Квантовая и оптическая электроника

Глава 1. Введение 1Л Основные понятия и определения Квантовая электроника - область науки и техники, исследующая и приме­ няющая квантовые явления для усиления, генерации и преобразования когерент­ ных электромагнитных волн. Оптоэлектроника - область науки и техники, исследующая и применяющая процессы взаимодействия оптического излучения с веществом для передачи, при­ ема, переработки, хранения и отображения информации. Оптический диапазон спектра составляют электромагнитные колебания, длина волн которых леяшт в пределах от 1 м до 1 нм. Внутри оптического диапа­ зона выделяют видимое (/. = 0,38...0,78 мкм), инфракрасное (i = 0,78... 1000 мкм) и ультрафиолетовое (А = 0,001...0,38 мкм) излучения. Световые волны - электро­ магнитные волны оптического диапазона. Лазеры {квантовые усгшители и генераторы оптического диапазона) - наиболее важные и широко применяемые приборы квантовой электроники. Это первые и пока что единственные источники интенсивного оптического излучения, обладающего высокой степенью когерентности, монохроматичности и направ­ ленности. Слово лазер происходит от английского laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, усиление света вынужденным излучением). Пер­ вый лазер бьш создан в 1960 г, Т. Мейманом на основе рубина. В конце этого же года был изготовлен первый газовый лазер на смеси газов гелия и неона, в 1962 г. - первый полупроводниковый лазер на арсениде галлия и в 1966 г. - первый жид­ костный лазер на органическом красителе. За прощедший период времени появи­ лось много новых типов лазеров, использующих различные активные вещества и перекрывающих по спектру почти весь оптический диапазон. В зависимости от типа используемого активного вещества различают: газо­ вые, твердотельные (на твердых диэлектриках), жидкостные и полупроводнико­ вые лазеры. Хотя по агрегатному состоянию активного вещества полупроводниковые ла­ зеры формально можно отнести к твердотельным, особенности происходящих в них процессов, а таюке особенности их конструирования, изготовления и эксплу­ атации требуют вынесения этих приборов в отдельную группу. Активным веществом твердотельных и жидкостных лазеров является диэлек­ трик, находящийся в конденсированной фазе (диэлектрические кристаллы или стекла (аморфные диэлектрики)), активированные ионами атомов переходных групп (ионами редкоземельных элементов или ионами группы железа). По срав­ нению с газами в конденсированных средах можно создать большие плотности (концентрации) активных частиц в единице объема и тем самым достичь большей плотности инверсии и большего удельного энергосъема. В то же время разнообра­ зие процессов, с помощью которых можно изменить энергетическое состояние