量子器件

工作在无线电波段和光波段,以量子现象为其工作原理的设备。在量子器件中,对各种电磁振荡的变换,利用了量子系统(原子、分子、原子核、固体)从一种状态向另一种状态跃迁而产生的能量。二十世纪五十年代,研制成功了超高频无线电波段的量子振荡器和放大器,也称脉泽;此后不久(六十年代),研制成功光量子振荡器,称为激光器,光波段量子放大器量子陀螺仪量子磁强计等。

量子振荡器

超高频无线电波段量子振荡器(1955年)利用氨分子束作为激活介质,因而也称分子振荡器。以后,又制成氢原子束超高频量子振荡器。这些器件的重要特点之一,是振荡频率的稳定性高,可达10^(-13)。这些器件的出现,开辟了在授时系统建立频率基准和制造高准确度量子(原子)钟的新的可能性,其准确度为30万年误差1秒。

量子放大器

如果分子振荡器满足了电子学对高稳定度单色振荡源的要求,那么,超高频量子放大器则解决了其另一个重要的问题,即显著降低了超高频率接收机的噪声,从而提高了灵敏度。超高频量子放大器就是一种借助于原子,分子和离子的受激辐射而放大电磁波的装置。其放大效果,取决于原子内电子能量的变化。电子的运动遵从量子力学的规律(与电子管放大器不同,其内自由电子的运动遵从经典力学的规律)。除放大所需要电磁波的受激辐射外,受激原子还辐射出有随机振幅、相位和极化的波。这种波在放大波上形成干扰。这种波在无线电波段很弱,但进入光波段时就急剧增强。由于无线电波段量子放大器内部噪声电平极低,因而其灵敏度很高,即具有放大微弱信号的能力。量子放大器本机噪声电平如此之低,是由于采取了异常复杂的结构;激活物质置于液态氮特种制冷装置之内。所以也很笨重,不适用于装在运动目标上的电子系统。但是,这种放大器在高灵敏度国定式无线电接收设备上做为输入级得到了应用,因而大大提高了航天(含卫星)通信、行星雷达和射电望远镜等的作用距离。

量子激光器

工作在紫外线,可见光和红外频谱范围的激光器使用最为广泛。运用其原理,制成了许多设备,使用于各个方面:光通信,测距(见测距机),定位,武器激光控制系统,射击模拟器,计算技术装备,彩色投影电视,全息术,激光工艺,医学,生物学和化学等。就工作原理和结构来说,光波段量子放大器同激光器有很多共同之处。量子放大器广泛用作激光辐射功率放大器。

量子陀螺仪

量子陀螺仪在导航和定向系统中的地位很重要,其原理基于电子,原子核或者光子的陀螺的特性。它能探测到物体的旋转,并测定其角速度。虽然,量子陀螺仪的精确度和灵敏度尚不如精密的力学脱落仪,但它也有许多重要的优点;没有活动部分(无惯性),测速范围宽,对过载荷低温不敏感,实际上是瞬时启动工作。某些量子陀螺仪已用作高灵敏度旋转指示器、定向器、陀螺罗盘、陀螺方向盘、六分仪。

量子磁强计

量子磁强计主要用于测定弱磁场的强度,包括地球表面和相应于弹道导弹,人造地球卫星轨道的高空的磁场强度,太阳系行星磁场的强度。量子磁强计也能用于勘探矿藏,寻找沉没的船只,探测水面舰艇和潜艇等。