I frutti del progresso scientifico e tecnologico non sempre trovano la loro concreta espressione pratica subito dopo la preparazione delle basi teoriche. Ciò è accaduto con la tecnologia laser, le cui possibilità non sono state finora completamente divulgate. La teoria dei generatori quantistici ottici, sulla base della quale è stato creato il concetto di dispositivi che emettono radiazioni elettromagnetiche, è stata parzialmente padroneggiata grazie all'ottimizzazione della tecnologia laser. Tuttavia, gli esperti notano che il potenziale delle radiazioni ottiche può diventare la base per una serie di scoperte in futuro.
Il principio di funzionamento del dispositivo
In questo caso, un generatore quantistico è inteso come un dispositivo laser che opera nel campo ottico in condizioni di radiazione stimolata monocromatica, elettromagnetica o coerente. L'origine stessa della parola laser in traduzione indica l'effetto dell'amplificazione della luce.per emissione stimolata. Ad oggi, ci sono diversi concetti per l'implementazione di un dispositivo laser, il che è dovuto all'ambiguità dei principi di funzionamento di un generatore quantistico ottico in diverse condizioni.
La differenza fondamentale è il principio di interazione della radiazione laser con la sostanza bersaglio. Nel processo di radiazione, l'energia viene fornita in determinate porzioni (quanta), che consente di controllare la natura dell'effetto dell'emettitore sull'ambiente di lavoro o sul materiale dell'oggetto target. Tra i parametri di base che consentono di regolare i livelli degli effetti elettrochimici ed ottici del laser si distinguono la focalizzazione, il grado di concentrazione del flusso, la lunghezza d'onda, la direzionalità, ecc.. In alcuni processi tecnologici anche la modalità temporale della radiazione gioca un ruolo ruolo - ad esempio, gli impulsi possono avere una durata da una frazione di secondo a decine di femtosecondi con intervalli che vanno da un momento a diversi anni.
Struttura laser sinergica
Agli albori del concetto di laser ottico, il sistema di radiazione quantistica in termini fisici era comunemente inteso come una forma di auto-organizzazione di diverse componenti energetiche. Si è così formato il concetto di sinergia, che ha permesso di formulare le principali proprietà e fasi dello sviluppo evolutivo del laser. Indipendentemente dal tipo e dal principio di funzionamento del laser, il fattore chiave nella sua azione è l'andare oltre l'equilibrio degli atomi di luce, quando il sistema diventa instabile e allo stesso tempo aperto.
Le deviazioni nella simmetria spaziale della radiazione creano le condizioni per la comparsa di unfluire. Dopo aver raggiunto un certo valore di pompaggio (deviazione), il generatore quantistico ottico di radiazione coerente diventa controllabile e si trasforma in una struttura dissipativa ordinata con elementi di un sistema auto-organizzante. In determinate condizioni, il dispositivo può funzionare ciclicamente nella modalità di radiazione pulsata e le sue modifiche porteranno a pulsazioni caotiche.
Componenti di lavoro laser
Ora vale la pena passare dal principio di funzionamento a specifiche condizioni fisiche e tecniche in cui opera un sistema laser con determinate caratteristiche. Il più importante, dal punto di vista delle prestazioni dei generatori quantistici ottici, è il mezzo attivo. Da esso, in particolare, dipende l'intensità dell'amplificazione del flusso, le proprietà della retroazione e il segnale ottico nel suo insieme. Ad esempio, le radiazioni possono verificarsi in una miscela di gas su cui opera la maggior parte dei dispositivi laser oggi.
Il prossimo componente è rappresentato da una fonte di energia. Con il suo aiuto, vengono create le condizioni per mantenere l'inversione della popolazione di atomi del mezzo attivo. Se tracciamo un'analogia con una struttura sinergica, allora è la fonte di energia che agirà come una sorta di fattore nella deviazione della luce dallo stato normale. Più potente è il supporto, maggiore è il pompaggio del sistema e più efficace è l'effetto laser. Il terzo componente dell'infrastruttura di lavoro è il risonatore, che fornisce radiazioni multiple mentre attraversa l'ambiente di lavoro. Lo stesso componente contribuisce all'emissione di radiazione ottica in modo utilespettro.
Dispositivo laser He-Ne
Il fattore di forma più comune di un laser moderno, la cui base strutturale è un tubo a scarica di gas, specchi risonatori ottici e un'alimentazione elettrica. Come mezzo di lavoro (riempitore per tubi) viene utilizzata una miscela di elio e neon, come suggerisce il nome. Il tubo stesso è realizzato in vetro al quarzo. Lo spessore delle strutture cilindriche standard varia da 4 a 15 mm e la lunghezza varia da 5 cm a 3 M. Alle estremità dei tubi sono chiusi con vetri piani con una leggera pendenza, che garantisce un livello sufficiente di polarizzazione laser.
Un generatore quantistico ottico basato su una miscela di elio-neon ha una piccola larghezza spettrale delle bande di emissione dell'ordine di 1,5 GHz. Questa caratteristica fornisce una serie di vantaggi operativi, determinando il successo del dispositivo in interferometria, lettori di informazioni visive, spettroscopia, ecc.
Dispositivo laser a semiconduttore
Il posto del mezzo di lavoro in tali dispositivi è occupato da un semiconduttore, che si basa su elementi cristallini sotto forma di impurità con atomi di una sostanza chimica tri- o pentavalente (silicio, indio). In termini di conducibilità, questo laser si trova tra dielettrici e conduttori a tutti gli effetti. La differenza nelle qualità lavorative passa attraverso i parametri dei valori di temperatura, la concentrazione di impurità e la natura dell'impatto fisico sul materiale target. In questo caso, la fonte di energia del pompaggio può essere l'elettricità,radiazione magnetica o fascio di elettroni.
Il dispositivo di un generatore quantistico a semiconduttore ottico utilizza spesso un potente LED fatto di un materiale solido, che può accumulare grandi quantità di energia. Un' altra cosa è che il lavoro in condizioni di carichi elettrici e meccanici elevati porta rapidamente all'usura degli elementi di lavoro.
Dispositivo laser colorante
Questo tipo di generatori ottici ha gettato le basi per la formazione di una nuova direzione nella tecnologia laser, operando con una durata dell'impulso fino a picosecondi. Ciò è diventato possibile grazie all'uso di coloranti organici come mezzo attivo, ma un altro laser, solitamente argon, dovrebbe svolgere le funzioni di pompaggio.
Per quanto riguarda la progettazione di generatori quantistici ottici sui coloranti, una base speciale a forma di cuvetta viene utilizzata per fornire impulsi ultracorti, dove si formano condizioni di vuoto. I modelli con un risonatore ad anello in un tale ambiente consentono di pompare colorante liquido a velocità fino a 10 m/s.
Caratteristiche degli emettitori in fibra ottica
Un tipo di dispositivo laser in cui le funzioni di un risonatore sono eseguite da una fibra ottica. Dal punto di vista delle proprietà operative, questo generatore è il più produttivo in termini di volume di radiazione ottica. E questo nonostante il design del dispositivo abbia dimensioni molto modeste rispetto ad altri tipi di laser.
KLe caratteristiche dei generatori quantistici ottici di questo tipo includono anche la versatilità in termini di possibilità di collegamento di sorgenti di pompaggio. Solitamente per questo vengono utilizzati interi gruppi di guide d'onda ottiche, che vengono combinate in moduli con un principio attivo, che contribuisce anche all'ottimizzazione strutturale e funzionale del dispositivo.
Attuazione del sistema di gestione
La maggior parte dei dispositivi si basa su una base elettrica, per cui il pompaggio di energia viene fornito direttamente o indirettamente. Nei sistemi più semplici, attraverso questo sistema di alimentazione, vengono monitorati indicatori di potenza che influiscono sull'intensità della radiazione entro un determinato range ottico.
I generatori quantistici professionali contengono anche un'infrastruttura ottica sviluppata per il controllo del flusso. Attraverso tali moduli, in particolare, si controllano la direzione dell'ugello, la potenza e la durata dell'impulso, la frequenza, la temperatura e altre caratteristiche operative.
Campi di applicazione dei laser
Sebbene i generatori ottici siano ancora dispositivi con capacità non ancora completamente rivelate, oggi è difficile nominare un'area in cui non verrebbero utilizzati. Hanno dato all'industria l'effetto pratico più prezioso come strumento altamente efficiente per il taglio di materiali solidi a un costo minimo.
I generatori quantistici ottici sono ampiamente utilizzati anche nei metodi medici in relazione alla microchirurgia oculare e alla cosmetologia. Ad esempio, un laser universalei cosiddetti bisturi senza sangue sono diventati uno strumento in medicina, consentendo non solo di sezionare, ma anche di collegare i tessuti biologici.
Conclusione
Oggi ci sono diverse direzioni promettenti nello sviluppo di generatori di radiazioni ottiche. I più popolari includono la tecnologia di sintesi strato per strato, la modellazione 3D, il concetto di combinazione con la robotica (laser tracker), ecc. In ogni caso, si presume che i generatori quantistici ottici avranno la loro applicazione speciale - dall'elaborazione della superficie di materiali e realizzazione ultrarapida di prodotti compositi per l'estinzione di incendi mediante irraggiamento.
Ovviamente, compiti più complessi richiederanno un aumento della potenza della tecnologia laser, a seguito della quale verrà aumentata anche la soglia del suo pericolo. Se oggi il motivo principale per garantire la sicurezza quando si lavora con tali apparecchiature è il suo effetto dannoso sugli occhi, in futuro si può parlare di una protezione speciale di materiali e oggetti vicino ai quali è organizzato l'uso delle apparecchiature.
