Die Früchte des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts finden nicht immer unmittelbar nach der Erarbeitung der theoretischen Grundlagen ihren konkreten praktischen Ausdruck. Dies geschah mit der Lasertechnologie, deren Möglichkeiten noch nicht vollständig erschlossen sind. Die Theorie der optischen Quantengeneratoren, auf deren Grundlage das Konzept der elektromagnetische Strahlung emittierenden Geräte entstand, wurde durch die Optimierung der Lasertechnologie teilweise beherrscht. Experten weisen jedoch darauf hin, dass das Potenzial optischer Strahlung die Grundlage für eine Reihe von Entdeckungen in der Zukunft werden kann.
Das Funktionsprinzip des Geräts
Unter einem Quantengenerator versteht man in diesem Fall ein Lasergerät, das im optischen Bereich unter Bedingungen stimulierter monochromatischer, elektromagnetischer oder kohärenter Strahlung arbeitet. Der eigentliche Ursprung des Wortes Laser in der Übersetzung weist auf die Wirkung der Lichtverstärkung hin.durch stimulierte Emission. Bis heute gibt es mehrere Konzepte für die Implementierung eines Lasergeräts, was auf die Mehrdeutigkeit der Funktionsprinzipien eines optischen Quantengenerators unter verschiedenen Bedingungen zurückzuführen ist.
Der entscheidende Unterschied ist das Prinzip der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit der Zielsubstanz. Bei der Strahlung wird Energie in bestimmten Portionen (Quanten) zugeführt, wodurch Sie die Art der Wirkung des Emitters auf die Arbeitsumgebung oder das Material des Zielobjekts steuern können. Zu den grundlegenden Parametern, mit denen Sie die elektrochemischen und optischen Effekte des Lasers einstellen können, gehören Fokussierung, Grad der Flusskonzentration, Wellenlänge, Richtwirkung usw. Bei einigen technologischen Prozessen spielt auch der Zeitmodus der Strahlung eine Rolle Rolle - zum Beispiel können Pulse eine Dauer von Bruchteilen von Sekunden bis zu mehreren zehn Femtosekunden haben, mit Intervallen, die von einem Moment bis zu mehreren Jahren reichen.
Synergetische Laserstruktur
Zu Beginn des Konzepts eines optischen Lasers wurde das System der Quantenstrahlung physikalisch allgemein als eine Form der Selbstorganisation mehrerer Energiekomponenten verstanden. So entstand das Konzept der Synergetik, das es ermöglichte, die wichtigsten Eigenschaften und Stadien der evolutionären Entwicklung des Lasers zu formulieren. Unabhängig von der Art und dem Funktionsprinzip des Lasers ist der Schlüsselfaktor für seine Wirkung das Überschreiten des Gleichgewichts der leichten Atome, wenn das System instabil und gleichzeitig offen wird.
Abweichungen in der räumlichen Symmetrie der Strahlung schaffen Bedingungen für das Auftreten eines PulsesFluss. Ab einem bestimmten Pumpwert (Abweichung) wird der optische Quantengenerator kohärenter Strahlung steuerbar und wandelt sich in eine geordnete dissipative Struktur mit Elementen eines selbstorganisierenden Systems um. Unter bestimmten Bedingungen kann das Gerät zyklisch im gepulsten Strahlungsmodus arbeiten, und seine Änderungen führen zu chaotischen Pulsationen.
Laserbearbeitungskomponenten
Nun lohnt es sich, vom Funktionsprinzip zu konkreten physikalischen und technischen Bedingungen überzugehen, unter denen ein Lasersystem mit bestimmten Eigenschaften arbeitet. Das wichtigste im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit optischer Quantengeneratoren ist das aktive Medium. Davon hängt insbesondere die Intensität der Verstärkung des Flusses, die Eigenschaften der Rückkopplung und das optische Signal insgesamt ab. Beispielsweise kann Strahlung in einem Gasgemisch auftreten, mit dem die meisten Lasergeräte heutzutage arbeiten.
Die nächste Komponente wird durch eine Energiequelle repräsentiert. Mit seiner Hilfe werden Bedingungen geschaffen, um die Inversion der Atompopulation des aktiven Mediums aufrechtzuerh alten. Wenn wir eine Analogie zu einer synergistischen Struktur ziehen, dann ist es die Energiequelle, die als eine Art Faktor bei der Abweichung des Lichts vom Normalzustand wirkt. Je stärker die Unterstützung, desto höher das Pumpen des Systems und desto effektiver der Lasereffekt. Die dritte Komponente der Arbeitsinfrastruktur ist der Resonator, der beim Durchgang durch die Arbeitsumgebung eine Mehrfachstrahlung bereitstellt. Das gleiche Bauteil trägt sinnvoll zur Abgabe optischer Strahlung beiSpektrum.
He-Ne-Lasergerät
Der gebräuchlichste Formfaktor eines modernen Lasers, dessen strukturelle Basis eine Gasentladungsröhre, optische Resonatorspiegel und eine elektrische Stromversorgung sind. Als Arbeitsmedium (Tubenfüller) wird, wie der Name schon sagt, eine Mischung aus Helium und Neon verwendet. Das Rohr selbst besteht aus Quarzglas. Die Dicke der zylindrischen Standardstrukturen variiert zwischen 4 und 15 mm und die Länge zwischen 5 cm und 3 m. An den Enden der Rohre sind sie mit flachen Gläsern mit einer leichten Neigung verschlossen, was eine ausreichende Laserpolarisation gewährleistet.
Ein optischer Quantengenerator auf Basis einer Helium-Neon-Mischung hat eine kleine spektrale Breite der Emissionsbanden in der Größenordnung von 1,5 GHz. Diese Eigenschaft bietet eine Reihe von betrieblichen Vorteilen, die den Erfolg des Geräts in der Interferometrie, Lesegeräten für visuelle Informationen, Spektroskopie usw. ausmachen.
Halbleiterlaser
Die Stelle des Arbeitsmediums in solchen Geräten nimmt ein Halbleiter ein, der auf kristallinen Elementen in Form von Verunreinigungen mit Atomen einer drei- oder fünfwertigen Chemikalie (Silizium, Indium) basiert. Dieser Laser steht in Sachen Leitfähigkeit zwischen Dielektrika und vollwertigen Leitern. Der Unterschied in den Arbeitsqualitäten geht durch die Parameter der Temperaturwerte, der Konzentration von Verunreinigungen und der Art der physikalischen Einwirkung auf das Zielmaterial. In diesem Fall kann die Energiequelle des Pumpens Elektrizität sein,magnetische Strahlung oder Elektronenstrahl.
Das Gerät eines optischen Halbleiter-Quantengenerators verwendet häufig eine leistungsstarke LED aus einem festen Material, das große Energiemengen ansammeln kann. Eine andere Sache ist, dass die Arbeit unter erhöhten elektrischen und mechanischen Belastungen schnell zum Verschleiß der Arbeitselemente führt.
Farblasergerät
Diese Art von optischen Generatoren legte den Grundstein für die Entstehung einer neuen Richtung in der Lasertechnologie, die mit einer Pulsdauer von bis zu Pikosekunden arbeitet. Möglich wurde dies durch die Verwendung organischer Farbstoffe als aktives Medium, aber ein anderer Laser, meist ein Argonlaser, sollte die Pumpfunktionen übernehmen.
Wie beim Design von optischen Quantengeneratoren auf Farbstoffen wird eine spezielle Basis in Form einer Küvette verwendet, um ultrakurze Pulse bereitzustellen, bei denen Vakuumbedingungen entstehen. Modelle mit einem Ringresonator in einer solchen Umgebung ermöglichen das Pumpen von flüssigem Farbstoff mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s.
Eigenschaften von Glasfaserstrahlern
Eine Art Lasergerät, bei dem die Funktionen eines Resonators von einer optischen Faser ausgeführt werden. Vom Standpunkt der Betriebseigenschaften ist dieser Generator hinsichtlich des Volumens der optischen Strahlung am produktivsten. Und dies trotz der Tatsache, dass das Design des Geräts im Vergleich zu anderen Lasertypen eine sehr bescheidene Größe hat.
KZu den Merkmalen derartiger optischer Quantengeneratoren gehört auch die Vielseitigkeit hinsichtlich der Anschlussmöglichkeiten von Pumpquellen. Üblicherweise werden dazu ganze Gruppen von Lichtwellenleitern verwendet, die mit einem Wirkstoff zu Modulen kombiniert werden, was ebenfalls zur strukturellen und funktionellen Optimierung des Gerätes beiträgt.
Implementierung des Managementsystems
Die Mehrzahl der Geräte basiert auf elektrischer Basis, wodurch direkt oder indirekt Energie gepumpt wird. In einfachsten Systemen werden über dieses Stromversorgungssystem Leistungsindikatoren überwacht, die die Strahlungsintensität innerhalb eines bestimmten optischen Bereichs beeinflussen.
Professionelle Quantengeneratoren enth alten auch eine entwickelte optische Infrastruktur zur Flusskontrolle. Durch solche Module werden insbesondere die Richtung der Düse, die Leistung und Länge des Impulses, die Frequenz, die Temperatur und andere Betriebseigenschaften gesteuert.
Einsatzgebiete von Lasern
Obwohl optische Generatoren immer noch Geräte mit noch nicht vollständig offenbarten Fähigkeiten sind, ist es heute schwierig, einen Bereich zu nennen, in dem sie nicht verwendet würden. Sie lieferten der Industrie den wertvollsten praktischen Effekt als hocheffizientes Werkzeug zum Schneiden von Vollmaterial zu minimalen Kosten.
Optische Quantengeneratoren werden auch in medizinischen Verfahren in Bezug auf Augenmikrochirurgie und Kosmetologie häufig eingesetzt. Zum Beispiel ein Universallasersogenannte blutleere Skalpelle sind zu einem Instrument in der Medizin geworden, mit dem biologisches Gewebe nicht nur seziert, sondern auch verbunden werden kann.
Schlussfolgerung
Heute gibt es mehrere vielversprechende Richtungen in der Entwicklung optischer Strahlungsgeneratoren. Zu den beliebtesten gehören die Schicht-für-Schicht-Synthesetechnologie, 3D-Modellierung, das Konzept der Kombination mit Robotik (Lasertracker) usw. Es wird jeweils davon ausgegangen, dass optische Quantengeneratoren ihre eigene spezielle Anwendung haben werden - von der Oberflächenbearbeitung von Materialien und ultraschneller Herstellung von Verbundprodukten bis hin zur Brandlöschung mittels Strahlung.
Natürlich erfordern komplexere Aufgaben eine Leistungssteigerung der Lasertechnologie, wodurch auch die Gefahrenschwelle erhöht wird. Wenn heute der Hauptgrund für die Gewährleistung der Sicherheit bei der Arbeit mit solchen Geräten die schädliche Wirkung auf die Augen ist, können wir in Zukunft über den besonderen Schutz von Materialien und Objekten sprechen, in deren Nähe die Verwendung von Geräten organisiert ist.
