Квантовая электроника — область физики, изучающая методы усиления и генерации электромагнитных колебаний, основанные на использовании эффекта вынужденного излучения, а также свойства квантовых усилителей и генераторов и их применения. Практический интерес к квантовым генераторам света (лазерам обусловлен, прежде всего тем, что они, в отличие от др. источников света, излучают световые волны с очень высокой направленностью и высокой монохроматичностью. Квантовые генераторы радиоволн отличаются от др. радиоустройств высокой стабильностью частоты генерируемых колебаний, а квантовые усилители радиоволн — предельно низким уровнем шумов.
Свет и радиоволны являются электромагнитным излучением, порции которого кванты (или фотоны) могут испускаться атомами, молекулами и др. квантовыми системами, обладающими некоторой избыточной внутренней энергией (возбуждёнными частицами). Внутренняя энергия атома (или молекулы) может принимать только лишь некоторые строго определённые дискретные значения, называемые уровнями энергии. Уменьшение внутренней энергии означает переход атома с более высокого уровня энергии на более низкий.
Электромагнитное излучение испускается атомами, молекулами и другими квантовыми системами, обладающими некоторой избыточной внутренней энергией.
Можно считать, что квантовая электроника начала свое существование с конца 1954 г.- начала 1955 г. Именно в этот период были даны теоретические основы квантовой электроники, а также создан первый прибор — молекулярный генератор. Фундаментом всей квантовой электроники является явление индуцированного излучения, предсказанного А. Эйнштейном в 1917 г. Как мы отметили, квантовая электроника возникла значительно позже.
Становление квантовой электроники и создание источников интенсивного когерентного электромагнитного излучения привели к возникновению множества новых областей в физике, в других науках и технике. При взаимодействии высокоинтенсивного излучения со средой возникает целый ряд новых явлений, которые изучает нелинейная оптика.
Важнейшей областью применения квантовой электроники является метрология – создание квантовых стандартов частоты, квантовых магнитометров, лазерных дальномеров, лазерных систем дистанционного спектрального анализа, эталонов частоты (времени).
Нано-, пико- и фемтосекундные лазерные системы позволили создать такие сверхкритические состояния вещества, как лазерная плазма, в которой могут возбуждаться ядерные переходы, инициироваться термоядерные реакции синтеза и ядерные реакции деления.
К постоянно развивающимся областям прикладного применения квантовой электроники относятся также лазерная технология (в том числе лазерная резка металлов), лазерное разделение изотопов, формирование сложных рельефов поверхностей твёрдых тел, диагностика и лечение в медицине, хранение, обработка и передача информации и др. Приборы квантовой электроники радиодиапазона (мазеры) используются в радиолокации, радиоастрономии, в глобальных системах навигации и космической связи.