Οι καρποί της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου δεν βρίσκουν πάντα τη συγκεκριμένη πρακτική έκφραση αμέσως μετά την προετοιμασία της θεωρητικής βάσης. Αυτό συνέβη με την τεχνολογία λέιζερ, οι δυνατότητες της οποίας δεν έχουν αποκαλυφθεί πλήρως μέχρι στιγμής. Η θεωρία των οπτικών κβαντικών γεννητριών, βάσει της οποίας δημιουργήθηκε η έννοια των συσκευών που εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, κατακτήθηκε εν μέρει λόγω της βελτιστοποίησης της τεχνολογίας λέιζερ. Ωστόσο, οι ειδικοί σημειώνουν ότι το δυναμικό της οπτικής ακτινοβολίας μπορεί να γίνει η βάση για μια σειρά ανακαλύψεων στο μέλλον.
Η αρχή λειτουργίας της συσκευής
Σε αυτή την περίπτωση, μια κβαντική γεννήτρια νοείται ως μια συσκευή λέιζερ που λειτουργεί στην οπτική περιοχή υπό συνθήκες διεγερμένης μονοχρωματικής, ηλεκτρομαγνητικής ή συνεκτικής ακτινοβολίας. Η ίδια η προέλευση της λέξης λέιζερ στη μετάφραση υποδηλώνει την επίδραση της ενίσχυσης του φωτός.με διεγερμένη εκπομπή. Μέχρι σήμερα, υπάρχουν αρκετές έννοιες για την υλοποίηση μιας συσκευής λέιζερ, κάτι που οφείλεται στην ασάφεια των αρχών λειτουργίας μιας οπτικής κβαντικής γεννήτριας σε διαφορετικές συνθήκες.
Η βασική διαφορά είναι η αρχή της αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας λέιζερ με την ουσία στόχο. Κατά τη διαδικασία της ακτινοβολίας, η ενέργεια παρέχεται σε ορισμένα τμήματα (κβάντα), γεγονός που σας επιτρέπει να ελέγχετε τη φύση της επίδρασης του εκπομπού στο περιβάλλον εργασίας ή στο υλικό του αντικειμένου στόχου. Μεταξύ των βασικών παραμέτρων που σας επιτρέπουν να προσαρμόσετε τα επίπεδα ηλεκτροχημικών και οπτικών επιδράσεων του λέιζερ, διακρίνονται η εστίαση, ο βαθμός συγκέντρωσης ροής, το μήκος κύματος, η κατευθυντικότητα κ.λπ.. Σε ορισμένες τεχνολογικές διαδικασίες, ο χρόνος ακτινοβολίας παίζει επίσης ρόλος - για παράδειγμα, οι παλμοί μπορεί να έχουν διάρκεια από κλάσματα δευτερολέπτων έως δεκάδες femtoseconds με διαστήματα που κυμαίνονται από μια στιγμή έως αρκετά χρόνια.
Συνεργική δομή λέιζερ
Στην αυγή της ιδέας ενός οπτικού λέιζερ, το σύστημα κβαντικής ακτινοβολίας από φυσικούς όρους ήταν συνήθως κατανοητό ως μια μορφή αυτοοργάνωσης πολλών ενεργειακών συστατικών. Έτσι, διαμορφώθηκε η έννοια της συνεργίας, η οποία κατέστησε δυνατή τη διαμόρφωση των κύριων ιδιοτήτων και σταδίων της εξελικτικής ανάπτυξης του λέιζερ. Ανεξάρτητα από τον τύπο και την αρχή λειτουργίας του λέιζερ, ο βασικός παράγοντας της δράσης του είναι η υπέρβαση της ισορροπίας των ατόμων φωτός, όταν το σύστημα γίνεται ασταθές και ταυτόχρονα ανοιχτό.
Αποκλίσεις στη χωρική συμμετρία της ακτινοβολίας δημιουργούν συνθήκες για την εμφάνιση παλμικούροή. Αφού φτάσει σε μια ορισμένη τιμή άντλησης (απόκλιση), η οπτική κβαντική γεννήτρια συνεκτικής ακτινοβολίας γίνεται ελεγχόμενη και μετατρέπεται σε μια διατεταγμένη δομή διάχυσης με στοιχεία ενός αυτοοργανωτικού συστήματος. Υπό ορισμένες συνθήκες, η συσκευή μπορεί να λειτουργεί σε λειτουργία παλμικής ακτινοβολίας κυκλικά και οι αλλαγές της θα οδηγήσουν σε χαοτικούς παλμούς.
Στοιχεία που λειτουργούν με λέιζερ
Τώρα αξίζει να περάσουμε από την αρχή της λειτουργίας σε συγκεκριμένες φυσικές και τεχνικές συνθήκες στις οποίες λειτουργεί ένα σύστημα λέιζερ με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Το πιο σημαντικό, από την άποψη της απόδοσης των οπτικών κβαντικών γεννητριών, είναι το ενεργό μέσο. Από αυτό, συγκεκριμένα, εξαρτάται από την ένταση της ενίσχυσης της ροής, τις ιδιότητες της ανάδρασης και το οπτικό σήμα στο σύνολό του. Για παράδειγμα, η ακτινοβολία μπορεί να συμβεί σε ένα μείγμα αερίων στο οποίο λειτουργούν σήμερα οι περισσότερες συσκευές λέιζερ.
Το επόμενο στοιχείο αντιπροσωπεύεται από μια πηγή ενέργειας. Με τη βοήθειά του δημιουργούνται συνθήκες για να διατηρηθεί η αντιστροφή του πληθυσμού των ατόμων του ενεργού μέσου. Εάν σχεδιάσουμε μια αναλογία με μια συνεργιστική δομή, τότε είναι η πηγή ενέργειας που θα λειτουργήσει ως ένα είδος παράγοντα στην απόκλιση του φωτός από την κανονική κατάσταση. Όσο πιο ισχυρή είναι η υποστήριξη, τόσο μεγαλύτερη είναι η άντληση του συστήματος και τόσο πιο αποτελεσματικό είναι το φαινόμενο λέιζερ. Το τρίτο συστατικό της υποδομής εργασίας είναι ο συντονιστής, ο οποίος παρέχει πολλαπλή ακτινοβολία καθώς διέρχεται από το περιβάλλον εργασίας. Το ίδιο συστατικό συμβάλλει στην έξοδο της οπτικής ακτινοβολίας σε ένα χρήσιμοφάσμα.
Συσκευή λέιζερ He-Ne
Ο πιο κοινός παράγοντας μορφής ενός σύγχρονου λέιζερ, η δομική βάση του οποίου είναι ένας σωλήνας εκκένωσης αερίου, κάτοπτρα οπτικών αντηχείων και μια παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Ως μέσο εργασίας (πλήρωσης σωλήνων) χρησιμοποιείται ένα μείγμα ηλίου και νέον, όπως υποδηλώνει το όνομα. Ο ίδιος ο σωλήνας είναι κατασκευασμένος από γυαλί χαλαζία. Το πάχος των τυπικών κυλινδρικών κατασκευών κυμαίνεται από 4 έως 15 mm και το μήκος κυμαίνεται από 5 cm έως 3 m. Στα άκρα των σωλήνων, κλείνουν με επίπεδα γυαλιά με μικρή κλίση, η οποία εξασφαλίζει επαρκές επίπεδο πόλωσης λέιζερ.
Μια οπτική κβαντική γεννήτρια που βασίζεται σε μίγμα ηλίου-νέον έχει μικρό φασματικό πλάτος ζωνών εκπομπής της τάξης του 1,5 GHz. Αυτό το χαρακτηριστικό παρέχει μια σειρά από λειτουργικά πλεονεκτήματα, τα οποία προκαλούν την επιτυχία της συσκευής στη συμβολομετρία, τους αναγνώστες οπτικών πληροφοριών, τη φασματοσκοπία κ.λπ.
Συσκευή λέιζερ ημιαγωγών
Η θέση του μέσου εργασίας σε τέτοιες συσκευές καταλαμβάνεται από έναν ημιαγωγό, ο οποίος βασίζεται σε κρυσταλλικά στοιχεία με τη μορφή ακαθαρσιών με άτομα τρισθενούς ή πεντασθενούς χημικής ουσίας (πυρίτιο, ίνδιο). Όσον αφορά την αγωγιμότητα, αυτό το λέιζερ βρίσκεται ανάμεσα σε διηλεκτρικά και πλήρεις αγωγούς. Η διαφορά στις ποιότητες εργασίας διέρχεται από τις παραμέτρους των τιμών θερμοκρασίας, τη συγκέντρωση των ακαθαρσιών και τη φύση της φυσικής επίδρασης στο υλικό στόχο. Σε αυτή την περίπτωση, η πηγή ενέργειας της άντλησης μπορεί να είναι η ηλεκτρική ενέργεια,μαγνητική ακτινοβολία ή δέσμη ηλεκτρονίων.
Η συσκευή μιας κβαντικής γεννήτριας οπτικών ημιαγωγών χρησιμοποιεί συχνά ένα ισχυρό LED κατασκευασμένο από στερεό υλικό, το οποίο μπορεί να συσσωρεύσει μεγάλες ποσότητες ενέργειας. Ένα άλλο πράγμα είναι ότι η εργασία σε συνθήκες αυξημένων ηλεκτρικών και μηχανικών φορτίων οδηγεί γρήγορα σε φθορά των στοιχείων εργασίας.
Συσκευή λέιζερ βαφής
Αυτός ο τύπος οπτικών γεννητριών έθεσε τα θεμέλια για το σχηματισμό μιας νέας κατεύθυνσης στην τεχνολογία λέιζερ, που λειτουργεί με διάρκεια παλμού έως και picoseconds. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω της χρήσης οργανικών βαφών ως ενεργού μέσου, αλλά ένα άλλο λέιζερ, συνήθως ένα αργό, θα έπρεπε να εκτελεί τις λειτουργίες άντλησης.
Όσον αφορά τον σχεδιασμό οπτικών κβαντικών γεννητριών σε βαφές, χρησιμοποιείται μια ειδική βάση με τη μορφή κυψελίδας για την παροχή εξαιρετικά βραχέων παλμών, όπου δημιουργούνται συνθήκες κενού. Τα μοντέλα με αντηχείο δακτυλίου σε τέτοιο περιβάλλον επιτρέπουν την άντληση υγρής βαφής με ταχύτητες έως και 10 m/s.
Χαρακτηριστικά των εκπομπών οπτικών ινών
Ένας τύπος συσκευής λέιζερ στην οποία οι λειτουργίες ενός συντονιστή εκτελούνται από μια οπτική ίνα. Από την άποψη των λειτουργικών ιδιοτήτων, αυτή η γεννήτρια είναι η πιο παραγωγική όσον αφορά τον όγκο της οπτικής ακτινοβολίας. Και αυτό παρά το γεγονός ότι ο σχεδιασμός της συσκευής έχει πολύ μέτριο μέγεθος σε σύγκριση με άλλους τύπους λέιζερ.
ΚΤα χαρακτηριστικά των οπτικών κβαντικών γεννητριών αυτού του είδους περιλαμβάνουν επίσης την ευελιξία όσον αφορά τις δυνατότητες σύνδεσης πηγών αντλίας. Συνήθως, για αυτό χρησιμοποιούνται ολόκληρες ομάδες οπτικών κυματοδηγών, οι οποίοι συνδυάζονται σε μονάδες με μια δραστική ουσία, η οποία συμβάλλει επίσης στη δομική και λειτουργική βελτιστοποίηση της συσκευής.
Εφαρμογή του συστήματος διαχείρισης
Η πλειοψηφία των συσκευών βασίζεται σε ηλεκτρική βάση, λόγω της οποίας η άντληση ενέργειας παρέχεται άμεσα ή έμμεσα. Στα πιο απλά συστήματα, μέσω αυτού του συστήματος τροφοδοσίας, παρακολουθούνται δείκτες ισχύος που επηρεάζουν την ένταση της ακτινοβολίας μέσα σε ένα συγκεκριμένο οπτικό εύρος.
Οι επαγγελματικές κβαντικές γεννήτριες περιέχουν επίσης μια ανεπτυγμένη οπτική υποδομή για έλεγχο ροής. Μέσω τέτοιων μονάδων, ειδικότερα, ελέγχεται η κατεύθυνση του ακροφυσίου, η ισχύς και το μήκος του παλμού, η συχνότητα, η θερμοκρασία και άλλα λειτουργικά χαρακτηριστικά.
Πεδία εφαρμογής λέιζερ
Αν και οι οπτικές γεννήτριες εξακολουθούν να είναι συσκευές με δυνατότητες που δεν έχουν ακόμη αποκαλυφθεί πλήρως, σήμερα είναι δύσκολο να ονομάσουμε μια περιοχή όπου δεν θα χρησιμοποιούνται. Έδωσαν στη βιομηχανία το πιο πολύτιμο πρακτικό αποτέλεσμα ως ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό εργαλείο για την κοπή στερεών υλικών με ελάχιστο κόστος.
Οι οπτικές κβαντικές γεννήτριες χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως σε ιατρικές μεθόδους σε σχέση με τη μικροχειρουργική των ματιών και την κοσμετολογία. Για παράδειγμα, ένα καθολικό λέιζερΤα λεγόμενα αναίμακτα νυστέρια έχουν γίνει όργανο στην ιατρική, επιτρέποντας όχι μόνο την ανατομή, αλλά και τη σύνδεση βιολογικών ιστών.
Συμπέρασμα
Σήμερα, υπάρχουν πολλές υποσχόμενες κατευθύνσεις για την ανάπτυξη των γεννητριών οπτικής ακτινοβολίας. Οι πιο δημοφιλείς περιλαμβάνουν τεχνολογία σύνθεσης layer-by-layer, 3D modeling, την έννοια του συνδυασμού με ρομποτική (laser trackers) κ.λπ. Σε κάθε περίπτωση, θεωρείται ότι οι οπτικές κβαντικές γεννήτριες θα έχουν τη δική τους ειδική εφαρμογή - από την επεξεργασία επιφάνειας υλικών και εξαιρετικά γρήγορη δημιουργία σύνθετων προϊόντων για την πυρόσβεση με ακτινοβολία.
Προφανώς, πιο σύνθετες εργασίες θα απαιτήσουν αύξηση της ισχύος της τεχνολογίας λέιζερ, με αποτέλεσμα να αυξηθεί και το όριο της επικινδυνότητάς της. Εάν σήμερα ο κύριος λόγος για την εξασφάλιση της ασφάλειας κατά την εργασία με τέτοιο εξοπλισμό είναι η επιβλαβής επίδρασή του στα μάτια, τότε στο μέλλον μπορούμε να μιλήσουμε για ειδική προστασία υλικών και αντικειμένων κοντά στα οποία οργανώνεται η χρήση του εξοπλισμού.
