Plodovi znanstvenog i tehnološkog napretka ne nalaze uvijek svoj konkretan praktični izraz odmah nakon izrade teorijske osnove. To se dogodilo s laserskom tehnologijom čije mogućnosti do sada nisu u potpunosti razotkrivene. Optimizacijom laserske tehnologije djelomično je savladana teorija optičkih kvantnih generatora, na temelju koje je nastao koncept uređaja koji emitiraju elektromagnetsko zračenje. Međutim, stručnjaci primjećuju da potencijal optičkog zračenja može postati osnova za brojna otkrića u budućnosti.
Princip rada uređaja
U ovom se slučaju kvantni generator podrazumijeva kao laserski uređaj koji radi u optičkom rasponu u uvjetima stimuliranog monokromatskog, elektromagnetskog ili koherentnog zračenja. Samo podrijetlo riječi laser u prijevodu ukazuje na učinak pojačanja svjetlosti.stimuliranom emisijom. Do danas postoji nekoliko koncepata za implementaciju laserskog uređaja, što je posljedica dvosmislenosti principa rada optičkog kvantnog generatora u različitim uvjetima.
Ključna razlika je princip interakcije laserskog zračenja s ciljanom tvari. U procesu zračenja, energija se isporučuje u određenim dijelovima (kvantima), što vam omogućuje kontrolu prirode učinka emitera na radno okruženje ili materijal ciljanog objekta. Među osnovnim parametrima koji vam omogućuju podešavanje razine elektrokemijskih i optičkih učinaka lasera izdvajaju se fokusiranje, stupanj koncentracije toka, valna duljina, usmjerenost itd. U nekim tehnološkim procesima, vremenski način zračenja također igra važnu ulogu. uloga - na primjer, impulsi mogu trajati od djelića sekunde do desetaka femtosekundi s intervalima u rasponu od trenutka do nekoliko godina.
Sinergična laserska struktura
U osvit koncepta optičkog lasera, sustav kvantnog zračenja u fizičkom smislu općenito se shvaćao kao oblik samoorganizacije nekoliko energetskih komponenti. Tako je formiran koncept sinergetike, koji je omogućio formuliranje glavnih svojstava i faza evolucijskog razvoja lasera. Bez obzira na vrstu i princip rada lasera, ključni faktor u njegovom djelovanju je nadilaženje ravnoteže svjetlosnih atoma, kada sustav postaje nestabilan i istovremeno otvoren.
Odstupanja u prostornoj simetriji zračenja stvaraju uvjete za pojavu pulsirajućegteći. Nakon postizanja određene vrijednosti pumpanja (devijacije), optički kvantni generator koherentnog zračenja postaje upravljiv i pretvara se u uređenu disipativnu strukturu s elementima samoorganizirajućeg sustava. Pod određenim uvjetima, uređaj može raditi u režimu pulsnog zračenja ciklički, a njegove promjene će dovesti do kaotičnih pulsiranja.
Laserske radne komponente
Sada vrijedi prijeći s principa rada na specifične fizičko-tehničke uvjete u kojima djeluje laserski sustav određenih karakteristika. Najvažniji, s gledišta performansi optičkih kvantnih generatora, je aktivni medij. Od toga, posebice, ovisi o intenzitetu pojačanja toka, svojstvima povratne sprege i optičkom signalu u cjelini. Na primjer, zračenje se može pojaviti u mješavini plinova na kojoj većina laserskih uređaja danas radi.
Sljedeću komponentu predstavlja izvor energije. Uz njegovu pomoć stvaraju se uvjeti za održavanje inverzije populacije atoma aktivnog medija. Ako povučemo analogiju sa sinergističkom strukturom, onda će izvor energije djelovati kao svojevrsni faktor odstupanja svjetlosti od normalnog stanja. Što je podrška snažnija, to je veće pumpanje sustava i učinkovitiji učinak lasera. Treća komponenta radne infrastrukture je rezonator koji osigurava višestruko zračenje dok prolazi kroz radno okruženje. Ista komponenta doprinosi izlazu optičkog zračenja u korisnomspektar.
He-Ne laserski uređaj
Najčešći faktor oblika modernog lasera, čija je strukturna osnova cijev za plinsko pražnjenje, optička rezonatorska zrcala i napajanje električnom energijom. Kao radni medij (punilo cijevi) koristi se mješavina helija i neona, kao što naziv govori. Sama cijev je izrađena od kvarcnog stakla. Debljina standardnih cilindričnih konstrukcija varira od 4 do 15 mm, a duljina varira od 5 cm do 3 m. Na krajevima cijevi su zatvoreni ravnim staklima s blagim nagibom, što osigurava dovoljnu razinu laserske polarizacije.
Optički kvantni generator baziran na helij-neonskoj smjesi ima malu spektralnu širinu emisijskih pojaseva reda veličine 1,5 GHz. Ova karakteristika pruža niz operativnih prednosti, uzrokujući uspjeh uređaja u interferometriji, vizualnim čitačima informacija, spektroskopiji, itd.
Poluvodički laserski uređaj
Mjesto radnog medija u takvim uređajima zauzima poluvodič, koji se temelji na kristalnim elementima u obliku nečistoća s atomima trovalentne ili petovalentne kemikalije (silicij, indij). Po vodljivosti, ovaj laser stoji između dielektrika i punopravnih vodiča. Razlika u radnim kvalitetama prolazi kroz parametre temperaturnih vrijednosti, koncentraciju nečistoća i prirodu fizičkog utjecaja na ciljni materijal. U ovom slučaju, izvor energije crpljenja može biti električna energija,magnetsko zračenje ili elektronski snop.
Uređaj optičkog poluvodičkog kvantnog generatora često koristi moćnu LED diodu izrađenu od čvrstog materijala, koja može akumulirati velike količine energije. Druga stvar je da rad u uvjetima povećanih električnih i mehaničkih opterećenja brzo dovodi do trošenja radnih elemenata.
Laserski uređaj za bojenje
Ova vrsta optičkih generatora postavila je temelj za formiranje novog smjera u laserskoj tehnologiji, koji rade s trajanjem impulsa do pikosekundi. To je postalo moguće zahvaljujući korištenju organskih boja kao aktivnog medija, ali drugi laser, obično argonski, trebao bi obavljati funkciju pumpanja.
Što se tiče dizajna optičkih kvantnih generatora na bojama, za dobivanje ultrakratkih impulsa, gdje se stvaraju vakuumski uvjeti, koristi se posebna baza u obliku kivete. Modeli s prstenastim rezonatorom u takvom okruženju omogućuju pumpanje tekuće boje brzinom do 10 m/s.
Značajke optičkih emitera
Vrsta laserskog uređaja u kojem funkcije rezonatora obavlja optičko vlakno. S gledišta radnih svojstava, ovaj generator je najproduktivniji u smislu volumena optičkog zračenja. I to unatoč činjenici da je dizajn uređaja vrlo skromne veličine u usporedbi s drugim vrstama lasera.
KZnačajke optičkih kvantnih generatora ove vrste također uključuju svestranost u pogledu mogućnosti povezivanja izvora pumpe. Obično se za to koriste cijele skupine optičkih valovoda, koji se kombiniraju u module s aktivnom tvari, što također doprinosi strukturnoj i funkcionalnoj optimizaciji uređaja.
Implementacija sustava upravljanja
Većina uređaja temelji se na električnoj osnovi, zbog čega se pumpanje energije osigurava izravno ili neizravno. U najjednostavnijim sustavima, kroz ovaj sustav napajanja, prate se indikatori snage koji utječu na intenzitet zračenja unutar određenog optičkog raspona.
Profesionalni kvantni generatori također sadrže razvijenu optičku infrastrukturu za kontrolu protoka. Kroz takve module, posebno se kontrolira smjer mlaznice, snaga i duljina impulsa, frekvencija, temperatura i druge radne karakteristike.
Područja primjene lasera
Iako su optički generatori još uvijek uređaji s još neu potpunosti otkrivenim mogućnostima, danas je teško imenovati područje u kojem se ne bi koristili. Oni su industriji dali najvrjedniji praktični učinak kao visoko učinkovit alat za rezanje čvrstih materijala uz minimalne troškove.
Optički kvantni generatori također se široko koriste u medicinskim metodama u odnosu na mikrokirurgiju oka i kozmetologiju. Na primjer, univerzalni lasertakozvani beskrvni skalpeli postali su instrument u medicini, omogućujući ne samo seciranje, već i povezivanje bioloških tkiva.
Zaključak
Danas postoji nekoliko obećavajućih smjerova u razvoju generatora optičkog zračenja. Među najpopularnijim su tehnologija sinteze sloj-po-sloj, 3D modeliranje, koncept kombiniranja s robotikom (laserski tragači) itd. U svakom slučaju pretpostavlja se da će optički kvantni generatori imati svoju posebnu primjenu – od površinske obrade. materijala i ultra-brzo stvaranje kompozitnih proizvoda za gašenje požara zračenjem.
Očito je da će složeniji zadaci zahtijevati povećanje snage laserske tehnologije, zbog čega će se povećati i prag njezine opasnosti. Ako je danas glavni razlog za osiguranje sigurnosti pri radu s takvom opremom njezin štetni učinak na oči, onda se u budućnosti može govoriti o posebnoj zaštiti materijala i predmeta u blizini kojih je organizirana uporaba opreme.
