Никольский И. А. Квантовые усилители. М.—Л., издательство «Энергия», 1964. 64 стр. с илл. (Массовая радиобиблиотека. Вып. 532). Тематический план 1964 г., № 345



Излагаются в популярной форме общие принципы действия, устройство и основные характеристики квантовых усилителей сверхвысоких частот на твердом теле, а также особенности использования этих усилителей в радиотехнической аппаратуре. Рассматриваются преимущества квантовых усилителей, перспективы их развития и применения. Предназначается для подготовленных радиолюбителей, техников, инженеров и широкого круга лиц, которых интересует квантовая электроника.

Потребности практики, связанные с выдающимися научно-техническими достижениями человечества, и особенно советского народа, в освоении космического -пространства, все более широким внедрением радиоэлектронных приборов и методов во все отрасли промышленности, научные исследования, культуру, жизнь и быт людей, выдвигают перед радиоэлектроникой новые и все более сложные задачи.

Технический уровень и возможности радиоэлектронных приборов и аппаратуры, основанных на принципах классической радиоэлектроники (использование электронных потоков и колебательных цепей), не удовлетворяют многим современным требованиям и не позволяют решать задачи, которые ставятся практикой перед учеными и инженерами. Решение новых задач и повышенные требования к радиоэлектронной аппаратуре заставляют ученых все чаще отходить от методов классической радиоэлектроники, искать пути создания устройств и приборов, основанных на «овых лринципах, использующих новые физические методы, явления и материалы.

В последние годы такие пути были найдены; в радиоэлектронике появились новые направления — молекулярная1 и квантовая электроника. Эти направления основаны на использовании свойств твердого тела, эффектов взаимодействия молекул, атомов и связанных электронов твердых, газообразных и жидких веществ с электромагнитным полем.

. Квантовая электроника открывает большие возможности для расширения границ используемых частот электромагнитного спектра, получения исключительно стабильных колебаний и усиления чрезвычайно слабых радиосигналов. Особо следует отметить "создание когерентных (согласованных) монохроматических источников света — оптических квантовых генераторов (лазеров). Такие генераторы позволяют начать освоение оптического диапазона для передачи и приема информации (только в диапазоне видимого света может быть размещено несколько миллионов телевизионных каналов) и предвещают коренные изменения
1 Молекулярная электроника занимается использованием групп молекул (атомов) полупроводниковых материалов в качестве функциональных радиоэлектронных схем, узлов и блоков Радиосистем. Молектронное устройство, представляющее собой полупроводниковый монокристалл размером в несколько миллиметров, мажет заменить целые усилительные или другие схемы на лампах или обычных полупроводниковых приборах. в технике связи и локации. Большое будущее принадлежит этим квантовым приборам в радиоастрономии, физике, точном приборостроении, медицине и других областях науки и техники.

Почему указанную новую область радиоэлектроники называют квантовой электроникой, а приборы квантовыми или кван-тово-механичвскими?

Как известно, все электромагнитные колебания, в том числе свет, поглощаются и излучаются отдельными порциями-квантами. Представление о прерывном характере излучения и поглощения света веществом определенными порциями—квантами было введено в 1900 г. немецким физиком Максом Планкам. Энергия кванта равна E=hf, где — частота излучения, h — постоянная Планка (Л=6,62 10~34 дж-сек). В 1905 г. Альбертом Эйнштейном была создана квантовая теория света. В 1911—1913 гг. датский физик Нильс Бор установил, что внутренняя энергия атома квантована и может изменяться только дискретными порциями, иначе говоря, атом представляет собой квантовую систему с вполне определенным набором энергетических состояний. Переход квантовой системы «з одного энергетического состояния в другое сопровождается излучением или поглощением кванта электромагнитной энергии hf.

Квантовая система под воздействием внешнего электромагнитного поля, как было установлено А. Эйнштейном в 1917 г., может излучить квант энергии и перейти в состояние с меньшей энергией. Этот эффект, получивший название индуцированного излучения, лежит в основе (работы целого ряда квантовых приборов и, в частности, квантовых генераторов и усилителей.

Можно сказать, что квантовая электроника используется уже десятилетиями. Хорошо известные электронные устройства, фотоэлементы, некоторые полупроводниковые приборы фактически являются квантовыми устройствами.

Впервые возможность создания квантовой системы, способной отдавать энергию электромагнитной волне была обоснована В. А. Фабрикантом в 1939 г. Экспериментально возможность получения индуцированного излучения была установлена только в 1950 г. Пэрселом и Паундом в США. Особенно важным для становления квантовой электроники явилось открытие в 40-х го-, дах ядерного магнитного резонанса и открытие в 1944 г. советским физиком Е. К. Завойским явления электронного парамагнитного резонанса.

В 1951—1952 гг. Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым и в 1953 г. Вебером в США была обоснована возможность создания молекулярного усилителя и генератора радиоволн. В 1954 т. в Физическом институте им. П. Н. Лебедева Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и в Колумбийском университете (США) Ч. Таунс, Дж. Гордон и Цайгер разработали первые действующие квантовые генераторы-—молекулярные генераторы на пучке молекул аммиака. В том же году был разработан в США (Гарвардский университет) и в Англии (Национальная физическая лаборатория) атомный стандарт частоты на пучке атомов цезия. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров в 1955 г. предложили так называемый «трехуровневый метод» создания активных квантовых систем и Бломберген в Ш56 г. (США) предложил иепользовать для таких трехуровневых усилителей парамагнитные кристаллы при температуре жидкого гелия (4,2° К). В 1955—Ш56 гг. Таунс и др. в США провели теоретическое исследование квантовых парамагнитных усилителей (КПУ) на твердом теле. Первый действующий квантовый трехуровневый парамагнитный усилитель был построен в 1957 г. в США Сковилом и др.

В 1957 г. Н. Г. Басов, Б. М. Вул и Ю. М. Попов исследовали возможность создания квантовых генераторов инфракрасного диапазона на полупроводниках. К концу 1960 г. ряд фирм США разработал несколько конструкций импульсных оптических квантовых генераторов на различных твердых и газообразных материалах с возбуждением от некогерентных источников света. Позднее были созданы также квантовые генераторы, работающие в непрерывном режиме.

Таковы основные вехи развития квантовой электроники. Отметим, что важнейшие идеи, положившие начало успешному развитию этой новой области радиоэлектроники, были высказаны советскими учеными. За работы в области квантовой электроники Н. Г. Басову и А. М. Прохорову в 1959 г. была присуждена Ленинская премия.