1. Три фундаментальні положення квантової електроніки.

Перше - енергія електромагнітного випромінювання складається з дискретних порцій енергії, званих світловими квантами або фотонами. Ця дискретність виявляється перш за все при взаємодії випромінювання з речовиною, коли фотони поглинаються або випромінюються.

Друге - випромінювання фотонів при достатньо високій інтенсивності визначається ефектом їх індукованого випускання. При цьому кванти індуцируючого і індуцируємого випромінювань тотожні, а ймовірність випускання пропорційна інтенсивності випромінювання.

Третє - кванти електромагнітного випромінювання підкоряються статистику Бозе - Ейнштейна. Тому число квантів, які можуть доводитися на один осцилятор поля, необмежено! При заповненні одного осцилятора поля (однієї моди) великим числом невиразних квантів формується когерентна електромагнітна хвиля.

2. Види випромінювання, яке присутнє в оптичному діапазоні. Відмінність між лазером і мазером?

Оптичний діапазон – це електромагнітні коливання, довжина хвилі яких лежить у межах від 1 мм до 1 нм. Виділяють: ультрафіолетове випромінювання 1нм – 0,78 мкм; видиме випромінювання 0,38 мкм – 0,78 мкм; інфрачервоне випромінювання 0,78 мкм – 1000 мкм.

Лазер (оптичний квантовий генератор) – джерело електромагнітного випромінювання видимого, інфрачервоного і ультрафіолетового діапазонів, засноване на вимушеному випромінюванні атомів і молекул. Слово "лазер" складене з початкових букв (абревіатура) слів англійської фрази "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", що означає "посилення світла в результаті вимушеного випромінювання". У літературі вживається також термін "оптичний квантовий генератор" (ОКГ).

Мазер – квантовий генератор електро-магнітного випромінювання радіодіапазону.

(від поч. букв англ. слів Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation - посилення мікрохвиль надвисокої частоти (НВЧ) в результаті вимушеного випромінювання) загальна назва квантового підсилювача і квантового генератора НВЧ. Мазери використовуються в техніці (зокрема, в космічному зв'язку), у фізичних дослідженнях, а також як квантові стандарти частоти.

3. Поняття про квантову систему, про квантовий перехід.

Квантовими системами називають системи, які складаються з мікрочастинок (електронів, ядер, атомів, молекул та інш.). В квантовій теорії окремий електрон, атом, молекулу можна розглядати тільки як об’єкт, що існує в деякому дозволеному квантовому стані.

Квантовий перехід – це перехід з одного квантового стану в інший.

4. Закони збереження енергії та імпульсу. Три елементарні процеси взаємодії фотона з квантовою системою.

ħω + Е = ћω' + Е'

ħ'к + р = ћк' + р' ,

де Е і р – енергія і імпульс системи до взаємодії з квантом світла,

Е', р' – після взаємодії,

аналогічно ħω, ħ'к – енергія і імпульс фотона до взаємодії…

ћω', ћк' – після…

Нехай Е_m>Е_n , можливі 3 ситуації:

1) Е = Е_m; Е' = Е_m > Е_n; ћω' = ħω_mn = Е_m - Е_n;

ħω ≠ Е_m - Е_n , тому ħω = 0. Це означає, що система в результаті взаємодії перейшла у більш низький енергетичний стан. Такий процес називається спонтанним випусканням (випромінюванням) (испусканием) фотона.

2) Е = Е_n; Е' = Е_m > Е_n; ћω = ħω_mn = Е_m - Е_n; ћω' = 0;

ћω збуджує систему і переводить її з більш низького у більш високий енергетичний стан з поглинанням кванта світла. Такий процес називається резонансним поглинанням світла.

3) Е = Е_m ; Е' = Е_n< Е_m; ћω = ћω' = ħω_mn = Е_m - Е_n.

ħω = Е_m-Е_n не зникає, виникає додатковий фотон ћω' = ħω = Е_m-Е_n . Система в результаті взаємодії перейшла з більш високого в більш низький рівень з випромінюванням кванта світла з частотою, яка дорівнює частоті переходу. В якості змушуючого фактора, який визначає подібний перехід, виступає фотон, з тією ж частотою, що й випромінений. Такий перехід називається вимушеним випромінюванням фотону.