Fruktterna av vetenskapliga och tekniska framsteg finner inte alltid sitt konkreta praktiska uttryck direkt efter utarbetandet av den teoretiska grunden. Detta skedde med laserteknik, vars möjligheter ännu inte har avslöjats fullt ut. Teorin om optiska kvantgeneratorer, på grundval av vilken konceptet med enheter som sänder ut elektromagnetisk strålning skapades, behärskades delvis på grund av optimeringen av laserteknik. Experter noterar dock att potentialen för optisk strålning kan bli grunden för ett antal upptäckter i framtiden.
Principen för enhetens funktion
I detta fall förstås en kvantgenerator som en laseranordning som arbetar i det optiska området under förhållanden med stimulerad monokromatisk, elektromagnetisk eller koherent strålning. Själva ursprunget till ordet laser i översättning indikerar effekten av ljusförstärkning.genom stimulerad emission. Hittills finns det flera koncept för implementering av en laseranordning, vilket beror på tvetydigheten i principerna för driften av en optisk kvantgenerator under olika förhållanden.
Den viktigaste skillnaden är principen om interaktion mellan laserstrålning och målsubstansen. Under strålningsprocessen tillförs energi i vissa delar (kvanta), vilket gör att du kan kontrollera arten av effekten av sändaren på arbetsmiljön eller materialet i målobjektet. Bland de grundläggande parametrarna som gör att du kan justera nivåerna av laserns elektrokemiska och optiska effekter särskiljs fokusering, graden av flödeskoncentration, våglängd, riktning, etc. I vissa tekniska processer spelar strålningstidsläget också en roll - till exempel kan pulser ha en varaktighet på en bråkdel av sekunder till tiotals femtosekunder med intervaller från ett ögonblick till flera år.
Synergisk laserstruktur
Vid gryningen av konceptet med en optisk laser, var systemet med kvantstrålning i fysiska termer allmänt uppfattat som en form av självorganisering av flera energikomponenter. Således bildades begreppet synergetik, vilket gjorde det möjligt att formulera de viktigaste egenskaperna och stadierna i laserns evolutionära utveckling. Oavsett typen och principen för laserns funktion är nyckelfaktorn i dess verkan att gå bortom jämvikten mellan lätta atomer, när systemet blir instabilt och samtidigt öppet.
Avvikelser i strålningens rumsliga symmetri skapar förutsättningar för uppkomsten av en pulsadflöde. Efter att ha uppnått ett visst värde av pumpning (avvikelse) blir den optiska kvantgeneratorn av koherent strålning kontrollerbar och omvandlas till en ordnad dissipativ struktur med element av ett självorganiserande system. Under vissa förhållanden kan enheten arbeta i pulserande strålningsläge cykliskt, och dess förändringar kommer att leda till kaotiska pulseringar.
Laserarbetande komponenter
Nu är det värt att gå från driftprincipen till specifika fysiska och tekniska förhållanden där ett lasersystem med vissa egenskaper fungerar. Det viktigaste, ur prestandasynpunkt för optiska kvantgeneratorer, är det aktiva mediet. Från det beror i synnerhet på intensiteten av förstärkningen av flödet, egenskaperna hos återkopplingen och den optiska signalen som helhet. Till exempel kan strålning förekomma i en gasblandning som de flesta laserenheter idag arbetar med.
Nästa komponent representeras av en energikälla. Med dess hjälp skapas förutsättningar för att upprätthålla inversionen av populationen av atomer i det aktiva mediet. Om vi drar en analogi med en synergistisk struktur, så är det energikällan som kommer att fungera som en slags faktor i ljusets avvikelse från det normala tillståndet. Ju kraftfullare stöd, desto högre pumpning av systemet och desto effektivare lasereffekt. Den tredje komponenten i arbetsinfrastrukturen är resonatorn, som tillhandahåller multipel strålning när den passerar genom arbetsmiljön. Samma komponent bidrar till utmatningen av optisk strålning i en användbarspektrum.
He-Ne laserenhet
Den vanligaste formfaktorn för en modern laser, vars strukturella bas är ett gasurladdningsrör, optiska resonatorspeglar och en elektrisk strömkälla. Som arbetsmedium (tubfiller) används en blandning av helium och neon, som namnet antyder. Själva röret är gjort av kvartsglas. Tjockleken på vanliga cylindriska strukturer varierar från 4 till 15 mm, och längden varierar från 5 cm till 3 m. I ändarna av rören är de stängda med platta glas med en liten lutning, vilket säkerställer en tillräcklig nivå av laserpolarisering.
En optisk kvantgenerator baserad på en helium-neonblandning har en liten spektral bredd av emissionsband i storleksordningen 1,5 GHz. Denna egenskap ger ett antal operativa fördelar, vilket orsakar framgången för enheten inom interferometri, visuell informationsläsare, spektroskopi, etc.
Halvledarlaserenhet
Arbetsmediets plats i sådana anordningar upptas av en halvledare, som är baserad på kristallina grundämnen i form av föroreningar med atomer av en tre- eller femvärdig kemikalie (kisel, indium). När det gäller konduktivitet står denna laser mellan dielektrikum och fullvärdiga ledare. Skillnaden i arbetskvaliteter passerar genom parametrarna för temperaturvärden, koncentrationen av föroreningar och arten av den fysiska påverkan på målmaterialet. I det här fallet kan energikällan för pumpning vara elektricitet,magnetisk strålning eller elektronstråle.
Enheten i en optisk halvledarkvantgenerator använder ofta en kraftfull LED gjord av ett fast material, som kan ackumulera stora mängder energi. En annan sak är att arbete under förhållanden med ökad elektrisk och mekanisk belastning snabbt leder till slitage på arbetselement.
Färglaserenhet
Den här typen av optiska generatorer lade grunden för bildandet av en ny riktning inom laserteknik, som arbetar med en pulslängd på upp till pikosekunder. Detta blev möjligt på grund av användningen av organiska färgämnen som ett aktivt medium, men en annan laser, vanligtvis en argon, bör utföra pumpningsfunktionerna.
När det gäller designen av optiska kvantgeneratorer på färgämnen, används en speciell bas i form av en kyvett för att ge ultrakorta pulser, där vakuumförhållanden bildas. Modeller med en ringresonator i en sådan miljö tillåter pumpning av flytande färgämne i hastigheter upp till 10 m/s.
Funktioner hos fiberoptiska sändare
En typ av laseranordning där funktionerna hos en resonator utförs av en optisk fiber. Ur synvinkel av driftsegenskaper är denna generator den mest produktiva när det gäller volymen av optisk strålning. Och detta trots att enhetens design har en mycket blygsam storlek jämfört med andra typer av lasrar.
KFunktionerna hos optiska kvantgeneratorer av detta slag inkluderar också mångsidighet när det gäller möjligheterna att ansluta pumpkällor. Vanligtvis används hela grupper av optiska vågledare för detta, vilka kombineras till moduler med en aktiv substans, vilket också bidrar till den strukturella och funktionella optimeringen av enheten.
Implementering av ledningssystemet
Majoriteten av enheterna är baserade på elektrisk bas, på grund av vilken energipumpning tillhandahålls direkt eller indirekt. I de enklaste systemen, genom detta strömförsörjningssystem, övervakas effektindikatorer som påverkar strålningsintensiteten inom ett visst optiskt område.
Professionella kvantgeneratorer innehåller också en utvecklad optisk infrastruktur för flödeskontroll. Genom sådana moduler styrs i synnerhet munstyckets riktning, pulsens effekt och längd, frekvens, temperatur och andra driftsegenskaper.
Användningsområden för lasrar
Även om optiska generatorer fortfarande är enheter med ännu inte helt avslöjade funktioner, är det idag svårt att nämna ett område där de inte skulle användas. De gav industrin den mest värdefulla praktiska effekten som ett mycket effektivt verktyg för att skära fast material till minimal kostnad.
Optiska kvantgeneratorer används också i stor utsträckning inom medicinska metoder i samband med ögonmikrokirurgi och kosmetologi. Till exempel en universallaserså kallade blodlösa skalpeller har blivit ett instrument inom medicinen, som gör det möjligt att inte bara dissekera utan också koppla samman biologiska vävnader.
Slutsats
Idag finns det flera lovande riktningar i utvecklingen av optiska strålningsgeneratorer. De mest populära inkluderar lager-för-lager-syntesteknik, 3D-modellering, konceptet att kombinera med robotik (lasertrackers), etc. I varje fall antas det att optiska kvantgeneratorer kommer att ha sin egen speciella tillämpning - från ytbehandling av material och ultrasnabb framställning av kompositprodukter för brandsläckning med hjälp av strålning.
Självklart kommer mer komplexa uppgifter att kräva ökad kraft hos laserteknik, vilket gör att tröskeln för dess fara också kommer att ökas. Om det främsta skälet till att säkerställa säkerheten vid arbete med sådan utrustning idag är dess skadliga inverkan på ögonen, så kan vi i framtiden tala om speciellt skydd av material och föremål nära vilka användningen av utrustning är organiserad.
