Vad är kvantelektronik?

Inom området kvanteelektronik studerar forskare interaktionen mellan strålning och materia på kvantnivå. Genom att använda kunskap från elektronik och fysik har forskare inom detta område gjort många framsteg inom optik och radiofysik. Maskiner som Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (laser) och Micro Magnifiering by Stimulated Emission of Radiation (maser) är särskilt användbara inom kvantelektronik.

Kvantteorien accepteras av forskare som den grundläggande teorin om fysik som förenar alla fysiska apparater. Som sådan kan vilken elektronisk enhet som helst betraktas som en kvantelektronisk enhet. De flesta forskare förstår emellertid kvantelektroniska enheter bara att vara de enheter som stimulerar övergångar mellan kvantenerginivåer. Lasrar och masers är de primära enheterna som används i kvantelektronik, eftersom var och en av dessa fokuserar energi till en tät, fokuserad stråle. Transistorer och superledare kan använda kvantmekanikens principer, men de anses vanligtvis inte vara kvantelektroniska apparater.

I kvantelektronik är övergångarna mellan kvantenerginivåer av särskilt vikt. Atomer, molekyler och andra kvantsystem innehåller exciterade partiklar. Dessa system kan endast innehålla vissa, strikt definierade, mängder energi. När ett system avger elektromagnetisk strålning, i form av ljus eller radiovågor, flyttar det från en högre energinivå till en lägre. Lasrar och masers kan användas för att väcka dessa atomer eller molekyler till högre energitillstånd.

Lasrar är en av de viktigaste enheterna som används i kvantelektronik. Dessa maskiner strålar ljusvågor i en fokuserad stråle inom ett smalt strålningsområde. Detta gör att ljuset som en laser avger monokromatiskt, medan de flesta ljuskällor avger flera ljusfärger, även om ljuset verkar för ögat att endast innehålla en färg.

Lasrar är viktiga för både forskning och lösning av praktiska problem. Ljuset från en laser diffunderar inte värmen och saknar en elektrisk laddning. En laser kan arbeta i frätande gaser och i vakuum. De är användbara för att mäta avstånd med stor noggrannhet, optisk kommunikation och termonukleär fusion.

Ett annat verktyg som vanligtvis används i kvantelektronik är maser. Dessa enheter avger mikrovågsstrålning i en fokuserad stråle. Frekvensen för dessa mikrovågor är stabil och försämras inte lika enkelt som vanliga mikrovågor. Användningen av denna maskin tillåter kommunikationstorn som avger ljudvågor i mikrovågsstrålningsområdet att skicka information över stora avstånd med liten distorsion.