энергии в виде электромагнитных колебаний соответствующей частоты: энергия электромагнитных квантов, имеющих всегда одинаковую скорость (скорость света), зависит только от их частоты. Атом не может поглотить квант любой энергии. Природа атомов такова, что у них есть строго фиксированные разрещенные кванты, которые они могут поглотить, придя после этого в возбужденное состояние. Такой же квант атом излучит, когда состоится обратный переход его из возбужденного состояния в обычное. Если

атом не

ВОМУЖДЕН

в АТОМ ПОПАДАЕТ ФОТОН Н ВОЗБУЖДАЕТ ЕГО

АТОМ ВОЗБУЖДЕН

АТОМ ИЗЛУЧАЕТ РОТОН И ПЕРЕХОДИ! В НОРМАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ

воздействовать на атом квантом большей или меньшей энергии, чем атому разрешена , то он не перейдет в возбужденное состояние. Это может привести только к его нагреву, т. е. к увеличению скорости его колебаний или движения.

Другими словами, атом данного вещества поглощает и излучает кванты одинаковой частоты, причем и для первого, и для второго на него надо воздействовать этой же самой частотой. Ни на какую другую частоту атом не отзовется, он всегда точно настроен на одну и ту же частоту.

Обычные колебательные контуры служат источниками шумов. В них существует непрерывное хаотическое движение электронов - тепловое движение. В течение каждого сколько-нибудь длительного промежутка времени количество электронов, движущихся в любом направлении, всегда уравновешивается таким же количеством электронов, движущихся в противоположном направлении, поэтому электрическое действие их движения уравновешивается. Но в отдельные моменты равновесия может и не быть, и тогда на контуре возникнет напряжение, которое будет передано дальнейшим цепям устройства и усилено. Это хаотически возникающее и гаснущее напряжение воспринимается нами

как шум. Уменьшить мы его практически не можем. Поэтому при применении колебательных контуров обыкновенного типа шумы неизбежны. Шумят не только контуры, но и лампы, сопротивления и пр. Если уровень сигналов ниже уровня внутренних шумов, то прием чрезвычайно затруднен, а часто и совсем невозможен.

Атом, исполняющий обязанности колебательного контура, не шумит. Здесь отсутствуют те причины, которые создают шум ламп, контуров, сопротивлений. Это является огромным преимуществом атомной или, как ее теперь чаще всего называют, квантовой электроники. Квантовые генераторы и усилители всегда совершенно точно настроены на присущую им волну и не шумят.

Так колебательные системы радиоэлектронной аппаратуры проделали длинный путь развития от кольцевых вибраторов Герца до атома.

Непривычное и странное название! Что это за квантовая акустика? Мы знаем, что квант есть мельчайшая порция чего-то. Например, фотон есть квант света. Электрон можно назвать квантом электричества. Звук - это упругие колебания, распространяющиеся в твердой, жидкой или газообразной среде. Что же здесь квантуется?

В данном случае речь идет о среде. Акустика рассматривает - и делает это с полным основанием - среду, в которой распространяются ннфразвуковые, звуковые и ультразвуковые колебания, как непрерывную. Но это можно было делать только до тех пор, пока длины волн ультразвуковых колебаний были заметно больше частиц вещества. Но в конце концов длина волны ультразвуковых колебаний достигла такого предела, когда зернистая структура вещества уже сказывается на распространении звуковых волн, в частности стала сказываться кристаллическая ионная решетка твердых тел. Здесь то и пришлось столкнуться

с новыми явлениями, которые и были выделены в особый раздел, получивший пока условное название квантовой акустики.

Большой трудностью, встречающейся при опытах с ультразвуками очень высоких частот, является получение их. Для генерирования ультразвуковых волн, как правило, пользуются пьезопреобразователями. Как известно, если к пьезоэлементу подвести электрические колебания какой-то частоты, то он начинает совершать механические колебания той же частоты. Наибольшей амплитуды колебания его достигают в том случае, когда подводимая частота совпадает с его собственной резонансной частотой. Для того чтобы пьезоэлемент (сама пластина пьезоэлемента) оказался настроенным в резонанс, надо, чтобы толщина его была равна половине длины волны колебаний.

Для генерирования ультразвуков обычно применяемых в технике частот - до нескольких мегагерц - нужны пластины толщиной порядка миллиметра. Такие пластины изготовить сравнительно легко. Но если перейти к частотам в тысячу раз большим - к частотам в тысячи мегагерц, то толщина пластинки пьезоэлемента должна будет уже измеряться микронами, а слой ее металлизации - не больше чем сотыми долями микрона. Очевидно, что изготовить такой пьезоэлемент сколько-нибудь больших размеров просто невозможно, а от маленького пьезоэлемента не получишь большую мощность. Поэтому в силу необходимости приходится применять более толстые, чем нужно, нерезонансные пластины, а при этом излучение значительно уменьшается, к. п. д. генератора получается очень малым.

Как это уже не раз бывало и раньше, выход был найден в применении полупроводниковых генераторов. Если полупроводниковую пластину приложить к металлической поверхности, то на границе стыка между полупроводником и металлом возникнет запорный слой. Подбирая подводимое напряжение, можно изменять толщину этого слоя, причем не составляет трудности добиться того, чтобы он был микронной толщины. Полупроводник должен обладать пьезо-эффектом. Такие полупроводники существуют, например: сернистый кадмий, мышьяковистый галлий.

Полученный таким образом запорный слой можно рассматривать как пьезоэлемент. Достаточно подвести к нему переменное напряжение нужной частоты, как он начнет колебаться. Изменяя постоянное напряжение на запорном

слое, можно увеличивать и уменьшать его толщину (см. стр. 199), подбирая такую, какая требуется в данном случае.

Таково обычное устройство генератора сверхвысоких ультразвуков.

Ведутся эксперименты с квантово-акустическими усилителями, принцип действия которых отдаленно напоминает механизм усиления лампы бегущей волны. Основой усилителя служит кристалл полупроводникового материала, обладающего пьезосвойствами и внутренним фотоэффектом. К таким веществам принадлежит, например, сернистый кадмий, идущий на изготовление фотосопротивлений. Если подобный материал не освещен, то в нем почти нет свободных электронов и сопротивление его весьма велико. При освещении в нем образуются свободные электроны.

Если стерженек, изготовленный из такого материала, ярко осветить, то в нем появятся электроны проводимости. При подведении к торцам стерженька постоянного напряжения начнется движение электронов в соответствии с по-

лярностью приложенного напряжения. Ударим теперь чем-нибудь по одному из торцов - по тому, к которому подведен минус. Вследствие упругости материала по стерженьку побежит упругая волна со скоростью, равной скорости распространения звука в этом материале. Эта волна представляет собой чередующиеся области сжатия и разрежения. У этого материала есть, как мы знаем, пьезоэффект; сжатие и расширение его сопровождаются возникновением электрического поля. Вместе с движением по стерженьку упругой волны, вызванной ударом, будет двигаться и поле.

Движение поля по стерженьку совпадает по направлению с движением электронов под воздействием приложенного к стерженьку постоянного напряжения. Подбирая величину этого напряжения, мы можем сделать скорость движения электронов немного большей, нежели скорость перемещения упругой волны. При этом электроны будут

как бы тащить за собой эту волну. Увеличить ее скорость они не могут (она определяется скоростью распространения звука в данном материале). Поэтому взаимодействие между полем и электронами приведет к увеличению амплитуды волны, т. е. к ее усилению.

Вместо удара по стерженьку, о котором мы для упрощения говорили, можно подвести к нему ультразвуковые импульсы, которые будут усилены. Опыты показали, что усиление может быть очень большим; например, на протяжении всего 12 мм длины стерженька усиление получалось до нескольких десятков тысяч раз.

Квантовая акустика - нарождающийся раздел радиоэлектроники, имеющий по всем данным огромные перспективы. Эти перспективы раскрываются совместными усилиями радиоэлектроники и физики твердого тела.

РМИОСВЯЗЬб

Сочетание слов, стоящих в заголовке, ново и несколько странно. Что это еще за новый вид связи?

Но тем не менее такое сочетание слов уже встречается в литературе. Оно охватывает ряд явлений, известных и ранее, но настоящее изучение которых по существу только что начато. То, что происходит теперь, можно с наибольшим правом назвать лишь предварительным накапливанием фактов и первыми прикидками их объяснения. Будущее покажет, к какому классу относятся наблюденные явления и какова их физическая основа. Во всяком случае нельзя исключить возможность того, что эти основы окажутся так или иначе близкими к радиотехнике, поэтому упоминание о том, что условно названо биологической радиосвязью, в книге данного жанра оправдано. Начать хочется с бабочек.

Наш советский энтомолог И. А. Фабри в течение нескольких лет изучал особенности жизни ночной бабочки

одного из видов, встречающегося у нас довольно редко. Его заинтересовал способ, при помощи которого самцы бабочек этого вида находят самок. Малочисленность этих бабочек облегчала опыты, так как давала возможность следить за определенными парами.

И. А. Фабри помещал самку в клетку, а самцов, меченных краской, относил на большое расстояние. Несмотря на это, они быстро прилетали обратно к самке. В опытах Фабри расстояние доходило до 8 км, причем учитывалось направление ветра. Самцов бабочек относили в ту сторону, откуда дул ветер, поэтому возможность использования органов обоняния исключалась, а об использовании органов слуха не могло быть и речи, так как в условиях опыта на таком расстоянии не была слышна даже ружейная стрельба.

Но при всем том бабочки моментально находили нужное направление и летали по пути, близкому к прямому. Это было легко установить, зная расстояние и скорость полета бабочек данного вида (расстояние 8 км они преодолевали примерно за 45 мин).

Самым интересным в опытах И. А. Фабри было то, что он установил решающее значение усиков бабочки. Если у самца бабочки отрезать усики-антенны, то он оказывается лишенным способности находить дорогу к самке.

Отсюда с неоспоримостью вытекало, что самка бабочки посылает какие-то призывные сигналы, которые самцы воспринимают своими усиками-антеннами. Физическую природу этих сигналов пока установить не удалось, но весьма