Teadusliku ja tehnoloogilise progressi viljad ei leia alati oma konkreetset praktilist väljendust kohe pärast teoreetilise aluse koostamist. See juhtus lasertehnoloogiaga, mille võimalusi pole seni täielikult avalikustatud. Optiliste kvantgeneraatorite teooria, mille põhjal loodi elektromagnetkiirgust kiirgavate seadmete kontseptsioon, omandati osaliselt tänu lasertehnoloogia optimeerimisele. Eksperdid märgivad aga, et optilise kiirguse potentsiaal võib tulevikus saada paljude avastuste aluseks.
Seadme tööpõhimõte
Antud juhul mõistetakse kvantgeneraatori all laserseadet, mis töötab optilises vahemikus stimuleeritud monokromaatilise, elektromagnetilise või koherentse kiirguse tingimustes. Juba sõna laser päritolu tõlkes näitab valguse võimenduse mõju.stimuleeritud emissiooniga. Praeguseks on laserseadme realiseerimiseks mitmeid kontseptsioone, mis on tingitud optilise kvantgeneraatori tööpõhimõtete ebaselgusest erinevates tingimustes.
Peamine erinevus seisneb laserkiirguse ja sihtaine vastastikuse toime põhimõte. Kiirgusprotsessis tarnitakse energiat teatud portsjonites (kvantides), mis võimaldab teil kontrollida emitteri mõju olemust töökeskkonnale või sihtobjekti materjalile. Põhiparameetritest, mis võimaldavad reguleerida laseri elektrokeemiliste ja optiliste efektide taset, eristatakse teravustamist, voo kontsentratsiooni astet, lainepikkust, suundumust jne. Mõnes tehnoloogilises protsessis mängib ka kiirguse ajarežiim roll – näiteks impulsside kestus võib olla sekundite murdosa kuni kümnete femtosekundite intervall, mis ulatub hetkest mitme aastani.
Sünergiline laserstruktuur
Optilise laseri kontseptsiooni alguses mõisteti kvantkiirguse süsteemi füüsilises mõttes tavaliselt mitme energiakomponendi iseorganiseerumise vormina. Nii kujunes välja sünergia mõiste, mis võimaldas sõnastada laseri evolutsioonilise arengu põhiomadused ja etapid. Olenemata laseri tüübist ja tööpõhimõttest on selle toimimise võtmetegur valgusaatomite tasakaalust kaugemale jõudmine, kui süsteem muutub ebastabiilseks ja samal ajal avatuks.
Kiirguse ruumilise sümmeetria kõrvalekalded loovad tingimused impulsi ilmnemiseksvoolu. Pärast teatud pumpamisväärtuse (hälbe) saavutamist muutub koherentse kiirguse optiline kvantgeneraator juhitavaks ja muundub iseorganiseeruva süsteemi elementidega järjestatud dissipatiivseks struktuuriks. Teatud tingimustel võib seade töötada impulsskiirguse režiimis tsükliliselt ja selle muutused põhjustavad kaootilist pulsatsiooni.
Laseriga töötavad komponendid
Nüüd tasub liikuda tööpõhimõttelt konkreetsetele füüsilistele ja tehnilistele tingimustele, milles teatud omadustega lasersüsteem töötab. Optiliste kvantgeneraatorite jõudluse seisukoh alt on kõige olulisem aktiivne keskkond. Sellest sõltub eelkõige voolu võimenduse intensiivsus, tagasiside omadused ja optiline signaal tervikuna. Näiteks võib kiirgus esineda gaasisegus, millega enamik tänapäeval laserseadmeid töötab.
Järgmine komponent on esindatud energiaallikaga. Selle abiga luuakse tingimused aktiivse keskkonna aatomite populatsiooni inversiooni säilitamiseks. Kui tuua analoogia sünergilise struktuuriga, siis on energiaallikas see, mis toimib teatud tegurina valguse normaalsest olekust kõrvalekaldumisel. Mida võimsam on tugi, seda suurem on süsteemi pumpamine ja seda tõhusam on laserefekt. Töötava infrastruktuuri kolmas komponent on resonaator, mis annab töökeskkonda läbides mitmekordset kiirgust. Sama komponent aitab kaasa optilise kiirguse väljundile kasulikusspekter.
He-Ne laserseade
Kaasaegse laseri levinuim vormitegur, mille struktuurne alus on gaaslahendustoru, optilise resonaatori peeglid ja elektritoiteallikas. Töökeskkonnana (torutäitena) kasutatakse, nagu nimigi ütleb, heeliumi ja neooni segu. Toru ise on valmistatud kvartsklaasist. Tavaliste silindriliste konstruktsioonide paksus varieerub 4–15 mm ja pikkus 5–3 m. Torude otstes suletakse need väikese kaldega lamedate klaasidega, mis tagab piisava laserpolarisatsiooni taseme..
Heeliumi-neooni segul põhineva optilise kvantgeneraatori kiirgusribade spektraalne laius on suurusjärgus 1,5 GHz. See omadus pakub mitmeid tööeeliseid, mis põhjustab seadme edu interferomeetrias, visuaalse teabe lugejates, spektroskoopias jne.
Pooljuhtlaserseade
Töökeskkonna koht sellistes seadmetes on hõivatud pooljuhiga, mis põhineb kolme- või viievalentse kemikaali (räni, indium) aatomitega lisandite kujul esinevatel kristallilistel elementidel. Juhtivuse poolest jääb see laser dielektrikute ja täisväärtuslike juhtide vahele. Töökvaliteedi erinevused sõltuvad temperatuuriväärtuste parameetritest, lisandite kontsentratsioonist ja sihtmaterjalile avalduva füüsikalise mõju olemusest. Sel juhul võib pumpamise energiaallikaks olla elekter,magnetkiirgus või elektronkiir.
Optilise pooljuhtkvantgeneraatori seade kasutab sageli tugevast materjalist valmistatud võimsat LED-i, mis võib akumuleerida suurel hulgal energiat. Teine asi on see, et töö suurenenud elektrilise ja mehaanilise koormuse tingimustes viib kiiresti tööelementide kulumiseni.
Värvi laserseade
Seda tüüpi optilised generaatorid panid aluse lasertehnoloogia uue suuna kujunemisele, töötades kuni pikosekundilise impulsi kestusega. See sai võimalikuks tänu orgaaniliste värvainete kasutamisele aktiivse keskkonnana, kuid pumpamisfunktsioone peaks täitma teine laser, tavaliselt argooni laser.
Mis puudutab optiliste kvantgeneraatorite konstrueerimist värvainetel, siis kasutatakse ülilühikeste impulsside saamiseks spetsiaalset küvetikujulist alust, kus tekivad vaakumtingimused. Rõngasresonaatoriga mudelid võimaldavad sellises keskkonnas vedelat värvi pumbata kiirusega kuni 10 m/s.
Fiiberoptiliste emitterite omadused
Laserseadme tüüp, milles resonaatori funktsioone täidab optiline kiud. Tööomaduste seisukoh alt on see generaator optilise kiirguse mahu poolest kõige produktiivsem. Ja seda hoolimata asjaolust, et seadme disain on teist tüüpi laseritega võrreldes väga tagasihoidliku suurusega.
KSeda tüüpi optiliste kvantgeneraatorite omadused hõlmavad ka mitmekülgsust pumbaallikate ühendamise võimaluste osas. Tavaliselt kasutatakse selleks terveid optiliste lainejuhtide rühmi, mis kombineeritakse toimeainega mooduliteks, mis aitab kaasa ka seadme struktuurilisele ja funktsionaalsele optimeerimisele.
Juhtimissüsteemi juurutamine
Enamik seadmeid põhinevad elektrilisel baasil, tänu millele toimub energia pumpamine otse või kaudselt. Lihtsamates süsteemides jälgitakse selle toitesüsteemi kaudu võimsusnäitajaid, mis mõjutavad kiirguse intensiivsust teatud optilises vahemikus.
Professionaalsed kvantgeneraatorid sisaldavad ka voolu juhtimiseks arendatud optilist infrastruktuuri. Selliste moodulite kaudu juhitakse eelkõige düüsi suunda, impulsi võimsust ja pikkust, sagedust, temperatuuri ja muid tööomadusi.
Laserite kasutusvaldkonnad
Kuigi optilised generaatorid on veel täielikult avalikustamata võimalustega seadmed, on tänapäeval raske nimetada valdkonda, kus neid ei kasutataks. Need andsid tööstusele kõige väärtuslikuma praktilise efekti ülitõhusa tööriistana tahkete materjalide lõikamiseks minimaalsete kuludega.
Optilisi kvantgeneraatoreid kasutatakse laialdaselt ka meditsiinilistes meetodites seoses silma mikrokirurgia ja kosmetoloogiaga. Näiteks universaalne laserniinimetatud vereta skalpellid on muutunud meditsiiniliseks vahendiks, mis võimaldab mitte ainult lahkama hakata, vaid ka ühendada bioloogilisi kudesid.
Järeldus
Tänapäeval on optilise kiirguse generaatorite arendamisel mitu paljulubavat suunda. Populaarseimad on kiht-kihilise sünteesitehnoloogia, 3D-modelleerimine, robootikaga kombineerimise kontseptsioon (laserjälgijad) jne. Igal juhul eeldatakse, et optilistel kvantgeneraatoritel on oma erirakendus – alates pinnatöötlusest. materjalide ja komposiittoodete ülikiire loomine tule kustutamiseks kiirguse abil.
Ilmselt nõuavad keerulisemad ülesanded lasertehnoloogia võimsuse suurendamist, mille tulemusena tõuseb ka selle ohtlikkuse lävi. Kui tänapäeval on selliste seadmetega töötamisel ohutuse tagamise peamiseks põhjuseks selle kahjulik mõju silmadele, siis edaspidi saame rääkida materjalide ja esemete erikaitsest, mille läheduses on seadmete kasutamine korraldatud.
