Buah kemajuan saintifik dan teknologi tidak selalunya menemui ekspresi praktikal konkritnya sejurus selepas penyediaan asas teori. Ini berlaku dengan teknologi laser, yang kemungkinannya belum didedahkan sepenuhnya setakat ini. Teori penjana kuantum optik, berdasarkan konsep peranti yang memancarkan sinaran elektromagnet dicipta, sebahagiannya dikuasai kerana pengoptimuman teknologi laser. Walau bagaimanapun, pakar menyatakan bahawa potensi sinaran optik boleh menjadi asas kepada beberapa penemuan pada masa hadapan.
Prinsip pengendalian peranti
Dalam kes ini, penjana kuantum difahami sebagai peranti laser yang beroperasi dalam julat optik dalam keadaan sinaran monokromatik, elektromagnet atau koheren yang dirangsang. Asal kata laser dalam terjemahan menunjukkan kesan penguatan cahaya.oleh pelepasan yang dirangsang. Sehingga kini, terdapat beberapa konsep untuk pelaksanaan peranti laser, yang disebabkan oleh kekaburan prinsip operasi penjana kuantum optik dalam keadaan berbeza.
Perbezaan utama ialah prinsip interaksi sinaran laser dengan bahan sasaran. Dalam proses sinaran, tenaga dibekalkan dalam bahagian tertentu (quanta), yang membolehkan anda mengawal sifat kesan pemancar pada persekitaran kerja atau bahan objek sasaran. Antara parameter asas yang membolehkan anda melaraskan tahap kesan elektrokimia dan optik laser, pemfokusan, tahap kepekatan fluks, panjang gelombang, arah, dsb. dibezakan. Dalam sesetengah proses teknologi, mod masa sinaran juga memainkan peranan - contohnya, denyutan boleh mempunyai tempoh pecahan saat hingga puluhan femtosaat dengan selang antara satu saat hingga beberapa tahun.
Struktur laser sinergik
Pada permulaan konsep laser optik, sistem sinaran kuantum dari segi fizikal lazimnya difahami sebagai satu bentuk penyusunan diri beberapa komponen tenaga. Oleh itu, konsep sinergi telah dibentuk, yang memungkinkan untuk merumuskan sifat utama dan peringkat perkembangan evolusi laser. Tidak kira jenis dan prinsip operasi laser, faktor utama dalam tindakannya adalah melangkaui keseimbangan atom cahaya, apabila sistem menjadi tidak stabil dan pada masa yang sama terbuka.
Penyimpangan dalam simetri spatial sinaran mewujudkan keadaan untuk penampilan denyutanaliran. Selepas mencapai nilai pengepaman tertentu (penyimpangan), penjana kuantum optik sinaran koheren menjadi terkawal dan berubah menjadi struktur dissipative yang teratur dengan unsur-unsur sistem penyusunan sendiri. Dalam keadaan tertentu, peranti boleh beroperasi dalam mod sinaran berdenyut secara kitaran, dan perubahannya akan membawa kepada denyutan huru-hara.
Komponen berfungsi laser
Kini adalah berbaloi untuk beralih daripada prinsip operasi kepada keadaan fizikal dan teknikal tertentu di mana sistem laser dengan ciri-ciri tertentu beroperasi. Yang paling penting, dari sudut pandangan prestasi penjana kuantum optik, adalah medium aktif. Daripadanya, khususnya, bergantung pada keamatan penguatan aliran, sifat maklum balas dan isyarat optik secara keseluruhan. Contohnya, sinaran boleh berlaku dalam campuran gas yang kebanyakan peranti laser hari ini beroperasi.
Komponen seterusnya diwakili oleh sumber tenaga. Dengan bantuannya, keadaan dicipta untuk mengekalkan penyongsangan populasi atom medium aktif. Jika kita membuat analogi dengan struktur sinergistik, maka sumber tenagalah yang akan bertindak sebagai sejenis faktor dalam sisihan cahaya dari keadaan normal. Lebih kuat sokongan, lebih tinggi pengepaman sistem dan lebih berkesan kesan laser. Komponen ketiga infrastruktur kerja ialah resonator, yang menyediakan pelbagai sinaran semasa ia melalui persekitaran kerja. Komponen yang sama menyumbang kepada keluaran sinaran optik dalam yang bergunaspektrum.
Peranti laser He-Ne
Faktor bentuk yang paling biasa bagi laser moden, asas strukturnya ialah tiub nyahcas gas, cermin resonator optik dan bekalan kuasa elektrik. Sebagai medium kerja (pengisi tiub) campuran helium dan neon digunakan, seperti namanya. Tiub itu sendiri diperbuat daripada kaca kuarza. Ketebalan struktur silinder standard berbeza dari 4 hingga 15 mm, dan panjangnya berbeza dari 5 cm hingga 3 m. Di hujung paip, mereka ditutup dengan cermin mata rata dengan cerun sedikit, yang memastikan tahap polarisasi laser yang mencukupi.
Penjana kuantum optik berasaskan campuran helium-neon mempunyai lebar spektrum kecil jalur pancaran tertib 1.5 GHz. Ciri ini memberikan beberapa kelebihan operasi, menyebabkan kejayaan peranti dalam interferometri, pembaca maklumat visual, spektroskopi, dsb.
Peranti laser semikonduktor
Tempat medium kerja dalam peranti sedemikian diduduki oleh semikonduktor, yang berasaskan unsur kristal dalam bentuk kekotoran dengan atom bahan kimia tri- atau pentavalen (silikon, indium). Dari segi kekonduksian, laser ini berdiri di antara dielektrik dan konduktor penuh. Perbezaan dalam kualiti kerja melepasi parameter nilai suhu, kepekatan kekotoran dan sifat kesan fizikal pada bahan sasaran. Dalam kes ini, sumber tenaga mengepam boleh menjadi elektrik,sinaran magnetik atau pancaran elektron.
Peranti penjana kuantum semikonduktor optik sering menggunakan LED berkuasa yang diperbuat daripada bahan pepejal, yang boleh mengumpul sejumlah besar tenaga. Perkara lain ialah kerja dalam keadaan beban elektrik dan mekanikal yang meningkat dengan cepat menyebabkan kehausan elemen kerja.
Peranti laser pewarna
Penjana optik jenis ini meletakkan asas untuk pembentukan arah baharu dalam teknologi laser, beroperasi dengan tempoh nadi sehingga picosaat. Ini menjadi mungkin kerana penggunaan pewarna organik sebagai medium aktif, tetapi laser lain, biasanya argon, harus melaksanakan fungsi pengepaman.
Bagi reka bentuk penjana kuantum optik pada pewarna, tapak khas dalam bentuk kuvet digunakan untuk menyediakan denyutan ultrashort, di mana keadaan vakum terbentuk. Model dengan resonator gelang dalam persekitaran sedemikian membenarkan mengepam pewarna cecair pada kelajuan sehingga 10 m/s.
Ciri pemancar gentian optik
Sejenis peranti laser di mana fungsi resonator dilakukan oleh gentian optik. Dari sudut sifat operasi, penjana ini adalah yang paling produktif dari segi jumlah sinaran optik. Dan ini walaupun pada hakikatnya reka bentuk peranti mempunyai saiz yang sangat sederhana berbanding jenis laser lain.
KCiri-ciri penjana kuantum optik jenis ini juga termasuk serba boleh dari segi kemungkinan menyambungkan sumber pam. Biasanya, keseluruhan kumpulan pandu gelombang optik digunakan untuk ini, yang digabungkan menjadi modul dengan bahan aktif, yang turut menyumbang kepada pengoptimuman struktur dan fungsi peranti.
Pelaksanaan sistem pengurusan
Majoriti peranti adalah berdasarkan asas elektrik, yang mana pengepaman tenaga disediakan secara langsung atau tidak langsung. Dalam sistem paling mudah, melalui sistem bekalan kuasa ini, penunjuk kuasa dipantau yang mempengaruhi keamatan sinaran dalam julat optik tertentu.
Penjana kuantum profesional juga mengandungi infrastruktur optik yang dibangunkan untuk kawalan aliran. Melalui modul sedemikian, khususnya, arah muncung, kuasa dan panjang nadi, kekerapan, suhu dan ciri operasi lain dikawal.
Bidang penggunaan laser
Walaupun penjana optik masih merupakan peranti dengan keupayaan yang belum didedahkan sepenuhnya, hari ini sukar untuk menamakan kawasan yang tidak akan digunakan. Mereka memberikan industri kesan praktikal yang paling berharga sebagai alat yang sangat cekap untuk memotong bahan pepejal pada kos yang minimum.
Penjana kuantum optik juga digunakan secara meluas dalam kaedah perubatan berhubung dengan pembedahan mikro mata dan kosmetologi. Sebagai contoh, laser universalapa yang dipanggil pisau bedah tanpa darah telah menjadi alat dalam perubatan, yang membolehkan bukan sahaja untuk membedah, tetapi juga untuk menyambung tisu biologi.
Kesimpulan
Hari ini, terdapat beberapa arah yang menjanjikan dalam pembangunan penjana sinaran optik. Yang paling popular termasuk teknologi sintesis lapisan demi lapisan, pemodelan 3D, konsep penggabungan dengan robotik (penjejak laser), dll. Dalam setiap kes, diandaikan bahawa penjana kuantum optik akan mempunyai aplikasi khas mereka sendiri - dari pemprosesan permukaan bahan dan penciptaan produk komposit yang sangat pantas kepada pemadam api melalui sinaran.
Jelas sekali, tugas yang lebih kompleks memerlukan peningkatan kuasa teknologi laser, akibatnya ambang bahayanya juga akan meningkat. Jika hari ini sebab utama untuk memastikan keselamatan apabila bekerja dengan peralatan sedemikian adalah kesan berbahayanya pada mata, maka pada masa hadapan kita boleh bercakap tentang perlindungan khas bahan dan objek yang berdekatan dengan penggunaan peralatan itu.
