De vruchten van wetenschappelijke en technologische vooruitgang vinden hun concrete praktische uitdrukking niet altijd onmiddellijk na de voorbereiding van de theoretische basis. Dit gebeurde met lasertechnologie, waarvan de mogelijkheden tot nu toe niet volledig zijn onthuld. De theorie van optische kwantumgeneratoren, op basis waarvan het concept van apparaten die elektromagnetische straling uitzenden werd gecreëerd, werd gedeeltelijk beheerst door de optimalisatie van lasertechnologie. Deskundigen merken echter op dat het potentieel van optische straling in de toekomst de basis kan worden voor een aantal ontdekkingen.
Het werkingsprincipe van het apparaat
In dit geval wordt een kwantumgenerator opgevat als een laserapparaat dat in het optische bereik werkt onder omstandigheden van gestimuleerde monochromatische, elektromagnetische of coherente straling. De oorsprong van het woord laser in vertaling geeft het effect van lichtversterking aan.door gestimuleerde emissie. Tot op heden zijn er verschillende concepten voor de implementatie van een laserapparaat, wat te wijten is aan de dubbelzinnigheid van de werkingsprincipes van een optische kwantumgenerator in verschillende omstandigheden.
Het belangrijkste verschil is het principe van interactie van laserstraling met de doelstof. Tijdens het stralingsproces wordt energie geleverd in bepaalde delen (quanta), waarmee u de aard van het effect van de zender op de werkomgeving of het materiaal van het doelobject kunt regelen. Onder de basisparameters waarmee u de niveaus van elektrochemische en optische effecten van de laser kunt aanpassen, worden focussering, de mate van fluxconcentratie, golflengte, directionaliteit, enz. Onderscheiden In sommige technologische processen speelt de tijdmodus van straling ook een rol - pulsen kunnen bijvoorbeeld een duur hebben van een fractie van seconden tot tientallen femtoseconden met tussenpozen variërend van een moment tot meerdere jaren.
Synerge laserstructuur
Aan het begin van het concept van een optische laser, werd het systeem van kwantumstraling in fysieke termen algemeen begrepen als een vorm van zelforganisatie van verschillende energiecomponenten. Zo werd het concept van synergetica gevormd, wat het mogelijk maakte om de belangrijkste eigenschappen en stadia van de evolutionaire ontwikkeling van de laser te formuleren. Ongeacht het type en het werkingsprincipe van de laser, is de belangrijkste factor bij zijn actie dat hij verder gaat dan het evenwicht van lichte atomen, wanneer het systeem onstabiel en tegelijkertijd open wordt.
Afwijkingen in de ruimtelijke symmetrie van straling creëren voorwaarden voor het verschijnen van een gepulseerdstroom. Na het bereiken van een bepaalde waarde van pompen (afwijking), wordt de optische kwantumgenerator van coherente straling beheersbaar en transformeert deze in een geordende dissipatieve structuur met elementen van een zelforganiserend systeem. Onder bepaalde omstandigheden kan het apparaat cyclisch in de gepulseerde stralingsmodus werken en de veranderingen ervan zullen leiden tot chaotische pulsaties.
Laser werkende componenten
Nu is het de moeite waard om over te stappen van het werkingsprincipe naar specifieke fysieke en technische omstandigheden waarin een lasersysteem met bepaalde kenmerken werkt. Het belangrijkste, vanuit het oogpunt van de prestaties van optische kwantumgeneratoren, is het actieve medium. Daarvan hangt met name af van de intensiteit van de versterking van de stroom, de eigenschappen van de feedback en het optische signaal als geheel. Er kan bijvoorbeeld straling optreden in een gasmengsel waarop de meeste laserapparaten tegenwoordig werken.
Het volgende onderdeel wordt vertegenwoordigd door een energiebron. Met zijn hulp worden omstandigheden gecreëerd om de inversie van de populatie van atomen van het actieve medium te behouden. Als we een analogie trekken met een synergetische structuur, dan is het de energiebron die als een soort factor zal werken bij de afwijking van licht van de normale toestand. Hoe krachtiger de ondersteuning, hoe hoger het pompen van het systeem en hoe effectiever het lasereffect. Het derde onderdeel van de werkinfrastructuur is de resonator, die zorgt voor meervoudige straling wanneer deze door de werkomgeving gaat. Dezelfde component draagt bij aan de output van optische straling in een bruikbarespectrum.
He-Ne laserapparaat
De meest voorkomende vormfactor van een moderne laser, waarvan de structurele basis een gasontladingsbuis, optische resonatorspiegels en een elektrische voeding is. Als werkmedium (buisvuller) wordt, zoals de naam al aangeeft, een mengsel van helium en neon gebruikt. De buis zelf is gemaakt van kwartsglas. De dikte van standaard cilindrische structuren varieert van 4 tot 15 mm en de lengte varieert van 5 cm tot 3 m. Aan de uiteinden van de buizen zijn ze afgesloten met vlakke glazen met een lichte helling, wat zorgt voor een voldoende niveau van laserpolarisatie.
Een optische kwantumgenerator op basis van een helium-neonmengsel heeft een kleine spectrale breedte van emissiebanden in de orde van grootte van 1,5 GHz. Dit kenmerk biedt een aantal operationele voordelen, waardoor het apparaat succesvol is in interferometrie, visuele informatielezers, spectroscopie, enz.
Halfgeleider laserapparaat
De plaats van het werkmedium in dergelijke apparaten wordt ingenomen door een halfgeleider, die is gebaseerd op kristallijne elementen in de vorm van onzuiverheden met atomen van een drie- of vijfwaardige chemische stof (silicium, indium). Qua geleidbaarheid staat deze laser tussen diëlektrica en volwaardige geleiders. Het verschil in werkkwaliteiten gaat door de parameters van temperatuurwaarden, de concentratie van onzuiverheden en de aard van de fysieke impact op het doelmateriaal. In dit geval kan de energiebron van het pompen elektriciteit zijn,magnetische straling of elektronenstraal.
Het apparaat van een optische halfgeleider kwantumgenerator maakt vaak gebruik van een krachtige LED gemaakt van een vast materiaal, die grote hoeveelheden energie kan accumuleren. Een ander ding is dat werken in omstandigheden met verhoogde elektrische en mechanische belastingen snel leidt tot slijtage van werkende elementen.
Kleurlaserapparaat
Dit type optische generatoren legde de basis voor de vorming van een nieuwe richting in lasertechnologie, werkend met een pulsduur tot picoseconden. Dit werd mogelijk door het gebruik van organische kleurstoffen als actief medium, maar een andere laser, meestal een argon-laser, zou de pompfuncties moeten uitvoeren.
Wat betreft het ontwerp van optische kwantumgeneratoren op kleurstoffen, wordt een speciale basis in de vorm van een cuvet gebruikt om ultrakorte pulsen te leveren, waarbij vacuümcondities worden gevormd. Modellen met een ringresonator in een dergelijke omgeving maken het pompen van vloeibare kleurstof mogelijk met snelheden tot 10 m/s.
Kenmerken van glasvezelzenders
Een type laserapparaat waarin de functies van een resonator worden uitgevoerd door een optische vezel. Vanuit het oogpunt van bedrijfseigenschappen is deze generator het meest productief in termen van het volume van optische straling. En dit ondanks het feit dat het ontwerp van het apparaat een zeer bescheiden formaat heeft in vergelijking met andere soorten lasers.
KKenmerkend voor dergelijke optische kwantumgeneratoren is ook de veelzijdigheid in de mogelijkheden om pompbronnen aan te sluiten. Meestal worden hiervoor hele groepen optische golfgeleiders gebruikt, die worden gecombineerd tot modules met een actieve stof, wat ook bijdraagt aan de structurele en functionele optimalisatie van het apparaat.
Implementatie van het managementsysteem
De meeste apparaten zijn gebaseerd op een elektrische basis, waardoor energie direct of indirect wordt gepompt. In de eenvoudigste systemen worden via dit voedingssysteem stroomindicatoren bewaakt die de intensiteit van straling binnen een bepaald optisch bereik beïnvloeden.
Professionele kwantumgeneratoren bevatten ook een ontwikkelde optische infrastructuur voor stroomregeling. Door dergelijke modules worden met name de richting van het mondstuk, het vermogen en de lengte van de puls, frequentie, temperatuur en andere operationele kenmerken geregeld.
Toepassingsgebieden van lasers
Hoewel optische generatoren nog steeds apparaten zijn met nog niet volledig onthulde mogelijkheden, is het tegenwoordig moeilijk om een gebied te noemen waar ze niet zouden worden gebruikt. Ze gaven de industrie het meest waardevolle praktische effect als een zeer efficiënt hulpmiddel voor het snijden van vaste materialen tegen minimale kosten.
Optische kwantumgeneratoren worden ook veel gebruikt in medische methoden met betrekking tot oogmicrochirurgie en cosmetologie. Bijvoorbeeld een universele laserzogenaamde bloedeloze scalpels zijn een instrument in de geneeskunde geworden, waarmee niet alleen biologische weefsels kunnen worden ontleden, maar ook kunnen worden verbonden.
Conclusie
Vandaag de dag zijn er verschillende veelbelovende richtingen in de ontwikkeling van optische stralingsgeneratoren. De meest populaire zijn laag-voor-laag synthesetechnologie, 3D-modellering, het concept van combineren met robotica (lasertrackers), enz. In elk geval wordt aangenomen dat optische kwantumgeneratoren hun eigen speciale toepassing zullen hebben - van oppervlakteverwerking van materialen en ultrasnelle creatie van composiet producten tot brand blussen door middel van straling.
Het is duidelijk dat voor complexere taken de kracht van lasertechnologie moet worden vergroot, waardoor de drempel van het gevaar ook wordt verhoogd. Als vandaag de belangrijkste reden om veiligheid te garanderen bij het werken met dergelijke apparatuur het schadelijke effect op de ogen is, dan kunnen we in de toekomst praten over speciale bescherming van materialen en objecten in de buurt waar het gebruik van apparatuur is georganiseerd.
