Fruktene av vitenskapelig og teknologisk fremgang finner ikke alltid sitt konkrete praktiske uttrykk umiddelbart etter utarbeidelsen av det teoretiske grunnlaget. Dette skjedde med laserteknologi, hvis muligheter ikke er fullt ut avslørt så langt. Teorien om optiske kvantegeneratorer, på grunnlag av hvilken konseptet med enheter som sender ut elektromagnetisk stråling ble opprettet, ble delvis mestret på grunn av optimalisering av laserteknologi. Eksperter bemerker imidlertid at potensialet til optisk stråling kan bli grunnlaget for en rekke funn i fremtiden.
Prinsippet for enhetens drift
I dette tilfellet forstås en kvantegenerator som en laserenhet som opererer i det optiske området under forhold med stimulert monokromatisk, elektromagnetisk eller koherent stråling. Selve opprinnelsen til ordet laser i oversettelse indikerer effekten av lysforsterkning.ved stimulert utslipp. Til dags dato er det flere konsepter for implementering av en laserenhet, som skyldes tvetydigheten i prinsippene for drift av en optisk kvantegenerator under forskjellige forhold.
Nøkkelforskjellen er prinsippet om interaksjon mellom laserstråling og målstoffet. Under strålingsprosessen tilføres energi i visse deler (kvanter), som lar deg kontrollere arten av effekten av emitteren på arbeidsmiljøet eller materialet til målobjektet. Blant de grunnleggende parameterne som lar deg justere nivåene av elektrokjemiske og optiske effekter av laseren, skilles fokus, graden av flukskonsentrasjon, bølgelengde, retningsbestemmelse, etc. I noen teknologiske prosesser spiller tidsmodusen for stråling også en rolle - for eksempel kan pulser ha en varighet på en brøkdel av sekunder til titalls femtosekunder med intervaller fra et øyeblikk til flere år.
Synergisk laserstruktur
Ved begynnelsen av konseptet med en optisk laser, ble systemet med kvantestråling i fysiske termer vanligvis forstått som en form for selvorganisering av flere energikomponenter. Dermed ble konseptet synergetikk dannet, som gjorde det mulig å formulere hovedegenskapene og stadiene i den evolusjonære utviklingen av laseren. Uansett hvilken type og operasjonsprinsipp laseren har, er nøkkelfaktoren i dens handling å gå utover likevekten til lette atomer, når systemet blir ustabilt og samtidig åpent.
Avvik i den romlige symmetrien til stråling skaper forhold for utseendet til en pulserendestrømme. Etter å ha nådd en viss verdi av pumping (avvik), blir den optiske kvantegeneratoren av koherent stråling kontrollerbar og transformeres til en ordnet dissipativ struktur med elementer av et selvorganiserende system. Under visse forhold kan enheten operere i pulserende strålingsmodus syklisk, og endringer vil føre til kaotiske pulseringer.
Laserarbeidskomponenter
Nå er det verdt å gå fra driftsprinsippet til spesifikke fysiske og tekniske forhold der et lasersystem med visse egenskaper opererer. Det viktigste, fra synspunktet om ytelsen til optiske kvantegeneratorer, er det aktive mediet. Fra det avhenger spesielt av intensiteten av forsterkningen av strømmen, egenskapene til tilbakemeldingen og det optiske signalet som helhet. For eksempel kan stråling forekomme i en gassblanding som de fleste laserenheter i dag opererer på.
Den neste komponenten er representert av en energikilde. Med dens hjelp skapes forhold for å opprettholde inversjonen av populasjonen av atomer i det aktive mediet. Hvis vi trekker en analogi med en synergistisk struktur, så er det energikilden som vil fungere som en slags faktor i lysets avvik fra norm altilstanden. Jo kraftigere støtten er, jo høyere pumper systemet og jo mer effektiv er lasereffekten. Den tredje komponenten i arbeidsinfrastrukturen er resonatoren, som gir flere strålinger når den passerer gjennom arbeidsmiljøet. Den samme komponenten bidrar til utgangen av optisk stråling i en nyttigspektrum.
He-Ne laserenhet
Den vanligste formfaktoren til en moderne laser, hvis strukturelle basis er et gassutladningsrør, optiske resonatorspeil og en elektrisk strømforsyning. Som arbeidsmedium (tube filler) brukes en blanding av helium og neon, som navnet tilsier. Selve røret er laget av kvartsglass. Tykkelsen på standard sylindriske strukturer varierer fra 4 til 15 mm, og lengden varierer fra 5 cm til 3 m. Ved endene av rørene er de lukket med flate glass med en liten helling, noe som sikrer et tilstrekkelig nivå av laserpolarisering.
En optisk kvantegenerator basert på en helium-neon-blanding har en liten spektralbredde av emisjonsbånd i størrelsesorden 1,5 GHz. Denne egenskapen gir en rekke driftsfordeler, noe som fører til suksess for enheten innen interferometri, visuell informasjonslesere, spektroskopi osv.
Halvlederlaserenhet
Plasset til arbeidsmediet i slike enheter er okkupert av en halvleder, som er basert på krystallinske grunnstoffer i form av urenheter med atomer av et tre- eller femverdig kjemikalie (silisium, indium). Når det gjelder ledningsevne, står denne laseren mellom dielektrikum og fullverdige ledere. Forskjellen i arbeidskvaliteter går gjennom parametrene for temperaturverdier, konsentrasjonen av urenheter og arten av den fysiske påvirkningen på målmaterialet. I dette tilfellet kan energikilden til pumping være elektrisitet,magnetisk stråling eller elektronstråle.
Enheten til en optisk halvlederkvantegenerator bruker ofte en kraftig LED laget av et solid materiale, som kan akkumulere store mengder energi. En annen ting er at arbeid under forhold med økte elektriske og mekaniske belastninger raskt fører til slitasje på arbeidselementer.
Fargelaserenhet
Denne typen optiske generatorer la grunnlaget for dannelsen av en ny retning innen laserteknologi, som opererer med en pulsvarighet på opptil pikosekunder. Dette ble mulig på grunn av bruken av organiske fargestoffer som et aktivt medium, men en annen laser, vanligvis en argon en, skulle utføre pumpefunksjonene.
Når det gjelder utformingen av optiske kvantegeneratorer på fargestoffer, brukes en spesiell base i form av en kyvette for å gi ultrakorte pulser, hvor det dannes vakuumforhold. Modeller med ringresonator i et slikt miljø tillater pumping av flytende fargestoff med hastigheter opp til 10 m/s.
Funksjoner av fiberoptiske sendere
En type laserenhet der funksjonene til en resonator utføres av en optisk fiber. Med tanke på driftsegenskaper er denne generatoren den mest produktive når det gjelder volumet av optisk stråling. Og dette til tross for at utformingen av enheten har en svært beskjeden størrelse sammenlignet med andre typer lasere.
KFunksjonene til optiske kvantegeneratorer av denne typen inkluderer også allsidighet når det gjelder mulighetene for å koble til pumpekilder. Vanligvis brukes hele grupper med optiske bølgeledere til dette, som kombineres til moduler med et aktivt stoff, som også bidrar til strukturell og funksjonell optimalisering av enheten.
Implementering av styringssystemet
De fleste enheter er basert på elektrisk basis, på grunn av at energipumping leveres direkte eller indirekte. I de enkleste systemene, gjennom dette strømforsyningssystemet, overvåkes strømindikatorer som påvirker intensiteten av stråling innenfor et visst optisk område.
Profesjonelle kvantegeneratorer inneholder også en utviklet optisk infrastruktur for flytkontroll. Spesielt gjennom slike moduler styres dysens retning, kraften og lengden på pulsen, frekvens, temperatur og andre driftsegenskaper.
Anvendelsesområder for lasere
Selv om optiske generatorer fortsatt er enheter med ikke fullstendig avslørte funksjoner, er det i dag vanskelig å nevne et område hvor de ikke vil bli brukt. De ga industrien den mest verdifulle praktiske effekten som et svært effektivt verktøy for å kutte faste materialer til minimale kostnader.
Optiske kvantegeneratorer er også mye brukt i medisinske metoder i forhold til øyemikrokirurgi og kosmetologi. For eksempel en universell lasersåk alte blodløse skalpeller har blitt et instrument i medisin, som ikke bare lar dissekere, men også koble sammen biologisk vev.
Konklusjon
I dag er det flere lovende retninger i utviklingen av optiske strålingsgeneratorer. De mest populære inkluderer lag-for-lag-synteseteknologi, 3D-modellering, konseptet med å kombinere med robotikk (lasertrackere), etc. I hvert tilfelle antas det at optiske kvantegeneratorer vil ha sin egen spesielle applikasjon - fra overflatebehandling av materialer og ultrarask fremstilling av komposittprodukter til brannslukking ved hjelp av stråling.
Selvsagt vil mer komplekse oppgaver kreve å øke kraften til laserteknologi, som et resultat av at terskelen for dens fare også vil økes. Hvis hovedårsaken til å ivareta sikkerheten ved arbeid med slikt utstyr i dag er dens skadelige virkning på øynene, kan vi i fremtiden snakke om spesiell beskyttelse av materialer og gjenstander som bruken av utstyr er organisert i nærheten av.
