26. Волны де Бройля. Квантовая интерференция.

Во́лны де Бро́йля — волны, связанные с любыми микрочастицами и отражающие их волновую природу.

Физический смысл:

Для частиц не очень высокой энергии, движущихся со скоростью (скорости света), импульс равен (где — масса частицы), и . Следовательно, длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса частицы и её скорость. Например, частице с массой в 1 г, движущейся со скоростью 1 м/с, соответствует волна де Бройля с м, что лежит за пределами доступной наблюдению области. Поэтому волновые свойства несущественны в механике макроскопических тел. Для электронов же с энергиями от 1 эВ до 10 000 эВ длина волны де Бройля лежит в пределах от ~ 1 нм до 10⁻² нм, то есть в интервале длин волн рентгеновского излучения. Поэтому волновые свойства электронов должны проявляться, например, при их рассеянии на тех же кристаллах, на которых наблюдается дифракция рентгеновских лучей.

Квантовая интерференция является одним из самых вызывающих принципов квантовой теории. По существу, концепция утверждает, что элементарные частицы не могут быть более, чем в одном месте в заданное время (посредством суперпозиции), но отдельные частицы, например, фотоны (световые частицы) могут пересекать собственную траекторию и интерферировать с направлением собственного пути.

Физик Ричард Фейнман заявил, что главные особенности квантовой механики могут быть извлечены из исследования эксперимента с двойной щелью. Фейнман предположил, что каждый фотон не только проходит через обе щели, но и одновременно пересекает все возможные траектории на пути к цели, не только в теории, но и на самом деле.

Исследования квантовой интерференции находят своё применение во всё большем числе приложений, например, в сверхпроводящем квантовом интерференционном устройстве (SQUID), квантовой криптографии, и квантовых вычислениях.

27. Принцип работы лазера. Применение для измерения физ. Величин.

Ла́зер, (опти́ческий ква́нтовый генера́тор) — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.

Применение для измерения физических величин

В измерительных устройствах основными процедурами являются измерение линейных размеров, перемещения, скорости и взаимной соосности ряда промышленных объектов, основанные на явлении интерференции и дифракции.

Таким образом, основные требования, предъявляемые к лазерному излучению: высокая пространственная и временная когерентность.

В измерительной технике основное значение имеет когерентность излучения. Поэтому для прецизионных измерений основное распространение получили газоразрядные лазеры (ГРЛ), которые имеют контур люминесценции порядка 1ГГц, в то время как у полупроводниковых лазеров данный контур имеет ширину 1000 ГГц. Ширина линии излучения ГРЛ на 3-5 порядков меньше, чем у полупроводниковых лазеров.

Для точных измерений используют отпаянные маломощные (не более 10 – 20 Вт) CO2 лазеры. Ширина контура люминесценции в CO2 лазере составляет примерно 50 МГц. Легко обеспечивается одночастотный режим, но также легко частота уходит с линии на линию. При давлении смеси несколько атмосфер вращательные линии перекрываются в пределах одной ветви колебательной полосы. Возможна плавная перестройка частоты в диапазоне 1.5 ГГц.