Sadovi znanstvenega in tehnološkega napredka ne najdejo vedno svojega konkretnega praktičnega izraza takoj po pripravi teoretične osnove. To se je zgodilo z lasersko tehnologijo, katere možnosti doslej še niso bile v celoti razkrite. Teorija optičnih kvantnih generatorjev, na podlagi katere je bil ustvarjen koncept naprav, ki oddajajo elektromagnetno sevanje, je bila delno osvojena zaradi optimizacije laserske tehnologije. Vendar pa strokovnjaki ugotavljajo, da lahko potencial optičnega sevanja postane osnova za številna odkritja v prihodnosti.
Načelo delovanja naprave
V tem primeru kvantni generator razumemo kot lasersko napravo, ki deluje v optičnem območju v pogojih stimuliranega monokromatskega, elektromagnetnega ali koherentnega sevanja. Že sam izvor besede laser v prevodu kaže na učinek ojačanja svetlobe.s stimulirano emisijo. Do danes obstaja več konceptov za izvedbo laserske naprave, kar je posledica nejasnosti principov delovanja optičnega kvantnega generatorja v različnih pogojih.
Ključna razlika je princip interakcije laserskega sevanja s ciljno snovjo. V procesu sevanja se energija dovaja v določenih delih (kvantih), kar vam omogoča nadzor nad naravo učinka oddajnika na delovno okolje ali material ciljnega predmeta. Med osnovnimi parametri, ki omogočajo prilagajanje ravni elektrokemičnih in optičnih učinkov laserja, ločimo ostrenje, stopnjo koncentracije toka, valovno dolžino, usmerjenost itd. V nekaterih tehnoloških procesih igra časovni način sevanja tudi vloga - impulzi lahko na primer trajajo od delčka sekund do desetine femtosekund z intervali, ki segajo od trenutka do nekaj let.
Sinergična laserska struktura
Na zori koncepta optičnega laserja je bil sistem kvantnega sevanja v fizikalnem smislu splošno razumljen kot oblika samoorganizacije več energijskih komponent. Tako se je oblikoval koncept sinergetike, ki je omogočil oblikovanje glavnih lastnosti in stopenj evolucijskega razvoja laserja. Ne glede na vrsto in princip delovanja laserja je ključni dejavnik njegovega delovanja preseganje ravnovesja svetlobnih atomov, ko sistem postane nestabilen in hkrati odprt.
Odstopanja v prostorski simetriji sevanja ustvarjajo pogoje za pojav impulznegatok. Po doseganju določene vrednosti črpanja (deviacije) postane optični kvantni generator koherentnega sevanja obvladljiv in se preoblikuje v urejeno disipativno strukturo z elementi samoorganizirajočega sistema. Pod določenimi pogoji lahko naprava deluje v načinu impulznega sevanja ciklično, njene spremembe pa bodo povzročile kaotične pulzacije.
Laserske delovne komponente
Sedaj je vredno preiti od principa delovanja k specifičnim fizičnim in tehničnim pogojem, v katerih deluje laserski sistem z določenimi lastnostmi. Najpomembnejši, z vidika zmogljivosti optičnih kvantnih generatorjev, je aktivni medij. Od tega je zlasti odvisno od intenzivnosti ojačanja toka, lastnosti povratne informacije in optičnega signala kot celote. Na primer, sevanje se lahko pojavi v mešanici plinov, na katero deluje večina laserskih naprav danes.
Naslednjo komponento predstavlja vir energije. Z njegovo pomočjo se ustvarijo pogoji za vzdrževanje inverzije populacije atomov aktivnega medija. Če potegnemo analogijo s sinergistično strukturo, potem bo vir energije tisti, ki bo deloval kot nekakšen dejavnik pri odstopanju svetlobe od normalnega stanja. Močnejša kot je podpora, večje je črpanje sistema in učinkovitejši je učinek laserja. Tretja komponenta delovne infrastrukture je resonator, ki zagotavlja večkratno sevanje, ko prehaja skozi delovno okolje. Ista komponenta prispeva k izhodu optičnega sevanja v uporabnemspekter.
He-Ne laserska naprava
Najpogostejši oblikovni faktor sodobnega laserja, katerega strukturna osnova je cev za razelektritev plina, optična resonatorska ogledala in električno napajanje. Kot delovni medij (polnilo cevi) se uporablja mešanica helija in neona, kot pove že ime. Sama cev je izdelana iz kremenčevega stekla. Debelina standardnih cilindričnih konstrukcij se giblje od 4 do 15 mm, dolžina pa od 5 cm do 3 m. Na koncih cevi so zaprti z ravnimi stekli z rahlim naklonom, kar zagotavlja zadostno raven laserske polarizacije.
Optični kvantni generator, ki temelji na mešanici helija in neona, ima majhno spektralno širino emisijskih pasov reda 1,5 GHz. Ta lastnost zagotavlja številne operativne prednosti, ki povzročajo uspeh naprave pri interferometriji, čitalnikih vizualnih informacij, spektroskopiji itd.
polprevodniška laserska naprava
Mesto delovnega medija v takšnih napravah zaseda polprevodnik, ki temelji na kristalnih elementih v obliki nečistoč z atomi tri- ali petvalentne kemikalije (silicij, indij). Po prevodnosti je ta laser med dielektriki in polnopravnimi prevodniki. Razlika v delovnih lastnostih prehaja skozi parametre temperaturnih vrednosti, koncentracijo nečistoč in naravo fizičnega vpliva na ciljni material. V tem primeru je lahko vir energije za črpanje električna energija,magnetno sevanje ali elektronski žarek.
Naprava optičnega polprevodniškega kvantnega generatorja pogosto uporablja močno LED iz trdnega materiala, ki lahko akumulira velike količine energije. Druga stvar je, da delo v pogojih povečanih električnih in mehanskih obremenitev hitro vodi do obrabe delovnih elementov.
Laserska naprava za barvanje
Ta vrsta optičnih generatorjev je postavila temelje za nastanek nove smeri v laserski tehnologiji, ki delujejo s trajanjem impulza do pikosekund. To je postalo mogoče zaradi uporabe organskih barvil kot aktivnega medija, vendar bi moral črpalne funkcije opravljati drug laser, običajno argon.
Pri oblikovanju optičnih kvantnih generatorjev na barvilih se uporablja posebna podlaga v obliki kivete za zagotavljanje ultrakratkih impulzov, kjer nastajajo vakuumski pogoji. Modeli z obročastim resonatorjem v takem okolju omogočajo črpanje tekočega barvila pri hitrostih do 10 m/s.
Lastnosti oddajnikov iz optičnih vlaken
Vrsta laserske naprave, v kateri funkcije resonatorja opravlja optično vlakno. Z vidika obratovalnih lastnosti je ta generator najbolj produktiven glede na količino optičnega sevanja. In to kljub dejstvu, da ima zasnova naprave zelo skromno velikost v primerjavi z drugimi vrstami laserjev.
KZnačilnosti tovrstnih optičnih kvantnih generatorjev vključujejo tudi vsestranskost v smislu možnosti povezovanja črpalnih virov. Običajno se za to uporabljajo cele skupine optičnih valovodov, ki so združeni v module z aktivno snovjo, kar prispeva tudi k strukturni in funkcionalni optimizaciji naprave.
Izvedba sistema upravljanja
Večina naprav temelji na električni osnovi, zaradi česar je črpanje energije zagotovljeno neposredno ali posredno. V najpreprostejših sistemih se preko tega napajalnega sistema spremljajo indikatorji moči, ki vplivajo na intenzivnost sevanja v določenem optičnem območju.
Profesionalni kvantni generatorji vsebujejo tudi razvito optično infrastrukturo za nadzor pretoka. Preko takšnih modulov se nadzoruje predvsem smer šobe, moč in dolžina impulza, frekvenca, temperatura in druge operativne značilnosti.
Področja uporabe laserjev
Čeprav so optični generatorji še vedno naprave s še ne povsem razkritimi zmogljivostmi, je danes težko poimenovati področje, kjer jih ne bi uporabljali. Industriji so dali najdragocenejši praktični učinek kot zelo učinkovito orodje za rezanje trdnih materialov z minimalnimi stroški.
Optični kvantni generatorji se pogosto uporabljajo tudi v medicinskih metodah v zvezi z mikrokirurgijo očesa in kozmetologijo. Na primer, univerzalni lasertako imenovani brezkrvni skalpeli so postali instrument v medicini, ki omogoča ne samo seciranje, ampak tudi povezovanje bioloških tkiv.
Sklep
Danes obstaja več obetavnih smeri razvoja generatorjev optičnega sevanja. Med najbolj priljubljene so tehnologija sinteze po slojih, 3D modeliranje, koncept kombiniranja z robotiko (laserski sledilci) itd. V vsakem primeru se predvideva, da bodo optični kvantni generatorji imeli svojo posebno uporabo - od površinske obdelave. materialov in izjemno hitro ustvarjanje kompozitnih izdelkov za gašenje požara s sevanjem.
Očitno bo za zahtevnejše naloge potrebno povečati moč laserske tehnologije, zaradi česar se bo povečal tudi prag njene nevarnosti. Če je danes glavni razlog za zagotavljanje varnosti pri delu s takšno opremo njen škodljiv učinek na oči, potem lahko v prihodnosti govorimo o posebni zaščiti materialov in predmetov, v bližini katerih je organizirana uporaba opreme.
