Mokslo ir technologinės pažangos vaisiai ne visada randa konkrečią praktinę išraišką iškart po teorinio pagrindo parengimo. Taip atsitiko su lazerine technologija, kurios galimybės iki šiol nebuvo iki galo atskleistos. Optinių kvantinių generatorių teorija, kurios pagrindu buvo sukurta elektromagnetinę spinduliuotę skleidžiančių prietaisų koncepcija, buvo iš dalies įsisavinta dėl lazerinių technologijų optimizavimo. Tačiau ekspertai pastebi, kad optinės spinduliuotės potencialas gali tapti daugelio atradimų pagrindu ateityje.
Įrenginio veikimo principas
Šiuo atveju kvantinis generatorius suprantamas kaip lazerinis įrenginys, veikiantis optiniame diapazone stimuliuojamos monochromatinės, elektromagnetinės ar koherentinės spinduliuotės sąlygomis. Pati žodžio lazeris kilmė verčiant rodo šviesos stiprinimo poveikį.skatinama emisija. Iki šiol yra kelios lazerinio įrenginio įgyvendinimo koncepcijos, dėl kurių optinio kvantinio generatoriaus veikimo principai skirtingomis sąlygomis yra dviprasmiški.
Pagrindinis skirtumas yra lazerio spinduliuotės sąveikos su tiksline medžiaga principas. Spinduliavimo procese energija tiekiama tam tikromis dalimis (kvantais), o tai leidžia kontroliuoti spinduliuotės poveikio darbo aplinkai ar tikslinio objekto medžiagai pobūdį. Tarp pagrindinių parametrų, leidžiančių reguliuoti lazerio elektrocheminio ir optinio poveikio lygius, išskiriamas fokusavimas, srauto koncentracijos laipsnis, bangos ilgis, kryptingumas ir kt.. Kai kuriuose technologiniuose procesuose spinduliavimo laiko režimas taip pat vaidina svarbų vaidmenį. vaidmuo – pavyzdžiui, impulsų trukmė gali būti nuo sekundžių dalies iki dešimčių femtosekundžių, o intervalai svyruoja nuo akimirkos iki kelerių metų.
Sinerginė lazerio struktūra
Optinio lazerio koncepcijos pradžioje kvantinės spinduliuotės sistema fizine prasme paprastai buvo suprantama kaip kelių energijos komponentų savaiminio organizavimo forma. Taip susiformavo sinergetikos samprata, kuri leido suformuluoti pagrindines lazerio savybes ir evoliucinės raidos etapus. Nepriklausomai nuo lazerio tipo ir veikimo principo, pagrindinis jo veikimo veiksnys yra peržengimas šviesos atomų pusiausvyros ribas, kai sistema tampa nestabili ir tuo pačiu atvira.
Spinduliavimo erdvinės simetrijos nukrypimai sudaro sąlygas atsirasti impulsiniam impulsuisrautas. Pasiekęs tam tikrą siurbimo (nukrypimo) reikšmę, koherentinės spinduliuotės optinis kvantinis generatorius tampa valdomas ir transformuojasi į tvarkingą išsklaidytą struktūrą su savaime besitvarkančios sistemos elementais. Tam tikromis sąlygomis prietaisas gali cikliškai veikti impulsinės spinduliuotės režimu, o jo pakeitimai sukels chaotišką pulsavimą.
Lazerio darbo komponentai
Dabar verta pereiti nuo veikimo principo prie konkrečių fizinių ir techninių sąlygų, kuriomis veikia lazerinė sistema, turinti tam tikras charakteristikas. Svarbiausia optinių kvantinių generatorių veikimo požiūriu yra aktyvioji terpė. Visų pirma, tai priklauso nuo srauto stiprinimo intensyvumo, grįžtamojo ryšio savybių ir viso optinio signalo. Pavyzdžiui, spinduliuotė gali atsirasti dujų mišinyje, kuriuo šiandien veikia dauguma lazerinių prietaisų.
Kitas komponentas yra pavaizduotas energijos š altiniu. Su jo pagalba sudaromos sąlygos palaikyti aktyviosios terpės atomų populiacijos inversiją. Jei pateiksime analogiją su sinergetine struktūra, tai energijos š altinis veiks kaip savotiškas šviesos nukrypimo nuo normalios būsenos veiksnys. Kuo galingesnė atrama, tuo didesnis sistemos siurbimas ir efektyvesnis lazerio efektas. Trečias darbinės infrastruktūros komponentas yra rezonatorius, kuris, eidamas per darbo aplinką, suteikia daugybinę spinduliuotę. Tas pats komponentas prisideda prie optinės spinduliuotės išėjimo naudingoje vietojespektras.
He-Ne lazerinis įrenginys
Dažniausias šiuolaikinio lazerio formos koeficientas, kurio struktūrinis pagrindas yra dujų išlydžio vamzdis, optinio rezonatoriaus veidrodžiai ir elektros maitinimo š altinis. Kaip darbo terpė (vamzdžių užpildas) naudojamas helio ir neono mišinys, kaip rodo pavadinimas. Pats vamzdelis pagamintas iš kvarcinio stiklo. Standartinių cilindrinių konstrukcijų storis svyruoja nuo 4 iki 15 mm, o ilgis – nuo 5 cm iki 3 m. Vamzdžių galuose jie uždaromi plokščiais stiklais su nedideliu nuolydžiu, o tai užtikrina pakankamą lazerio poliarizacijos lygį..
Helio ir neono mišinio pagrindu sukurtas optinis kvantinis generatorius turi mažą spektrinį spinduliavimo juostų plotį, maždaug 1,5 GHz. Ši charakteristika suteikia daug eksploatacinių pranašumų, todėl prietaisas sėkmingai veikia interferometrijoje, vaizdinės informacijos skaitytuvuose, spektroskopijoje ir kt.
Puslaidininkinis lazerinis įrenginys
Darbo terpės vietą tokiuose įrenginiuose užima puslaidininkis, kurio pagrindą sudaro kristaliniai elementai priemaišų pavidalu su tri- arba penkiavalentės cheminės medžiagos (silicio, indžio) atomais. Pagal laidumą šis lazeris stovi tarp dielektrikų ir pilnaverčių laidininkų. Darbinių savybių skirtumas priklauso nuo temperatūros verčių parametrų, priemaišų koncentracijos ir fizinio poveikio tikslinei medžiagai. Šiuo atveju siurbimo energijos š altinis gali būti elektra,magnetinė spinduliuotė arba elektronų pluoštas.
Optinio puslaidininkinio kvantinio generatoriaus įrenginyje dažnai naudojamas galingas iš kietos medžiagos pagamintas šviesos diodas, galintis sukaupti daug energijos. Kitas dalykas yra tai, kad darbas esant padidintoms elektros ir mechaninėms apkrovoms greitai susidėvi darbiniai elementai.
Dažymo lazerinis įrenginys
Šio tipo optiniai generatoriai padėjo pagrindą formuoti naują lazerinių technologijų kryptį, veikiančią iki pikosekundžių impulso trukme. Tai tapo įmanoma dėl organinių dažų naudojimo kaip aktyviosios terpės, tačiau siurbimo funkcijas turėtų atlikti kitas lazeris, dažniausiai argoninis.
Kalbant apie optinių kvantinių generatorių konstrukciją ant dažų, specialus pagrindas kiuvetės pavidalu naudojamas ultratrumpiems impulsams užtikrinti, kur susidaro vakuuminės sąlygos. Modeliai su žiediniu rezonatoriumi tokioje aplinkoje leidžia pumpuoti skystus dažus iki 10 m/s greičiu.
Skaidulinių optinių spindulių skleidėjų ypatybės
Lazerinio įrenginio tipas, kuriame rezonatoriaus funkcijas atlieka optinis pluoštas. Eksploatacinių savybių požiūriu šis generatorius yra produktyviausias pagal optinės spinduliuotės tūrį. Ir tai nepaisant to, kad įrenginio dizainas yra labai kuklus, palyginti su kitų tipų lazeriais.
KTokio tipo optinių kvantinių generatorių savybės apima ir universalumą, kalbant apie siurblio š altinių prijungimo galimybes. Paprastai tam naudojamos ištisos optinių bangolaidžių grupės, kurios sujungiamos į modulius su aktyvia medžiaga, kuri taip pat prisideda prie įrenginio struktūrinio ir funkcinio optimizavimo.
Valdymo sistemos diegimas
Dauguma prietaisų yra pagrįsti elektriniu pagrindu, todėl energija tiekiama tiesiogiai arba netiesiogiai. Paprasčiausiose sistemose per šią maitinimo sistemą yra stebimi galios indikatoriai, kurie turi įtakos spinduliavimo intensyvumui tam tikrame optiniame diapazone.
Profesionaliuose kvantiniuose generatoriuose taip pat yra sukurta optinė srauto valdymo infrastruktūra. Per tokius modulius, visų pirma, valdoma purkštuko kryptis, impulso galia ir ilgis, dažnis, temperatūra ir kitos veikimo charakteristikos.
Lazerių taikymo sritys
Nors optiniai generatoriai vis dar yra įrenginiai, kurių galimybės dar nėra visiškai atskleistos, šiandien sunku įvardyti sritį, kurioje jie nebūtų naudojami. Jie suteikė pramonei vertingiausią praktinį poveikį kaip labai efektyvi priemonė kietoms medžiagoms pjaustyti minimaliomis sąnaudomis.
Optiniai kvantiniai generatoriai taip pat plačiai naudojami medicinos metoduose, susijusiuose su akių mikrochirurgija ir kosmetologija. Pavyzdžiui, universalus lazerisvadinamieji bekraujiniai skalpeliai tapo medicinos instrumentu, leidžiančiu ne tik išskrosti, bet ir sujungti biologinius audinius.
Išvada
Šiandien yra kelios daug žadančios optinės spinduliuotės generatorių kūrimo kryptys. Populiariausios yra sluoksnių sintezės technologija, 3D modeliavimas, kombinavimo su robotika koncepcija (lazeriniai sekėjai) ir kt. Kiekvienu atveju daroma prielaida, kad optiniai kvantiniai generatoriai turės savo specialų pritaikymą – nuo paviršiaus apdorojimo. medžiagų ir itin greito sudėtinių gaminių, skirtų gaisrui gesinti spinduliuote, kūrimas.
Akivaizdu, kad sudėtingesnėms užduotims atlikti reikės padidinti lazerinės technologijos galią, dėl to bus padidintas ir jos pavojingumo slenkstis. Jei šiandien pagrindinė priežastis užtikrinti saugumą dirbant su tokia įranga yra žalingas jos poveikis akims, tai ateityje galime kalbėti apie specialią medžiagų ir objektų, šalia kurių organizuojamas įrangos naudojimas, apsaugą.
