Главная
Лето
Квантовая радиофизика и оптоэлектроника. Теория колебаний и волн

Квантовая радиофизика и оптоэлектроника. Теория колебаний и волн

Cтраница 2


Еще одной ступенью в развитии исследований новейшей маг-нетохимии является изучение ее связей с квантовой радиофизикой.  

Между тем, гиперзвуковой диапазон приобретает большой интерес в связи с новой областью науки (по аналогии с квантовой радиофизикой и квантовой оптикой ее можно назвать квантовой акустикой), изучающей эффекты взаимодействия В Ч колебаний кристаллич.  

Между тем, гипорзвуковой диапазон приобретает большой интерес в связи с новой областью науки (по аналогии с квантовой радиофизикой и квантовой оптикой ее можно назвать квантовой акустикой), изучающей эффекты взаимодействия ВЧ колебаний кристаллич.  

Материал настоящей книги во многом основывается на ряде других университетских курсов: теории вероятностей, статистической физики, теории колебаний, теории волн и квантовой радиофизики.  

Исследования в области физики твердого тела, проводившиеся в последнее время учеными: физиками, химиками и радиотехниками, привели к созданию нового направления в науке - квантовой радиофизики.  

Уже одно это перечисление показывает, что взаимодействие лазерного излучения с плазмой представляет собой в настоящее время отдельное крупное и важное для практики направление, лежащее на стыке физики плазмы и квантовой радиофизики.  

В заключение этой главы мы вкратце обсудим один интересный, на наш взгляд, механизм усиления или генерации акустического поля, который до недавнего времени изучали лишь в электромагнитных науках - электронике, квантовой радиофизике. Речь идет о коллективном поведении нелинейных резонансных систем - осцилляторов, которые в начальном состоянии колеблются некогерентно, со случайно распределенными начальными фазами, но на некотором этапе частично синхронизируются за - счет нелинейной подстройки фазы, генерируя когерентное поле или усиливая когерентную затравку.  

Совершенно очевидно, что такие ультракороткие импульсы (УКИ) дали исследователям уникальную возможность прямого наблюдения и измерения самых различных быстропротека-ющих процессов с временным разрешением, определяемым длительностью УКИ. Содержанием актуальнейшей области квантовой радиофизики и электроники, условно называемой пико-секундные явления, стали не только проблемы получения УКИ, но также их многочисленные применения в различных областях научных исследований. Исследования проводятся по схеме возбуждение-проба, а именно образец первым (возбуждающим) импульсом переводится в исследуемое состояние, а с помощью второго (пробного), задержанного на нужный промежуток времени, фиксируется измененное состояние. По такой методике были проведены многочисленные исследования в области физики твердого тела, молекулярной физики, фотохимии и фотобиологии.  

Строго говоря, этот термин ие является оптимальным, так как в квантовой радиофизике термин генератор используют для систем с обратной связью, а возникновение высших гармоник в среде не требует наличия обратной связи. Термин возбуждение гармоник правильнее отражает суть дела.  

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЛИНИИ - узкие, почти моно хроматич. Месс-бауэра, методы квантовой радиофизики и др.) можно получать очень узкие С.  

Подходят к этому микроэлектроника, кибернетика, бионика, квантовая радиофизика, физика полупроводников и многие другие науки.  

Отметим еще раз, что техника свч требует привлечения цело-го ряда новых принципов для осуществления основных радиотехнических процессов. Здесь радиотехника тесно смыкается с радиофизикой. Нам приходится иметь дело не только с волновыми полями, но и с физикой пучков и даже с квантовой радиофизикой. Это означает, что современный радиоинженер должен обладать широким кругозором и солидной физико-математической подготовкой.  

В книге показано становление идей и развитие исследований в области электроники и радиофизики миллиметровых и субмиллиметровых радиоволи, выполненных в Институте радиофизики и электроники АН УССР в течение последних 30 лет. Рассматривается создание магнетронов импульсного и непрерывного действия, маг-нетроииых триодов и тетродов, клииотроиов, отражательных клистронов, измерительной аппаратуры волиоводного и лучеводиого типов, высокопервеансной электронной оптики и лазеров для радиофизических исследований. Излагаются теоретические исследования электронных резонансов и волн в металлах, высокочастотных свойств полупроводников и плазменных иеустойчивостей, экспериментальные исследования гиперзвуковых воли, квантовой радиофизики и парамагнитных мазеров. Освещаются проблемы радиовидения и цифровой обработки изображений, синтеза цветных стереоизображений и визуализации радиолокационных данных.  

Прохоров Александр Михаилович (1916) - советский радиофизик, академик, лауреат Ленинской премии. С 1946 г. заведует лабораторией Физического института имени Лебедева. Имеет ряд работ по теории колебаний, радиоспектроскопии, квантовой радиофизике.  

Оптические квантовые генераторы (лазеры) являются предметом исследования нового направления фундаментальной и прикладной физики - квантовой электроники. Обычно под квантовой электроникой как областью физики понимается наука, изучающая теорию и методы генерации электромагнитных волн путем вынужденного (индуцированного) испускания квантовых систем (молекул, атомов, ионов), а также устройства для генерации электромагнитного излучения в оптическом диапазоне. Такие устройства называют лазерами, или оптическими квантовыми генераторами. Слово лазер (laser) образовано начальными буквами английского выражения light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света с помощью индуцированного излучения. Более широкий смысл имеет термин квантовая радиофизика, которая изучает устройства для генерации электромагнитного излучения в микроволновой области - мазеры. Слово мазер (maser) образовано начальными буквами английского выражения microwave amplification by stimulated emission of radiation - усиление микроволнового излучения с помощью индуцированного излучения.  

Заведующий кафедрой: д.ф.-м.н. Владимир Сергеевич Лебедев.

О кафедре

Кафедра квантовой радиофизики базируется в Физическом институте им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук (ФИАН). Директором института является член корреспондент РАН Николай Николаевич Колачевский (выпускник кафедры). Кафедра была создана одновременно с Физтехом (год образования института – 1946) по инициативе Президента АН СССР академика С.И. Вавилова, возглавлявшего в те годы ФИАН. Её основателем и первым руководителем был выдающийся ученый академик Г.С. Ландсберг – заведующий Оптической лабораторией Физического института.

ФИАН является одним из крупнейших научно-исследовательских центров России. Спектр его научных тематик охватывает практически все основные направления физики. История Физического института отмечена выдающимися научными открытиями, такими как эффект Вавилова-Черенкова, принцип автофазировки, научные основы управляемого термоядерного синтеза и создание термоядерного оружия, создание квантовых генераторов (мазеров и лазеров). Вклад сотрудников ФИАН в развитие науки признан во всем мире и отмечен престижными международными и отечественными премиями. Известно, что из одиннадцати россиян лауреатов Нобелевской премии семеро являются фиановцами.

Огромное влияние на развитие кафедры квантовой радиофизики оказало открытие и разработка в ФИАН Нобелевскими лауреатами Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым квантовых генераторов радио и оптического диапазонов. Это послужило основой для создания новых областей науки – квантовой электроники, лазерной физики, нелинейной оптики и спектроскопии.

Кафедра квантовой радиофизики готовит высококвалифицированных специалистов (экспериментаторов и теоретиков) для фундаментальных и прикладных исследований в области современной квантовой и нелинейной оптики, лазерной физики, спектроскопии и физики взаимодействия излучения с веществом, оптоэлектроники и нанофотоники. Студентами и аспирантами кафедры совместно с их научными руководителями в ФИАН проводятся исследования по приоритетным направлениям развития науки и инновационным технологиям (в том числе «Нанотехнологии»).

Высокая научная квалификация, полученная на кафедре квантовой радиофизики, позволила многим ее выпускникам стать признанными лидерами в различных областях оптики, спектроскопии и лазерной физики, а также занять ведущие позиции в ряде российских и зарубежных научных центров. Выпускники кафедры в ФИАНе составляют костяк отделения Оптики и ряда подразделений отделения Квантовой радиофизики и отделения Физики твердого тела; успешно работают в других научных центрах России, таких как институт Общей физики, институт Спектроскопии и др.

В 2010 году при активном участии сотрудников кафедры был образован новый физический институт – Российский квантовый центр (RQC). Сегодня Российский квантовый центр тесно связан с кафедрой: многие студенты, аспиранты и выпускники кафедры выполняют исследования в лабораториях RQC, центр имеет совместные лаборатории с ФИАН.

Основные направления, по которым в настоящее время осуществляется подготовка специалистов на кафедре «Квантовая радиофизика»:

  • Квантовая и нелинейная оптика
  • Нанооптика, нанофотоника и микроскопия ближнего поля
  • Квантовая информатика
  • Лазерная физика и взаимодействие излучения с веществом
  • Фемтосекундная оптика и спектроскопия
  • Органическая фотоника и оптоэлектроника
  • Оптика и спектроскопия твердого тела и поверхности
  • Рентгеновская оптика и рентгеновская астрономия Солнца
  • Физика ультрахолодных атомов, сложных и экзотических атомно-молекулярных систем
  • Лазерное управление квантовыми системами со многими степенями свободы
  • Современная прецизионная спектроскопия
  • Создание сверхточных стандартов частоты и времени
  • Разработка фото- и электролюминесцентных устройств нового поколения на основе наноструктур и органических комплексов
  • Физика полупроводниковых гетероструктур и материалов (квантовых точек, квантовых ям и др.
  • Компьютерное моделирование и экспериментальное исследование наноматериалов и наноустройств

- (см. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. КВАНТОВАЯ РАДИОФИЗИКА … Физическая энциклопедия

квантовая радиофизика - Область физики, объединяющая квантовые и радиофизические явления. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 75. Квантовая электроника. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984 г.] Тематики квантовая электроника EN quantum… … Справочник технического переводчика

КВАНТОВАЯ РАДИОФИЗИКА Большой Энциклопедический словарь

квантовая радиофизика - то же, что квантовая электроника. * * * КВАНТОВАЯ РАДИОФИЗИКА КВАНТОВАЯ РАДИОФИЗИКА, то же, что квантовая электроника (см. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА) … Энциклопедический словарь

квантовая радиофизика - kvantinė radiofizika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quantum radiophysics vok. Quantenradiophysik, f rus. квантовая радиофизика, f pranc. radiophysique quantique, f … Fizikos terminų žodynas

Квантовая радиофизика - то же, что и Квантовая электроника … Большая советская энциклопедия

КВАНТОВАЯ РАДИОФИЗИКА - то же, что квантовая электроника … Естествознание. Энциклопедический словарь

квантовая радиофизика - Область физики, объединяющая квантовые и радиофизические явления … Политехнический терминологический толковый словарь

Квантовая теория - имеет следующие подразделы (список неполный): Квантовая механика Алгебраическая квантовая теория Квантовая теория поля Квантовая электродинамика Квантовая хромодинамика Квантовая термодинамика Квантовая гравитация Теория суперструн См. также… … Википедия

КВАНТОВАЯ ОПТИКА - раздел статистической оптики, изучающий микроструктуру световых полей и оптич. явления, в к рых видна квант. природа света. Представление о квант. структуре излучения введено нем. физиком М. Планком в 1900. Статистич. структуру интерференц. поля… … Физическая энциклопедия

Книги

Программа курса

1. Введение. Предмет квантовой радиофизики. История развития квантовой радиофизики (квантовой электроники).

2. Спонтанные и индуцированные переходы. Вероятности переходов. Коэффициенты Эйнштейна и их вычисление. Термодинамический подход. Полуклассический вывод, матричный элемент оператора перехода

3. Ширина и форма спектральной линии, виды уширения.

4. Поглощение, усиление, сечение вынужденного перехода, активная среда. Квантовый усилитель и генератор, пороговое условие возбуждения генерации. Двух-, трех- и четырехуровневые схемы лазерных сред. Методы накачки.

5. Открытые резонаторы лазеров. Потери. Моды. Селекция мод. Устойчивость резонаторов. Гауссовы пучки.

6. Непрерывная и импульсная лазерная генерация. Модуляция добротности. Синхронизация мод. Компрессия импульсов.

7. Квантовые усилители и генераторы оптического и радиодиапазона. Основные типы и разновидности, устройство, принцип действия, характеристики излучения.

8. Нелинейное взаимодействие электромагнитного излучения с веществом. Генерация гармоник излучения. Параметрические процессы. Вынужденное рассеяние. Многофотонные процессы.

9. Лазерная спектроскопия.

10. Применение приборов квантовой радиофизики.

Литература

Основная

1. Карлов Н. В. Лекции по квантовой электронике / Н. В. Карлов. – М. : Наука, 1983.

2. Звелто О. Принципы лазеров / О. Звелто. – Изд. 3-е. – М. : Мир, 1990.

3. Пихтин А. Н. Оптическая и квантовая электроника: учебник для вузов / А. Н. Пихтин. – М. : Высш. шк., 2001.

Дополнительная

1. Файн В. М . Квантовая радиофизика / В. М. Файн, Я. И. Ханин. – М. : Сов. радио, 1965.

2. Бирнбаум Дж . Оптические квантовые генераторы / Дж. Бирнбаум. – М. : Сов. радио, 1967.

3. Микаэлян А. Л .Оптические генераторы на твердом теле / А. Л. Микаэлян, М. Л. Тер-Микаэлян, Ю. Г.Турков. – М. : Сов. радио, 1967.

4. Пантел Р. Основы квантовой электроники / Р. Пантел,
Г. Путхоф. – М. : Мир, 1972.

5. Страховский Г. М. Основы квантовой электроники /
Г. М. Страховский, А. В. Успенский. – М. : Высш. шк., 1989.

6. Ярив А. Квантовая электроника / А. Ярив. – М. : Сов. радио, 1980.

7. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров / Ф. Качмарек. – М. : Мир, 1981.

8. Колпаков В. В . Квантовая радиофизика / В. В. Колпаков. – Томск: Изд. ТГУ, 1984.

9. Грибковский В. П. Полупроводниковые лазеры / В. П. Грибковский. – Минск: Университетское, 1988.

10. Яровой П. Н. Введение в физику лазеров: учеб. пособие / П. Н. Яровой. – Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1990.

11. Ахманов С. А . Физическая оптика: учебник / С. А. Ахманов, С. Ю. Никитин. – 2-е изд. – М. : Изд-во Моск. ун-та, 2004.

12. Скалли М. О . Квантовая оптика: пер. с англ. / М. О. Скалли, М. С. Зубайри; под ред. В. В. Самарцева. – М. : Физматлит, 2003.

13. Дмитриев В. Г. Прикладная нелинейная оптика / В. Г. Дмитриев, Л. В. Тарасов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Физматлит, 2004.

Разделы