Uređaj optičkog kvantnog oscilatora

Plodovi znanstvenog i tehnološkog napretka ne nalaze uvijek svoj konkretan praktični izraz odmah nakon pripreme teorijskog okvira. To se dogodilo s laserskom tehnologijom, čije mogućnosti do sada nisu u potpunosti otkrivene. Teorija optičkih kvantnih generatora, na temelju koje je stvoren koncept uređaja koji emitiraju elektromagnetsko zračenje, djelomično je savladana zahvaljujući optimizaciji laserske tehnologije. Međutim, stručnjaci ističu da potencijal optičkog zračenja može biti osnova za niz otkrića u budućnosti.

Princip rada uređaja

Kvantni oscilator u ovom se slučaju odnosi na laserski aparat koji djeluje u optičkom rasponu u uvjetima stimuliranog monokromatskog, elektromagnetskog ili koherentnog zračenja. Samo podrijetlo riječi laser u prijevodu ukazuje na učinak pojačanja svjetlosti stimuliranom emisijom. Do danas postoji nekoliko koncepata za implementaciju laserskog uređaja, što je zbog dvosmislenost principa rada optičkog kvantnog oscilatora u različitim uvjetima.

Ključni čimbenik razlike je načelo interakcije laserskog zračenja s ciljanom tvari. U procesu zračenja energija se isporučuje u određenim dijelovima (kvantima), što vam omogućuje kontrolu prirode utjecaja emitera na radno okruženje ili materijal ciljnog objekta. Među osnovnim parametrima koji omogućuju ispravljanje razine elektrokemijskih i optičkih učinaka lasera razlikuju se fokus, stupanj koncentracije protoka, valna duljina, usmjerenost itd. d. U nekim tehnološki procesi vremenski režim zračenja također igra ulogu – na primjer, impulsi mogu trajati od djelića sekunde do desetaka femtosekundi s prekidima od trenutka do nekoliko godina.

Sinergistička struktura lasera

U zoru formiranja koncepta optičkog lasera, sustav kvantnog zračenja u fizičkom smislu obično se shvaćao kao oblik samoorganizacije nekoliko energetskih komponenti. Tako se formirao koncept sinergetike, koji je omogućio formuliranje osnovnih svojstava i faza evolucijskog razvoja lasera. Bez obzira na vrstu i načela rada lasera, ključni čimbenik u njegovom djelovanju je izlazak izvan ravnoteže svjetlosnih atoma kada sustav postane nestabilan i istodobno otvoren.

Odstupanja u prostornoj simetriji zračenja stvaraju uvjete za pojavu impulsnog toka. Nakon postizanja određene količine pumpanja (otklona), optički kvantni koherentni generator zračenja postaje kontroliran i prelazi u uređenu disipativnu strukturu s elementima samoorganizirajućeg sustava. U određenim uvjetima uređaj može raditi u režimu pulsirajućeg zračenja ciklično, a njegove promjene dovest će do kaotičnih pulsacija.

Radne komponente lasera

Sada je vrijedno prijeći s principa rada na specifične fizičke i tehničke uvjete u kojima djeluje laserski sustav s određenim karakteristikama. Od najveće važnosti, s gledišta performansi optičkih kvantnih oscilatora, je aktivno okruženje. O tome posebno ovisi intenzitet pojačanja protoka, svojstva povratne sprege i optički signal u cjelini. Na primjer, zračenje se može dogoditi u plinskoj smjesi na kojoj danas radi većina laserskih strojeva.

Sljedeća komponenta predstavljena je izvorom energije. Uz njegovu pomoć stvaraju se uvjeti za održavanje inverzije populacije atoma aktivnog medija. Ako povučemo analogiju sa sinergističkom strukturom, tada će izvor energije djelovati kao svojevrsni faktor u odstupanju svjetlosti od normalnog stanja. Što je podrška snažnija, to je veća pumpa sustava i učinkovitiji je laserski učinak. Treća komponenta radne infrastrukture je rezonator koji osigurava višestruko zračenje dok prolazi kroz radni medij. Ista komponenta doprinosi izlazu optičkog zračenja u korisnom spektru.

Helij-neonski laserski uređaj

Najčešći faktor oblika modernog lasera, čija je strukturna osnova cijev za pražnjenje plina, optička rezonatorska zrcala i električni izvor napajanja. Kao radni medij (punilo cijevi) koristi se mješavina helija i neona, kao što naziv govori. Sama cijev izrađena je od kvarcnog stakla. Debljina standardnih cilindričnih konstrukcija varira od 4 do 15 mm, a duljina od 5 cm do 3 m. Na krajevima cijevi su zatvorene ravnim staklima s blagim nagibom, što osigurava dovoljnu razinu polarizacije lasera.

Optički kvantni oscilator helij-neonske smjese ima malu spektralnu širinu emisijskih pojaseva reda veličine 1,5 GHz. Ova karakteristika pruža niz operativnih prednosti, što određuje uspjeh uporabe uređaja u interferometriji, uređajima za čitanje vizualnih informacija, spektroskopiji itd. d.

Poluvodički laserski uređaj

Mjesto radnog medija u takvim uređajima zauzima poluvodič, koji se temelji na kristalnim elementima u obliku nečistoća s atomima tri ili petovalentne kemikalije (silicij, indij). Što se tiče sposobnosti specifične vodljivosti, ovaj laser stoji između dielektrika i punopravnih vodiča. Razlika u radnim kvalitetama prolazi kroz parametre temperaturnih vrijednosti, koncentraciju nečistoća i prirodu fizičkog utjecaja na ciljni materijal. Energetski izvor pumpe u ovom slučaju može biti električna energija, magnetsko zračenje ili elektronska zraka.

Uređaj optičkog kvantnog oscilatora na poluvodičima često koristi snažnu LED diodu izrađenu od čvrstog materijala koja može pohraniti velike rezerve energije. Druga stvar je da rad u uvjetima povećanih električnih i mehaničkih opterećenja brzo dovodi do trošenja radnih elemenata.

Uređaj lasera za bojenje

Ova vrsta optičkih generatora položila je temelj za formiranje novog smjera u laserskoj tehnologiji koja radi s trajanjem impulsa do pikosekunde. To je omogućeno korištenjem organskih boja kao aktivnog medija, međutim, drugi laser – obično argon-mora obavljati funkcije pumpanja.

Što se tiče dizajna optičkih kvantnih oscilatora s bojama, posebna baza u obliku kivete koristi se za pružanje ultrakratkih impulsa, gdje se formiraju vakuumski uvjeti. Modeli s prstenastim rezonatorom u takvom okruženju omogućuju pumpanje tekuće boje brzinom do 10 m/a.

Značajke optičkih emitera

Vrsta laserskog uređaja u kojem funkcije šupljine obavljaju optička vlakna. S gledišta radnih svojstava, ovaj generator je najproduktivniji u smislu optičkog zračenja. I to unatoč činjenici da dizajn uređaja ima vrlo skromne dimenzije na pozadini drugih vrsta lasera.

Značajke optičkih kvantnih generatora ove vrste uključuju svestranost u pogledu mogućnosti povezivanja izvora crpke. Obično se za to koriste cijele skupine optičkih valovoda, koje se kombiniraju u module s aktivnom tvari, što također pridonosi strukturnoj i funkcionalnoj optimizaciji uređaja.

Implementacija upravljačkog sustava

Većina uređaja temelji se na električnoj osnovi, zbog koje se crpljenje energije osigurava izravno ili neizravno. U najjednostavnijim sustavima putem ovog elektroenergetskog sustava kontroliraju se pokazatelji snage koji utječu na intenzitet zračenja unutar određenog optičkog raspona.

Profesionalni kvantni generatori sadrže i razvijenu optičku infrastrukturu za kontrolu protoka. Kroz takve module posebno se kontroliraju smjer mlaznice, snaga i duljina impulsa, frekvencija, temperatura i druge karakteristike performansi.

Područja primjene lasera

Iako su optički generatori i dalje uređaji s još uvijek ne u potpunosti otkrivenim mogućnostima, danas je teško imenovati područje na kojem se ne bi koristili. Najvrjedniji praktični učinak dali su industriji kao visoko učinkovit alat za rezanje čvrstih materijala uz minimalne troškove.

Optički kvantni generatori široko se koriste u terapijskim metodama u odnosu na očnu mikrokirurgiju i kozmetologiju. Na primjer, takozvani beskrvni skalpeli postali su univerzalni laserski alat u medicini, koji omogućuje ne samo seciranje, već i povezivanje bioloških tkiva.

Zaključak

Do danas postoji nekoliko obećavajućih područja razvoja optičkih generatora zračenja. Najpopularniji uključuju tehnologiju slojevite sinteze, 3 simulacije IPA, koncept kombiniranja s robotikom (laserski tragači) itd. d. Svaki slučaj pretpostavlja svoju posebnu primjenu optičkih kvantnih oscilatora – od površinske obrade materijala i ultrabrzog stvaranja kompozitnih proizvoda do gašenja požara zračenjem.

Očito je da će složeniji zadaci zahtijevati povećanje kapaciteta laserske tehnologije, što će rezultirati povećanjem praga njegove opasnosti. Ako je danas glavni razlog za osiguranje sigurnosti pri radu s takvom opremom njezin štetan učinak na oči, onda u budućnosti možemo govoriti o posebnoj zaštiti materijala i objekata u blizini kojih se oprema organizira.