Zinātniskā un tehnoloģiskā progresa augļi ne vienmēr iegūst konkrētu praktisko izpausmi uzreiz pēc teorētiskās bāzes sagatavošanas. Tas noticis ar lāzertehnoloģiju, kuras iespējas līdz šim nav pilnībā atklātas. Optisko kvantu ģeneratoru teorija, uz kuras pamata tika radīta elektromagnētisko starojumu izstarojošo ierīču koncepcija, tika daļēji apgūta, pateicoties lāzertehnoloģiju optimizācijai. Tomēr eksperti atzīmē, ka optiskā starojuma potenciāls var kļūt par pamatu vairākiem atklājumiem nākotnē.
Ierīces darbības princips
Šajā gadījumā ar kvantu ģeneratoru saprot lāzera ierīci, kas darbojas optiskajā diapazonā stimulēta monohromatiska, elektromagnētiska vai koherenta starojuma apstākļos. Jau pati vārda lāzera izcelsme tulkojumā norāda uz gaismas pastiprināšanas efektu.ar stimulētu emisiju. Līdz šim ir izstrādātas vairākas lāzerierīces ieviešanas koncepcijas, kas ir saistīts ar optiskā kvantu ģeneratora darbības principu neskaidrību dažādos apstākļos.
Galvenā atšķirība ir lāzera starojuma mijiedarbības princips ar mērķa vielu. Radiācijas procesā enerģija tiek piegādāta noteiktās porcijās (kvantos), kas ļauj kontrolēt emitētāja ietekmes raksturu uz darba vidi vai mērķa objekta materiālu. Starp pamata parametriem, kas ļauj regulēt lāzera elektroķīmisko un optisko efektu līmeņus, izšķir fokusēšanu, plūsmas koncentrācijas pakāpi, viļņa garumu, virzienu u.c. Dažos tehnoloģiskajos procesos starojuma laika režīms spēlē arī lomu - piemēram, impulsu ilgums var būt no sekundes daļas līdz desmitiem femtosekundēm ar intervāliem no brīža līdz vairākiem gadiem.
Sinerģiska lāzera struktūra
Optiskā lāzera koncepcijas rītausmā kvantu starojuma sistēma fizikālā izteiksmē parasti tika saprasta kā vairāku enerģijas komponentu pašorganizācijas veids. Tādējādi izveidojās sinerģētikas jēdziens, kas ļāva formulēt lāzera galvenās īpašības un evolūcijas attīstības posmus. Neatkarīgi no lāzera veida un darbības principa galvenais faktors tā darbībā ir iziet ārpus gaismas atomu līdzsvara, kad sistēma kļūst nestabila un vienlaikus atvērta.
Novirzes starojuma telpiskajā simetrijā rada apstākļus impulsa parādīšanāsplūsma. Sasniedzot noteiktu sūknēšanas (novirzes) vērtību, koherenta starojuma optiskais kvantu ģenerators kļūst vadāms un pārvēršas sakārtotā izkliedējošā struktūrā ar pašorganizējošas sistēmas elementiem. Noteiktos apstākļos ierīce var cikliski darboties impulsa starojuma režīmā, un tā izmaiņas izraisīs haotiskas pulsācijas.
Lāzera darba komponenti
Tagad ir vērts pāriet no darbības principa uz konkrētiem fiziskiem un tehniskiem apstākļiem, kādos darbojas lāzersistēma ar noteiktiem raksturlielumiem. Vissvarīgākais no optisko kvantu ģeneratoru veiktspējas viedokļa ir aktīvā vide. No tā jo īpaši ir atkarīga plūsmas pastiprināšanas intensitāte, atgriezeniskās saites īpašības un optiskais signāls kopumā. Piemēram, starojums var rasties gāzu maisījumā, ar kuru mūsdienās darbojas lielākā daļa lāzeriekārtu.
Nākamo komponentu attēlo enerģijas avots. Ar tās palīdzību tiek radīti apstākļi, lai uzturētu aktīvās vides atomu populācijas inversiju. Ja mēs zīmējam analoģiju ar sinerģisku struktūru, tad tas ir enerģijas avots, kas darbosies kā sava veida faktors gaismas novirzē no normālā stāvokļa. Jo jaudīgāks atbalsts, jo augstāka ir sistēmas sūknēšana un efektīvāks lāzera efekts. Trešā darba infrastruktūras sastāvdaļa ir rezonators, kas nodrošina daudzkārtēju starojumu, ejot cauri darba videi. Tas pats komponents veicina optiskā starojuma izvadi noderīgāspektrs.
He-Ne lāzera ierīce
Visizplatītākais mūsdienu lāzera formas faktors, kura strukturālais pamats ir gāzizlādes caurule, optiskā rezonatora spoguļi un elektroenerģijas padeve. Kā darba vide (caurules pildviela) tiek izmantots hēlija un neona maisījums, kā norāda nosaukums. Pati caurule ir izgatavota no kvarca stikla. Standarta cilindrisku konstrukciju biezums svārstās no 4 līdz 15 mm, bet garums svārstās no 5 cm līdz 3 m. Cauruļu galos tās ir noslēgtas ar plakaniem stikliem ar nelielu slīpumu, kas nodrošina pietiekamu lāzera polarizācijas līmeni..
Optiskajam kvantu ģeneratoram, kura pamatā ir hēlija-neona maisījums, ir neliels emisijas joslu spektrālais platums aptuveni 1,5 GHz. Šis raksturlielums nodrošina vairākas darbības priekšrocības, radot ierīces panākumus interferometrijā, vizuālās informācijas lasītājos, spektroskopijā utt.
Pusvadītāju lāzerierīce
Darba vides vietu šādās ierīcēs aizņem pusvadītājs, kura pamatā ir kristāliski elementi piemaisījumu veidā ar trīs vai piecvērtīgas ķīmiskas vielas (silīcija, indija) atomiem. Vadības ziņā šis lāzers atrodas starp dielektriķiem un pilnvērtīgiem vadītājiem. Darba īpašību atšķirības ir atkarīgas no temperatūras vērtību parametriem, piemaisījumu koncentrācijas un fiziskās ietekmes uz mērķa materiālu. Šajā gadījumā sūknēšanas enerģijas avots var būt elektrība,magnētiskais starojums vai elektronu stars.
Optiskā pusvadītāju kvantu ģeneratora ierīcē bieži tiek izmantota jaudīga no cieta materiāla izgatavota gaismas diode, kas var uzkrāt lielu enerģijas daudzumu. Cita lieta, ka darbs paaugstinātas elektriskās un mehāniskās slodzes apstākļos ātri noved pie darba elementu nodiluma.
Krāsu lāzerierīce
Šāda veida optiskie ģeneratori lika pamatu jauna virziena veidošanai lāzertehnoloģijā, darbojoties ar impulsa ilgumu līdz pikosekundēm. Tas kļuva iespējams, pateicoties organisko krāsvielu izmantošanai kā aktīvai videi, bet citam lāzeram, parasti argonam, būtu jāveic sūknēšanas funkcijas.
Kas attiecas uz optisko kvantu ģeneratoru projektēšanu uz krāsvielām, tad ultraīsu impulsu nodrošināšanai tiek izmantota īpaša bāze kivetes formā, kur veidojas vakuuma apstākļi. Modeļi ar gredzena rezonatoru šādā vidē ļauj sūknēt šķidru krāsu ar ātrumu līdz 10 m/s.
Optisko šķiedru izstarotāju īpašības
Lāzerierīču veids, kurā rezonatora funkcijas veic optiskā šķiedra. No ekspluatācijas īpašību viedokļa šis ģenerators ir visproduktīvākais optiskā starojuma apjoma ziņā. Un tas neskatoties uz to, ka ierīces dizains ir ļoti pieticīgs, salīdzinot ar cita veida lāzeriem.
KŠāda veida optisko kvantu ģeneratoru īpašības ietver arī daudzpusību sūkņa avotu savienošanas iespēju ziņā. Parasti šim nolūkam tiek izmantotas veselas optisko viļņvadu grupas, kuras tiek apvienotas moduļos ar aktīvo vielu, kas arī veicina ierīces strukturālo un funkcionālo optimizāciju.
Vadības sistēmas ieviešana
Lielākā daļa ierīču ir balstītas uz elektrisko bāzi, kuras dēļ enerģijas sūknēšana tiek nodrošināta tieši vai netieši. Vienkāršākajās sistēmās, izmantojot šo barošanas sistēmu, tiek uzraudzīti jaudas indikatori, kas ietekmē starojuma intensitāti noteiktā optiskā diapazonā.
Profesionālie kvantu ģeneratori ietver arī attīstītu optisko infrastruktūru plūsmas kontrolei. Izmantojot šādus moduļus, jo īpaši tiek kontrolēts sprauslas virziens, impulsa jauda un garums, frekvence, temperatūra un citi darbības raksturlielumi.
Lāzeru pielietojuma jomas
Lai gan optiskie ģeneratori joprojām ir ierīces ar vēl pilnībā neizpaustām iespējām, šodien ir grūti nosaukt jomu, kurā tie netiktu izmantoti. Tie sniedza nozarei visvērtīgāko praktisko efektu kā ļoti efektīvu instrumentu cieto materiālu griešanai ar minimālām izmaksām.
Optiskos kvantu ģeneratorus plaši izmanto arī medicīnas metodēs saistībā ar acu mikroķirurģiju un kosmetoloģiju. Piemēram, universāls lāzerstā sauktie bezasins skalpeļi ir kļuvuši par instrumentu medicīnā, kas ļauj ne tikai preparēt, bet arī savienot bioloģiskos audus.
Secinājums
Šodien optiskā starojuma ģeneratoru attīstībā ir vairāki daudzsološi virzieni. Populārākās no tām ir slāņa pa slāņa sintēzes tehnoloģija, 3D modelēšana, apvienošanas koncepcija ar robotiku (lāzeru izsekotāji) u.c. Katrā gadījumā tiek pieņemts, ka optiskajiem kvantu ģeneratoriem būs savs īpašs pielietojums - no virsmas apstrādes. materiālu un īpaši ātru kompozītmateriālu radīšanu uguns dzēšanai ar starojuma palīdzību.
Acīmredzot sarežģītākiem uzdevumiem būs jāpalielina lāzertehnoloģiju jauda, kā rezultātā tiks paaugstināts arī tās bīstamības slieksnis. Ja šobrīd galvenais drošības nodrošināšanas iemesls, strādājot ar šādu aprīkojumu, ir to kaitīgā ietekme uz acīm, tad turpmāk var runāt par īpašu materiālu un priekšmetu aizsardzību, kuru tuvumā tiek organizēta iekārtu lietošana.
