Ovocie vedecko-technického pokroku nie vždy nachádza svoje konkrétne praktické vyjadrenie hneď po príprave teoretického základu. Stalo sa tak laserovou technológiou, ktorej možnosti doteraz neboli úplne odhalené. Teória optických kvantových generátorov, na základe ktorej vznikol koncept zariadení vyžarujúcich elektromagnetické žiarenie, bola čiastočne zvládnutá vďaka optimalizácii laserovej technológie. Odborníci však poznamenávajú, že potenciál optického žiarenia sa môže stať základom mnohých objavov v budúcnosti.
Princíp činnosti zariadenia
Kvantový generátor sa v tomto prípade chápe ako laserové zariadenie pracujúce v optickom rozsahu v podmienkach stimulovaného monochromatického, elektromagnetického alebo koherentného žiarenia. Samotný pôvod slova laser v preklade označuje efekt zosilnenia svetla.stimulovanou emisiou. K dnešnému dňu existuje niekoľko koncepcií implementácie laserového zariadenia, čo je spôsobené nejednoznačnosťou princípov fungovania optického kvantového generátora v rôznych podmienkach.
Kľúčovým rozdielom je princíp interakcie laserového žiarenia s cieľovou látkou. V procese žiarenia je energia dodávaná v určitých častiach (kvantách), čo umožňuje riadiť charakter účinku žiariča na pracovné prostredie alebo materiál cieľového objektu. Medzi základné parametre, ktoré umožňujú upravovať úrovne elektrochemických a optických účinkov lasera, sa rozlišuje zaostrenie, stupeň koncentrácie toku, vlnová dĺžka, smerovosť atď.. V niektorých technologických procesoch hrá rolu aj časový režim žiarenia. rola – napríklad impulzy môžu trvať zlomok sekúnd až desiatky femtosekúnd s intervalmi od okamihu do niekoľkých rokov.
Synergická laserová štruktúra
Na úsvite konceptu optického lasera bol systém kvantového žiarenia z fyzikálneho hľadiska bežne chápaný ako forma samoorganizácie niekoľkých energetických zložiek. Vznikol tak koncept synergetiky, ktorý umožnil formulovať hlavné vlastnosti a etapy evolučného vývoja lasera. Bez ohľadu na typ a princíp činnosti lasera je kľúčovým faktorom jeho pôsobenia prekročenie rovnováhy svetelných atómov, kedy sa systém stáva nestabilným a zároveň otvoreným.
Odchýlky v priestorovej symetrii žiarenia vytvárajú podmienky pre vznik pulznéhoprúdiť. Po dosiahnutí určitej hodnoty čerpania (odchýlky) sa optický kvantový generátor koherentného žiarenia stáva ovládateľným a transformuje sa na usporiadanú disipatívnu štruktúru s prvkami samoorganizujúceho sa systému. Za určitých podmienok môže zariadenie pracovať v režime pulzného žiarenia cyklicky a jeho zmeny budú viesť k chaotickým pulzáciám.
Laserové pracovné komponenty
Teraz stojí za to prejsť od princípu fungovania k špecifickým fyzikálnym a technickým podmienkam, v ktorých laserový systém s určitými vlastnosťami funguje. Najdôležitejšie z hľadiska výkonu optických kvantových generátorov je aktívne médium. Od nej závisí najmä intenzita zosilnenia toku, vlastnosti spätnej väzby a optického signálu ako celku. Žiarenie sa môže napríklad vyskytnúť v zmesi plynov, s ktorou dnes pracuje väčšina laserových zariadení.
Ďalší komponent predstavuje zdroj energie. S jeho pomocou sa vytvárajú podmienky na udržanie inverzie populácie atómov aktívneho prostredia. Ak nakreslíme analógiu so synergickou štruktúrou, potom je to zdroj energie, ktorý bude pôsobiť ako určitý faktor pri odchýlke svetla od normálneho stavu. Čím výkonnejšia je podpora, tým vyššie je čerpanie systému a tým efektívnejší je laserový efekt. Treťou zložkou pracovnej infraštruktúry je rezonátor, ktorý pri prechode pracovným prostredím poskytuje viacnásobné žiarenie. Rovnaká zložka prispieva k výstupu optického žiarenia v užitočnomspektrum.
He-Ne laserové zariadenie
Najčastejší tvarový faktor moderného lasera, ktorého konštrukčným základom je plynová výbojka, optické rezonátorové zrkadlá a zdroj elektrickej energie. Ako pracovné médium (plnič rúrok) sa používa, ako už názov napovedá, zmes hélia a neónu. Samotná trubica je vyrobená z kremenného skla. Hrúbka štandardných valcových konštrukcií sa pohybuje od 4 do 15 mm a dĺžka od 5 cm do 3 m. Na koncoch rúr sú uzavreté plochými sklami s miernym sklonom, čo zaisťuje dostatočnú úroveň laserovej polarizácie.
Optický kvantový generátor založený na zmesi hélium-neón má malú spektrálnu šírku emisných pásiem rádovo 1,5 GHz. Táto vlastnosť poskytuje množstvo prevádzkových výhod, ktoré spôsobujú úspech zariadenia v interferometrii, čítačkách vizuálnych informácií, spektroskopii atď.
Polovodičové laserové zariadenie
Miesto pracovného média v takýchto zariadeniach zaberá polovodič, ktorého základom sú kryštalické prvky vo forme nečistôt s atómami troj- alebo päťmocnej chemikálie (kremík, indium). Z hľadiska vodivosti stojí tento laser medzi dielektrikom a plnohodnotnými vodičmi. Rozdiel v pracovných vlastnostiach prechádza parametrami teplotných hodnôt, koncentráciou nečistôt a charakterom fyzikálneho vplyvu na cieľový materiál. V tomto prípade môže byť zdrojom energie čerpania elektrina,magnetické žiarenie alebo elektrónový lúč.
Zariadenie optického polovodičového kvantového generátora často využíva výkonnú LED vyrobenú z pevného materiálu, ktorá dokáže akumulovať veľké množstvo energie. Ďalšia vec je, že práca v podmienkach zvýšeného elektrického a mechanického zaťaženia rýchlo vedie k opotrebovaniu pracovných prvkov.
Zariadenie s farebným laserom
Tento typ optických generátorov položil základy pre vytvorenie nového smeru v laserovej technológii, ktorý pracuje s trvaním impulzu až pikosekúnd. Bolo to možné vďaka použitiu organických farbív ako aktívneho média, ale čerpacie funkcie by mal vykonávať iný laser, zvyčajne argónový.
Pokiaľ ide o konštrukciu optických kvantových generátorov na farbivá, na poskytovanie ultrakrátkych impulzov sa používa špeciálna základňa vo forme kyvety, kde sa vytvárajú podmienky vákua. Modely s prstencovým rezonátorom v takomto prostredí umožňujú čerpanie tekutého farbiva rýchlosťou až 10 m/s.
Funkcie žiaričov z optických vlákien
Typ laserového zariadenia, v ktorom funkcie rezonátora vykonáva optické vlákno. Z hľadiska prevádzkových vlastností je tento generátor z hľadiska objemu optického žiarenia najproduktívnejší. A to aj napriek tomu, že dizajn zariadenia má v porovnaní s inými typmi laserov veľmi skromné rozmery.
KK vlastnostiam optických kvantových generátorov tohto druhu patrí aj všestrannosť z hľadiska možností pripojenia čerpacích zdrojov. Zvyčajne sa na to používajú celé skupiny optických vlnovodov, ktoré sú spojené do modulov s účinnou látkou, čo tiež prispieva k štrukturálnej a funkčnej optimalizácii zariadenia.
Implementácia manažérskeho systému
Väčšina zariadení je založená na elektrickom základe, vďaka čomu je čerpanie energie poskytované priamo alebo nepriamo. V najjednoduchších systémoch sa prostredníctvom tohto systému napájania monitorujú indikátory výkonu, ktoré ovplyvňujú intenzitu žiarenia v určitom optickom rozsahu.
Profesionálne kvantové generátory obsahujú aj vyvinutú optickú infraštruktúru na riadenie toku. Prostredníctvom takýchto modulov sa riadi najmä smer trysky, výkon a dĺžka impulzu, frekvencia, teplota a ďalšie prevádzkové charakteristiky.
Aplikačné oblasti laserov
Aj keď sú optické generátory stále zariadeniami s ešte nie úplne odhalenými možnosťami, dnes je ťažké pomenovať oblasť, kde by sa nevyužívali. Poskytli priemyslu najcennejší praktický efekt ako vysoko efektívny nástroj na rezanie pevných materiálov pri minimálnych nákladoch.
Optické kvantové generátory sú tiež široko používané v medicínskych metódach v súvislosti s očnou mikrochirurgiou a kozmetológiou. Napríklad univerzálny lasertakzvané bezkrvné skalpely sa stali v medicíne nástrojom, ktorý umožňuje nielen pitvať, ale aj spájať biologické tkanivá.
Záver
V súčasnosti existuje niekoľko sľubných smerov vo vývoji generátorov optického žiarenia. Medzi najpopulárnejšie patrí technológia syntézy vrstiev po vrstve, 3D modelovanie, koncept kombinovania s robotikou (laserové sledovače) atď. V každom prípade sa predpokladá, že optické kvantové generátory budú mať svoje špeciálne uplatnenie - od povrchového spracovania materiálov a ultrarýchla tvorba kompozitných produktov na hasenie požiaru pomocou žiarenia.
Zložitejšie úlohy si samozrejme budú vyžadovať zvýšenie výkonu laserovej technológie, v dôsledku čoho sa zvýši aj prah jej nebezpečnosti. Ak je dnes hlavným dôvodom zaistenia bezpečnosti pri práci s takýmto zariadením jeho škodlivý účinok na oči, potom v budúcnosti môžeme hovoriť o špeciálnej ochrane materiálov a predmetov, v blízkosti ktorých je používanie zariadenia organizované.
