Квантовая радиофизика. Цифровая обработка сигналов

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.

- (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

• Квантовая радиофизика Купить за 1636 руб
• Квантовая радиофизика , В. В. Штыков. В учебном пособии рассмотрены фундаментальные вопросы линейного и нелинейного взаимодействия электромагнитного поля с различными средами, электрические и магнитные свойства вещества. Изложены… Купить за 1146 грн (только Украина)
• Квантовая радиофизика. Магнитный резонанс и его приложения , . Пособие подготовлено в соответствии с учебной программой по дисциплине Квантовая радиофизика и содержит изложение нескольких спецкурсов, читаемых коллективом авторов на физическом факультете…

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

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.  

Область физики, в к-рой изучаются процессы, связанные с эл.-магн. колебаниями и волнами радиодиапазона: их возбуждение, распространение, приём и преобразование частоты, а также возникающие при этом взаимодействия...

Естествознание. Энциклопедический словарь

"КВАНТОВАЯ РАДИОФИЗИКА" в книгах

Квантовая физика

Квантовая физика Квантовая физика – один из самых сложных разделов физики, что делает его идеальной областью исследования для «ботаников». Квантовая физика, которую называют также квантовой теорией или квантовой механикой, изучает поведение самых маленьких открытых

Глава седьмая КВАНТОВАЯ ФИЗИКА И КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ