Frugten af videnskabelige og teknologiske fremskridt finder ikke altid deres konkrete praktiske udtryk umiddelbart efter udarbejdelsen af det teoretiske grundlag. Det skete med laserteknologi, hvis muligheder endnu ikke er blevet afsløret fuldt ud. Teorien om optiske kvantegeneratorer, på grundlag af hvilken konceptet med enheder, der udsender elektromagnetisk stråling, blev skabt, blev delvist mestret på grund af optimeringen af laserteknologi. Eksperter bemærker dog, at potentialet for optisk stråling kan blive grundlaget for en række opdagelser i fremtiden.
Princippet for enhedens drift
I dette tilfælde forstås en kvantegenerator som en laseranordning, der arbejder i det optiske område under betingelser med stimuleret monokromatisk, elektromagnetisk eller kohærent stråling. Selve oprindelsen af ordet laser i oversættelse indikerer effekten af lysforstærkning.ved stimuleret emission. Til dato er der flere koncepter til implementering af en laserenhed, hvilket skyldes tvetydigheden af principperne for drift af en optisk kvantegenerator under forskellige forhold.
Nøgleforskellen er princippet om interaktion mellem laserstråling og målstoffet. I strålingsprocessen tilføres energi i visse portioner (kvanter), som giver dig mulighed for at kontrollere arten af effekten af emitteren på arbejdsmiljøet eller materialet i målobjektet. Blandt de grundlæggende parametre, der giver dig mulighed for at justere niveauerne af laserens elektrokemiske og optiske effekter, skelnes fokusering, graden af fluxkoncentration, bølgelængde, retningsbestemthed osv. I nogle teknologiske processer spiller strålingens tidstilstand også en rolle - for eksempel kan pulser have en varighed på en brøkdel af sekunder til titusinder af femtosekunder med intervaller fra et øjeblik til flere år.
Synergisk laserstruktur
Ved begyndelsen af konceptet med en optisk laser blev kvantestrålingssystemet i fysiske termer almindeligvis opfattet som en form for selvorganisering af flere energikomponenter. Således blev begrebet synergetik dannet, som gjorde det muligt at formulere de vigtigste egenskaber og stadier af laserens evolutionære udvikling. Uanset laserens type og funktionsprincip, er nøglefaktoren i dens handling at gå ud over ligevægten mellem lette atomer, når systemet bliver ustabilt og samtidig åbent.
Afvigelser i strålingens rumlige symmetri skaber betingelser for fremkomsten af en pulseretflyde. Efter at have nået en vis værdi af pumpning (afvigelse), bliver den optiske kvantegenerator af kohærent stråling kontrollerbar og omdannes til en ordnet dissipativ struktur med elementer af et selvorganiserende system. Under visse forhold kan enheden fungere i pulserende strålingstilstand cyklisk, og dens ændringer vil føre til kaotiske pulseringer.
Laserarbejdskomponenter
Nu er det værd at flytte fra princippet om drift til specifikke fysiske og tekniske forhold, hvor et lasersystem med bestemte egenskaber fungerer. Det vigtigste, set fra optiske kvantegeneratorers ydeevne, er det aktive medium. Fra det afhænger især af intensiteten af forstærkningen af flowet, egenskaberne af feedback og det optiske signal som helhed. For eksempel kan stråling forekomme i en gasblanding, som de fleste laserenheder i dag opererer på.
Den næste komponent er repræsenteret af en energikilde. Med dens hjælp skabes betingelser for at opretholde inversionen af populationen af atomer i det aktive medium. Hvis vi drager en analogi med en synergistisk struktur, så er det energikilden, der vil fungere som en slags faktor i lysets afvigelse fra norm altilstanden. Jo kraftigere støtten er, jo højere pumper systemet og jo mere effektiv er lasereffekten. Den tredje komponent i arbejdsinfrastrukturen er resonatoren, som giver flere strålinger, når den passerer gennem arbejdsmiljøet. Den samme komponent bidrager til outputtet af optisk stråling i en nyttigspektrum.
He-Ne laserenhed
Den mest almindelige formfaktor for en moderne laser, hvis strukturelle grundlag er et gasudladningsrør, optiske resonatorspejle og en elektrisk strømforsyning. Som arbejdsmedium (tube filler) bruges en blanding af helium og neon, som navnet antyder. Selve røret er lavet af kvartsglas. Tykkelsen af standard cylindriske strukturer varierer fra 4 til 15 mm, og længden varierer fra 5 cm til 3 m. Ved enderne af rørene lukkes de med flade glas med en lille hældning, hvilket sikrer et tilstrækkeligt niveau af laserpolarisering.
En optisk kvantegenerator baseret på en helium-neon-blanding har en lille spektral bredde af emissionsbånd i størrelsesordenen 1,5 GHz. Denne egenskab giver en række operationelle fordele, hvilket forårsager enhedens succes inden for interferometri, visuelle informationslæsere, spektroskopi osv.
Halvlederlaserenhed
Placeringen af arbejdsmediet i sådanne enheder er optaget af en halvleder, som er baseret på krystallinske grundstoffer i form af urenheder med atomer af et tri- eller pentavalent kemikalie (silicium, indium). Med hensyn til ledningsevne står denne laser mellem dielektrikum og fuldgyldige ledere. Forskellen i arbejdskvaliteter passerer gennem parametrene for temperaturværdier, koncentrationen af urenheder og arten af den fysiske påvirkning af målmaterialet. I dette tilfælde kan energikilden til pumpning være elektricitet,magnetisk stråling eller elektronstråle.
Enheden i en optisk halvlederkvantegenerator bruger ofte en kraftig LED lavet af et solidt materiale, som kan akkumulere store mængder energi. En anden ting er, at arbejde under forhold med øget elektrisk og mekanisk belastning hurtigt fører til slid på arbejdselementerne.
Farvelaser-enhed
Denne type optiske generatorer lagde grundlaget for dannelsen af en ny retning inden for laserteknologi, der opererer med en pulsvarighed på op til picosekunder. Dette blev muligt på grund af brugen af organiske farvestoffer som et aktivt medium, men en anden laser, norm alt en argon, skulle udføre pumpefunktionerne.
Hvad angår design af optiske kvantegeneratorer på farvestoffer, bruges en speciel base i form af en kuvette til at give ultrakorte impulser, hvor der dannes vakuumforhold. Modeller med en ringresonator i et sådant miljø tillader pumpning af flydende farvestof med hastigheder op til 10 m/s.
Funktioner af fiberoptiske emittere
En type laserenhed, hvor funktionerne i en resonator udføres af en optisk fiber. Med hensyn til driftsegenskaber er denne generator den mest produktive med hensyn til volumen af optisk stråling. Og det på trods af, at enhedens design har en meget beskeden størrelse sammenlignet med andre typer lasere.
KFunktionerne ved optiske kvantegeneratorer af denne art omfatter også alsidighed med hensyn til mulighederne for at forbinde pumpekilder. Norm alt bruges hele grupper af optiske bølgeledere til dette, som kombineres til moduler med et aktivt stof, hvilket også bidrager til den strukturelle og funktionelle optimering af enheden.
Implementering af ledelsessystemet
Størstedelen af enheder er baseret på en elektrisk basis, på grund af hvilken energipumpning leveres direkte eller indirekte. I de enkleste systemer overvåges strømindikatorer gennem dette strømforsyningssystem, der påvirker strålingsintensiteten inden for et bestemt optisk område.
Professionelle kvantegeneratorer indeholder også en udviklet optisk infrastruktur til flowkontrol. Gennem sådanne moduler styres især dysens retning, pulsens effekt og længde, frekvens, temperatur og andre driftskarakteristika.
Anvendelsesområder for lasere
Selvom optiske generatorer stadig er enheder med endnu ikke fuldt afslørede kapaciteter, er det i dag svært at nævne et område, hvor de ikke ville blive brugt. De gav industrien den mest værdifulde praktiske effekt som et yderst effektivt værktøj til at skære faste materialer med minimale omkostninger.
Optiske kvantegeneratorer er også meget brugt i medicinske metoder i forhold til øjenmikrokirurgi og kosmetologi. For eksempel en universal lasersåkaldte blodløse skalpeller er blevet et instrument inden for medicin, der gør det ikke kun muligt at dissekere, men også at forbinde biologiske væv.
Konklusion
I dag er der flere lovende retninger i udviklingen af optiske strålingsgeneratorer. De mest populære inkluderer lag-for-lag-synteseteknologi, 3D-modellering, konceptet med at kombinere med robotteknologi (lasertrackere) osv. I hvert tilfælde antages det, at optiske kvantegeneratorer vil have deres egen specielle anvendelse - fra overfladebehandling af materialer og ultrahurtig fremstilling af kompositprodukter til brandslukning ved hjælp af stråling.
Det er klart, at mere komplekse opgaver vil kræve en forøgelse af laserteknologiens kraft, som et resultat af hvilket tærsklen for dens fare også vil blive øget. Hvis hovedårsagen til at sikre sikkerhed ved arbejde med sådant udstyr i dag er dets skadelige virkning på øjnene, så kan vi i fremtiden tale om særlig beskyttelse af materialer og genstande, i nærheden af hvilke brugen af udstyr er organiseret.
