Квантовая электроника - Пирс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Редактор надеется, что автор не поставит это ему в упрек.
Г. В. С кр о цк ийПредисловие автора
При подготовке расширенного и переработанного второго издания книги «Электроны, волны и сообщения» я столкнулся с необходимостью включить много нового материала, для того чтобы иметь возможность подробно рассказать о лазерах, мазерах и транзисторах. Дж. Дар-стон, ознакомившись с расширенным вариантом книги, обратил мое внимание на то, что этот новый материал лучше всего издать в виде отдельной книги. Так возникла «Квантовая электроника». В работе над ней мне очень помогли замечания и советы Дж. Дарстона. Стремясь выполнить одну из его рекомендаций, я включил в книгу «Приложение», объясняющее математические обозначения; оно, возможно, поможет некоторым читателям разобраться в двух-трех формулах, имеющихся в тексте.
Кроме того, я весьма признателен за ряд ценных советов, критику и помощь Дж. Гордону, прочитавшему два варианта первых четырех глав книги. Я также считаю своим долгом выразить благодарность летнему исследовательскому институту Невадского университета, где был написан черновой набросок книги. Наконец, я в долгу перед мисс Флоренс Костелло и мисс Элизабет Ля Жунесс, взявшими на себя труд по окончательной перепечатке рукописи, изготовлению рисунков и заботы о других утомительных мелочах.
Джон ПирсГлава 1
МИР ЗНАНИЙ
Все мы иногда задумываемся о вещах, далеких от того, что нас непосредственно окружает, или выходящих за пределы доступного нашим «невооруженным» чувствам. Нам вдруг хочется узнать, что происходит в дальних странах, что и как было в прошлом или что нас ждет в будущем. Деньги, затрачиваемые на путешествия, телевидение, газеты, журналы и книги, в том числе на исторические романы и научно-фантастические повести, могли бы служить убедительной мерой человеческого любопытства. Но иногда хочется понять глубже и полнее то, что окружает нас в повседневной жизни, и мы начинаем проявлять интерес к телефону, телевизору или транзисторному радиоприемнику.
Десяток лет назад были и телефоны и телевизоры, но не было транзисторных приемников. Сегодня сонмы подростков, включающих свои транзисторы на полную мощность в автобусах, на пляжах и спортивных площадках, весьма остро «ощущают» их существование, а всякий взрослый человек, оказавшийся ближе чем на пушечный выстрел от такой компании, — наверное, еще острее.
Лишь немногие из тех, кто слушал транзисторные приемники, хоть раз видели своими глазами транзистор, а среди видевших — совсем немногие понимают, как он действует. Я надеюсь, что, прочитав эту книгу, вы сможете выяснить для себя не только принципы работы полупроводникового транзистора, но и немало других интересных вещей. Правда, чтобы понять принципы действия транзистора и других устройств, вам придется узнать кое-что новое и сильно отличающееся от всего того, что понадобилось бы десяток лет назад для понимания работы телефона, телевизора или радиоприемника, построенных в те годы. За последнее десятилетие в электронике произошли прямо-таки революционные изменения. Ее развитие
9в эти годы неразрывно связано с изобретением и использованием приборов, не только работа, но и сама возможность существования которых зиждется на законах квантовой физики. В число этих приборов входят транзистор, мазер и лазер
Физическая теория составляет ту основу, опираясь на которую мы объясняем явления природы и используем их для практических нужд. Открытые Исааком Ньютоном законы движения и закон всемирного тяготения объяснили обращение планет вокруг Солнца, позволили нам предсказывать и изменять траектории ракет и орбиты искусственных спутников. Уравнения, открытые Джеймсом Клерком Максвеллом, объяснили движение электромагнитных волн и сделали возможным изобретение антенн и сверхвысокочастотных радиорелейных систем связи. Законы квантовой физики, или квантовой механики, дали объяснение чрезвычайно широкому кругу физических и химических явлений.
Наука точных законов
Мы теперь знаем, что как ньютоновы законы движения, так и максвелловы уравнения поля лишь приближенные законы, они точны, когда изучаемые тела достаточно велики, а изменения, составляющие то или иное явление, происходят не слишком быстро. Законы квантовой механики в этом отношении лучше, ибо они позволяют понять и,— например, в случае мазера, лазера и транзистора — использовать физические явления, происходящие в царстве таких малых тел, как атомы и ионы, и изменения, столь быстрые, как световые электромагнитные колебания.
В мире больших размеров и медленных изменений предсказания квантовой механики вполне сходятся с тем, что мы наблюдаем ежедневно, катаясь на коньках, играя
1 Название лазер — сокращение, составленное из первых букв английских слов, — означает «усилитель и генератор вынужденного излучения, работающий в световом (видимом и инфракрасном) диапазоне электромагнитных волн»; Название мазер — так же сокращение, составленное по тому же принципу и относится к прибору, который работает на самых коротких волнах радиодиапазона, сантиметровых и миллиметровых. Подробнее об этих приборах и различиях между ними читатель узнает в гл. III и IV.— Прим. ред.