleculen in hogere energietoestanden te brengen.
Lasers zijn een van de belangrijkste apparaten die worden gebruikt in kwantumelektronica. Deze machines stralen lichtgolven uit in een gerichte straal binnen een smal stralingsbereik. Hierdoor wordt het licht dat een laser monochroom uitzendt, terwijl de meeste lichtbronnen meerdere kleuren licht uitzenden, zelfs als het licht voor het oog slechts één kleur lijkt te bevatten.
Lasers zijn belangrijk bij zowel onderzoek als bij het oplossen van praktische problemen. Het licht van een laser diffundeert niet en heeft geen elektrische lading. Een laser kan werken in corrosieve gassen en in een vacuüm. Ze zijn handig bij het meten van afstanden met grote nauwkeurigheid, optische communicatie en thermonucleaire fusie.
Een ander hulpmiddel dat vaak wordt gebruikt in de kwantumelektronica is de maser. Deze apparaten zenden microgolfstraling uit in een gerichte straal. De frequentie van deze magnetrons is stabiel en verslechtert niet zo snel als standaard magnetrons. Door de toepassing van deze machine kunnen communicatietorens die geluidsgolven in het microgolfstralingbereik uitzenden, informatie verzenden over grote afstanden met weinig vervorming.