მეცნიერული და ტექნოლოგიური პროგრესის ნაყოფი ყოველთვის ვერ პოულობს კონკრეტულ პრაქტიკულ გამოხატულებას თეორიული საფუძვლის მომზადებისთანავე. ეს მოხდა ლაზერული ტექნოლოგიით, რომლის შესაძლებლობები ჯერჯერობით ბოლომდე არ არის გამჟღავნებული. ოპტიკური კვანტური გენერატორების თეორია, რომლის საფუძველზეც შეიქმნა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამოსხივების მოწყობილობების კონცეფცია, ნაწილობრივ აითვისა ლაზერული ტექნოლოგიის ოპტიმიზაციის გამო. თუმცა, ექსპერტები აღნიშნავენ, რომ ოპტიკური გამოსხივების პოტენციალი შეიძლება გახდეს მრავალი აღმოჩენის საფუძველი მომავალში.
მოწყობილობის მუშაობის პრინციპი
ამ შემთხვევაში, კვანტური გენერატორი გაგებულია, როგორც ლაზერული მოწყობილობა, რომელიც მუშაობს ოპტიკურ დიაპაზონში სტიმულირებული მონოქრომატული, ელექტრომაგნიტური ან თანმიმდევრული გამოსხივების პირობებში. სიტყვა ლაზერის წარმოშობა თარგმანში მიუთითებს სინათლის გაძლიერების ეფექტზე.სტიმულირებული გამონაბოლქვით. დღეისათვის არსებობს ლაზერული მოწყობილობის დანერგვის რამდენიმე კონცეფცია, რაც განპირობებულია სხვადასხვა პირობებში ოპტიკური კვანტური გენერატორის მუშაობის პრინციპების გაურკვევლობით.
მთავარი განსხვავება არის ლაზერული გამოსხივების ურთიერთქმედების პრინციპი სამიზნე ნივთიერებასთან. გამოსხივების პროცესში ენერგია მიეწოდება გარკვეულ ნაწილებს (კვანტებს), რაც საშუალებას გაძლევთ აკონტროლოთ ემიტერის ზემოქმედების ბუნება სამუშაო გარემოზე ან სამიზნე ობიექტის მასალაზე. ძირითად პარამეტრებს შორის, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ დაარეგულიროთ ლაზერის ელექტროქიმიური და ოპტიკური ეფექტების დონეები, განასხვავებენ ფოკუსირებას, ნაკადის კონცენტრაციის ხარისხს, ტალღის სიგრძეს, მიმართულებას და ა.შ. ზოგიერთ ტექნოლოგიურ პროცესში გამოსხივების დროის რეჟიმი ასევე მოქმედებს. როლი - მაგალითად, პულსებს შეიძლება ჰქონდეთ ხანგრძლივობა წილადი წამიდან ათეულ ფემტოწამამდე, ინტერვალებით მომენტიდან რამდენიმე წლამდე.
სინერგიული ლაზერული სტრუქტურა
ოპტიკური ლაზერის კონცეფციის გარიჟრაჟზე, ფიზიკური თვალსაზრისით კვანტური გამოსხივების სისტემა საყოველთაოდ ესმოდა, როგორც რამდენიმე ენერგეტიკული კომპონენტის თვითორგანიზების ფორმა. ამრიგად, ჩამოყალიბდა სინერგეტიკის კონცეფცია, რამაც შესაძლებელი გახადა ლაზერის ევოლუციური განვითარების ძირითადი თვისებები და ეტაპები. ლაზერის ტიპისა და მოქმედების პრინციპის მიუხედავად, მისი მოქმედების მთავარი ფაქტორია სინათლის ატომების წონასწორობის მიღმა, როდესაც სისტემა ხდება არასტაბილური და ამავე დროს ღია.
გამოსხივების სივრცითი სიმეტრიის გადახრები ქმნის პირობებს პულსირებული გამოჩენისთვისნაკადი. ტუმბოს (გადახრის) გარკვეული მნიშვნელობის მიღწევის შემდეგ, თანმიმდევრული გამოსხივების ოპტიკური კვანტური გენერატორი ხდება კონტროლირებადი და გარდაიქმნება მოწესრიგებულ გაფანტულ სტრუქტურად თვითორგანიზებული სისტემის ელემენტებით. გარკვეულ პირობებში, მოწყობილობას შეუძლია იმპულსური გამოსხივების რეჟიმში ციკლურად მუშაობა და მისი ცვლილებები გამოიწვევს ქაოტურ პულსაციას.
ლაზერული სამუშაო კომპონენტები
ახლა ღირს ექსპლუატაციის პრინციპიდან გადასვლა კონკრეტულ ფიზიკურ და ტექნიკურ პირობებზე, რომლებშიც მოქმედებს გარკვეული მახასიათებლების მქონე ლაზერული სისტემა. ყველაზე მნიშვნელოვანი, ოპტიკური კვანტური გენერატორების მუშაობის თვალსაზრისით, არის აქტიური გარემო. მისგან, კერძოდ, დამოკიდებულია ნაკადის გაძლიერების ინტენსივობაზე, უკუკავშირის თვისებებზე და მთლიანობაში ოპტიკურ სიგნალზე. მაგალითად, რადიაცია შეიძლება მოხდეს გაზის ნარევში, რომელზეც დღეს მუშაობს ლაზერული მოწყობილობების უმეტესობა.
შემდეგი კომპონენტი წარმოდგენილია ენერგიის წყაროთ. მისი დახმარებით იქმნება პირობები აქტიური საშუალების ატომების პოპულაციის ინვერსიის შესანარჩუნებლად. თუ ანალოგს გამოვიტანთ სინერგიულ სტრუქტურასთან, მაშინ ეს არის ენერგიის წყარო, რომელიც იმოქმედებს როგორც ერთგვარი ფაქტორი სინათლის ნორმალური მდგომარეობიდან გადახრისას. რაც უფრო ძლიერია საყრდენი, მით უფრო მაღალია სისტემის დატუმბვა და უფრო ეფექტურია ლაზერული ეფექტი. სამუშაო ინფრასტრუქტურის მესამე კომპონენტია რეზონატორი, რომელიც უზრუნველყოფს მრავალჯერად გამოსხივებას სამუშაო გარემოში გავლისას. იგივე კომპონენტი ხელს უწყობს ოპტიკური გამოსხივების გამომუშავებას სასარგებლოსპექტრი.
He-Ne ლაზერული მოწყობილობა
თანამედროვე ლაზერის ყველაზე გავრცელებული ფორმა ფაქტორი, რომლის სტრუქტურულ საფუძველს წარმოადგენს გაზის გამონადენი მილი, ოპტიკური რეზონატორის სარკეები და ელექტრომომარაგება. როგორც სამუშაო საშუალება (მილის შემავსებელი) გამოიყენება ჰელიუმის და ნეონის ნარევი, როგორც სახელი გულისხმობს. თავად მილი დამზადებულია კვარცის მინისგან. სტანდარტული ცილინდრული კონსტრუქციების სისქე მერყეობს 4-დან 15 მმ-მდე, ხოლო სიგრძე 5სმ-დან 3 მ-მდე, მილების ბოლოებში ისინი იკეტება ბრტყელი სათვალეებით მცირე დახრილობით, რაც უზრუნველყოფს ლაზერული პოლარიზაციის საკმარის დონეს..
ჰელიუმ-ნეონის ნარევზე დაფუძნებულ ოპტიკურ კვანტურ გენერატორს აქვს 1,5 გჰც-ის რიგის ემისიის ზოლების სპექტრული სიგანე. ეს მახასიათებელი იძლევა უამრავ ოპერაციულ უპირატესობას, რაც იწვევს მოწყობილობის წარმატებას ინტერფერომეტრიაში, ვიზუალური ინფორმაციის წამკითხველებში, სპექტროსკოპიაში და ა.შ.
ნახევარგამტარული ლაზერული მოწყობილობა
ამგვარ მოწყობილობებში სამუშაო გარემოს ადგილი უკავია ნახევარგამტარს, რომელიც დაფუძნებულია კრისტალურ ელემენტებზე მინარევების სახით სამ ან ხუთვალენტიანი ქიმიური ნივთიერების ატომებით (სილიციუმი, ინდიუმი). გამტარობის თვალსაზრისით, ეს ლაზერი დგას დიელექტრიკებსა და სრულფასოვან გამტარებს შორის. სამუშაო თვისებებში განსხვავება გადის ტემპერატურის მნიშვნელობების პარამეტრებზე, მინარევების კონცენტრაციაზე და სამიზნე მასალაზე ფიზიკური ზემოქმედების ბუნებაზე. ამ შემთხვევაში, ტუმბოს ენერგიის წყარო შეიძლება იყოს ელექტროენერგია,მაგნიტური გამოსხივება ან ელექტრონული სხივი.
ოპტიკური ნახევარგამტარული კვანტური გენერატორის მოწყობილობა ხშირად იყენებს მყარი მასალისგან დამზადებულ ძლიერ LED-ს, რომელსაც შეუძლია დიდი რაოდენობით ენერგიის დაგროვება. სხვა საქმეა, რომ გაზრდილი ელექტრული და მექანიკური დატვირთვის პირობებში მუშაობა სწრაფად იწვევს სამუშაო ელემენტების ცვეთას.
საღებავი ლაზერული მოწყობილობა
ამ ტიპის ოპტიკურმა გენერატორებმა საფუძველი ჩაუყარა ლაზერულ ტექნოლოგიაში ახალი მიმართულების ფორმირებას, რომელიც მუშაობს პიკოს წამამდე პულსის ხანგრძლივობით. ეს შესაძლებელი გახდა ორგანული საღებავების, როგორც აქტიური გარემოს გამოყენების გამო, მაგრამ სხვა ლაზერმა, ჩვეულებრივ არგონმა, უნდა შეასრულოს სატუმბი ფუნქციები.
რაც შეეხება საღებავებზე ოპტიკური კვანტური გენერატორების დიზაინს, ულტრამოკლე იმპულსების უზრუნველსაყოფად გამოიყენება სპეციალური ბაზა კუვეტის სახით, სადაც იქმნება ვაკუუმის პირობები. რგოლ-რეზონატორის მქონე მოდელები ასეთ გარემოში იძლევა თხევადი საღებავის ამოტუმბვას 10 მ/წმ-მდე სიჩქარით.
ბოჭკოვანი ემიტერების მახასიათებლები
ლაზერული მოწყობილობის ტიპი, რომელშიც რეზონატორის ფუნქციებს ოპტიკური ბოჭკო ასრულებს. ოპერაციული თვისებების თვალსაზრისით, ეს გენერატორი ყველაზე პროდუქტიულია ოპტიკური გამოსხივების მოცულობის თვალსაზრისით. და ეს მიუხედავად იმისა, რომ მოწყობილობის დიზაინს აქვს ძალიან მოკრძალებული ზომა სხვა ტიპის ლაზერებთან შედარებით.
Kამ ტიპის ოპტიკური კვანტური გენერატორების მახასიათებლები ასევე მოიცავს მრავალმხრივობას ტუმბოს წყაროების შეერთების შესაძლებლობის თვალსაზრისით. ჩვეულებრივ, ამისთვის გამოიყენება ოპტიკური ტალღების მთელი ჯგუფები, რომლებიც გაერთიანებულია მოდულებში აქტიურ ნივთიერებასთან, რაც ასევე ხელს უწყობს მოწყობილობის სტრუქტურულ და ფუნქციონალურ ოპტიმიზაციას.
მენეჯმენტის სისტემის დანერგვა
მოწყობილობების უმეტესობა დაფუძნებულია ელექტრულ ბაზაზე, რის გამოც ენერგიის ტუმბო უზრუნველყოფილია პირდაპირ ან ირიბად. უმარტივეს სისტემებში, ამ ელექტრომომარაგების სისტემის მეშვეობით, ხდება დენის ინდიკატორების მონიტორინგი, რომლებიც გავლენას ახდენენ გამოსხივების ინტენსივობაზე გარკვეული ოპტიკური დიაპაზონის ფარგლებში.
პროფესიული კვანტური გენერატორები ასევე შეიცავს განვითარებულ ოპტიკურ ინფრასტრუქტურას ნაკადის კონტროლისთვის. ასეთი მოდულების მეშვეობით, კერძოდ, კონტროლდება საქშენის მიმართულება, პულსის სიმძლავრე და სიგრძე, სიხშირე, ტემპერატურა და სხვა საოპერაციო მახასიათებლები.
ლაზერების გამოყენების ველები
მიუხედავად იმისა, რომ ოპტიკური გენერატორები ჯერ კიდევ არის მოწყობილობები, რომლებსაც ჯერ კიდევ არ აქვთ სრულად გამჟღავნებული შესაძლებლობები, დღეს ძნელია დასახელდეს ტერიტორია, სადაც ისინი არ გამოიყენებოდა. მათ მრეწველობას მისცეს ყველაზე ღირებული პრაქტიკული ეფექტი, როგორც მაღალეფექტური ხელსაწყო მყარი მასალების ჭრისთვის მინიმალურ ფასად.
ოპტიკური კვანტური გენერატორები ასევე ფართოდ გამოიყენება სამედიცინო მეთოდებში თვალის მიკროქირურგიასა და კოსმეტოლოგიაში. მაგალითად, უნივერსალური ლაზერიეგრეთ წოდებული უსისხლო სკალპელები მედიცინაში ინსტრუმენტად იქცა, რომელიც არა მხოლოდ გაკვეთის, არამედ ბიოლოგიური ქსოვილების შეერთების საშუალებას იძლევა.
დასკვნა
დღეს, არსებობს რამდენიმე პერსპექტიული მიმართულება ოპტიკური გამოსხივების გენერატორების განვითარებაში. მათ შორის ყველაზე პოპულარულია ფენა-ფენა სინთეზის ტექნოლოგია, 3D მოდელირება, რობოტიკასთან კომბინირების კონცეფცია (ლაზერული ტრეკერები) და ა.შ. თითოეულ შემთხვევაში, ვარაუდობენ, რომ ოპტიკურ კვანტურ გენერატორებს ექნებათ საკუთარი სპეციალური გამოყენება - ზედაპირის დამუშავებიდან. მასალების და კომპოზიციური პროდუქტების ულტრა სწრაფი შექმნა ხანძრის ჩაქრობის მიზნით რადიაციის საშუალებით.
ცხადია, უფრო რთული ამოცანები მოითხოვს ლაზერული ტექნოლოგიის სიმძლავრის გაზრდას, რის შედეგადაც გაიზრდება მისი საფრთხის ზღურბლიც. თუ დღეს ასეთ აღჭურვილობასთან მუშაობისას უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად ძირითადი მიზეზია მისი მავნე ზემოქმედება თვალებზე, მაშინ სამომავლოდ შეიძლება ვისაუბროთ მასალებისა და საგნების სპეციალურ დაცვაზე, რომლებთანაც ორგანიზებულია აღჭურვილობის გამოყენება.
