Tieteen ja teknologisen kehityksen hedelmät eivät aina saa konkreettista käytännön ilmaisua heti teoreettisen pohjan laatimisen jälkeen. Tämä tapahtui lasertekniikalla, jonka mahdollisuuksia ei ole toistaiseksi täysin paljastettu. Optisten kvanttigeneraattoreiden teoria, jonka pohj alta syntyi käsite sähkömagneettista säteilyä lähettävistä laitteista, hallittiin osittain lasertekniikan optimoinnin ansiosta. Asiantuntijat huomauttavat kuitenkin, että optisen säteilyn potentiaali voi olla perusta useille löydöille tulevaisuudessa.
Laitteen toimintaperiaate
Tässä tapauksessa kvanttigeneraattorilla tarkoitetaan laserlaitetta, joka toimii optisella alueella stimuloidun monokromaattisen, sähkömagneettisen tai koherentin säteilyn olosuhteissa. Käännössanan laser alkuperä osoittaa valon vahvistumisen vaikutuksen.stimuloidun emission avulla. Tähän mennessä laserlaitteen toteuttamiseen on olemassa useita konsepteja, mikä johtuu optisen kvanttigeneraattorin toimintaperiaatteiden epäselvyydestä eri olosuhteissa.
Avainero on lasersäteilyn vuorovaikutuksen periaate kohdeaineen kanssa. Säteilyprosessissa energiaa syötetään tietyissä osissa (kvanteissa), jonka avulla voit hallita emitterin vaikutuksen luonnetta työympäristöön tai kohdeobjektin materiaaliin. Perusparametreista, joiden avulla voit säätää laserin sähkökemiallisten ja optisten vaikutusten tasoa, erotetaan tarkennus, vuokonsentraatioaste, aallonpituus, suuntaus jne. Joissakin teknologisissa prosesseissa säteilyn aikamoodilla on myös vaikutusta. rooli - esimerkiksi pulssien kesto voi olla sekunneista kymmeniin femtosekunteihin ja välit vaihtelevat hetkestä useisiin vuosiin.
Synerginen laserrakenne
Optisen laserin käsitteen kynnyksellä kvanttisäteilyjärjestelmä fysikaalisesti ymmärrettiin yleisesti useiden energiakomponenttien itseorganisoitumisen muotona. Näin muodostui synergiikan käsite, joka mahdollisti laserin evolutionaarisen kehityksen pääominaisuuksien ja vaiheiden muotoilun. Laserin tyypistä ja toimintaperiaatteesta riippumatta keskeinen tekijä sen toiminnassa on valoatomien tasapainon ulkopuolelle meneminen, kun järjestelmä muuttuu epävakaaksi ja samalla auki.
Poikkeamat säteilyn avaruudellisessa symmetriassa luovat olosuhteet pulssin ilmaantumisellevirtaus. Saavutettuaan tietyn pumppausarvon (poikkeaman) koherentin säteilyn optinen kvanttigeneraattori tulee ohjattavaksi ja muuttuu järjestyneeksi dissipatiiviseksi rakenteeksi, jossa on itseorganisoituvan järjestelmän elementtejä. Tietyissä olosuhteissa laite voi toimia pulssisäteilytilassa syklisesti ja sen muutokset johtavat kaoottiseen pulsaatioon.
Laserilla toimivat komponentit
Nyt kannattaa siirtyä toimintaperiaatteesta tiettyihin fyysisiin ja teknisiin olosuhteisiin, joissa tietyt ominaisuudet omaava laserjärjestelmä toimii. Optisten kvanttigeneraattoreiden suorituskyvyn kann alta tärkein on aktiivinen väliaine. Siitä riippuu erityisesti virtauksen vahvistuksen intensiteetti, takaisinkytkentäominaisuudet ja optinen signaali kokonaisuudessaan. Säteilyä voi esiintyä esimerkiksi kaasuseoksessa, jolla useimmat nykyään laserlaitteet toimivat.
Seuraava komponentti on esitetty energialähteellä. Sen avulla luodaan olosuhteet aktiivisen väliaineen atomipopulaation inversion ylläpitämiseksi. Jos vedetään analogia synergistisen rakenteen kanssa, niin energialähde toimii eräänlaisena tekijänä valon poikkeamisessa normaalitilasta. Mitä tehokkaampi tuki, sitä korkeampi järjestelmän pumppaus ja sitä tehokkaampi laservaikutus. Työskentelyinfrastruktuurin kolmas komponentti on resonaattori, joka tuottaa moninkertaista säteilyä kulkiessaan työympäristön läpi. Sama komponentti myötävaikuttaa optisen säteilyn tuottamiseen hyödyllisessäspektri.
He-Ne-laserlaite
Yleisin muotokerroin nykyaikaisessa laserissa, jonka rakenteellinen perusta on kaasupurkausputki, optiset resonaattoripeilit ja virtalähde. Työväliaineena (putken täyteaineena) käytetään heliumin ja neonin seosta, kuten nimestä voi päätellä. Itse putki on valmistettu kvartsilasista. Tavallisten lieriömäisten rakenteiden paksuus vaihtelee 4 - 15 mm ja pituus 5 cm - 3 m. Putkien päistä ne suljetaan litteillä laseilla, joissa on pieni k altevuus, mikä varmistaa riittävän laserpolarisaation tason..
Helium-neon-seokseen perustuvan optisen kvanttigeneraattorin emissiokaistojen spektrin leveys on luokkaa 1,5 GHz. Tämä ominaisuus tarjoaa useita toiminnallisia etuja, mikä johtaa laitteen menestykseen interferometriassa, visuaalisen tiedon lukijoissa, spektroskopiassa jne.
Puolijohdelaserlaite
Työväliaineen paikka tällaisissa laitteissa on puolijohde, joka perustuu kiteisiin alkuaineisiin epäpuhtauksien muodossa, joissa on kolmi- tai viisiarvoisen kemikaalin (pii, indium) atomeja. Johtavuuden suhteen tämä laser on eristeiden ja täysimittaisten johtimien välissä. Työominaisuuksien ero kulkee lämpötila-arvojen parametrien, epäpuhtauksien pitoisuuden ja kohdemateriaaliin kohdistuvan fyysisen vaikutuksen luonteen kautta. Tässä tapauksessa pumppauksen energialähde voi olla sähkö,magneettisäteily tai elektronisuihku.
Optisen puolijohdekvanttigeneraattorin laitteessa käytetään usein voimakasta kiinteästä materiaalista valmistettua LEDiä, joka voi kerätä suuria määriä energiaa. Toinen asia on, että työ kohonneiden sähköisten ja mekaanisten kuormien olosuhteissa johtaa nopeasti työosien kulumiseen.
Värityslaserlaite
Tämäntyyppiset optiset generaattorit loivat perustan uuden suunnan muodostumiselle lasertekniikassa, joka toimii jopa pikosekuntien pulssin kestolla. Tämä tuli mahdolliseksi, koska orgaanisia väriaineita käytettiin aktiivisena väliaineena, mutta toisen laserin, yleensä argonin, pitäisi suorittaa pumppaustoiminnot.
Mitä tulee optisten kvanttigeneraattoreiden suunnitteluun väriaineille, erityistä kyvetin muotoista pohjaa käytetään tuottamaan ultralyhyitä pulsseja, joissa muodostuu tyhjiöolosuhteet. Mallit, joissa on rengasresonaattori tällaisessa ympäristössä, mahdollistavat nestemäisen väriaineen pumppaamisen jopa 10 m/s nopeuksilla.
Kuituoptisten lähettimien ominaisuudet
Laserlaitetyyppi, jossa resonaattorin toiminnot suorittaa optinen kuitu. Käyttöominaisuuksien kann alta tämä generaattori on optisen säteilyn määrällä mitattuna tuottavin. Ja tämä huolimatta siitä, että laitteen muotoilu on erittäin vaatimaton verrattuna muuntyyppisiin lasereihin.
KTällaisten optisten kvanttigeneraattoreiden ominaisuuksiin kuuluu myös monipuolisuus pumppulähteiden liitäntämahdollisuuksien suhteen. Yleensä tähän käytetään kokonaisia optisten a altoputkien ryhmiä, jotka yhdistetään moduuleiksi aktiivisella aineella, mikä myös edistää laitteen rakenteellista ja toiminnallista optimointia.
Hallintajärjestelmän käyttöönotto
Suurin osa laitteista on sähköpohjaisia, minkä ansiosta energiaa pumpataan suoraan tai epäsuorasti. Yksinkertaisimmissa järjestelmissä tämän tehonsyöttöjärjestelmän kautta valvotaan tehoindikaattoreita, jotka vaikuttavat säteilyn voimakkuuteen tietyllä optisella alueella.
Ammattimaiset kvanttigeneraattorit sisältävät myös kehitetyn optisen infrastruktuurin virtauksen ohjaamiseen. Tällaisten moduulien avulla ohjataan erityisesti suuttimen suuntaa, pulssin tehoa ja pituutta, taajuutta, lämpötilaa ja muita toimintaominaisuuksia.
Lasereiden käyttöalat
Vaikka optiset generaattorit ovat edelleen laitteita, joiden ominaisuuksia ei ole vielä täysin julkistettu, on nykyään vaikea nimetä aluetta, jolla niitä ei käytettäisi. Ne antoivat teollisuudelle arvokkaimman käytännön vaikutuksen erittäin tehokkaana työkaluna kiinteiden materiaalien leikkaamiseen pienin kustannuksin.
Optisia kvanttigeneraattoreita käytetään laajasti myös lääketieteellisissä menetelmissä silmän mikrokirurgian ja kosmetologian yhteydessä. Esimerkiksi universaali laserniin kutsutuista verettömistä skalpelleista on tullut lääketieteen väline, joka mahdollistaa biologisten kudosten leikkaamisen lisäksi myös yhdistämisen.
Johtopäätös
Optisen säteilyn generaattoreiden kehityksessä on nykyään useita lupaavia suuntauksia. Suosituimpia ovat kerros kerrokselta -synteesiteknologia, 3D-mallinnus, robotiikkaan yhdistämisen käsite (laserseurantalaitteet) jne. Kussakin tapauksessa oletetaan, että optisilla kvanttigeneraattoreilla on oma erikoissovellus - pintakäsittelystä alkaen. materiaaleista ja erittäin nopeasta komposiittituotteiden luomisesta palon sammuttamiseen säteilyn avulla.
Ilmeisesti monimutkaisemmat tehtävät vaativat lasertekniikan tehon lisäämistä, minkä seurauksena myös sen vaarallisuuden kynnys nousee. Jos nykyään tärkein syy turvallisuuden varmistamiseen tällaisten laitteiden kanssa työskennellessä on sen silmiin kohdistuva haitallinen vaikutus, niin jatkossa voidaan puhua materiaalien ja esineiden erityisestä suojauksesta, joiden läheisyydessä laitteiden käyttö järjestetään.
