Зміст
  Вступ. 3
Розділ 1. Передумови створення квантової електроніки. 4
Розділ 2. Основні поняття квантової електроніки (фізичні основи квантової електроніки) 8
2.1. Спонтанні та вимушені переходи, 8
2.2. Імовірність переходу під впливом зовнішньої дії, 10
2.3. Інтенсивність та ширина спектральних ліній випромінювання. 13
2.4. Кут розбіжності лазерного пучка. 14
Розділ 3. Методи створення інверсного заселення рівнів. 15
Розділ 4. Принципова блок-схема квантового генератора. Оптичні резонатори. 19
Розділ 5. Характеристика основних типів квантових генераторів. 22
Розділ 6. Параметричні підсилювачі. 29
Розділ 7. Основні області застосування квантових генераторів. 33
Висновки. 38
Список використаної літератури. 39

 

Вступ.
Квантова електроніка вивчає взаємодію електромагнітного поля з речовиною в різних діапазонах – від радіохвиль до рентгенівського та γ-випромінювання. Пізнання основних закономірностей цієї взаємодії привело близько 25 років тому до створення лазерів – джерел когерентного (тобто монохроматичного й направленого) випромінювання з високою інтенсивністю. Завдання оптимізації існуючих лазерів і створення нових типів лазерів, а також успіхи експериментальної техніки у свою чергу стимулювали подальший розвиток квантової електроніки. Цей характерний для сучасної науки лавинний процес привів до появи нових напрямків в оптиці (нелінійна й квантова оптика, голографія, оптоелектроніка) і спектроскопії (нелінійна й когерентна спектроскопія), до численних застосувань лазерів у технології, зв'язку, медицині. Сьогодні близькі до свого вирішення проблеми лазерного термоядерного синтезу й лазерного поділу ізотопів.
Не настільки різноманітні, але важливі застосування знайшли також і «старші брати» лазерів – мазери, що працюють у радіодіапазоні на довжинах хвиль порядку 0,1 – 10см. і використовуються в якості над стабільних еталонів частоти й^: надчутливих парамагнітних підсилювачів.
Термін «квантова електроніка» виник із протиставлення класичній електроніці, що має справу в основному з вільними електронами, які володіють безперервним енергетичним спектром й, як правило, досить добре описуються класичною механікою. Однак деякі квантові прилади (наприклад, засновані на ефекті Джозефсона) за сформованою традицією не відносять до сфери впливу квантової електроніки. Інша назва - «квантова радіофізика» - також не зовсім адекватна, оскільки не охоплює оптичний діапазон. Тому для користування прийняли термін квантова електроніка.
Розглянемо основні питання квантової електроніки.

Розділ 1. Передумови створення квантової електроніки.
Квантову електроніку можна вважати новим розділом теорії світла й взагалі теорії взаємодії електромагнітного поля з речовиною. Квантова епоха в оптику й взагалі у фізику прийшла в перші роки XX століття із теорії рівноважного випромінювання М. Планка, ввела поняття фотона. Квантова теорія дисперсії була сформульована у двадцяті роки Крамерсом і Гейзенбергом. У цей же час Дірак, Гейзенберг і Паулі заснували квантову електродинаміку. Досить цікава й повчальна історія самої квантової електроніки. У принципі, ще на початку цього століття рівень лабораторної техніки був достатньо високий для створення, наприклад, газорозрядного лазера, однак ця потенційна можливість не могла бути реалізована до встановлення ряду понять і закономірностей, що лежать в основі ідеї квантового генератора (8).
Перший крок на цьому шляху, що зайняв кілька десятиліть, зробив в 1916 р. А. Ейнштейн, увівши поняття вимушеного випромінювання. Кількісна теорія явища була створена приблизно через 10 років П. Діраком. З теорії випливало, що виникаючі при вимушеному випромінюванні фотони по всіх своїх параметрах (енергії, напрямку поширення й поляризації) збігаються з вихідними фотонами. Ця властивість називається когерентністю вимушеного випромінювання.
Перші експерименти, що виявили вплив вимушеного випромінювання були описані в 1928 році Ладенбургом та Копферманом.. У цих експериментах досліджувалася дисперсія показника заломлення неону, збудженого електричним розрядом. У роботі Ладенбурга й Копфермана чітко сформульована умова інверсії населеності і необхідність вибіркового збудження рівнів для її одержання. В 1940 р. В. А. Фабрикант уперше відзначив, що інтенсивність світла в середовищі з інверсією населеності повинна зростати (цей ефект розглядався ним лише як доказ існування вимушеного випромінювання, а не як явище, що має прикладне значення). На жаль, ця робота, як і подана в 1951 р. В. А. Фабрикантом зі співробітниками авторська заявка на винахід, не була вчасно опублікована в розповсюджених наукових виданнях і тому не вплинула на подальший розвиток квантової електроніки.
Перші прилади квантової електроніки – мазери, що одержали надалі важливе практичне застосування для генерації й підсилення сантиметрових хвиль, - були створені лише в середині п'ятидесятих років. Характерно, що спершу квантовою електронікою був освоєний радіодіапазон, лазери ж з'явилися на початку шістдесятих років. Це почасти зв'язано, очевидно, з тим, що у звичайних оптичних експериментах >>N₂ і тому вимушене випромінювання, як правило, не грає ролі. У той же час у радіоспектроскопії  і спостережуване поглинання радіохвиль пов'язане з дуже невеликим відносним перевищенням вимушеного поглинання над випромінюванням.
Велику роль зіграло також та обставина, що в сорокові роки радіоспектроскопія досягла високого рівня розвитку як у теоретичному, так й в експериментальному плані (експериментальна база радіоспектроскопії НВЧ- діапазону була забезпечена успіхами радіолокаційної техніки). На той час була добре розроблена теорія взаємодії радіохвиль із молекулами в газах, детально розрахована структура обертальних спектрів, вивчена роль процесів релаксації й ефекту насичення. Важливе значення мали дослідження із пучковими радіоспектроскопами.
Серед робіт, що передували  появі мазерів, треба відзначити роботи Кастлера у Франції, що розробив  в 1950 р. метод оптичного накачування газів для збільшення різниці населеності близько розташованих підрівнів. Крім газової і пучкової радіоспектроскопії велику роль зіграла також магнітна радіоспектроскопія, що виникла в сорокових роках,  та вивчала взаємодію радіохвиль із феромагнетиками й із ядерними або електронними парамагнетиками. Саме  досягнення теорії й техніки магнітного резонансу привели до створення парамагнітних підсилювачів, що мають рекордно низький рівень власного шуму.
Ідея використання вимушеного випромінювання в середовищі із інверсією населеності для підсилення й генерації електромагнітних хвиль НВЧ – діапазону  була висловлена на початку п'ятидесятих років Н. Г. Басовим й А. М. Прохоровим (Фізичний інститут АН СРСР), Таунсом (Колумбійський університет, США) і Вебером (Мерілендский університет, США). Перша кількісна теорія квантового генератора була опублікована Басовим і Прохоровим в 1954 р. У цій роботі була визначена гранична різниця населеності, необхідна для самозбудження генератора, і був запропонований метод одержання інверсії в молекулярному пучку за допомогою неоднорідного електростатичного поля. Згодом заслуги Басова, Прохорова й Таунса в розвитку квантової електроніки були відзначені Нобелівською премією.
В 1954 р. з'явився опис першого діючого мазера, створеного Гордоном, Цайгером і Таунсом. Робочою речовиною був аміак в вигляді молекулярного пучка, сфокусованого за допомогою електричного поля.
Другий основний тип мазера – парамагнітний підсилювач – був створений в 1957 році Сковілом, Феєром і Зайделем. Робоча речовина парамагнітних підсилювачів – діамагнітний кристал з невеликим (порядку 10^-3) домішкою парамагнітних атомів (тобто атомів з непарним числом електронів) – охолоджують до температури рідкого гелію. Охолодження необхідне для зменшення власних шумів й послаблення процесів релаксації, що перешкоджають інверсії населеності (у парамагнетиках релаксація населеності зумовлена взаємодією між коливаннями кристалічної решітки й магнітних моментів некомпенсованих електронів).
Перехід від радіодіапазону до оптичного забрав близько п'яти років – перший діючий лазер, що випромінював когерентне червоне світло, був описаний Мейманом в 1960 р. Робочою речовиною в ньому слугував кристал рожевого рубіна (окис алюмінію з домішкою хрому), інверсія здійснювалася за допомогою синього й зеленого світла імпульсної лампи-спалаху. Створення лазера стало можливим тоді, коли виявили, що два плоско паралельних дзеркала – є високо добротним резонатором, тобто коливальною системою для світлових хвиль. Це явище відкрили в 1958 році Прохоров та Дікс.
Почалася лазерна епоха фізики. Незабаром після створення твердо тільних лазерів з оптичним накачуванням був розроблений цілий ряд інших типів лазерів: газорозрядні (1961 р.), напівпровідникові на р-п-переходах (1962 р.), рідинні на розчинах органічних барвників (1966 р.). Досить швидко був перекритий діапазон довжин хвиль: від далекого інфрачервоного (ІЧ) до далекого ультрафіолетового (УФ). Безупинно поліпшувалися параметри лазерів (потужність, монохроматичність, напрямленість, стабільність) і розширювалися границі їх застосування.
Після перших експериментів по подвоєнню частоти світла (Франкен й ін., 1961 р.) почала бурхливо розвиватися нелінійна оптика, що вивчає й використовує нелінійність речовини на оптичних частотах. Друге народження пережили голографія й оптична спектроскопія, виникли оптоелектроніка, когерентна спектроскопія й квантова оптика. Розробляються лазери  рентгенівського й γ-діапазонів.
Потрібно підкреслити, що бурхливий розвиток квантової електроніки був забезпечено величезним запасом ідей і конкретної інформації, яка була накопичена до п'ятидесятих років у радіочастотній й оптичній спектроскопії і які згодом отримали своє використання у квантовій електроніці.  

Розділ 2. Основні поняття квантової електроніки (фізичні основи квантової електроніки)
Принцип дії лазера або мазера заснований на трьох «китах» – головних поняттях квантової електроніки, а саме на поняттях вимушеного випромінювання, інверсного заселення та зворотнього зв’язку. Розглянемо більш детально дані основні поняття квантової електроніки.

2.1. Спонтанні та вимушені переходи,

Згідно законам класичної електродинаміки джерелом випромінювання світла може бути заряд, який рухається з прискоренням, причому величина випромінюваної енергії дорівнює:
  (2.1)
де - прискорення частинки.
Якщо джерелом випромінювання є одномірний гармонічний осцилятор

то частота випромінювання буде співпадати з механічною частотою коливання осцилятора, а інтенсивність випромінювання пропорційна квадрату амплітуди.
У квантовій механіці підхід до процесу випромінювання інший, оскільки саме випромінювання по квантовій теорії має місце тоді, коли частинка (система) переходить із одного квантового стану в інший, енергетично більш низький, тобто «зверху вниз».
Основні ідеї квантової теорії випромінювання полягають у наступному. Нехай один із електронів якої-небудь атомної системи знаходиться в збудженому стані m з енергією Е_m. Тоді для такого електрона існує певна ймовірність A_mn спонтанного переходу у більш низький енергетичний стан n з енергією E_n. При цьому відбувається випромінювання фотона з енергією  Якщо число подібних збуджених атомів дорівнює N_m, то енергія випромінювання за одиницю часу за рахунок спонтанних переходів дорівнюватиме:
       (2.2)
Якщо атоми зазнаватимуть дії зовнішнього електромагнітного випромінювання, то виникатимуть вимушені переходи зверху вниз, і знизу вгору, причому переходи знизу вгору будуть відбуватися з поглинанням фотонів.
Позначимо імовірність вимушеного (індукованого) переходу з стану m в стан n через B_mn, а з стану n в стан m через B_nm. Оскільки число вимушених переходів пропорційне спектральній густині  падаючого випромінювання, знайдемо значення енергії випромінювання і поглинання:
    (2.3)
     (2.4) 
де N_m – число станів у стані n. Розглянемо випадок термодинамічної рівноваги між нагрітими атомами і випромінюваним ними світлом (чорне випромінювання). Тоді:
.   (2.5) 
Покладемо, що розподіл електронів по станам задаються розподілом Максвелла. Тоді маємо:
     (2.6)  
У результаті математичних перетворень одержимо:
   (2.7) 
Тоді з порівняння знаходимо:
   (2.8)
Звідси видно, що імовірності вимушених переходів як зверху вниз, так і знизу вгору виявляються рівними і пропорційними коефіцієнту спонтанного переходу A_mn. Тому для описання випромінювання атомів або молекул достатньо визначити лише один із цих коефіцієнтів.
У загальних рисах квантова теорія випромінювання зводиться до наступного. В рамках теорії Шредінгера можна пояснити лише вимушені переходи, що відбуваються у результаті взаємодії електронів атома із зовнішньою електромагнітною хвилею. Спонтанні переходи із збуджених енергетичних станів у більш низькі залишаються у цьому випадку фактично не поясненими, оскільки відсутня зовнішня дія, яка б могла привести до цих переходів. Відповідь на це питання було знайдено тільки після створення квантової теорії випромінювання, у якій був використаний апарат квантування електромагнітного поля. При цьому електрони і поле випромінювання розглядаються як дві взаємодіючі квантові системи, причому ця взаємодія не зникає навіть при відсутності реальних фотонів.

2.2. Імовірність переходу під впливом зовнішньої дії,

Розглянемо атом, який з деякого моменту t=0 зазнає дії поля світлової хвилі. Покладемо, що хвиля строго монохроматична, лінійно поляризована по осі x і поширюється вздовж осі z. Електричне поле цієї хвилі діє на електрон атома з силою:
  (2.9)
де Е – напруженість електричного поля монохроматичної хвилі, - довжина хвилі.
Виберемо початок координат у центрі атома. Тому відношенням  можна знехтувати і вираз (10.14) перепишеться як:
    (2.10)
Дій силі відповідатиме потенціал:
 (2.11)
Це і буде зовнішнє збурення, що діє на атом.
Нехай, як ми і припускали, в момент t=0 атом знаходиться у стаціонарному стані з енергією E_n. Під впливом збурення буде буде здійснюватися перехід в інші стани. Знайдемо імовірність переходу E_n – E_m за проміжок часу 0 – t. Для цього потрібно розв’язати нестаціонарне рівняння Шредінгера:   (2.12), де гамільтоніан , .
Розв’язок будемо шукати у вигляді:    (2.13)
Підставивши (2.13) у рівняння (2.12) і провівши нескладні викладки отримаємо:
 (2.14).
Підставляючи в цю рівність замість φ_m функції φ₁, φ₂,…отримаємо систему рівнянь, за яких можна знайти всі коефіцієнти С₁, С₂,…, тобто значення ймовірностей. Ці рівняння є тотожними, поскільки ніяких наближень не робилося.
Практично знайти коефіцієнти C_m з точного рівняння (2.14) неможливо, оскільки рівняння утворюють систему з нескінченним числом невідомих. Для отримання першого наближення можна скористатися тим, що коефіцієнти С_к (t) змінюються з часом повільно, а тому можна прийняти, що в час, близький до t=0, коефіцієнти С_к зберігають ті значення, які вони мали при t=0. Наприклад, якщо пр t=0 атом знаходиться у стаціонарному стані з енергією E_n, то для t=0 коефіцієнт C_n рівний одиниці, а решта рівні
,
Оскільки для цього моменту з достовірністю відомо, що атом знаходиться у стані . Допускаємо, що ці значення коефіцієнтів зберігаються при достатньо малих значеннях t >0. Тому одержимо:
  (2.15)
Переходи, які здійснюються в атомі під впливом поля випромінювання, можуть ати двоякий характер. Якщо E_m > E_n, то атом буде поглинати енергію із поля, якщо E_m <E_n – то атом віддає енергію полю – відбувається вимушене випромінювання. В першому випадку  додатне, у другому від’ємне. У кожному випадку одним із двох членів у дужках виразу (2.15) можна знехтувати першим доданком, а у випадку вимушеного випромінювання – другим.
Розглянемо випадок поглинання, тоді з (2.15) матимемо:
  (2.16)
Квадрат модуля С_m характеризує імовірність переходу, тому
  (2.17)
(С_m)² пропорційно квадрату дипольного моменту переходу  результат аналогічний класичній теорії випромінювання з тією різницею, що замість дипольного моменту e^x входить матричний елемент ex_mn.
Імовірність матиме максимальне значення при , тобто падаюча хвиля спричиняє перехід E_n→ E_m тільки у тому випадку, коли її частота співпадає з  або дуже близька до .

Рис. 5.4 Будова забороненої
зони напівпровідника
Оскільки дифузійна довжина електронів багато більше, ніж дифузійна довжина дірок, то світлове випромінювання виникає, в основному, в p-області. Прилад, що використовує p-n-перехід, який рівний ширині забороненої зони Eg, називають напівпровідниковим лазером з гомоструктурным переходом. Напівпровідниковий лазер є "граничним приладом". Якщо збільшити струм інжекції (тобто збільшувати U_R - пряму напругу), то при перевищенні деякого граничного значення I_пор виникає різке лінійне збільшення потужності лазера на виході. Поблизу I_пор спостерігається якісна зміна процесу: повільний ріст потужності випромінювання переходить стрибком у режим насичення при генерації випромінювання.
При I < I_пор випромінювання лазера являє собою суму фотонів з випадковими фазами – некогерентне випромінювання.
В області I > I_пор при переході в режим генерації відбувається впорядкування фази й виникає когерентне випромінювання.
Напівпровідниковий лазер, також як і лазери інших типів, являє собою резонатор з поміщеним у його середину активним середовищем. Оскільки коефіцієнт заломлення напівпровідникових матеріалів великий, то площини спайності лазерного кристала (кристалографічні площини росту) служать відбивними дзеркалами резонатора.
Слабке світло, що виникає в лазері під дією спонтанних переходів, підсилюється активним середовищем при багаторазовому відбитті від резонаторних дзеркал, розташованих на торцях кристала. В остаточному підсумку утвориться лавина вимушено індукованих фотонів, що й утворить лазерний промінь. Лазерна генерація виникає тоді, коли оптичне підсилення компенсує втрати енергії в середині резонатора, що складаються із втрат в активному середовищі й втрат на відбиття. Це відповідає граничному струму I_пор інжекції. При подальшому збільшенні струму інжекції підсилення рівне граничному підсиленню й супроводжується різким збільшенням потужності оптичного випромінювання лазера.
Крім лазерів на p-n-переході широко використаються лазери на гетеропереходах (подвійних гетероструктурах). Робота напівпровідникового лазера на гомо-p-n-переході вперше спостерігалася Жоресом, Івановичем та Алфьоровим у лабораторії напівпровідників ФТИ ім. А. Ф. Іоффе в 1962 році на кристалах GaAs (рис. 5.5.).
Це був гомолазер GaAs, виготовлений за допомогою дифузії акцепторної домішки. Граничне значення струму було , що через виділення значного тепла при кімнатній температурі унеможливлювало його роботу в безперервному режимі.

Рис. 5.5. принципова схема лазера на гомо-p-n-переході.
Практична реалізація безперервного режиму була вперше досягнута в США в "Bell Laboratories" Н. Хаясі й М. Б. Панішем в 1970р. Ними був виготовлений лазер на подвійній гетеро структурі  (рис. 5.6) з різною шириною забороненої зони в p- і n- областях, що дозволило зменшити граничну щільність струму при кімнатній температурі до .
Зниження граничного струму в гетеролазерах досягається за рахунок каналювання інжектованих носіїв у вузькій області, обмеженої потенційними бар’єрами гетеро структури, а також за рахунок каналювання спонтанного випромінювання в цій же області під дією хвилевого ефекту, що виникає із-за розходження в показниках заломлення матеріалів гетероструктури.
Якщо позитивна напруга живлення прикладена до p-області, а негативна до n-області, то в активний шар інжектуються дірки та електрони, де вони рекомбінують з випромінюванням енергії. Світло досягає площин резонатора й відбиваючись від них, не виходить в інші шари структури через різницю показників заломлення. когерентне лазерне випромінювання виникає коли надання енергії перевищує певні межі.
Довжина хвилі лазерного випромінювання визначається матеріалом активного шару. Наприклад, якщо активний шар виготовлений з GaAs, то  при кімнатній температурі, якщо з , де x - молярна концентрація Al у структурі, то . Якщо використати , то від .
Оптичні волокна для волоконно-оптических ліній зв'язку (ВОЛС) мають мінімальні втрати на довжинах хвиль . Для передачі інформації з ВОЛС найкраще використати лазери з активним шаром з . За розробку таких лазерів Ж.И. Алфьоров одержав Нобелівську премію в грудні 2000 року.
Напівпровідникові лазери використаються в оптичних накопичувачах, CD-дисководах для запису й зчитування інформації в оптичних пристроях. Крім того, лазери використовуються в пристроях обробки інформації інтегральної оптики, а також в оптичних комп'ютерах, де відбувається паралельна й послідовна обробка цифрової й аналогової інформації.

Розділ 6. Параметричні підсилювачі.
Волоконно-оптичні параметричні підсилювачі (FOPA – fiber optical parametric amplifiers) викликають останнім часом великий інтерес дослідників (5). Оскільки у недавніх експериментах були продемонстровані широка полоса пропускання та високий коефіцієнт підсилення. Теоретичний аналіз також вказує на те. Що параметричні підсилювачі володіють потенційно кращими чим інші підсилювачі шумовими характеристиками. Однак до цього часу параметричні підсилювачі не вийшли за межі дослідних центрів. Для розуміння принципів роботи  FOPA, факторів, що впливають на ефективність їх робот, а також труднощів, що виникають при їх створенні, розглянемо фізичну природу процесу параметричного підсилення у волокні.
Параметричне підсилення основане на використанні явища, яке отримало назву чотири хвильового змішування. Чотири хвильове змішування – один із нелінійних оптичних ефектів, який полягає в наступному: хвилі, що поширюються в нелінійному середовищі, крім лінійної поляризації середовища, пропорційної першій степені напруженості електричного поля Е, наводять поляризацію, пропорційну другій, третій і т. п степеням Е. процес параметричного підсилення пов'язаний із нелінійністю третього порядку. При взаємодії трьох хвиль із частотами ω₁, ω₂ та ω₃ народжується четверта хвиля із частотою .
В випадку частково виродженого чотири хвильового змішування роль перших двох хвиль виконує хвиля накачки, третьою хвилею являється сигнальна хвиля, в процесі підсилення якої виникає, так звана, холоста хвиля. Рівняння у цьому випадку матиме вигляд: 
Схема параметричного підсилювача зображена на рис. 6.1. хвилі накачки та сигнала вводяться у високо нелінійне  волокно за допомогою волоконно-оптичного подовжувача. В волокні відбувається параметричне підсилення сигналу та збудження холостої хвилі, тому спектр випромінювання на виході підсилювача містить три компоненти: не поглинуту хвилю накачки, сигнал та холосту хвилю.

Рис. 6.1. Експериментальна схема волоконно-оптичного підсилювача.
Для отримання тільки підсиленого сигналу без інших складових спектра в даній схемі використано оптичний фільтр. Фізично механізм параметричного підсилення полягає в наступному. При одночасному поширенню по світловоді хвилі накачки Е (ω_р) та сигнальної хвилі  Е (ω_s) виникають биття на частоті ω_р - ω_s. В результаті утворюється біжуча фазова решітка змінного показника заломлення із частотою ω_р - ω_s. Друга хвиля накачки із Е (ω_р) отримує фазову модуляцію із вказаною частотою. Внаслідок цього виникають дві бічні частоти . Одна із них - холоста хвиля, а інша сигнальна - ω_s. Хвиля із частотою ω_s додається із початково введеною в систему сигнальною хвилею,  тому сигнал на частоті ω_s підсилюється. Це приводить до зростання глибини модуляції показника заломлення на частоті биття ω_р - ω_s і до подальшого підсилення холостої та сигнальної хвиль за рахунок енергообміну із хвилею накачки. Підсилення у протяжному волокні відбувається тільки при виконанні певних фазових співвідношень між хвилями Е (ω_р), Е (ω_s), Е (ω_і) (5).
Коефіцієнт підсилення в параметричному процесі для сигнальної хвилі G_s рівний: , де ,  - потужності сигнальної хвилі на вході та виході світловода  довжиною L, g- коефіцієнт параметричного підсилення, .
Спектральна залежність коефіцієнта підсилення параметричного підсилювача приведена на рисунку 6.2.

Рис. 6.2. підсилення параметричного підсилювача із Р_р=1,4 Вт,
L = 500м, λ₀=1559 нм, λ_р=1560,7 нм.
Із графіка слідує, що крива містить два горби, що відповідають согласуванню фаз в результаті взаємної компенсації лінійної дисперсії та нелінійного набігу фази. В кожному конкретному процесі один горб відповідає підсиленню сигнальної хвилі. А інший підсиленню холостої хвилі.
Однією із позитивних рис параметричних підсилювачів є можливість створення підсилювачів із смугою підсилення в декілька сотень нанометрів і накачкою потужністю декілька Вт. В наш час отримані волоконні параметричні підсилювачі із шириною смуги підсилення від 200 до 400 нм. Ще однією характеристикою FOPA, котра обумовлює їх перевагу перед іншими видами підсилювачів, це шум-фактор. FOPA володіють шум-фактором близько 3 децибел. Однак при роботі  параметричного підсилювача в фазочутливому режимі, шум-фактор може досягати 0 Дб. Правда такий режим роботи достатньо складний у реалізації.  

Розділ 7. Основні області застосування квантових генераторів.
Поява лазерів зразу ж вплинула й продовжує впливати на різноманітні галузі науки й техніки, де стало можливим застосування лазерів для вирішення конкретних наукових і технічних завдань. Проведені дослідження підтвердили можливість значного поліпшення багатьох оптичних приладів і систем при використанні як джерела світла лазерів і привели до створення принципово нових пристроїв (підсилювачі яскравості, квантові пірометри, швидкодіючі оптичні схеми й ін.). На очах одного покоління відбулося формування нових наукових і технічних напрямків – голографії, нелінійної й інтегральної оптики, лазерних технологій, лазерної хімії, використання лазерів для керованого термоядерного синтезу й інших завдань енергетики. Нижче наведений  перелік застосувань лазерів у різних галузях науки й техніки, де унікальні властивості лазерного випромінювання забезпечили значний прогрес або привели до цілком нових наукових і технічних рішень.
Висока монохроматичність і когерентність лазерного  випромінювання забезпечують успішне застосування лазерів у спектроскопії, ініціюванні хімічних реакцій, у поділі ізотопів, у системах виміру лінійних й кутових швидкостей, у системах зв'язку й локації. Особливо потрібно виділити використання лазерів у голографії.
Висока щільність енергії й потужність лазерних пучків, можливість фокусування лазерного випромінювання в точку малих розмірів використовуються в лазерних системах термоядерного синтезу, у таких технологічних процесах, як лазерне різання, зварювання, свердління, поверхневе загартовування й обробка різних деталей. Ці ж властивості лазерного випромінювання забезпечують успішне застосування лазерів у військової техніці.
Зі створенням лазерів відбувся колосальний прогрес у розвитку нелінійної оптики, дослідженні й використанні таких явищ, як генерація гармонік, самофокусування світлових пучків, багато фотонне поглинання, різного типу розсіювання світла, викликаних полем лазерного випромінювання.
Лазери успішно використаються в медицині: у хірургії (у тому числі хірургії ока) і терапії різних захворювань, у біології, де фокусування лазерного променя в точку дозволяє діяти на окремі клітини або навіть на їх частини.
Більшість із перерахованих вище областей застосування лазерів являються самостійними та досить великими розділами науки або техніки й вимагають самостійного розгляду. Ціль наведеного тут короткого й неповного переліку застосувань лазерів - проілюструвати той величезний вплив, що зробила поява лазерів на розвиток науки й техніки, на життя сучасного суспільства.
В останні роки намітилася тенденція розширення застосування лазерів в ювелірної галузі. Найбільш широке поширення одержали верстати для обробки із твердотільними лазерами на алюміній-ітрієвому гранаті, випромінювання якого досить добре поглинається основними матеріалами ювелірної промисловості – дорогоцінними металами й каменями. Частина технологічних процесів лазерної обробки повністю відпрацьована й впроваджена в ювелірної галузі, деякі процеси й технології перебувають у стадії розробки, і можливо, незабаром можуть бути застосовані для обробки виробів ювелірної промисловості. Тому постараємося розглянути всі можливі варіанти застосування лазерів у технологічних процесах ювелірної промисловості. Одним з перших застосувань лазерів була пробивання отворів у годинникових каменях. Свердління отворів завжди було надзвичайно трудомісткою операцією. Сучасна лазерна технологія дозволяє отримувати отвори необхідної форми в каменях різних типів з високою швидкістю і якістю.
Одним з цікавих методів обробки дорогоцінних металів є маркування й гравірування. Сучасні лазери, оснащені комп'ютерним керуванням, дозволяють наносити на метал методом лазерного маркування й гравірування (модифікації поверхні під впливом лазерного випромінювання) практично  будь-яку графічну інформацію - малюнки, написи, вензелі, логотипи. Причому зображення можна наносити як у растровому, так й у контурному зображенні. Сучасне устаткування дозволяє переміщати лазерний промінь зі швидкістю більше двох метрів у хвилину й забезпечувати високу роздільну здатність. Також цікавим застосуванням лазерної технології гравірування є нанесення лазером різних логотипів, вензелів, товарних марок і знаків на елементи столового посуду, як з дорогоцінних металів, так і недорогоцінних металів, наприклад для позначення «нерж.» на лезах ножів.
Лазерна техніка отримала використання і у військовій галузі До теперішнього часу склалися основні напрямки, по яких іде впровадження лазерної техніки у військову справу. Цими напрямками є:
1. Лазерна локація (наземна, бортова, підводна).
2. Лазерний зв'язок.
3. Лазерні навігаційні системи.
4. Лазерна зброя.
5. Лазерні системи ПРО й ПКО.
Зараз, отримані такі параметри випромінювання лазерів, які здатні істотно підвищити тактико-технічні дані різних зразків військової апаратури.
Лазерною локацією називають область оптоелектроніки, що займається виявленням і визначенням місця розташування різних об'єктів за допомогою електромагнітних хвиль оптичного діапазону, випромінюваного лазерами. Об'єктами лазерної локації можуть бути танки, кораблі, ракети, супутники, промислові й військові споруди. Лазерна локація здійснюється активним методом. Оптична локація часто використовується, особливо в космосі (де немає поглинаючого впливу атмосфери) і під водою (де для ряду хвиль оптичного діапазону існують вікна прозорості). В основі лазерної локації, так само як і радіолокації, лежать три основні властивості електромагнітних хвиль:
1. Здатність відбиватися від об'єктів.
2. Здатність поширюватися прямолінійно. Використання вузько направленого  лазерного  променя дозволяє визначити напрямок на об'єкт (пеленг цілі).
3. Здатність лазерного випромінювання поширюватися з постійної швидкістю дає можливість визначати дальність до об'єкта.
Лазерна дальнометрія є однією з перших областей практичного застосування лазерів у військової техніці. Перші досвіди відносяться до 1961 року, а зараз лазерні далекоміри використаються й у наземній військовій техніці (артилерійські), і в авіації (далекоміри, висотоміри), і на флоті.
Основним прикладом роботи напівпровідникових лазерів у комп’ютерній техніці є магнітооптичний накопичувач (МО). МО накопичувач побудований на основі сполучення магнітного й оптичного принципу зберігання інформації. Запис інформації проводиться  при допомозі променя лазера й магнітного поля, а зчитування за допомогою одного тільки лазера. У процесі запису на МО-диск лазерний промінь нагріває певні точки на диску, і під впливом температури опірність зміні полярності, для нагрітої точки різко падає, що дозволяє магнітному полю змінити полярність точки. Після закінчення нагрівання опірність знову збільшується але полярність нагрітої точки залишається пропорційною до величини магнітного поля застосованої до неї в момент нагрівання.
Область застосування МО- дисків визначається його високими характеристиками по надійності, об'єму. Магнітооптичні диски необхідні для процесів, що вимагають великого дискового об'єму, це такі завдання, як САПР, обробка зображень, звуку та відеоінформації. Однак невелика  швидкість доступу до даних, не дає можливості застосовувати МО диски для завдань із критичною швидкістю.
Лазерні системи отримали застосування у голографії, за їх допомогою проводять запис та зберігання інформації. І перелік галузей використання лазерних систем зростає.

Висновки.
Останнім часом в Україні та за кордоном  були проведені значні дослідження в області квантової електроніки, були створені різноманітні лазери, які побудовані на нових матеріалах, створено прилади, які використовують лазери під час свого функціонування. Лазери тепер застосовуються у локації й у зв'язку, у космосі й на землі, у медицині й будівництві, в обчислювальній техніці й промисловості, у військовій техніці. З'явився новий науковий напрямок цілком і повністю зобов’язаний своїй появі цим пристроям – голографія.
Обмежений об'єм роботи не дозволив розглянути такий важливий аспект квантової електроніки, як лазерний термоядерний синтез, розглянути використання лазерного випромінювання для одержання термоядерної плазми. Не розглянуті такі важливі аспекти, як лазерний поділ ізотопів, лазерне одержання чистих речовин, лазерна хімія й багато чого іншого.
У підсумку слід відзначити, що лазери та мазери отримали широке використання у багатьох галузях промисловості, науці та побуті. І їх використання тільки зростатиме. Ще років 15 назад лазер був чимось недосяжним, побачити його можна було тільки по  телебаченню у науково-популярних передачах. Тепер лазери стали буденною річчю, звісно мова йде про прості лазери, лазерні указки тощо. Тому передбачити наскільки зросте використання цих пристроїв у майбутньому досить важко. Але можна бути впевненим у одному їх використання тільки  зростатиме.

Список використаної літератури.
1.                Донина Н.М. Возникновение квантовой электроники. М.: Наука, 1974, 345 с.
2.                Реди Дж. Промышленное применение лазеров. М.: Мир, 1991, 256 с.
3.                Приезжев А. В., Тучин В. В., Шубочкин Л. П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.: Наука, 1989,  278 с.
4.                Тарасов Л. В. Лазеры действительность и надежды. М.: Наука, 1985, 178 с.
5.                Воронин В. Г., Наний О. Е., Полиектова Н. А. Перспективы практического применения волоконно-оптических параметрических усилителей. Lightwave. Russian Edition. №1, 2007, ст. 51 – 56.
6.                Василевский А. М. Оптическая электроника Л.: Энергоатомиздат, 1990, 344 с.
7.                Верещагин И. К. Введение в оптоэлектронику М.: Высшая школа, 1991, 320 с.
8.                Клышко Д. Н. Физические основы квантовой электроники М.: Наука, 1986, 287 с.
9.                Кондиленко И. И. Физика лазеров. К.: Высшая школа. 1984. 256 с.
10.            Лисиця М. П., Халімонова І. М. Лазери в науці та техніці. К.: Наукова думка, 1986, 244 с.
11.           Химическая энциклопедия в 5 т. / под ред. И. Л. Кнунянца. – М.: Советская энциклопедия, 1990.