В чём заключается принцип работы квантовых усилителей, лазеров и мазеров?

Принцип работы квантовых усилителей заключается в усилении электромагнитных колебаний при взаимодействии с квантовой системой частиц (атомов, молекул, ионов) за счёт вынужденного излучения. {9-host}

Принцип работы лазера основан на использовании стимулированного излучения атомов, ионов или молекул, что приводит к усилению света и созданию когерентного луча. {10-host} Процесс основан на следующих основных этапах: {10-host}

1. Создание инверсной населённости. {10-host} В активном элементе лазера (например, газе, жидкости или твёрдом теле) используется система накачки для создания инверсной населённости энергетических уровней — состояние, при котором на верхнем энергетическом уровне находится больше частиц, чем на нижнем. {10-host} Это достигается путём введения дополнительной энергии в систему с помощью различных методов, таких как электрический разряд, химическая реакция, оптический или электронный пучок. {10-host}
2. Ускорение электронов. {10-host} В случае газового лазера электроны ускоряются напряжением, приложенным к электродам, и сталкиваются с атомами газа, передавая им свою энергию. {10-host} В результате этого процесса атомы переходят на более высокие энергетические уровни. {10-host}
3. Релаксация. {10-host} Атомы, которые находятся на высоких энергетических уровнях, спонтанно возвращаются на свои основные энергетические уровни, излучая фотоны. {10-host} Некоторые из этих фотонов вызывают возбуждение других атомов, переводя их на верхние энергетические уровни и создавая таким образом лавину фотонов. {10-host}
4. Усиление. {10-host} Фотоны, генерируемые в процессе релаксации, распространяются через активный элемент, вызывая стимулированное излучение у других атомов. {10-host} Этот процесс создаёт усиление света, которое приводит к формированию когерентных лазерных лучей. {10-host}
5. Отбор частоты и направления. {10-host} Лазерные резонаторы, состоящие из двух зеркал, установленных под углом друг к другу, обеспечивают отбор частоты и направление пучка излучения. {10-host} В них происходит многократное прохождение света через активную среду, в результате чего происходит усиление только тех фотонов, которые распространяются в нужном направлении и имеют нужную частоту. {10-host}

Мазер — квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона (микроволны). ru.wikipedia.org {8-host} По принципу своего действия мазер похож на лазер, но работает только в микроволновом диапазоне. {8-host} Мазер основан на принципе вынужденного излучения, предложенном Альбертом Эйнштейном в 1917 году. en.wikipedia.org ru.wikipedia.org