Buah kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi tidak selalu menemukan ekspresi praktisnya yang konkrit segera setelah penyusunan landasan teori. Ini terjadi dengan teknologi laser, yang kemungkinannya belum sepenuhnya diungkapkan sejauh ini. Teori generator kuantum optik, yang menjadi dasar konsep perangkat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, sebagian dikuasai karena optimalisasi teknologi laser. Namun, para ahli mencatat bahwa potensi radiasi optik dapat menjadi dasar bagi sejumlah penemuan di masa depan.
Prinsip pengoperasian perangkat
Dalam hal ini, generator kuantum dipahami sebagai perangkat laser yang beroperasi dalam jangkauan optik di bawah kondisi radiasi monokromatik, elektromagnetik, atau koheren terstimulasi. Asal kata laser dalam terjemahan menunjukkan efek amplifikasi cahaya.dengan emisi terstimulasi. Sampai saat ini, ada beberapa konsep untuk implementasi perangkat laser, yang disebabkan oleh ketidakjelasan prinsip pengoperasian generator kuantum optik dalam kondisi yang berbeda.
Perbedaan utama adalah prinsip interaksi radiasi laser dengan zat target. Dalam proses radiasi, energi disuplai dalam porsi tertentu (kuanta), yang memungkinkan Anda untuk mengontrol sifat efek emitor pada lingkungan kerja atau bahan objek target. Di antara parameter dasar yang memungkinkan Anda untuk menyesuaikan tingkat efek elektrokimia dan optik laser, pemfokusan, tingkat konsentrasi fluks, panjang gelombang, arah, dll. Dibedakan. Dalam beberapa proses teknologi, mode waktu radiasi juga memainkan peran peran - misalnya, pulsa dapat memiliki durasi sepersekian detik hingga puluhan femtodetik dengan interval mulai dari satu saat hingga beberapa tahun.
Struktur laser sinergis
Pada awal konsep laser optik, sistem radiasi kuantum dalam istilah fisik umumnya dipahami sebagai bentuk pengaturan diri dari beberapa komponen energi. Dengan demikian, konsep sinergis terbentuk, yang memungkinkan untuk merumuskan sifat-sifat utama dan tahapan perkembangan evolusioner laser. Terlepas dari jenis dan prinsip operasi laser, faktor kunci dalam aksinya adalah melampaui keseimbangan atom cahaya, ketika sistem menjadi tidak stabil dan pada saat yang sama terbuka.
Penyimpangan dalam simetri spasial radiasi menciptakan kondisi untuk munculnya gelombangmengalir. Setelah mencapai nilai pemompaan (deviasi) tertentu, generator kuantum optik dari radiasi koheren menjadi dapat dikontrol dan berubah menjadi struktur disipatif yang teratur dengan elemen sistem yang mengatur dirinya sendiri. Dalam kondisi tertentu, perangkat dapat beroperasi dalam mode radiasi berdenyut secara siklis, dan perubahannya akan menyebabkan pulsasi kacau.
Komponen kerja laser
Sekarang ada baiknya beralih dari prinsip operasi ke kondisi fisik dan teknis tertentu di mana sistem laser dengan karakteristik tertentu beroperasi. Yang paling penting, dari sudut pandang kinerja generator kuantum optik, adalah media aktif. Darinya, khususnya, tergantung pada intensitas amplifikasi aliran, sifat-sifat umpan balik dan sinyal optik secara keseluruhan. Misalnya, radiasi dapat terjadi dalam campuran gas yang digunakan sebagian besar perangkat laser saat ini.
Komponen selanjutnya diwakili oleh sumber energi. Dengan bantuannya, kondisi diciptakan untuk mempertahankan inversi populasi atom media aktif. Jika kita analogikan dengan struktur sinergis, maka sumber energilah yang akan bertindak sebagai semacam faktor dalam penyimpangan cahaya dari keadaan normal. Semakin kuat dukungannya, semakin tinggi pemompaan sistem dan semakin efektif efek lasernya. Komponen ketiga dari infrastruktur kerja adalah resonator, yang memberikan banyak radiasi saat melewati lingkungan kerja. Komponen yang sama berkontribusi pada keluaran radiasi optik dengan cara yang bermanfaatspektrum.
Perangkat laser He-Ne
Faktor bentuk paling umum dari laser modern, yang dasar strukturalnya adalah tabung pelepasan gas, cermin resonator optik, dan catu daya listrik. Sebagai media kerja (pengisi tabung) digunakan campuran helium dan neon, sesuai dengan namanya. Tabung itu sendiri terbuat dari kaca kuarsa. Ketebalan struktur silinder standar bervariasi dari 4 hingga 15 mm, dan panjangnya bervariasi dari 5 cm hingga 3 m. Di ujung pipa, mereka ditutup dengan kaca datar dengan sedikit kemiringan, yang memastikan tingkat polarisasi laser yang cukup.
Sebuah generator kuantum optik berdasarkan campuran helium-neon memiliki lebar spektral kecil dari pita emisi orde 1,5 GHz. Karakteristik ini memberikan sejumlah keuntungan operasional, menyebabkan keberhasilan perangkat dalam interferometri, pembaca informasi visual, spektroskopi, dll.
Perangkat laser semikonduktor
Tempat media kerja dalam perangkat tersebut ditempati oleh semikonduktor, yang didasarkan pada elemen kristal dalam bentuk pengotor dengan atom bahan kimia tri atau pentavalen (silikon, indium). Dalam hal konduktivitas, laser ini berdiri di antara dielektrik dan konduktor penuh. Perbedaan kualitas kerja melewati parameter nilai suhu, konsentrasi pengotor dan sifat dampak fisik pada bahan target. Dalam hal ini, sumber energi pemompaan dapat berupa listrik,radiasi magnetik atau berkas elektron.
Perangkat generator kuantum semikonduktor optik sering menggunakan LED kuat yang terbuat dari bahan padat, yang dapat mengakumulasi energi dalam jumlah besar. Hal lain adalah bahwa bekerja dalam kondisi peningkatan beban listrik dan mekanik dengan cepat menyebabkan keausan elemen kerja.
Perangkat laser pewarna
Generator optik jenis ini meletakkan dasar bagi pembentukan arah baru dalam teknologi laser, yang beroperasi dengan durasi pulsa hingga pikodetik. Ini menjadi mungkin karena penggunaan pewarna organik sebagai media aktif, tetapi laser lain, biasanya laser argon, harus melakukan fungsi pemompaan.
Adapun desain generator kuantum optik pada pewarna, basis khusus dalam bentuk kuvet digunakan untuk menyediakan pulsa ultrashort, di mana kondisi vakum terbentuk. Model dengan resonator cincin di lingkungan seperti itu memungkinkan pemompaan pewarna cair dengan kecepatan hingga 10 m/s.
Fitur pemancar serat optik
Jenis perangkat laser di mana fungsi resonator dilakukan oleh serat optik. Dari sudut pandang sifat operasi, generator ini adalah yang paling produktif dalam hal volume radiasi optik. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa desain perangkat ini memiliki ukuran yang sangat sederhana dibandingkan dengan jenis laser lainnya.
KFitur generator kuantum optik semacam ini juga mencakup keserbagunaan dalam hal kemungkinan menghubungkan sumber pompa. Biasanya, seluruh kelompok pandu gelombang optik digunakan untuk ini, yang digabungkan menjadi modul dengan zat aktif, yang juga berkontribusi pada optimalisasi struktural dan fungsional perangkat.
Implementasi sistem manajemen
Mayoritas perangkat didasarkan pada basis listrik, yang dengannya pemompaan energi disediakan secara langsung atau tidak langsung. Dalam sistem yang paling sederhana, melalui sistem catu daya ini, indikator daya dipantau yang memengaruhi intensitas radiasi dalam rentang optik tertentu.
Generator kuantum profesional juga memiliki infrastruktur optik yang dikembangkan untuk kontrol aliran. Melalui modul seperti itu, khususnya, arah nosel, kekuatan dan panjang pulsa, frekuensi, suhu, dan karakteristik operasional lainnya dikendalikan.
Bidang aplikasi laser
Meskipun generator optik masih merupakan perangkat dengan kemampuan yang belum diungkapkan sepenuhnya, saat ini sulit untuk menyebutkan area di mana mereka tidak akan digunakan. Mereka memberi industri efek praktis yang paling berharga sebagai alat yang sangat efisien untuk memotong bahan padat dengan biaya minimal.
Generator kuantum optik juga banyak digunakan dalam metode medis terkait dengan bedah mikro mata dan tata rias. Misalnya, laser universalapa yang disebut pisau bedah tanpa darah telah menjadi instrumen dalam kedokteran, yang memungkinkan tidak hanya untuk membedah, tetapi juga untuk menghubungkan jaringan biologis.
Kesimpulan
Saat ini, ada beberapa arah yang menjanjikan dalam pengembangan pembangkit radiasi optik. Yang paling populer termasuk teknologi sintesis lapis demi lapis, pemodelan 3D, konsep penggabungan dengan robotika (pelacak laser), dll. Dalam setiap kasus, diasumsikan bahwa generator kuantum optik akan memiliki aplikasi khusus mereka sendiri - dari pemrosesan permukaan bahan dan pembuatan produk komposit yang sangat cepat untuk pemadaman api dengan cara radiasi.
Jelas, tugas yang lebih kompleks akan membutuhkan peningkatan kekuatan teknologi laser, sehingga ambang bahayanya juga akan meningkat. Jika hari ini alasan utama untuk memastikan keselamatan saat bekerja dengan peralatan tersebut adalah efeknya yang berbahaya pada mata, maka di masa depan kita dapat berbicara tentang perlindungan khusus terhadap bahan dan benda di dekat tempat penggunaan peralatan diatur.
