Электроны и фотоны как носители информации

В качестве носителя информации в них наряду с электронами выступают электрически нейтральные фотоны. Этим обуславливаются их основные достоинства:

Высокая информационная ёмкость оптического канала. Острая направленность излучения. Возможность двойной модуляции светового луча - не только временной, но и пространственной. Бесконтактность, "элетропассивность" фотонных связей. Возможность простого оперирования со зрительно воспринимемыми образами.

Для описания поведения фотонов используется статика Бозе-Эйнштейна.

Для описания поведения электронов используется статика ферми-Диррака.

В статистической механике статистика Бо́зе — Эйнште́йна определяет распределение тождественных частиц с нулевым или целочисленным спином (таковыми являются, например, фотоны и атомы гелия-4) по энергетическим уровням в состоянии термодинамического равновесия. В 1924 году она была предложена Шатьендранатом Бозе для описания фотонов. В 1924-1925 Альберт Эйнштейн обобщил её на системы атомов с целым спином. Согласно статистике Бозе — Эйнштейна, количество частиц в заданном состоянии i, равняется

где ε_i > μ, n_i — количество частиц в состоянии i, g_i — вырождение уровня i, ε_i — энергия состояния i, μ — химпотенциал системы, k — постоянная Больцмана, T — абсолютное значение температуры.

В пределе статистика Бозе-Эйнштейна переходит в статистику Максвелла — Больцмана, а в пределе — в распределение Рэлея — Джинса:

Статистика Фе́рми — Дира́ка в статистической физике — квантовая статистика, применяемая к системам тождественных фермионов (как правило, частиц с полуцелым спином, подчиняющихся принципу запрета Паули, то есть, одно и то же квантовое состояние не может занимать более одной частицы); определяет распределение вероятностей нахождения фермионов на энергетических уровнях системы, находящейся в термодинамическом равновесии; предложена в 1926 году итальянским физиком Энрико Ферми и одновременно английским физиком Полем Дираком, который выяснил её квантово-механический смысл; позволяет найти вероятность, с которой фермион занимает данный энергетический уровень. В статистике Ферми — Дирака среднее число частиц в состоянии с энергией ε_i есть

Где n_i — среднее число частиц в состоянии i,

ε_i — энергия состояния i,

g_i — кратность вырождения состояния i (число состояний с энергией ε_i),

μ — химический потенциал (который равен энергии Ферми E_F при абсолютном нуле температуры),

k — постоянная Больцмана,

T — абсолютная температура.

Фермио́н — по современным научным представлениям: элементарные частицы, из которых складывается вещество. К фермионам относят кварки, электрон, мюон, тау-лептон, нейтрино^[1]. В физике — частица (или квазичастица) с полуцелым значением спина. Своё название получили в честь физика Энрико Ферми