Wat is kwantumelektronica?

Op het gebied van kwantumelektronica bestuderen wetenschappers de interactie van straling en materie op kwantumniveau.Met behulp van kennis van elektronica en natuurkunde hebben wetenschappers op dit gebied veel vooruitgang geboekt in optica en radiofysica.Machines zoals de lichtamplificatie door gestimuleerde emissie van straling (laser) en de microgolfversterking door gestimuleerde emissie van straling (maser) zijn bijzonder nuttig op het gebied van kwantumelektronica.

De kwantumtheorie wordt geaccepteerd door wetenschappers als de basistheorie vanNatuurkunde die alle fysieke apparaten verenigt.Als zodanig kan elk elektronisch apparaat worden beschouwd als een kwantumelektronisch apparaat.De meeste wetenschappers begrijpen echter kwantumelektronische apparaten om alleen die apparaten te zijn die overgangen tussen de niveaus van de kwantumergie stimuleren.Lasers en masers zijn de primaire apparaten die worden gebruikt in kwantumelektronica, omdat elk van deze energie richt in een strakke, gerichte balk.Transistoren en supergeleiders kunnen de principes van de kwantummechanica gebruiken, maar ze worden meestal niet beschouwd als kwantumelektronische apparaten.

In kwantumelektronica zijn de overgangen tussen de niveaus van de kwantumergie van bijzonder belang.Atomen, moleculen en andere kwantumsystemen bevatten geëxciteerde deeltjes.Deze systemen kunnen alleen bepaalde, strikt gedefinieerde hoeveelheden energie bevatten.Wanneer een systeem elektromagnetische straling afgeeft, in de vorm van licht of radiogolven, beweegt het van een hoger energieniveau naar een lager.Lasers en masers kunnen worden gebruikt om deze atomen of moleculen te opwinden in hogere energietoestanden.

Lasers zijn een van de belangrijkste apparaten die worden gebruikt in kwantumelektronica.Deze machines stralen lichtgolven uit in een gerichte straal binnen een smal stralingsbereik.Dit maakt het licht dat een laser monochromatisch uitzendt, terwijl de meeste lichtbronnen meerdere lichtkleuren uitzenden, zelfs als het licht in het oog verschijnt om slechts één kleur te bevatten.

Lasers zijn belangrijk in zowel onderzoek als het oplossen van praktische problemen.Het licht van een laser diffuus warmte niet en mist een elektrische lading.Een laser kan werken in corrosieve gassen en in een vacuüm.Ze zijn nuttig bij het meten van afstand met grote nauwkeurigheid, optische communicatie en thermonucleaire fusie.

Een ander hulpmiddel dat vaak wordt gebruikt in kwantumelektronica is de maser.Deze apparaten stoten microgolfstraling uit in een gerichte balk.De frequentie van deze magnetrons is stabiel en verslechtert niet zo gemakkelijk als standaard microgolven.De toepassing van deze machine maakt communicatietorens mogelijk die geluidsgolven in het magnetronstralingsbereik uitzenden om informatie over grote afstanden te verzenden met weinig vervorming.