Hva er kvanteelektronikk?

Innen kvanteelektronikk studerer forskere samspillet mellom stråling og materie på kvantenivå. Ved å utnytte kunnskap fra elektronikk og fysikk har forskere på dette feltet gjort mange fremskritt innen optikk og radiofysikk. Maskiner som Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (laser) og Microbølge Amplification by Stimulated Emission of Radiation (maser) er spesielt nyttige innen kvanteelektronikk.

Kvanteteori aksepteres av forskere som den grunnleggende teorien om fysikk som forener alle fysiske apparater. Som sådan kan enhver elektronisk enhet anses å være en kvanteelektronisk enhet. De fleste forskere forstår imidlertid at kvanteelektroniske enheter bare er de enhetene som stimulerer overganger mellom kvanteenerginivåer. Lasere og masere er de primære enhetene som brukes i kvanteelektronikk, da hver av disse fokuserer energi til en tett, fokusert stråle. Transistorer og superledere kan bruke prinsippene for kvantemekanikk, men de anses vanligvis ikke for å være kvanteelektroniske enheter.

I kvanteelektronikk er overgangene mellom kvanteenerginivåer viktig. Atomer, molekyler og andre kvantesystemer inneholder eksiterte partikler. Disse systemene kan bare inneholde visse, strengt definerte mengder energi. Når et system avgir elektromagnetisk stråling, i form av lys eller radiobølger, beveger det seg fra et høyere energinivå til et lavere. Lasere og masere kan brukes til å begeistre disse atomer eller molekyler til høyere energitilstander.

Lasere er en av de viktigste enhetene som brukes i kvanteelektronikk. Disse maskinene stråler lysbølger i en fokusert stråle innenfor et smalt stråleområde. Dette gjør at lyset som en laser avgir monokromatisk, mens de fleste lyskilder sender ut flere farger på lys, selv om lyset ser ut til å inneholde bare en farge.

Lasere er viktige i både forskning og løsning av praktiske problemer. Lyset fra en laser diffunderer ikke varmen og mangler en elektrisk ladning. En laser kan fungere i etsende gasser og i vakuum. De er nyttige når du måler avstand med stor nøyaktighet, optisk kommunikasjon og termonukleær fusjon.

Et annet verktøy som ofte brukes i kvanteelektronikk er maser. Disse enhetene avgir mikrobølgestråling i en fokusert stråle. Hyppigheten av disse mikrobølgene er stabil og forverres ikke så lett som standard mikrobølger gjør. Bruken av denne maskinen gjør det mulig for kommunikasjonstårn som sender ut lydbølger i mikrobølgestrålingsområdet for å sende informasjon over store avstander med liten forvrengning.