Thành quả của tiến bộ khoa học và công nghệ không phải lúc nào cũng tìm thấy biểu hiện cụ thể trong thực tiễn của chúng ngay sau khi chuẩn bị xong cơ sở lý thuyết. Điều này đã xảy ra với công nghệ laser, những khả năng của nó vẫn chưa được tiết lộ đầy đủ cho đến nay. Lý thuyết về máy phát lượng tử quang học, trên cơ sở đó khái niệm thiết bị phát ra bức xạ điện từ được tạo ra, một phần đã được làm chủ do sự tối ưu hóa của công nghệ laze. Tuy nhiên, các chuyên gia lưu ý rằng tiềm năng của bức xạ quang học có thể trở thành cơ sở cho một số khám phá trong tương lai.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị
Trong trường hợp này, máy phát lượng tử được hiểu là một thiết bị laze hoạt động trong dải quang học dưới các điều kiện bức xạ đơn sắc, điện từ hoặc kết hợp được kích thích. Nguồn gốc của từ laser trong bản dịch chỉ ra tác dụng của sự khuếch đại ánh sáng.bằng phát xạ kích thích. Cho đến nay, có một số khái niệm về việc triển khai thiết bị laser, đó là do sự mơ hồ về nguyên tắc hoạt động của máy phát lượng tử quang học trong các điều kiện khác nhau.
Sự khác biệt chính là nguyên tắc tương tác của bức xạ laser với chất mục tiêu. Trong quá trình bức xạ, năng lượng được cung cấp theo một số phần nhất định (lượng tử), điều này cho phép bạn kiểm soát bản chất của tác động của chất phát xạ lên môi trường làm việc hoặc vật liệu của đối tượng mục tiêu. Trong số các thông số cơ bản cho phép bạn điều chỉnh mức độ hiệu ứng điện hóa và quang học của laser, người ta phân biệt sự hội tụ, mức độ tập trung thông lượng, bước sóng, hướng, v.v … Trong một số quy trình công nghệ, chế độ thời gian của bức xạ cũng đóng vai trò quan trọng vai trò - ví dụ: xung có thể có thời lượng từ một phần giây đến hàng chục femto giây với khoảng thời gian từ một thời điểm đến vài năm.
Cấu trúc laser Synergic
Vào thời kỳ sơ khai của khái niệm laser quang học, hệ thống bức xạ lượng tử về mặt vật lý thường được hiểu là một dạng tự tổ chức của một số thành phần năng lượng. Do đó, khái niệm hợp lực được hình thành, từ đó có thể hình thành các tính chất và giai đoạn chính của quá trình phát triển tiến hóa của laze. Bất kể loại và nguyên tắc hoạt động của laser, yếu tố quan trọng trong hoạt động của nó là vượt ra ngoài trạng thái cân bằng của các nguyên tử ánh sáng, khi hệ thống trở nên không ổn định và đồng thời mở ra.
Sự sai lệch trong đối xứng không gian của bức xạ tạo điều kiện cho sự xuất hiện của một xunglưu lượng. Sau khi đạt đến một giá trị bơm (độ lệch) nhất định, bộ tạo lượng tử quang của bức xạ kết hợp trở nên có thể điều khiển được và biến đổi thành một cấu trúc tiêu tán có trật tự với các phần tử của một hệ thống tự tổ chức. Trong một số điều kiện nhất định, thiết bị có thể hoạt động ở chế độ bức xạ xung theo chu kỳ và những thay đổi của nó sẽ dẫn đến các xung hỗn loạn.
Thành phần làm việc bằng laser
Bây giờ cần chuyển từ nguyên lý hoạt động sang các điều kiện vật lý và kỹ thuật cụ thể trong đó một hệ thống laser với các đặc tính nhất định hoạt động. Điều quan trọng nhất, theo quan điểm về hiệu suất của máy phát lượng tử quang học, là môi trường hoạt động. Đặc biệt, từ đó phụ thuộc vào cường độ khuếch đại của dòng, các đặc tính của phản hồi và tín hiệu quang nói chung. Ví dụ: bức xạ có thể xảy ra trong một hỗn hợp khí mà hầu hết các thiết bị laser ngày nay đều hoạt động.
Thành phần tiếp theo được đại diện bởi một nguồn năng lượng. Với sự trợ giúp của nó, các điều kiện được tạo ra để duy trì sự nghịch đảo của quần thể các nguyên tử của môi trường hoạt động. Nếu chúng ta rút ra một sự tương tự với một cấu trúc hợp lực, thì chính nguồn năng lượng sẽ đóng vai trò như một loại yếu tố gây ra sự sai lệch của ánh sáng so với trạng thái bình thường. Hỗ trợ càng mạnh, hệ thống bơm càng cao và hiệu ứng laser càng hiệu quả. Thành phần thứ ba của cơ sở hạ tầng làm việc là bộ cộng hưởng, bộ cộng hưởng cung cấp nhiều bức xạ khi nó đi qua môi trường làm việc. Cùng một thành phần góp phần tạo ra bức xạ quang học hữu íchquang phổ.
Thiết bị laser He-Ne
Hệ số hình thức phổ biến nhất của laser hiện đại, cơ sở cấu tạo của nó là ống phóng khí, gương cộng hưởng quang học và nguồn điện. Như một môi trường làm việc (chất độn ống), hỗn hợp heli và neon được sử dụng, như tên của nó. Bản thân ống được làm bằng thủy tinh thạch anh. Độ dày của cấu trúc hình trụ tiêu chuẩn thay đổi từ 4 đến 15 mm, và chiều dài thay đổi từ 5 cm đến 3 m. Ở các đầu ống, chúng được đóng bằng kính phẳng có độ dốc nhẹ, đảm bảo mức phân cực laser đủ.
Một máy phát lượng tử quang học dựa trên hỗn hợp helium-neon có độ rộng phổ nhỏ của các dải phát xạ bậc 1,5 GHz. Đặc tính này mang lại một số lợi thế hoạt động, tạo nên thành công của thiết bị trong phép đo giao thoa, đầu đọc thông tin trực quan, quang phổ, v.v.
Thiết bị laser bán dẫn
Vị trí của môi trường làm việc trong các thiết bị như vậy được chiếm bởi một chất bán dẫn, chất bán dẫn này dựa trên các nguyên tố tinh thể ở dạng tạp chất với các nguyên tử của một hóa chất tri- hoặc pentaval (silicon, indium). Về độ dẫn điện, tia laser này đứng giữa chất điện môi và chất dẫn điện chính thức. Sự khác biệt về chất lượng làm việc đi qua các thông số về giá trị nhiệt độ, nồng độ tạp chất và bản chất của tác động vật lý lên vật liệu mục tiêu. Trong trường hợp này, nguồn năng lượng của bơm có thể là điện,bức xạ từ hoặc chùm điện tử.
Thiết bị của máy phát lượng tử bán dẫn quang học thường sử dụng đèn LED cực mạnh làm bằng vật liệu rắn, có thể tích tụ năng lượng lớn. Một điều nữa là làm việc trong điều kiện tăng tải điện và cơ học nhanh chóng dẫn đến mài mòn các phần tử làm việc.
Thiết bị laser nhuộm
Loại máy phát quang này đã đặt nền móng cho việc hình thành một hướng đi mới trong công nghệ laser, hoạt động với thời lượng xung lên đến pico giây. Điều này trở nên khả thi do sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ làm môi trường hoạt động, nhưng một tia laser khác, thường là tia argon, sẽ thực hiện các chức năng bơm.
Đối với việc thiết kế máy phát lượng tử quang học trên thuốc nhuộm, một đế đặc biệt ở dạng cuvet được sử dụng để cung cấp các xung siêu ngắn, nơi các điều kiện chân không được hình thành. Các mô hình có bộ cộng hưởng vòng trong môi trường như vậy cho phép bơm thuốc nhuộm dạng lỏng với tốc độ lên đến 10 m / s.
Tính năng của bộ phát sợi quang
Một loại thiết bị laser trong đó các chức năng của bộ cộng hưởng được thực hiện bởi một sợi quang. Theo quan điểm của đặc tính hoạt động, máy phát điện này có năng suất cao nhất về khối lượng bức xạ quang học. Và điều này mặc dù thực tế là thiết kế của thiết bị có kích thước rất khiêm tốn so với các loại laser khác.
KCác tính năng của máy phát lượng tử quang học loại này cũng bao gồm tính linh hoạt về khả năng kết nối các nguồn bơm. Thông thường, toàn bộ nhóm ống dẫn sóng quang học được sử dụng cho việc này, chúng được kết hợp thành các mô-đun với chất hoạt tính, điều này cũng góp phần vào việc tối ưu hóa cấu trúc và chức năng của thiết bị.
Thực hiện hệ thống quản lý
Phần lớn các thiết bị dựa trên cơ sở điện, do đó bơm năng lượng được cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp. Trong các hệ thống đơn giản nhất, thông qua hệ thống cung cấp điện này, các chỉ số công suất được theo dõi ảnh hưởng đến cường độ bức xạ trong một phạm vi quang học nhất định.
Máy phát lượng tử chuyên nghiệp cũng có cơ sở hạ tầng quang học phát triển để kiểm soát dòng chảy. Đặc biệt, thông qua các mô-đun như vậy, hướng của vòi phun, công suất và độ dài của xung, tần số, nhiệt độ và các đặc tính hoạt động khác được kiểm soát.
Các lĩnh vực ứng dụng của laser
Mặc dù máy phát quang vẫn là thiết bị chưa được bộc lộ hết khả năng, nhưng ngày nay rất khó để chỉ ra một khu vực mà chúng sẽ không được sử dụng. Họ đã mang lại cho ngành công nghiệp hiệu quả thực tế có giá trị nhất như một công cụ hiệu quả cao để cắt các vật liệu rắn với chi phí tối thiểu.
Máy phát lượng tử quang học cũng được sử dụng rộng rãi trong các phương pháp y tế liên quan đến vi phẫu mắt và thẩm mỹ. Ví dụ, một tia laser vạn năngcái gọi là dao mổ không lấy máu đã trở thành một công cụ trong y học, không chỉ cho phép mổ xẻ mà còn kết nối các mô sinh học.
Kết
Ngày nay, có một số hướng đầy hứa hẹn trong việc phát triển máy phát bức xạ quang học. Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm công nghệ tổng hợp từng lớp, mô hình 3D, khái niệm kết hợp với robot (thiết bị theo dõi laze), v.v. Trong mỗi trường hợp, người ta cho rằng máy phát lượng tử quang học sẽ có ứng dụng đặc biệt của riêng chúng - từ xử lý bề mặt. bằng vật liệu và việc tạo ra các sản phẩm composite cực nhanh để dập lửa bằng bức xạ.
Rõ ràng, các nhiệm vụ phức tạp hơn sẽ đòi hỏi sức mạnh của công nghệ laser tăng lên, do đó ngưỡng nguy hiểm của nó cũng sẽ tăng lên. Nếu ngày nay lý do chính để đảm bảo an toàn khi làm việc với thiết bị như vậy là tác hại của nó đối với mắt, thì trong tương lai chúng ta có thể nói về việc bảo vệ đặc biệt đối với các vật liệu và đồ vật gần nơi có tổ chức sử dụng thiết bị.
