2
о
m О
X
320
тк веществу процессом накачки. Значение мощности накачки, при к-ром возникает квантовое усиление, паз. порогом усиления.
Для возбуждения генерации необходимо поместить инвертированное вещество в устройство, обеспечивающее положит, обратную связь. Простейшим устройством, реализующим обратную связь в радиодна-пазоне, является объ╦мный резонатор, в оптич. диапазоне ≈ открытый резонатор, в частности резонатор Фабри ≈ Перо. Эл.-магп. поле, возникающее внутри такого резонатора, многократно отражается от образующих его отражающих поверхностей (зеркал), каждый раз проходя сквозь активную среду и усиливаясь при этом в результате вынужденного испускания. Генерация возникает, если усиление излучения при двукратном отражении от зеркал и двукратном прохождении через инвертированное вещество превосходит потери излучения во время такого прохода. Для достижения генерации резонатор должен быть настроен в резонанс с частотой перехода между инвертированными уровнями вещества. Состояние, при к-ром энергия, выделяемая в резонаторе за сч╦т вынужденного испускания, равна полным потерям энергии в резонаторе, паз. порогом генерации. При превышении порога генерации часть генерируемой эл.-магя. энергии выходит на пределы резонатора через полупрозрачное зеркало (коэф. отражения <С1).
Вынужденное испускание было предсказано А. Эйнштейном {A. Einstein, 1917). Предложение об использовании вынужденного испускания для усиления света было сделано В. А. Фабрикантом в 1940, однако оно не было своевременно оценено и не получило развития. Непосредственными предпосылками возникновения К. э. являются радиоспектроскопия, бурное развитие к-рой началось в 1946, в частности резонансный метод спектроскопии молекулярных и, атомных пучков [И. Раби (I. Rabi), 19371, а также открытие и исследования электронного парамагнитного резонанса (Е. К, Завой-ский, 1944).
Датой рождения К. э. является 1954, когда был создан Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым (СССР) и независимо Дж. Гордоном (3. Gordon), X. Цойгером (Н. Zeiger) и Ч. Таунсом (Ch. H. Town.es) квантовый генератор на молекулах NHa. Необходимая инверсия насел╦н посте и достигалась методом эл.-статич. пространств, разделения молекул NH3 no энергетич. состояниям. Обратная связь осуществлялась объ╦мным резонатором (см. Молекулярный генератор). След, шагом к формированию К. э. как существенной области физики стал метод достижения инверсии насол╦нностеи при помощи эл.-магн. накачки, предложенный Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым в 1955. На этой основе были созданы квантовые парамагн. усилители [Г. О. Д. Ско-внд (Н. Е. D. Scovil, США, 1957) и др., 1958J, лазер на кристалле рубина [Т. Мейман (Th. Maiman), США, 1950; см. Твер до тельный лазер]. Вскоре был создан газовый лазер па смеси He-j-Ne [А. Джаван (A. Javan), 1900], в к-ром инверсия насел╦нностей атомов Ne достигалась передачей им энергии от атомов Не, возбуждаемых ударами электронов в газовом разряде (см. Газоразрядные лазеры}. Затем был предложен полупроводниковый лазер (Н. Г. Басов и др., 1961). Первый полупроводниковый инжекционный лазер был создан Р. Холлом {R. N. Hall), а также У. Думке (W. L. Dum-ke) и др. (США, 1962).
К. э. возникла в диапазоне радиоволы (длина волны генератора на молекулах NH3 A ≈1,24 см). Однако дальнейшее развитие К. э. происходило в оптич. диапазоне. Первоначально целью К. э. была генерация, а затем и усиление когерентного излучения. В дальнейшем изучение взаимодействия интенсивного лазерного излучения с веществом привело к развитию новых направлений. Одним из них является изучение нелинейных процессов, сопровождающих распространение излучения в среде, показатель преломления к-рой
изменяется под действием излучения. J3 К- э. нелинейные процессы применяются для генерации, оптич. гармоник. Напр., распространение мощных импульсов ИК-излучения неодимового лазера (Я=1,ОВ мкм) в нелинейной среде приводит к генерации 2-й гармоники (А=(),53 мкм), лежащей в зел╦ной части спектра, и. 3-й гармоники (Л-.= 0,35 мкм}, лежащей в УФ-области спектра (см. Нелинейная оптика).
Нелинейные явления наблюдаются и при рассеянии мощных лазерных импульсов. При этом в среде возникает мощное когерентное излучение, сдвинутое по частоте по отношению к первичным импульсам (см. Вынужденное рассеяние света]. Результатом нелинейных взаимодействий лазерного излучения с веществом являются самофокусировка света, лазерная искра и др,
Парамстрич. процессы в оптич. диапазоне ≈ ослопа перестраиваемых параметрич. лазеров и лазеров на свободных электронах. Воздействие лазерного излучения, частота к-рого совпадает с узкими спектральными линиями поглощения атомов разреженного газа, приводит к насыщению этих линий. Отот процесс применяют для стабилизации частоты лазеров.
Важным направлением К. а. является метрология ≈ создание квантовых стандартов частоты, эталонов частоты (времени), квантовых магнитометров, лазерных теодолитов и дальномеров, лазерных систем хим. (в т. ч. дистанционного) спектрального анализа.
Высокая когерентность лазерного излучения позволила реализовать идею голографии и создать целый набор голография, приборов.
Высокая когерентность и направленность излучения 'лазеров позволили достичь рекордно больших плотностей энергии с помощью фокусировки лазерных импульсов в объ╦мах порядка длины волны лазерного излучения. Этот метод примен╦н для получения и исследования высокотемпературной плазмы, что стало одним из путей создания управляемых термоядерных реакций.
Высокая монохроматичность и большая мощность излучения лазеров привели к появлению лазерной химии и лазерных методов разделения изотопов. При этом используется возможность резонансного воздействия на атомы избранного изотопа как свободные, так и входящие в состав изотопных молекул, а также на колебательные состояния таких молекул, к-рыо не затрагивают др. атомы и молекулы. Таким путем управляют ходом хим. реакции и получают продукты реакции и изотопные атомы и молекулы, что нелазерными способами затруднительно (см. Изотопов разделение).
Принципы и методы К, э. используют при создании источников и при╦мников излучения для ев ото* водных спетом связи (см. Волоконная оптика, Оппго-электроника),
Важными областями применения К. у., помимо указанных выше, являются лазерная технология, медицина, оптическая обработка информации, оптическая локация, лазерная спектроскопия, лазерная диагностика плазмы и др.
Лит,,: Я р и в А., Квантоиая алектроника, пер. с англ., 2 изд., М., 1980; Справочник по лазерам, пер. с УНГ.Ч,, под ред. А. М. Прохорова, т. 1≈2, М., 1978. AJ. Е. Жабояншский.
КВАНТОВОЕ СЛОЖЕНИЕ МОМЕНТОВ ≈ сложение моментов (орбитальных, спиновых, полных) независимых частиц (или систем ≈ атомов, молекул и т. д.) по законам квантовой механики.. Применяется также назв. векторное сложение моментов. В случае двух частиц задача состоит в определении спектра возможных собств. значений оператора киад-
рата суммарного момента f= (,7'i+j'a)2 и его проекции /г на фиксированную ось и соответствующих собств.
ф-цип (;j},jz≈ операторы моментов частиц 1, 2). Спектр имеет вид
(i)
