Большая Советская Энциклопедия (КВ)

  В широком смысле К. ч. часто называют физические величины, определяющие движение квантовомеханической частицы (или системы), сохраняющиеся в процессе движения, но не обязательно принадлежащие к дискретному спектру возможных значений. Например, энергию свободно движущегося электрона (имеющую непрерывный спектр значений) можно рассматривать как одно из его К. ч.

  Лит. см. при ст. Атомная физика,Элементарные частицы.

  Д. В. Гальцов.

Квантовый генератор

Ква'нтовый генера'тор, генератор электромагнитных волн, в котором используется явление вынужденного излучения(см. Квантовая электроника). К. г. радиодиапазона сверхвысоких частот (СВЧ), так же как и квантовый усилитель этого диапазона, часто называют мазером. Первый К. г. был создан в диапазоне СВЧ в 1955 одновременно в СССР (Н. Г. Басов и А. М. Прохоров) и в США (Ч. Таунс). В качестве активной среды в нём использовался пучок молекул аммиака. Поэтому он получил название молекулярного генератора. В дальнейшем был построен К. г. СВЧ на пучке атомов водорода. Важная особенность этих К. г. — высокая стабильность частоты генерации, достигающая 10^–13, в силу чего они используются как квантовые стандарты частоты.

  К. г. оптического диапазона — лазеры. (оптические квантовые генераторы, ОКГ) появились в 1960. Лазеры работают в широком диапазоне длин волн от ультрафиолетовой до субмиллиметровой областей спектра, в импульсном и непрерывном режимах. Существуют лазеры на кристаллах и стеклах, газовые, жидкостные и полупроводниковые. В отличие от др. источников света, лазеры излучают высококогерентные монохроматические световые волны, вся энергия которых концентрируется в очень узком телесном угле.

  Лит. см. при ст. Квантовая электроника.

Квантовый гироскоп

Ква'нтовый гироско'п, прибор, позволяющий обнаруживать вращение тела и определять его угловую скорость, основанный на гироскопических свойствах электронов, атомных ядер или фотонов.

  Лазерный (оптический) гироскоп. Датчиком оптического гироскопа служит кольцевой лазер, генерирующий две бегущие навстречу друг другу световые волны, которые распространяются по общему световому каналу в виде узких монохроматических световых пучков. Резонатор кольцевого лазера (рис. 1) состоит из трёх (или больше) зеркал 1, 2, 3, смонтированных на жёстком основании и образующих замкнутую систему. Часть света проходит через полупрозрачное зеркало 3 и попадает на фотодетектор 5. Длина волны, генерируемая кольцевым лазером (в пределах ширины спектральной линии рабочего вещества), определяется условием, согласно которому бегущая волна, обойдя контур резонатора, должна прийти в исходную точку с той же фазой, которую имела вначале. Если прибор неподвижен, то это имеет место, когда в периметре Р контура укладывается целое число n длин волн l₀, т. е. Р = nl₀. В этом случае лазер генерирует 2 встречные волны, частоты которых одинаковы и равны:

n₀ = c/l₀ = cn/P,

(с — скорость света).

  Если же весь прибор вращается с угловой скоростью W вокруг направления, составляющего угол J с перпендикуляром к его плоскости (рис. 2), то за время обхода волной контура последний успеет повернуться на некоторый угол. В зависимости от направления распространения волны путь, проходимый ею до совмещения фазы, будет больше или меньше Р (см. Доплера эффект). В результате этого частоты встречных волн становятся неодинаковыми. Можно показать, что эти частоты n_– и n₊ не зависят от формы контура и связаны с частотой W вращения прибора соотношением:

.

  Здесь S — площадь, охватываемая контуром резонатора. Фотодетектор, чувствительный к интенсивности света, в этом случае зарегистрирует биенияс разностной частотой:

,

где F = W/2p, а k = . Например, для квадратного гелий-неонового К. г. (см. Газовый лазер) со стороной 25 см l₀ = 6×10^–5 см, откуда k = 2,5×10⁶. При этом суточное вращение Земли, происходящее с угловой скоростью W = 15 град/ч, на широте J = 60° должно приводить к частоте биений Dn = 15 гц. Если ось К. г. направить на Солнце, то, измеряя частоту биений и считая угловую скорость W вращения Земли известной, можно с точностью до долей град определить широту J места, на которой расположен К. г.

  Интегрирование угловой скорости вращающегося тела по времени (которое может выполняться автоматически) позволяет определить угол поворота, как функцию времени. Предел чувствительности оптических К. г. теоретически определяется спонтанным излучением атомов активной среды лазера. Если частоте биений Dn = 1 гц соответствует угол поворота в 1 град/ч, то предел точности К. г. равен 10^–3 град/ч. В существующих оптических К. г. этот предел ещё далеко не достигнут.