Текущие выставки

Выставка "Квантовая электроника"

Выставка действует в помещении ФБУ "РНТПБ" с 28.03.2017 г. по 04.04.2017 г.

В сегодняшнем мире огромную роль играет электроника и электронные приборы. Сегодня все электротехническое стало таким же обыденным как биологическое. Даже более того – сегодня некоторые школьники никогда не видели живую курицу или лошадь, но все они видели и хорошо знают компьютер и интернет. Это нисколько не парадоксально просто несколько десятков лет назад ситуация была в корне другой. Но сегодня сложно представить, как человечество обходилось без компьютеров, интернета, да и простых электрических лампочек. Использование передовых технологий позволило человечеству выйти на новый уровень существования. За этой наукой будущее – со временем электронные средства позволят создать такие вещи как электромобили или новые поколения вычислительных устройств – сверхмощные компьютеры и ноутбуки.
Понятие электроника включает в себя столь обширную область человеческой деятельности, что только простое перечисление ее разделов заняло бы слишком много места. Однако во всех этих разделах есть общее: физической основой электроники являются движение электронов и законы этого движения. Электроника – важнейшая составляющая современной технической цивилизации; трудно даже представить себе, как выглядел бы наш мир без электронных устройств (ЭУ). Электронные устройства рассчитывают графики движения поездов и результаты научных исследований, управляют автоматическими станками и сборкой автомобилей, накапливают информацию и преобразовывают ее в форму, удобную для восприятия человеком.
Но, пожалуй, самая близкая всем нам область применения электроники – это передача информации. Сегодня кажется абсолютно естественным, что в каждом доме по вечерам загораются голубые экраны телевизоров, что можно включить радиоприемник, чтобы узнать последние известия и сводку погоды, что магнитофон дает возможность услышать записи выступлений любимых певцов и музыкантов, что во всех уголках нашей необъятной Родины всегда есть сегодняшние газеты и что телеграмма от Москвы до Хабаровска идет считанные часы. Все это достигается благодаря безупречной работе электронных устройств – передатчиков и приемников информации. Линии связи сложны и многообразны, они включают в себя многочисленные промежуточные пункты обработки информации, в том числе и расположенные на искусственных спутниках Земли.
Выход человечества в околоземное космическое пространство также неразрывно связан с электроникой. Электронные устройства осуществляют контроль за подготовкой космических кораблей к старту и за их полетом, обеспечивают стыковку кораблей на орбите, посадку и поиск спускаемых аппаратов. В последнем случае используются специальные электронные устройства – радиолокаторы, периодически посылающие радиоволны, т. е. пучки электромагнитной энергии, и по их отражению от предметов определяющие направление движения космических объектов и расстояние до них .
В последние годы появились новые классы электронных устройств, основанные на законах так называемой квантовой электроники. Это широко известные лазеры – генераторы когерентных световых и радиоволн. Диапазон применения лазеров очень широк – от исследования поверхности Луны до очень точной сварки металлов в промышленности или сверхточных операций на сетчатке глаза в медицине.
С появлением лазеров связано и возникновение в середине 60-х гг. нового направления в области электроники – оптоэлектроники, использующей оптическую (фотонную) связь для передачи информации. Оптическая связь имеет ряд преимуществ перед электрической связью. Из-за электрической нейтральности фотонов в оптическом канале связи не возбуждаются электрические и магнитные поля, сопутствующие протеканию электрического тока. Иными словами, фотоны не создают помех в линиях связи.
Передача информации с помощью светового луча не сопровождается накоплением и рассеиванием электромагнитной энергии в линии, и это обеспечивает быстродействие передачи информации и минимальный уровень ее искажения. Высокая частота оптических колебаний (10м – 1015 Гц) обусловливает и большой объем информации, и ее быстродействие, а малая длина волны (до 10 ~4 – 10 5 см) предоставляет возможность для микроминиатюризации передающих и приемных устройств. Основные элементы оптоэлектроники: источники света (лазеры, светодиоды), оптические среды (активные и пассивные) и фотоприемники.
Не так давно появилась новая перспективная, область электроники – создание и применение в различных отраслях техники акустоэлектронных устройств.
Говоря об электронике, нельзя не сказать особо о важной роли электронных вычислительных машин. ЭВМ все шире проникают во все сферы деятельности человека, осуществляя в них подлинную революцию благодаря высокой точности обработки информации и огромному быстродействию: современные ЭВМ способны выполнять несколько миллионов операций в секунду. Они не только освобождают человека от трудоемкой работы по сбору и обработке информации, но и дают возможность получить принципиально новые результаты труда. Примером может служить использование ЭВМ на заводах по производству особо чистых материалов, являющихся основой современной электронной промышленности: ни один человек – оператор не справился бы с управлением сложнейшими технологическими процессами.
Электроника – наиболее быстро развивающаяся область человеческой деятельности, и в современных условиях от уровня ее развития в значительной мере зависят успехи научно- технического прогресса.
Электроника включает в себя три области исследований:
1. вакуумную электронику;
2. твердотельную электронику;
3. квантовую электронику.
Наиболее важные направления квантовой электроники – создание лазеров и мазеров.
На основе приборов квантовой электроники строятся устройства для точного измерения расстояний (дальномеры), квантовые стандарты частоты, квантовые гироскопы, системы оптической многоканальной связи, дальней космической связи, радиоастрономии. Энергетическое воздействие лазерного концентрированного излучения на вещество используется в промышленной технологии. Лазеры находят различное применение в биологии и медицине.
Квантовая электроника, область физики, изучающая методы усиления и генерации электромагнитных колебаний, основанные на использовании эффекта вынужденного излучения, а также свойства квантовых усилителей и генераторов и их применения. Практический интерес к квантовым генераторам света (лазерам) обусловлен, прежде всего, тем, что они, в отличие от др. источников света, излучают световые волны с очень высокой направленностью и высокой монохроматичностью. Квантовые генераторы радиоволн отличаются от др. радиоустройств высокой стабильностью частоты генерируемых колебаний, а квантовые усилители радиоволн – предельно низким уровнем шумов.
Свет и радиоволны являются электромагнитным излучением, порции которого кванты (или фотоны) могут испускаться атомами, молекулами и др. квантовыми системами, обладающими некоторой избыточной внутренней энергией (возбуждёнными частицами). Внутренняя энергия атома (или молекулы) может принимать только лишь некоторые строго определённые дискретные значения, называемые уровнями энергии. Уменьшение внутренней энергии означает переход атома с более высокого уровня энергии на более низкий.
Немонохроматичность излучений оптического диапазона и отсутствие в оптике методов и концепций, хорошо развитых в радиофизике, в частности понятия обратной связи, послужили причиной того, что мазеры появились раньше лазеров.
В 1-й половине 20 в. радиофизика и оптика развивались разными путями. В оптике развивались квантовые представления, в радиофизике – волновые. Общность радиофизики и оптики, обусловленная общностью квантовой природы электромагнитных волновых процессов, не проявлялась до тех пор, пока не возникла радиоспектроскопия, изучающая спектры молекул, атомов, ионов, попадающие в диапазон СВЧ. Это привело к гораздо более высокой чувствительности, разрешающей способности и точности радиоспектроскопов по сравнению с оптическими спектроскопами.
Успехи квантовой электроники поставили вопрос о её продвижении в сторону более коротких волн. При этом существенную трудность представляла разработка резонаторов.
Первым достижением квантовой электроники в оптическом диапазоне явилось создание в 1960 лазера (Т. Мейман, США). В качестве рабочего вещества в нём использовался монокристалл рубина. Вскоре после рубинового лазера был разработан первый газовый лазер (А. Джаван, У. Беннетт, Д. Гарриот: 1960. США) на смеси атомов неона и гелия. Затем появился полупроводниковый инжекционный лазер (Р. Хол, а также У. Думке с сотрудниками; 1962, США).
Применения квантовой электроники революционизировали радиофизику СВЧ и оптику. Наиболее глубокие преобразования К. э. внесла в оптику. В радиофизике создание мазеров означало появление радиоустройств, хотя принципиально и новых, но вместе с тем обладающих привычными для радиоинженера свойствами. И до появления К. э. в радиофизике существовали когерентные усилители и монохроматические генераторы. Квантовая электроника лишь резко улучшила чувствительность усилителей (в 103 раз) и стабильность частоты генераторов (в десятки тысяч раз). В оптике же все источники света до появления лазеров не обладали ни сколько-нибудь заметной направленностью, ни монохроматичностью. Создание лазеров означало появление источников света, обладающих совершенно новыми свойствами. Это дало невиданную ранее в оптике возможность концентрировать энергию излучения, как в пространстве, так и в узком частотном интервале.
Промышленность выпускает различные типы лазеров, которые используются не только как эффективный инструмент научных исследований, но и для решения разного рода практических задач. Основные преимущества лазерного воздействия – малая область распространения тепла, отсутствие переноса электрических зарядов и механического контакта, возможность работать внутри вакуумных баллонов и в агрессивных газах. Одним из первых применений лазеров было измерение расстояния до Луны с большей точностью, чем это было сделано радиофизическим методом. После того как на Луне был установлен уголковый отражатель, расстояние до неё было измерено с точностью до 1,5м. Существует лазерная локационная служба расстояния Земля – Луна.
Новые возможности открыло применение лазеров в оптических линиях связи. Развитие оптических линий связи с их задачами модуляции колебаний, детектирования, гетеродинирования, преобразования частоты световых колебаний потребовало переноса в оптику методов радиофизики и теории колебаний.
Возникла нелинейная оптика, изучающая нелинейные оптические эффекты, характер которых зависит от интенсивности света (самофокусировка света, генерация оптических гармоник, вынужденное рассеяние света, параметрическая генерация света, самопросветление или самозатемнения света). Методами нелинейной оптики создан новый класс перестраиваемых по частоте источников когерентного излучения в ультрафиолетовом диапазоне.
Получение и исследование лазерной плазмы является одним из наиболее интересных применений лазеров. Осуществлен термоядерный синтез, инициируемый лазерным излучением.
Благодаря высокой концентрации электромагнитной энергии в пространстве и по спектру лазеры находят широкое применение в микробиологии, фотохимии, химическом синтезе, диссоциации, катализе. Квантовая электроника привела к развитию голографии – метода получения объёмных изображений предметов восстановлением структуры световой волны, отражённой предметом.
Работы по квантовой электронике были отмечены Нобелевской премией 1964 по физике (Н.Г. Басов, А.М. Прохоров, СССР, и Ч. Таунс, США).

Представленные издания:

Выставка "Тяжелое машиностроение"

Постоянно действующая выставка

Выставка "Пожарная безопасность"

Постоянно действующая выставка

Выставка "Редкие книги"

Постоянно действующая выставка

Выставка "Нанотехнологии"

Постоянно действующая выставка

Выставка "Промышленные каталоги"

Постоянно действующая выставка

Прошедшие выставки

"Компрессоры" 30 марта – 7 апреля
"Литейное производство" 29 августа – 5 сентября
"Электротехника" 29 июня – 4 июля
"Всероссийский день библиотек" 27 мая – 27 мая
"День библиотек" 27 мая – 30 мая