A tudományos és technológiai fejlődés gyümölcsei nem mindig találják meg konkrét gyakorlati kifejeződésüket közvetlenül az elméleti alap elkészítése után. Ez történt a lézertechnológiával, amelynek lehetőségeit ez idáig nem tárták fel teljesen. Az optikai kvantumgenerátorok elmélete, amely alapján az elektromágneses sugárzást kibocsátó eszközök koncepciója létrejött, a lézertechnika optimalizálása révén részben elsajátításra került. A szakértők azonban megjegyzik, hogy az optikai sugárzásban rejlő lehetőségek a jövőben számos felfedezés alapjául szolgálhatnak.
A készülék működési elve
Ebben az esetben kvantumgenerátor alatt olyan lézereszközt értünk, amely az optikai tartományban működik stimulált monokromatikus, elektromágneses vagy koherens sugárzás körülményei között. A lézer szó eredete a fordításban a fényerősítés hatását jelzi.stimulált emisszió révén. A mai napig számos koncepció létezik a lézeres eszköz megvalósítására, ami az optikai kvantumgenerátor működési elveinek kétértelműségéből adódik, különböző körülmények között.
A legfontosabb különbség a lézersugárzás és a célanyag közötti kölcsönhatás elve. A sugárzás folyamatában az energia bizonyos részekben (kvantumokban) történik, ami lehetővé teszi a kibocsátó munkakörnyezetre vagy a céltárgy anyagára gyakorolt hatásának szabályozását. Az alapvető paraméterek között, amelyek lehetővé teszik a lézer elektrokémiai és optikai hatásainak beállítását, megkülönböztetik a fókuszálást, a fluxuskoncentráció mértékét, a hullámhosszt, az irányultságot stb.. Egyes technológiai folyamatokban a sugárzás időmódja is szerepet játszik. szerepe – például az impulzusok időtartama egy másodperctől több tíz femtomásodpercig terjedhet, az időközök egy pillanattól több évig terjedhetnek.
Szinergikus lézerstruktúra
Az optikai lézer fogalmának hajnalán a kvantumsugárzás rendszerét fizikai értelemben általában több energiakomponens önszerveződésének egy formájaként értelmezték. Így kialakult a szinergetika fogalma, amely lehetővé tette a lézer főbb tulajdonságainak, evolúciós fejlődésének szakaszainak megfogalmazását. A lézer típusától és működési elvétől függetlenül működésének kulcstényezője a fényatomok egyensúlyának túllépése, amikor a rendszer instabillá és egyben nyitottá válik.
A sugárzás térbeli szimmetriájának eltérései feltételeket teremtenek a pulzus megjelenéséhezfolyam. A szivattyúzás (eltérés) bizonyos értékének elérése után a koherens sugárzás optikai kvantumgenerátora irányíthatóvá válik, és rendezett disszipatív szerkezetté alakul, önszerveződő rendszer elemeivel. Bizonyos körülmények között a készülék ciklikusan működhet impulzusos sugárzási üzemmódban, és ennek változása kaotikus pulzációhoz vezet.
Lézeres munkadarabok
A működési elvről most érdemes áttérni a meghatározott fizikai és műszaki feltételekre, amelyek között egy bizonyos jellemzőkkel rendelkező lézerrendszer működik. Az optikai kvantumgenerátorok teljesítménye szempontjából a legfontosabb az aktív közeg. Ettől különösen függ az áramlás erősítésének intenzitása, a visszacsatolás tulajdonságai és az optikai jel egésze. Például sugárzás előfordulhat olyan gázkeverékben, amelyen a legtöbb manapság lézerkészülék működik.
A következő komponenst egy energiaforrás képviseli. Segítségével feltételeket teremtenek az aktív közeg atompopulációjának inverziójának fenntartásához. Ha analógiát vonunk egy szinergikus szerkezettel, akkor az energiaforrás az, amely egyfajta tényezőként fog működni a fény normál állapottól való eltérésében. Minél erősebb a támogatás, annál nagyobb a rendszer pumpálása és annál hatékonyabb a lézerhatás. A működő infrastruktúra harmadik összetevője a rezonátor, amely többszörös sugárzást biztosít, miközben áthalad a munkakörnyezeten. Ugyanez a komponens járul hozzá az optikai sugárzás kimenetéhez egy hasznosspektrum.
He-Ne lézereszköz
A modern lézerek leggyakoribb alaktényezője, melynek szerkezeti alapja a gázkisüléses cső, az optikai rezonátor tükrök és az elektromos tápegység. Munkaközegként (csőtöltőként) hélium és neon keverékét használják, ahogy a név is sugallja. Maga a cső kvarcüvegből készült. A szabványos hengeres szerkezetek vastagsága 4-15 mm, hossza 5 cm-től 3 m-ig változik, a csövek végein enyhe lejtős lapos üvegekkel vannak lezárva, ami megfelelő szintű lézerpolarizációt biztosít..
Egy hélium-neon keveréken alapuló optikai kvantumgenerátor emissziós sávjainak spektrális szélessége kis, 1,5 GHz-es nagyságrendű. Ez a jellemző számos működési előnnyel jár, ami az eszköz sikerét eredményezi interferometriában, vizuális információ-leolvasókban, spektroszkópiában stb.
Félvezető lézereszköz
Az ilyen eszközökben a munkaközeg helyét egy félvezető foglalja el, amely kristályos elemeken alapul, szennyeződések formájában három- vagy ötértékű vegyi anyag (szilícium, indium) atomjaival. A vezetőképesség szempontjából ez a lézer a dielektrikumok és a teljes értékű vezetők között áll. A munkaminőségek különbsége átmegy a hőmérsékleti értékek paraméterein, a szennyeződések koncentrációján és a célanyagra gyakorolt fizikai hatás természetén. Ebben az esetben a szivattyúzás energiaforrása lehet az elektromosság,mágneses sugárzás vagy elektronsugár.
Az optikai félvezető kvantumgenerátor eszköze gyakran erős, szilárd anyagból készült LED-et használ, amely nagy mennyiségű energiát képes felhalmozni. Egy másik dolog, hogy a megnövekedett elektromos és mechanikai terhelés mellett végzett munka gyorsan a munkaelemek kopásához vezet.
Lézerfestőeszköz
Az ilyen típusú optikai generátorok megalapozták a lézertechnológia új irányának kialakítását, akár pikoszekundumos impulzusidővel működve. Ez a szerves színezékek aktív közegként történő felhasználása miatt vált lehetővé, de egy másik lézernek, általában egy argonnak kell ellátnia a szivattyúzási funkciókat.
A festékeken használt optikai kvantumgenerátorok tervezésénél egy küvetta formájú speciális alapot használnak az ultrarövid impulzusok biztosítására, ahol vákuumfeltételek jönnek létre. A gyűrűs rezonátorral rendelkező modellek ilyen környezetben lehetővé teszik a folyékony festék szivattyúzását akár 10 m/s sebességgel.
Az optikai sugárzók jellemzői
A lézereszköz olyan típusa, amelyben a rezonátor funkcióit egy optikai szál látja el. Az üzemi tulajdonságok szempontjából ez a generátor a legtermékenyebb az optikai sugárzás mennyiségét tekintve. És ez annak ellenére, hogy a készülék kialakítása más típusú lézerekhez képest igen szerény méretű.
KAz ilyen típusú optikai kvantumgenerátorok jellemzői közé tartozik a sokoldalúság is a szivattyúforrások csatlakoztatásának lehetőségeit illetően. Általában egész optikai hullámvezető-csoportokat használnak erre, amelyeket egy hatóanyaggal modulokká kombinálnak, ami szintén hozzájárul az eszköz szerkezeti és funkcionális optimalizálásához.
Irányítási rendszer bevezetése
A készülékek többsége elektromos alapú, aminek köszönhetően az energiaszivattyúzás közvetlenül vagy közvetve történik. A legegyszerűbb rendszerekben ezen az áramellátó rendszeren keresztül olyan teljesítményjelzőket figyelnek meg, amelyek egy bizonyos optikai tartományon belül befolyásolják a sugárzás intenzitását.
A professzionális kvantumgenerátorok fejlett optikai infrastruktúrát is tartalmaznak az áramlásszabályozáshoz. Az ilyen modulokon keresztül különösen a fúvóka irányát, az impulzus teljesítményét és hosszát, a frekvenciát, a hőmérsékletet és az egyéb működési jellemzőket szabályozzák.
A lézerek alkalmazási területei
Bár az optikai generátorok még mindig nem teljesen nyilvánosságra hozott képességekkel rendelkező eszközök, ma már nehéz megnevezni azt a területet, ahol ne használnák őket. Ezek adták az iparnak a legértékesebb gyakorlati hatást, mint rendkívül hatékony eszközt a szilárd anyagok minimális költséggel történő vágására.
Az optikai kvantumgenerátorokat széles körben használják az orvosi módszerekben a szem mikrosebészetével és kozmetológiájával kapcsolatban. Például egy univerzális lézerAz úgynevezett vértelen szikék az orvostudomány eszközévé váltak, és nemcsak a biológiai szövetek boncolását, hanem összekapcsolását is lehetővé teszik.
Következtetés
Ma már több ígéretes irány van az optikai sugárzás generátorok fejlesztésében. A legnépszerűbbek a rétegről rétegre szintézis technológia, a 3D modellezés, a robotikával való kombinálás (lézeres nyomkövetők) koncepciója stb. Minden esetben feltételezzük, hogy az optikai kvantumgenerátoroknak meglesz a saját speciális alkalmazása - a felületfeldolgozástól kezdve anyagok felhasználása és kompozit termékek ultragyors létrehozása a sugárzással történő tűzoltáshoz.
Nyilvánvalóan a bonyolultabb feladatokhoz szükség lesz a lézertechnika teljesítményének növelésére, aminek következtében a veszélyességi küszöbe is megemelkedik. Ha ma az ilyen berendezésekkel végzett munka során a biztonság szavatolásának fő oka annak szemre gyakorolt káros hatása, akkor a jövőben olyan anyagok és tárgyak különleges védelméről beszélhetünk, amelyek közelében a berendezések használatát megszervezik.
