ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА
Квантовые переходы и вероятности излучательных переходов
В отличие от электронных приборов, в которых для усиления или генерации электромагнитного поля используется энергия свободных носителей зарядов, в квантовых приборах применяется, как правило, внутренняя энергия микрочастиц (энергия атомов, ионов, молекул). При этом сами микрочастицы могут находиться в движении. Электроны, входящие в состав микрочастиц, называются связанными. Строгое математическое описание и анализ работы квантовых приборов представляют собой чрезвычайно сложную задачу. Это связано, в частности, с тем, что при анализе квантовых устройств приходится рассматривать процессы, подчиняющиеся законам микромира. Поэтому в зависимости от решаемой задачи используются различные приближенные модели и методы их описания.
Простейшей моделью, иллюстрирующей процессы излучения электромагнитного ПОЛЯ микрочастицами и резонансный характер их взаимодействия с электромагнитным полем, представляет собой модель, в которой излучение рассматривается как результат колебаний электрона, удерживаемого около положения равновесия упругими силами. Более строгим и плодотворным является вероятностный метод описания процессов в ансамбле микрочастиц, представленный в данной главе. Вероятностный метод с успехом применяется, например, при анализе некоторых моделей квантовых усилителей. Однако важнейшие задачи, связанные с определением частоты и мощности квантовых генераторов, не могут быть решены в рамках вероятностных методов. Эти параметры могут быть найдены с помощью полуклас - сического метода. В полуклассической теории свойства рабочего вещества анализируются методами квантовой механики, а электромагнитное поле — законами классической электродинамики Наиболее строгий метод анализа квантовых приборов — метод квантовой электродинамики, но его реализация связана со сложным математическим аппаратом и выходит за рамки данного курса. Впервые вероятностный метод анализа процесса взаимодействия ансамбля микрочастице электромагнитным полем был проведен Эйнштейном.
