Optické kvantové generátorové zariadenie

Plody vedeckého a technologického pokroku nie vždy nájdu svoje konkrétne praktické vyjadrenie bezprostredne po príprave teoretického základu. Tak sa to stalo s laserovou technológiou, ktorej možnosti neboli doteraz úplne zverejnené. Teória optických kvantových generátorov, na základe ktorej bol vytvorený koncept zariadení vyžarujúcich elektromagnetické žiarenie, bola čiastočne zvládnutá vďaka optimalizácii laserovej technológie. Odborníci však poznamenávajú, že potenciál optického žiarenia sa môže v budúcnosti stať základom mnohých objavov.

Princíp činnosti zariadenia

V tomto prípade sa kvantovým generátorom rozumie laserové zariadenie pracujúce v optickom rozsahu v podmienkach núteného monochromatického, elektromagnetického alebo koherentného žiarenia. Samotný pôvod slova laser v preklade naznačuje účinok zosilnenia svetla núteným žiarením. K dnešnému dňu existuje niekoľko konceptov implementácie laserového zariadenia, ktoré sú splatné na nejednoznačnosť princípov fungovania optický kvantový generátor v rôznych podmienkach.

Kľúčovým faktorom rozdielu je princíp interakcie laserového žiarenia s cieľovou látkou. V procese žiarenia sa energia dodáva v určitých častiach (kvanta), čo vám umožňuje kontrolovať povahu účinku emitora na pracovné prostredie alebo materiál cieľového objektu. Medzi základné parametre, ktoré vám umožňujú nastaviť úrovne elektrochemických a optických efektov laseru, zaostrenie, stupeň koncentrácie toku, Vlnová dĺžka, smerovosť atď. rozlišujú sa. . V niektorých technologické procesy , úlohu zohráva aj časový režim žiarenia – napríklad impulzy môžu mať trvanie od zlomku sekundy do desiatok femtosekúnd s prerušením od okamihu do niekoľkých rokov.

Synergická štruktúra lasera

Na úsvite konceptu optického lasera sa kvantový radiačný systém z fyzikálneho hľadiska bežne chápal ako forma samoorganizácie niekoľkých energetických zložiek. Tak sa vytvoril koncept synergetiky, ktorý umožnil formulovať hlavné vlastnosti a štádiá evolučného vývoja lasera. Bez ohľadu na typ a princíp činnosti z lasera je kľúčovým faktorom jeho pôsobenia prekročenie rovnováhy svetelných atómov, keď sa systém stáva nestabilným a zároveň otvoreným.

Odchýlky v priestorovej symetrii žiarenia vytvárajú podmienky pre vznik impulzného toku. Po dosiahnutí určitého množstva čerpania (vychýlenia) sa optický kvantový generátor koherentného žiarenia stáva kontrolovateľným a prechádza do usporiadanej disipatívnej štruktúry s prvkami samoorganizujúceho sa systému. Za určitých podmienok môže zariadenie pracovať v režime pulzného žiarenia cyklicky a jeho zmeny povedú k chaotickým pulzáciám.

Pracovné komponenty lasera

Teraz je potrebné prejsť od princípu činnosti k špecifickým fyzikálnym a technickým podmienkam, v ktorých laserový systém pracuje s určitými vlastnosťami. Najdôležitejšou vecou z hľadiska prevádzkyschopnosti optických kvantových generátorov je aktívne médium. Najmä intenzita zosilnenia toku, vlastnosti spätnej väzby a optický signál vo všeobecnosti závisia od toho. Napríklad žiarenie sa môže vyskytnúť v zmesi plynov, na ktorej dnes pracuje väčšina laserových zariadení.

Nasledujúca zložka je reprezentovaná zdrojom energie. S jeho pomocou sa vytvárajú podmienky na udržanie inverzie populácie atómov aktívneho média. Ak nakreslíme analógiu so synergickou štruktúrou, potom je to zdroj energie, ktorý bude pôsobiť ako druh faktora odchýlky svetla od normálneho stavu. Čím silnejšia je podpora, tým vyššie je čerpanie systému a tým efektívnejší je laserový efekt. Treťou zložkou pracovnej infraštruktúry je rezonátor, ktorý poskytuje viacnásobné žiarenie pri prechode pracovným prostredím. Rovnaká zložka prispieva k výstupu optického žiarenia v užitočnom spektre.

Hélium-neónové laserové zariadenie

Najbežnejší tvarový faktor moderného lasera, ktorého konštrukčným základom je plynová výbojka, zrkadlá optického rezonátora a zdroj elektrickej energie. Ako pracovné médium (plnivo do rúrok) sa používa zmes hélia a neónu, ako už názov napovedá. Samotná trubica je vyrobená z kremenného skla. Hrúbka štandardných valcových konštrukcií sa pohybuje od 4 do 15 mm a dĺžka je od 5 cm do 3 m. Na koncoch rúrky sú uzavreté plochými sklami s miernym sklonom, ktorý poskytuje dostatočnú úroveň laserovej polarizácie.

Optický kvantový generátor založený na zmesi hélium-neón má malú spektrálnu šírku pásiem žiarenia rádovo 1,5 GHz. Táto charakteristika poskytuje množstvo prevádzkových výhod, ktoré určujú úspešnosť zariadenia v interferometrii, zariadeniach na čítanie vizuálnych informácií, spektroskopii atď. e.

Polovodičové laserové zariadenie

Miesto pracovného média v takýchto zariadeniach je obsadené polovodičom, ktorý je založený na kryštalických prvkoch vo forme nečistôt s atómami troj-alebo päťvalentnej chemikálie (kremík, indium). Pokiaľ ide o špecifickú vodivosť, tento laser stojí medzi dielektrikami a plnohodnotnými vodičmi. Rozdiel v pracovných vlastnostiach sa uskutočňuje podľa parametrov teplotných hodnôt, koncentrácie nečistôt a povahy fyzikálneho vplyvu na cieľový materiál. Zdrojom energie čerpania v tomto prípade môže byť elektrická energia, magnetické žiarenie alebo elektrónový lúč.

V zariadení optického kvantového generátora na polovodičoch sa často používa výkonná LED dióda vyrobená z polovodičového materiálu, ktorá dokáže akumulovať veľké zásoby energie. Ďalšou vecou je, že práca v podmienkach zvýšeného elektrického a mechanického zaťaženia rýchlo vedie k opotrebovaniu pracovných prvkov.

Zariadenie farbiacich laserov

Tento typ optických generátorov položil nadácia pre formovanie nového smeru v laserovej technológii pracujúcej s trvaním impulzu až do pikosekundy. To sa stalo možným vďaka použitiu organických farbív ako aktívneho média, avšak čerpacie funkcie by mal vykonávať iný laser, zvyčajne argón.

Pokiaľ ide o konštrukciu optických kvantových generátorov na báze farbív, na zabezpečenie ultrakrátkych impulzov, pri ktorých sa vytvárajú vákuové podmienky, sa používa špeciálna báza vo forme kyvety. Modely s prstencovým rezonátorom v takomto prostredí umožňujú čerpanie tekutého farbiva rýchlosťou až 10 m / s.

Vlastnosti žiaričov z optických vlákien

Typ laserového zariadenia, v ktorom optické vlákno vykonáva funkcie rezonátora. Z hľadiska pracovných vlastností je tento generátor najproduktívnejší z hľadiska objemu optického žiarenia. A to aj napriek tomu, že dizajn zariadenia má v porovnaní s inými typmi laserov veľmi skromnú veľkosť.

Vlastnosti optických kvantových generátorov tohto druhu zahŕňajú všestrannosť, pokiaľ ide o možnosti pripojenia čerpacích zdrojov. Zvyčajne sa na to používajú celé skupiny optických vlnovodov, ktoré sa kombinujú do modulov s účinnou látkou, čo tiež prispieva k štrukturálnej a funkčnej optimalizácii zariadenia.

Implementácia systému manažérstva

Väčšina zariadení je založená na elektrickom základe, vďaka čomu je čerpanie energie poskytované priamo alebo nepriamo. V najjednoduchších systémoch sa prostredníctvom tohto napájacieho systému monitorujú indikátory napájania ovplyvňujúce intenzitu žiarenia v určitom optickom rozsahu.

Profesionálne kvantové generátory tiež obsahujú dobre vyvinutú optickú infraštruktúru na riadenie toku. Prostredníctvom takýchto modulov sa riadi najmä smer dýzy, impulzný výkon a dĺžka, frekvencia, teplota a ďalšie prevádzkové charakteristiky.

Oblasti použitia laserov

Aj keď sú optické generátory stále zariadeniami, ktoré ešte nie sú úplne zverejnené, je už ťažké pomenovať oblasť, kde by sa nepoužívali. Dali priemyslu najcennejší praktický efekt ako vysoko efektívny nástroj na rezanie polovodičových materiálov s minimálnymi nákladmi.

Optické kvantové generátory sa tiež široko používajú v terapeutických metódach aplikovaných na očnú mikrochirurgiu a kozmetológiu. Napríklad takzvané nekrvavé skalpely sa stali univerzálnym laserovým nástrojom v medicíne, ktorý umožňuje nielen pitvať, ale aj spájať biologické tkanivá.

Záver

K dnešnému dňu existuje niekoľko sľubných smerov pre vývoj generátorov optického žiarenia. Najobľúbenejšie sú technológia syntézy vrstvy po vrstve, 3D modelovanie, koncept kombinácie s robotikou (laserové sledovače) atď. . Každý prípad predpokladá vlastnú špeciálnu aplikáciu optických kvantových generátorov – od povrchového spracovania materiálov a ultrarýchlej tvorby kompozitných výrobkov až po hasenie žiarením.

Je zrejmé, že zložitejšie úlohy si budú vyžadovať zvýšenie kapacity laserovej technológie, v dôsledku čoho sa zvýši aj prah jej nebezpečenstva. Ak je dnes hlavným dôvodom zaistenia bezpečnosti pri práci s takýmto zariadením jeho škodlivé účinky na oči, potom v budúcnosti môžeme hovoriť aj o špeciálnej ochrane materiálov a predmetov, v blízkosti ktorých je organizované používanie zariadenia.