Ғылыми-техникалық прогрестің жемісі әрқашан теориялық негізді дайындағаннан кейін өзінің нақты практикалық көрінісін таба бермейді. Бұл лазерлік технологиямен болды, оның мүмкіндіктері әлі толық ашылмаған. Оптикалық кванттық генераторлар теориясы, оның негізінде электромагниттік сәуле шығаратын құрылғылардың тұжырымдамасы жасалған, лазерлік технологияны оңтайландыру есебінен ішінара игерілді. Дегенмен, мамандар оптикалық сәулеленудің әлеуеті болашақта бірқатар жаңалықтар ашуға негіз бола алатынын атап өтті.
Құрылғының жұмыс принципі
Бұл жағдайда кванттық генератор деп ынталандырылған монохроматикалық, электромагниттік немесе когерентті сәулелену жағдайында оптикалық диапазонда жұмыс істейтін лазерлік құрылғы түсініледі. Аудармадағы лазер сөзінің шығуының өзі жарық күшейту әсерін көрсетеді.ынталандырылған эмиссия арқылы. Бүгінгі күні лазерлік құрылғыны жүзеге асырудың бірнеше тұжырымдамасы бар, бұл әртүрлі жағдайларда оптикалық кванттық генератордың жұмыс істеу принциптерінің анық еместігіне байланысты.
Негізгі айырмашылық лазерлік сәулеленудің мақсатты затпен әрекеттесу принципі болып табылады. Сәулелену процесінде энергия белгілі бір бөліктерде (кванттар) беріледі, бұл эмитенттің жұмыс ортасына немесе нысаналы объектінің материалына әсер ету сипатын бақылауға мүмкіндік береді. Лазердің электрохимиялық және оптикалық әсерлерінің деңгейлерін реттеуге мүмкіндік беретін негізгі параметрлердің ішінде фокустау, ағын концентрациясының дәрежесі, толқын ұзындығы, бағыттылығы және т.б. Кейбір технологиялық процестерде сәулеленудің уақыт режимі де ойнайды. рөл - мысалы, импульстардың ұзақтығы бір сәттен бірнеше жылға дейінгі аралықтармен бөлшек секундтан ондаған фемтосекундқа дейін болуы мүмкін.
Синергиялық лазер құрылымы
Оптикалық лазер тұжырымдамасы пайда болған кезде физикалық тұрғыдан кванттық сәулелену жүйесі әдетте бірнеше энергетикалық компоненттердің өзін-өзі ұйымдастыру формасы ретінде түсінілді. Осылайша, лазердің эволюциялық дамуының негізгі қасиеттері мен кезеңдерін тұжырымдауға мүмкіндік беретін синергетика ұғымы қалыптасты. Лазердің түрі мен жұмыс істеу принципіне қарамастан, оның әрекетінің негізгі факторы жүйе тұрақсыз және бір мезгілде ашық болған кезде жарық атомдарының тепе-теңдігінен шығып кетеді.
Сәулеленудің кеңістіктік симметриясындағы ауытқулар импульстің пайда болуына жағдай жасайдыағын. Айдау (ауытқу) белгілі бір мәніне жеткеннен кейін когерентті сәулеленудің оптикалық кванттық генераторы басқарылатын болады және өздігінен реттелетін жүйенің элементтері бар реттелген диссипативті құрылымға айналады. Белгілі бір жағдайларда құрылғы импульстік сәулелену режимінде циклді түрде жұмыс істей алады және оның өзгеруі хаотикалық пульсацияларға әкеледі.
Лазерлік жұмыс құрамдастары
Енді жұмыс принципінен белгілі бір сипаттамалары бар лазерлік жүйе жұмыс істейтін нақты физикалық және техникалық жағдайларға көшкен жөн. Оптикалық кванттық генераторлардың өнімділігі тұрғысынан ең маңыздысы белсенді орта болып табылады. Одан, атап айтқанда, ағынның күшеюінің қарқындылығына, кері байланыстың қасиеттеріне және тұтастай алғанда оптикалық сигналға байланысты. Мысалы, қазіргі кезде лазерлік құрылғылардың көпшілігі жұмыс істейтін газ қоспасында сәулелену пайда болуы мүмкін.
Келесі құрамдас қуат көзімен ұсынылған. Оның көмегімен белсенді орта атомдарының популяциясының инверсиясын сақтау үшін жағдайлар жасалады. Егер біз синергетикалық құрылымға ұқсастық жасасақ, онда бұл жарықтың қалыпты күйден ауытқуының өзіндік факторы ретінде әрекет ететін энергия көзі. Қолдау неғұрлым күшті болса, жүйенің сорғылығы соғұрлым жоғары болады және лазерлік әсер тиімдірек болады. Жұмыс инфрақұрылымының үшінші құрамдас бөлігі жұмыс ортасынан өткен кезде бірнеше сәулеленуді қамтамасыз ететін резонатор болып табылады. Дәл сол компонент пайдалы жерде оптикалық сәуле шығаруға ықпал етедіспектр.
He-Ne лазерлік құрылғы
Заманауи лазердің ең кең тараған форма факторы, оның құрылымдық негізі газ разрядтық түтік, оптикалық резонаторлық айналар және электр қуатымен қамтамасыз ету болып табылады. Жұмыс ортасы (түтік толтырғыш) ретінде аты айтып тұрғандай гелий мен неон қоспасы қолданылады. Түтіктің өзі кварц шынысынан жасалған. Стандартты цилиндрлік құрылымдардың қалыңдығы 4-тен 15 мм-ге дейін, ал ұзындығы 5 см-ден 3 м-ге дейін өзгереді. Құбырлардың ұштарында олар лазерлік поляризацияның жеткілікті деңгейін қамтамасыз ететін шамалы көлбеу тегіс көзілдіріктермен жабылады..
Гелий-неон қоспасына негізделген оптикалық кванттық генератордың 1,5 ГГц ретті сәуле шығару жолақтарының спектрлік ені аз. Бұл сипаттама құрылғының интерферометрияда, визуалды ақпаратты оқу құралдарында, спектроскопияда және т.б. жетістіктерін тудыратын бірқатар операциялық артықшылықтарды қамтамасыз етеді.
Жартылай өткізгішті лазерлік құрылғы
Мұндай құрылғылардағы жұмыс ортасының орнын үш немесе бес валентті химиялық (кремний, индий) атомдары бар қоспалар түріндегі кристалдық элементтерге негізделген жартылай өткізгіш алады. Өткізгіштік бойынша бұл лазер диэлектриктер мен толыққанды өткізгіштер арасында тұрады. Жұмыс сапасының айырмашылығы температура мәндерінің параметрлері, қоспалардың концентрациясы және мақсатты материалға физикалық әсер ету сипаты арқылы өтеді. Бұл жағдайда айдаудың энергия көзі электр энергиясы болуы мүмкін,магниттік сәулелену немесе электронды сәуле.
Оптикалық жартылай өткізгіш кванттық генератордың құрылғысы көп мөлшерде энергияны жинақтай алатын қатты материалдан жасалған қуатты жарық диодты жиі пайдаланады. Тағы бір нәрсе, электр және механикалық жүктемелердің жоғарылауы жағдайында жұмыс тез жұмыс істейтін элементтердің тозуына әкеледі.
Бояғыш лазерлік құрылғы
Оптикалық генераторлардың бұл түрі пикосекундқа дейінгі импульс ұзақтығымен жұмыс істейтін лазерлік технологияның жаңа бағытын қалыптастырудың негізін қалады. Бұл белсенді орта ретінде органикалық бояғыштарды пайдаланудың арқасында мүмкін болды, бірақ айдау функцияларын басқа лазер, әдетте аргонды орындау керек.
Бояғыштардағы оптикалық кванттық генераторлардың конструкциясына келетін болсақ, вакуумдық жағдайлар қалыптасатын ультракысқа импульстарды қамтамасыз ету үшін кювет түріндегі арнайы негіз қолданылады. Мұндай ортадағы сақиналы резонаторы бар модельдер сұйық бояуды 10 м/с жылдамдықпен айдауға мүмкіндік береді.
Талшықты-оптикалық сәуле шығарғыштардың ерекшеліктері
Резонатор функциялары оптикалық талшық арқылы орындалатын лазерлік құрылғы түрі. Жұмыс қасиеттері тұрғысынан бұл генератор оптикалық сәулелену көлемі бойынша ең өнімді болып табылады. Бұл құрылғының дизайны лазерлердің басқа түрлерімен салыстырғанда өте қарапайым өлшемге ие болғанына қарамастан.
ҚОсы түрдегі оптикалық кванттық генераторлардың ерекшеліктеріне сорғы көздерін қосу мүмкіндіктері тұрғысынан әмбебаптығы да кіреді. Әдетте бұл үшін белсенді заты бар модульдерге біріктірілген оптикалық толқын өткізгіштердің тұтас топтары пайдаланылады, бұл да құрылғының құрылымдық және функционалдық оңтайландыруына ықпал етеді.
Басқару жүйесін енгізу
Құрылғылардың көпшілігі электрлік негізге негізделген, соның арқасында энергияны айдау тікелей немесе жанама түрде қамтамасыз етіледі. Ең қарапайым жүйелерде осы қуат беру жүйесі арқылы белгілі бір оптикалық диапазондағы сәулелену қарқындылығына әсер ететін қуат көрсеткіштері бақыланады.
Кәсіби кванттық генераторларда ағынды басқаруға арналған дамыған оптикалық инфрақұрылым да бар. Мұндай модульдер арқылы, атап айтқанда, саптаманың бағыты, импульстің қуаты мен ұзындығы, жиілік, температура және басқа да жұмыс сипаттамалары бақыланады.
Лазерлерді қолдану өрістері
Оптикалық генераторлар әлі толық ашылмаған мүмкіндіктері бар құрылғылар болғанымен, бүгінде олар пайдаланылмайтын аумақты атау қиын. Олар аз шығынмен қатты материалдарды кесуге арналған жоғары тиімді құрал ретінде салаға ең құнды практикалық әсер берді.
Оптикалық кванттық генераторлар көз микрохирургиясы мен косметологиясына қатысты медициналық әдістерде де кеңінен қолданылады. Мысалы, әмбебап лазерқансыз скальпельдер деп аталатындар медицинада тек бөлшектеуге ғана емес, сонымен қатар биологиялық тіндерді қосуға мүмкіндік беретін құрал болды.
Қорытынды
Бүгінгі таңда оптикалық сәулелену генераторларын дамытудың бірнеше перспективалы бағыттары бар. Ең танымалдарына қабат-қабат синтезі технологиясы, 3D модельдеу, робототехникамен біріктіру тұжырымдамасы (лазерлік трекерлер) және т.б. жатады. Әрбір жағдайда оптикалық кванттық генераторлардың беттік өңдеуден бастап өзінің арнайы қолданбасы болады деп болжанады. материалдарды және радиацияның көмегімен өрт сөндіру үшін композициялық бұйымдарды өте жылдам жасау.
Әрине, күрделірек тапсырмалар лазерлік технологияның қуатын арттыруды талап етеді, нәтижесінде оның қауіптілік шегі де артады. Егер бүгінгі күні мұндай жабдықпен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздікті қамтамасыз етудің басты себебі оның көзге зиянды әсері болса, болашақта жабдықты пайдалану ұйымдастырылған материалдар мен объектілерді арнайы қорғау туралы айтуға болады.
