Zasnova optičnega kvantnega oscilatorja

Sadovi znanstvenega in tehnološkega napredka ne najdejo vedno konkretnega in praktičnega izraza takoj, ko je postavljena teoretična podlaga. Tako je bilo tudi z lasersko tehnologijo, katere možnosti še niso bile v celoti izkoriščene. Teorija optičnih kvantnih generatorjev, iz katere izhaja koncept naprav, ki oddajajo elektromagnetno sevanje, je delno obvladana z optimizacijo laserske tehnologije. Vendar pa strokovnjaki opozarjajo, da bi bil potencial optičnega sevanja lahko podlaga za številna prihodnja odkritja.

Načelo delovanja naprave

S kvantnim generatorjem v tem primeru razumemo lasersko napravo, ki deluje v optičnem območju pod pogoji prisilnega monokromatskega, elektromagnetnega ali koherentnega sevanja. Izvor besede laser označuje učinek ojačitve svetlobe s stimulirano emisijo sevanja. Danes obstaja več različnih konceptov za izvedbo laserske naprave dvoumnost načel delovanja Optični kvantni oscilator pod različnimi pogoji.

Ključni dejavnik razlik je načelo interakcije laserska emisija s ciljnim materialom. Postopek oddajanja zagotavlja energijo v določenih delih (kvantih) za nadzor narave učinka oddajnika na delovno okolje ali material ciljnega predmeta. Med osnovnimi parametri, ki omogočajo prilagajanje ravni elektrokemične in optične laserske izpostavljenosti, lahko razlikujemo fokusiranje, koncentracijo fluksa, valovno dolžino, usmerjenost itd. д. V nekaterih tehnološki procesi Pomemben je tudi čas sevanja: impulzi lahko na primer trajajo od delčkov sekunde do deset femtosekund, premori pa od enega trenutka do več let.

Struktura laserske sinergije

V zgodnjem obdobju koncepta optičnega laserja je bil sistem kvantnega sevanja v fizikalnem smislu razumljen kot oblika samoorganizacije več energijskih komponent. Tako se je izoblikoval koncept sinergetike, ki je omogočil oblikovanje glavnih lastnosti in stopenj evolucijskega razvoja laserja. Ne glede na vrsto in načelo delovanja Laser, ključ do njegovega delovanja je, da preseže ravnovesje svetlobnih atomov, ko sistem postane nestabilen in hkrati odprt.

Odstopanja v prostorski simetriji sevanja ustvarjajo pogoje za nastanek impulznega toka. Ko je dosežena določena vrednost črpanja (odklona), postane optični kvantni oscilator koherentnega sevanja obvladljiv in se spremeni v urejeno disipativno strukturo z elementi samoorganizirajočega se sistema. Pod določenimi pogoji lahko naprava ciklično deluje v načinu impulznega oddajanja, njegove spremembe pa povzročijo kaotične pulzacije.

Delovni deli laserja

Zdaj je treba preiti od načela delovanja k posebnim fizikalnim in tehničnim pogojem, v katerih deluje laserski sistem z določenimi značilnostmi. Za delovanje optičnih kvantnih generatorjev je najpomembnejši aktivni medij. Med drugim določa intenzivnost ojačitve toka, lastnosti povratne zveze in optičnega signala na splošno. Emisija se lahko na primer pojavi v mešanici plinov, ki jo danes uporablja večina laserjev.

Naslednjo komponento predstavlja vir energije. Ustvarja pogoje za ohranjanje inverzije populacije atomov v aktivnem mediju. Če uporabimo analogijo sinergijske strukture, je vir energije tisti, ki je dejavnik odklona svetlobe. Močnejša kot je podpora, večje je črpanje sistema in učinkovitejši je laserski učinek. Tretja komponenta operativne infrastrukture je resonator, ki pri prehodu skozi operativno okolje zagotavlja večkratno sevanje. Ista komponenta prispeva tudi k oddajanju optičnega sevanja v uporabnem spektru.

Zasnova helij-neonskega laserja

Najpogostejša oblika sodobnega laserja, ki temelji na plinski razelektritveni cevi, optičnih zrcalih - resonatorjih in električnem napajalniku. Mešanica helija in neona se uporablja kot delovni medij (polnilo v cevi), kot pove že ime. Cev je izdelana iz kremenčevega stekla. Standardne valjaste oblike so debele od 4 do 15 mm in dolge od 5 cm do 3 m. Cevke so na koncih zaprte z ravnim, nagnjenim steklom, ki zagotavlja zadostno polarizacijo laserja.

Optični kvantni HeNe generator ima majhno spektralno pasovno širino 1,5 GHz. Ta lastnost ponuja številne operativne prednosti in je pripeljala do uspešnih aplikacij v interferometriji, vizualnem slikanju, spektroskopiji itd. д.

Struktura polprevodniškega laserja

Delovni medij v takšnih napravah je polprevodnik, ki temelji na kristaliničnih elementih z atomi tri- ali petvalentne kemije (silicij, indij). Ta laser je po specifični prevodnosti med dielektriki in pravimi prevodniki. Spremembe učinkovitosti glede na temperaturo, koncentracijo nečistoč in naravo fizikalnega učinka na ciljni material. Vir energije za črpanje je v tem primeru lahko elektrika, magnetno sevanje ali elektronski žarek.

Optični kvantni oscilator na osnovi polprevodnika pogosto uporablja visokozmogljivo LED diodo iz polprevodniškega materiala, ki lahko shranjuje velike količine energije. Vendar pa večja električna in mehanska obremenitev hitro povzroči obrabo delovnih elementov.

Laserji z barvilom

Ta vrsta optičnega oscilatorja je postavila podlaga za oblikovanje nove smeri v laserski tehnologiji, ki deluje s trajanjem pulza do pikosekunde. To je mogoče z uporabo organskih barvil kot aktivnega medija, vendar mora funkcijo črpanja opravljati drug laser, običajno argonski laser.

Pri načrtovanju optičnih kvantnih oscilatorjev z barvilom se za zagotavljanje ultrakratkih impulzov uporablja posebna kivetna podlaga, v kateri se ustvarijo vakuumski pogoji. Modeli z obročnim resonatorjem v tem okolju lahko črpajo tekoče barvilo pri hitrostih do 10 m/s.

Značilnosti optičnih vlakenskih oddajnikov

Vrsta laserske naprave, pri kateri optična vlakna delujejo kot resonatorji. Ta generator je z vidika učinkovitosti najučinkovitejši glede na količino optičnih emisij. V primerjavi z drugimi vrstami laserjev je zelo skromen.

Ena od značilnosti te vrste optičnega kvantnega oscilatorja je njegova vsestranskost v smislu povezljivosti vira črpanja. To običajno dosežemo z vrsto optičnih valovodov, ki so združeni v module, ki vsebujejo aktivni medij in prispevajo tudi k strukturni in funkcionalni optimizaciji naprave.

Izvajanje nadzornega sistema

Večina naprav ima električno hrbtenico, ki neposredno ali posredno zagotavlja črpanje energije. V najpreprostejših sistemih se izhodna moč, ki vpliva na intenzivnost emisije v določenem optičnem območju, nadzoruje prek tega sistema napajanja.

Kvantni generatorji za profesionalno uporabo vsebujejo tudi zapleteno optično infrastrukturo za nadzor fluksa. Nadzor smeri šobe, moči in dolžine impulza, frekvence, temperature in drugih lastnosti.

Laserske aplikacije

Čeprav so optični oscilatorji še vedno naprave z zmogljivostmi, ki še niso v celoti razkrite, je danes težko našteti področje, na katerem se ne uporabljajo. Njihov najdragocenejši praktični učinek je za industrijo kot zelo učinkovito orodje za rezanje trdnih materialov z minimalnimi stroški.

Optični kvantni generatorji se pogosto uporabljajo tudi v terapevtskih aplikacijah v očesni mikrokirurgiji in kozmetiki. Tako imenovani brezkrvni skalpeli so na primer postali vsestransko lasersko orodje v medicini, ki omogoča ne le rezanje, temveč tudi spajanje bioloških tkiv.

Zaključek

Danes obstaja več obetavnih smeri za razvoj generatorjev optičnih emisij. Med najbolj priljubljenimi so tehnologija zlivanja po plasteh, 3D modeliranje, koncept zlivanja z robotiko (laserski sledilniki) itd. д. Optični kvantni generatorji se v vsakem primeru uporabljajo posebej - od površinske obdelave materialov in izjemno hitrega ustvarjanja kompozitnih izdelkov do gašenja požarov z oddajanjem sevanja.

Očitno je, da bi zahtevnejše naloge zahtevale večjo moč laserske tehnologije, s tem pa bi se zvišal prag njene nevarnosti. Če je danes glavni razlog za zagotavljanje varnosti pri delu s takšnimi napravami njihov škodljiv vpliv na oči, se lahko v prihodnosti pojavi vprašanje posebne zaščite materialov in predmetov, v bližini katerih je organizirana uporaba opreme.