Файл: !Квантова електроніка_вступ.pdf

Физика лазеров. Кондиленко И.И., Коротков П.А.,Хижняк А.И. – К.: Вища школа. Головне в-во, 1984.–232с. Справочнок по лазерам /Под ред. А.М. Прохорова. -М: Сов.радио, 1978- Т.1. - 503 с.

Лазери. Устройство и действие: Уч.пособие/ А.С.Борейшо; Мех. ин-т. СПб. 1992.– 215с.

Квантовые и оптоэлетронные устройства: Уч.пособие/ М.М.Быков, Ж.Ф. Пащенко.–К.: УМК ВО, 1990.– 116с.

Квантовые и оптоэлетронные устройства: Уч.пособие Ч.2/ М.М.Быков, Ж.Ф. Пащенко.–К.: УМК ВО, 1992.–

168с.

Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. Пер. с польского/ Перевод В.Д. Новикова. Под редакцией М.Ф. Бухенского. -М. МИР.,1980 – 540с..

Бруннер В. Справочник по лазерной технике. Пер. с нем. / Под ред. А.П. Напартовича -М: Єнергоатомиздат, 1991. – 544с.

Квантова електроніка

Література

Haken H. Light. Laser light dynamics. V.2. -- Amsterdam. New York. Oxford.Tokyo.: North-Holland Physics Publishing, 1985. -- 336p.

Joseph Thomas. Laser electronics. Verdeyen, Prentice Hall Inc.- 3rd ed. 1995. -- 815 p.

Orazio Svelto. Principles of lasers . translated from Italian and edited by David C. Hanna. Springer. — 4th ed. 2010. -- 624p.

Кривець О.С., Шматько О.О., Ющенко О.В. «Квантова електроніка»: Навчальний посібник. – Суми: Вид-во СумДУ, 2012.-- 334с. для лекційних та практичних занять укр. мовою.

Квантова електроніка

Квантова електроніка - галузь фізики, яка вивчає методи генерації й підсилення електромагнітних коливань і хвиль заснованих на використанні вимушеного випромінювання, а також властивості квантових підсилювачів і генераторів і їх застосування.

Інші більш загальні назви: Фотоніка Оптроніка Оптоелектроніка

Квантова електроніка

Слова ―ЛАЗЕР‖ або ―МАЗЕР‖ складається з перших літер англійської фрази:

―Light or Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation ‖,

що означає:

―Підсилення світла за допомогою вимушеного випромінювання ‖.

Оптичний квантовий генератор (ОКГ).

Квантова електроніка

Класифікація лазерів

Квантова електроніка

Частина шкали електромагнітних хвиль

НВЧдіапазон:

1 см – 1 мм

Оптичний діапазон:

ІЧдіапазон

700 мкм – 0,76 мкм

Видимий діапазон

0,76 мкм – 0,38 мкм

УФдіапазон

0,38 мкм – 0,01 мкм

Квантова електроніка

У1900 році Макс Планк публікує свій закон випромінювання чорного тіла, чим відміняє ультрафіолетову катастрофу. Згідно його гіпотези тіло випромінює електромагнітну енергію квантами або порціями.

У1905 році Альберт Ейнштейн використовує постулати М. Планка для пояснення зовнішнього фотоефекту та припустив, що безпосередньо сама по собі енергія квантована. Це означає, що будь – яка електромагнітна енергія складається із дискретних порцій або квантів, що отримали назву фотонів.

У1913 році Нільс Бор пояснює спектр випромінювання атому водню та публікує свої знамениті постулати, деякі із них ми зараз згадаємо.

Квантова електроніка

Перший із них визначає, що атом (атомна система) має дискретні енергетичні рівні (стани), що спрощено можна представити дворівневою схемою

нескінченно вузькими енергетичними рівнями.

Квантова електроніка

Другий визначає, що система може робити переходи між цими енергетичними рівнями випромінюючи або поглинаючи енергію Е=hν при переході заряду атома між рівнями.

У 1917 році А. Ейнштейн комбінує закон випромінювання М.Планка та статистику Больцмана впроваджуючи фундамент, що необхідний для теоретичного описання фізичних принципів лазерів. Також визначаються основні типи переходів (зміни станів) у атомі: вимушені переходи із випромінюванням та поглинанням і спонтанні переходи.

Квантова електроніка

Основу квантової електроніки становлять три фундаментальних положення сформульовані А. Ейнштейном:

1.Енергія електромагнітного випромінювання складається з дискретних порцій енергії, названих світловими квантами або фотонами.

Ця дискретність проявляється, насамперед, при взаємодії випромінювання з речовиною, коли фотони поглинаються або випромінюються.

Квантова електроніка

2. Випромінювання фотонів при досить високій інтенсивності визначається ефектом їх індукованого випромінювання. При цьому кванти, що збуджують та ті, що збуджуються випромінюванням тотожні.

Імовірність випромінювання фотонів пропорційна інтенсивності випромінювання зовнішнього поля або спектральній густині енергії зовнішнього поля

Квантова електроніка

3. Кванти електромагнітного випромінювання підкоряються статистиці БозеЕйнштейна. Тому кількість квантів, які можуть приходитися на один осцилятор поля, необмежено!

При заповненні одного осцилятора поля (однієї моди) великою кількістю нерозрізнених квантів формується когерентна електромагнітна хвиля.

Основні етапи становлення квантової електроніки та оптоелектроніки.

1917 р. А. Єйнштейн висунув гіпотезу про існування вимушеного випромінювання, яке в строгому обґрунтуванні доведено Діраком у створеній ним квантово-механічній теорії випромінювання.

30-і роки. Р. Ладенбург і співробітники зробили спробу виявити вимушене випромінювання в газовому розряді.

1940 р. В. А. Фабрикант сформулював умови експериментального виявлення вимушеного випромінювання в розряді газу.

1950 р. Е. Парсел, Р. Паунд отримали вимушене випромінювання в результаті інверсії ядерних спінів.

1951 р. В. А. Фабрикант, М. М. Вудинський, Ф. І. Бутаєва подали заявку на авторське свідоцтво на спосіб посилення випромінювання за допомогою вимушеного випромінювання.

1953 р.-1954 р. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров, Дж. Вебер, Дж. Гордон, Х. Цайгер, Ч. Таунс (США) отримали генерацію на пучці молекул амоніаку в см діапазоні (перший мазер).

1958 р. Ч. Таунс, А. Шавлов, А. М. Прохоров показали можливість використання вимушеного випромінювання в оптичному діапазоні.

1960 р. Т. Мейман створив рубіновий оптичний квантовий генератор. А. Джаван створив газовий лазер на суміші гелію та неону.

1958 р.-1961 р. Н. Г. Басов, Б. М. Вул, Ю. М. Попов та інші співробітники ФІАН Лебедева розробили теоретичні основи напівпровідникових лазерів і у 1962-1963 рр. створили практичні конструкції напівпровідникових лазерів

1962 р. Р. Холл створив лазер на GaAs з використанням n-p- переходу.

1964 р. В. Бриджес розробив іонні газові оптичні генератори підвищеної потужності.

1965 р. К. Пейтел розробив потужні молекулярні газові генератори на суміші вуглекислого газу, азоту та гелію.

1970 р. Академік Ж.І. Алферов зі співробітниками вперше реалізували напівпровідниковий лазер на основі подвійної гетероструктури AlAs - GaAs з безперервною генерацією при кімнатний температурі.

Застосування лазерів для технологічної обробки матеріалів