Els fruits del progrés científic i tecnològic no sempre troben la seva expressió pràctica concreta immediatament després de l'elaboració de la base teòrica. Això va passar amb la tecnologia làser, les possibilitats de la qual no s'han revelat completament fins ara. La teoria dels generadors quàntics òptics, sobre la base de la qual es va crear el concepte de dispositius que emeten radiació electromagnètica, es va dominar parcialment gràcies a l'optimització de la tecnologia làser. Tanmateix, els experts assenyalen que el potencial de la radiació òptica pot esdevenir la base per a diversos descobriments en el futur.
El principi de funcionament del dispositiu
En aquest cas, un generador quàntic s'entén com un dispositiu làser que funciona en el rang òptic en condicions de radiació monocromàtica, electromagnètica o coherent estimulada. L'origen mateix de la paraula làser en traducció indica l'efecte de l'amplificació de la llum.per emissió estimulada. Fins ara, hi ha diversos conceptes per a la implementació d'un dispositiu làser, que es deu a l'ambigüitat dels principis de funcionament d'un generador quàntic òptic en diferents condicions.
La diferència clau és el principi d'interacció de la radiació làser amb la substància objectiu. En el procés de radiació, l'energia es subministra en determinades porcions (quanta), cosa que permet controlar la naturalesa de l'efecte de l'emissor sobre l'entorn de treball o el material de l'objecte objectiu. Entre els paràmetres bàsics que permeten ajustar els nivells d'efectes electroquímics i òptics del làser, es distingeixen l'enfocament, el grau de concentració del flux, la longitud d'ona, la direccionalitat, etc.. En alguns processos tecnològics, el mode temporal de radiació també juga un paper. paper: per exemple, els polsos poden tenir una durada d'una fracció de segon a desenes de femtosegons amb intervals que van des d'un moment fins a diversos anys.
Estructura làser sinèrgica
A l'alba del concepte de làser òptic, el sistema de radiació quàntica en termes físics s'entenia comunament com una forma d'autoorganització de diversos components energètics. Així, es va formar el concepte de sinèrgia, que va permetre formular les principals propietats i etapes del desenvolupament evolutiu del làser. Independentment del tipus i principi de funcionament del làser, el factor clau de la seva acció és anar més enllà de l'equilibri dels àtoms lleugers, quan el sistema esdevé inestable i alhora obert.
Les desviacions en la simetria espacial de la radiació creen condicions per a l'aparició d'un polsfluir. Després d'arribar a un cert valor de bombeig (desviació), el generador quàntic òptic de radiació coherent esdevé controlable i es transforma en una estructura dissipativa ordenada amb elements d'un sistema autoorganitzat. En determinades condicions, el dispositiu pot funcionar en mode de radiació polsada de manera cíclica i els seus canvis provocaran pulsacions caòtiques.
Components de treball làser
Ara val la pena passar del principi de funcionament a condicions físiques i tècniques específiques en què funciona un sistema làser amb unes característiques determinades. El més important, des del punt de vista del rendiment dels generadors quàntics òptics, és el medi actiu. D'això, en particular, depèn de la intensitat de l'amplificació del flux, les propietats de la retroalimentació i el senyal òptic en conjunt. Per exemple, la radiació es pot produir en una barreja de gasos amb què funcionen la majoria dels dispositius làser actuals.
El següent component està representat per una font d'energia. Amb la seva ajuda es creen les condicions per mantenir la inversió de la població d'àtoms del medi actiu. Si fem una analogia amb una estructura sinèrgica, aleshores és la font d'energia la que actuarà com una mena de factor en la desviació de la llum de l'estat normal. Com més potent sigui el suport, més gran serà el bombeig del sistema i més efectiu serà l'efecte làser. El tercer component de la infraestructura de treball és el ressonador, que proporciona múltiples radiacions a mesura que passa per l'entorn de treball. El mateix component contribueix a la sortida de radiació òptica d'una manera útilespectre.
Dispositiu làser He-Ne
El factor de forma més comú d'un làser modern, la base estructural del qual és un tub de descàrrega de gas, miralls de ressonància òptica i una font d'alimentació elèctrica. Com a mitjà de treball (farciment de tubs) s'utilitza una barreja d'heli i neó, com el seu nom indica. El tub en si està fet de vidre de quars. El gruix de les estructures cilíndriques estàndard varia de 4 a 15 mm, i la longitud varia de 5 cm a 3 m. Als extrems de les canonades, es tanquen amb vidres plans amb una lleugera inclinació, que garanteix un nivell suficient de polarització làser..
Un generador quàntic òptic basat en una barreja d'heli-neó té una petita amplada espectral de bandes d'emissió de l'ordre d'1,5 GHz. Aquesta característica proporciona una sèrie d'avantatges operacionals, provocant l'èxit del dispositiu en interferometria, lectors d'informació visual, espectroscòpia, etc.
Dispositiu làser semiconductor
El lloc del medi de treball en aquests dispositius està ocupat per un semiconductor, que es basa en elements cristal·lins en forma d'impureses amb àtoms d'una substància química tri- o pentavalent (silici, indi). Pel que fa a la conductivitat, aquest làser es troba entre els dielèctrics i els conductors de ple dret. La diferència de qualitats de treball passa pels paràmetres dels valors de temperatura, la concentració d'impureses i la naturalesa de l'impacte físic sobre el material objectiu. En aquest cas, la font d'energia de bombeig pot ser l'electricitat,radiació magnètica o feix d'electrons.
El dispositiu d'un generador quàntic de semiconductors òptics sovint utilitza un potent LED fet d'un material sòlid, que pot acumular grans quantitats d'energia. Una altra cosa és que el treball en condicions d'augment de les càrregues elèctriques i mecàniques provoca ràpidament el desgast dels elements de treball.
Dispositiu làser de tint
Aquest tipus de generadors òptics va establir les bases per a la formació d'una nova direcció en la tecnologia làser, que funciona amb una durada de pols de fins a picoseguons. Això va ser possible gràcies a l'ús de colorants orgànics com a medi actiu, però un altre làser, normalment un d'argó, hauria de fer les funcions de bombeig.
Pel que fa al disseny de generadors quàntics òptics sobre colorants, s'utilitza una base especial en forma de cubeta per proporcionar polsos ultracurts, on es formen condicions de buit. Els models amb un ressonador d'anell en aquest entorn permeten bombejar colorant líquid a velocitats de fins a 10 m/s.
Característiques dels emissors de fibra òptica
Un tipus de dispositiu làser en el qual les funcions d'un ressonador les realitza una fibra òptica. Des del punt de vista de les propietats operatives, aquest generador és el més productiu pel que fa al volum de radiació òptica. I això malgrat que el disseny del dispositiu té una mida molt modesta en comparació amb altres tipus de làsers.
KLes característiques dels generadors quàntics òptics d'aquest tipus també inclouen la versatilitat pel que fa a les possibilitats de connexió de fonts de bombes. Normalment, s'utilitzen grups sencers de guies d'ones òptiques, que es combinen en mòduls amb una substància activa, que també contribueix a l'optimització estructural i funcional del dispositiu.
Implementació del sistema de gestió
La majoria dels dispositius es basen en una base elèctrica, per la qual cosa el bombeig d'energia es proporciona directament o indirectament. En els sistemes més senzills, mitjançant aquest sistema d'alimentació, es controlen indicadors de potència que afecten la intensitat de la radiació dins d'un determinat rang òptic.
Els generadors quàntics professionals també contenen una infraestructura òptica desenvolupada per al control del flux. A través d'aquests mòduls, en particular, es controla la direcció del broquet, la potència i la durada del pols, la freqüència, la temperatura i altres característiques operatives.
Camps d'aplicació dels làsers
Tot i que els generadors òptics encara són dispositius amb capacitats encara no revelades del tot, avui és difícil anomenar una àrea on no s'utilitzarien. Van donar a la indústria l'efecte pràctic més valuós com a eina altament eficient per tallar materials sòlids amb un cost mínim.
Els generadors quàntics òptics també s'utilitzen àmpliament en mètodes mèdics en relació amb la microcirurgia ocular i la cosmetologia. Per exemple, un làser universalEls anomenats bisturís sense sang s'han convertit en un instrument en medicina, que permet no només disseccionar, sinó també connectar teixits biològics.
Conclusió
Avui, hi ha diverses direccions prometedores en el desenvolupament de generadors de radiació òptica. Els més populars inclouen la tecnologia de síntesi capa per capa, el modelatge 3D, el concepte de combinació amb la robòtica (seguidors làser), etc. En cada cas, se suposa que els generadors quàntics òptics tindran la seva pròpia aplicació especial, a partir del processament de superfícies. de materials i creació ultraràpida de productes compostos per extingir incendis per radiació.
Òbviament, les tasques més complexes requeriran augmentar la potència de la tecnologia làser, de manera que també augmentarà el llindar del seu perill. Si avui la raó principal per garantir la seguretat quan es treballa amb aquests equips és el seu efecte nociu sobre els ulls, en el futur podem parlar d'una protecció especial dels materials i objectes a prop dels quals s'organitza l'ús de l'equip.
