го, светового излучения. Иными словами, устройство должно излучать не просто световой луч, а луч только одной частоты, одной длины волны, например только красный (рис. 23). Проникновение в микромир, глубокое изучение строения вещества и квантовых взаимодействий, разработка методов, как управлять поведением атомов и молекул,— все это позволило использовать сами атомы в качестве пере-
Рис. 23. Схема действия оптического генератора.
датчиков и приемников радиоволн. Этим занимается специальная отрасль радиотехники —квантовая электроника.
Одними из первых были применены в технике молекулярные усилители и генераторы. Были построены генераторы с небывалой стабильностью частоты. Это не удивительно, ведь в качестве колебательной системы использовались молекулы вещества, колебательные свойства которых практически не зависят от времени.
Современные квантовые генераторы теоретически позволяют, например, создать часы с такой точностью хода, что ошибка не превысит одну секунду за многие тысячи лет. Погрешность уже созданных атомных часов равна одной секунде за триста лет. Без таких сверхточных часов невозможны будут, например, космические полеты.
Огромную ценность для радиотехники представляют квантовые усилители радиочастотных колебаний. Они позволяют значительно увеличить чувствительность приемных устройств (до сих пор ее ограничивали собственные шумы приемного устройства). В этих усилителях атомы кристаллов, в которых происходит взаимодействие с квантами, подвергнуты глубокому охлаждению (см. ст. «На подступах к абсолютному нулю»). При температуре,
близкой к абсолютному нулю, собственные шумы в сантиметровом диапазоне волн ничтожны. Это и позволяет принимать сигналы, в сотни раз более слабые, чем с помощью обычных радиоприемников (рис. 24).
Квантово-механические приборы помогают радиотехнике осваивать все более и более короткие волны. В одном из первых молекулярных генераторов использовались молекулы аммиака. Частота их собственных колебаний соответствует радиоволне длиной 1,25 см.
А сейчас квантовая электроника располагает устройствами, способными генерировать и усиливать радиоволны, длина которых доли микрона, т. е. генерировать и усиливать свет!
В обычных источниках света атомы возбуждаются (их электроны переводятся на более высокий энергетический уровень) за счет нагревания (в лампах накаливания) или за счет газового разряда (в газоразрядных лампах). Поскольку возбужденное состояние, как правило, неустойчиво, атомы излучают свет и возвращаются на первоначальный уровень, причем происходит это беспорядочно, неодновременно.
Колебания таких источников, как говорят, некогерентны.
Но переход электрона на нижний энергетический уровень можно вызвать, искусственно воздействуя внешней силой — электромагнитной волной. Подобно тому как резонансный контур откликается только на ту частоту, на которую он настроен, так и энергетический переход электрона в атоме может произвести только та электромагнитная волна, энергия
Рис. 24. Схема действия оптического усилителя.
кванта которой в точности соответствует разнице энергий между возможными энергетическими уровнями электрона.
240