КВАНТТЫҚ КҮШЕЙТКІШ – қоздырылған атомдардың, молекулалардың, иондардың еріксіз сәуле шығаруына негізделген радиодиапазондағы электрмагниттік толқындарды күшейтуге арналған құрылғы. Кванттық күшейткіштердің күшейту құбылысы қозғалысы кванттық механика заңдарына бағынышты атомішілік электрондар энергиясын өзгертуге байланысты. Сондықтан еркін электрондардың ағыны пайдаланылатын, классикалық механиканың заңдарына бағынышты әдеттегі күшейткіштен айырмашылығының болуы себепті, бұл күшейткіш кванттық күшейткіш деп аталған. Бастапқы ω жиілікті сәуле азғана қоздырылған күйдегі (негізгі) ω0 жиілікті бөлшектері болатын ортада тарала отырып ω жиілікті сәулемен
үйлесіп, осы ауысуларға жағдай жасайтын Бір резонаторлы шағылыстырғыш квант- тық қондырғының сұлбасы
болады. Ауысудың әрбір қадамы (актісі) ℏω электрмагниттік квантты шығарумен (таратумен) қосақталып өтетін болады. Осының нәтижесінде бастапқы сәуле күшейтіледі. Термодинамикалық тепетеңдік күйдегі бөлшектердің энергия деңгейлері бойынша таралуы температура- мен (Т) анықталады, сонымен қатар аз энергиялы ( ࣟ1) деңгейдің көп энергиялы (ࣟ2) деңгейден гөрі толымдылығы едәуір артық болады. Осындай зат әрқашан электрмагниттік толқындарды жұтатын болады. Зат толқынды күшейтеді, тепетеңдік бұзылған кезде активті болады және қоздырылған атомдар қозбаған атомдардан артық бола (толымдылық инверсиясы) бастайды. Энергия деңгейінің тодымдылық инверсиясын іске асырудың әртүрлі әдістері бар. Кванттық күшейткіш үшін үш деңгейлі энергияны пайдалануға негізделген әдіс барынша ыңғайлы болды (Кванттық электроника мақаласын қараңыз).
Күшейту эффективтілігіне жеткілікті толымдылық инверсиясының айырымын тудыру үшін заттарды тек гелийлік температураға [яғни гелийдің қайнау температурасына (~4,2 К)] дейін салқындату қажет.
Кванттық күшейткіштің активті заты болып екі деңгей үшін толымдылық инверсия жүзеге асырылған үш (немесе одан да артық) энергетикалық деңгейлі жүйедегі аздаған изоморфты қоспалы парамагниттік иондары болатын ди- электрлік кристалдар пайдаланылған. Бұл жүйелер арасындағы ауысулар бе- рілген жиілікті күшейтуге мүмкіндік жасауы қажет. Әдетте хром ионды қоспалы рубин, т.б. пайдаланылады. Кристалдағы қоспалы ион айналасы тудыратын кристаллішілік өрістердің ықпалына ұшырайды. Осы өріс шамасы өрістің кернеулігі мен симметриясына тәуелді энергияның электрондық деңгейлерін бөлшектейді (Штарк эффектісі). Бастапқы бөлшектеу сыртқы магнит өрісін Н қажетті шамаға дейін үйлестіреді. Осындай зат радиотолқындарды кейбір жиілік диапазонында күшейте алады.
1-сызба. Бір резонаторлы шағылдыр- Толқын активті затта қаншалықты ұзын ғыштық кванттық күшейткіштің сұл- жол жүрсе кванттық күшейткіштің күшейту басы. коэффициенті соншалықты жоғары болады.
Күшейту коэффициентін көлемдік резонатордағы кристалл арқылы көптеген рет өткізу арқылы арттыруға болады. Резонаторда жинақталған электрмагниттік сәуле күшейтілген сигнал түрінде сыртқа шығарылады (1-сызба). Осылай күшейтілу ш а ғ ы л д ы р ы л ғ ы ш к ү ш е й т у деп аталған.
Кванттық күшейткіш күшейту коэффициентінен өзге сигналды күшейту қасиетін сипаттайтын жиіліктік жолақты өткізумен де сипатталады. Егер күшейткіштің өткізу жолағы сигналдың алып жатқан жолағынан кіші болса, онда күшейткіште сигнал тегістеледі. Кванттық күшейткіштің құрамына резонатор ендіру бір жағынан оның күшейту коэффициентін арттырса, екінші жағынан оның өткізу жолағын соншалықты кемітеді. Бір резонаторлы кванттық күшейткіш 2-сызба. Үш резонаторлы шағылдырғыштық кү-
шейткіш кең өткізу жолағымен қамтамасыз ете алмағандықтан кең қолдау
таппады. Көп резонаторлы кванттық күшейткіш күшейту коэффициенті үлкен болған кезде едәуір кең өткізу жолағына ие болады. Көп резонаторлы кванттық күшейткіштің: ц и р к ул я т о р л ы шағылдырғыштық (2-сызба) және ө т к е л д і типті түрлері бар.