Գիտական և տեխնոլոգիական առաջընթացի պտուղները ոչ միշտ են իրենց կոնկրետ գործնական արտահայտությունը գտնում տեսական հիմքը պատրաստելուց անմիջապես հետո։ Դա տեղի է ունեցել լազերային տեխնոլոգիայի դեպքում, որի հնարավորությունները մինչ այժմ ամբողջությամբ բացահայտված չեն։ Լազերային տեխնոլոգիայի օպտիմալացման շնորհիվ մասամբ յուրացվել է օպտիկական քվանտային գեներատորների տեսությունը, որի հիման վրա ստեղծվել է էլեկտրամագնիսական ճառագայթ արձակող սարքերի հայեցակարգը։ Այնուամենայնիվ, փորձագետները նշում են, որ օպտիկական ճառագայթման ներուժը կարող է հիմք դառնալ ապագայում մի շարք բացահայտումների համար։
Սարքի աշխատանքի սկզբունքը
Այս դեպքում քվանտային գեներատորը հասկացվում է որպես լազերային սարք, որը գործում է օպտիկական տիրույթում գրգռված մոնոխրոմատիկ, էլեկտրամագնիսական կամ համահունչ ճառագայթման պայմաններում: Թարգմանության մեջ լազեր բառի բուն ծագումը ցույց է տալիս լույսի ուժեղացման ազդեցությունը:խթանված արտանետմամբ: Մինչ օրս գոյություն ունեն լազերային սարքի ներդրման մի քանի հայեցակարգ, ինչը պայմանավորված է տարբեր պայմաններում օպտիկական քվանտային գեներատորի աշխատանքի սկզբունքների անորոշությամբ։
Հիմնական տարբերությունը թիրախ նյութի հետ լազերային ճառագայթման փոխազդեցության սկզբունքն է: Ճառագայթման գործընթացում էներգիան մատակարարվում է որոշակի մասերում (քվանտա), ինչը թույլ է տալիս վերահսկել էմիտորի ազդեցության բնույթը աշխատանքային միջավայրի կամ թիրախային օբյեկտի նյութի վրա: Հիմնական պարամետրերից, որոնք թույլ են տալիս կարգավորել լազերի էլեկտրաքիմիական և օպտիկական էֆեկտների մակարդակները, առանձնանում են ֆոկուսը, հոսքի կոնցենտրացիայի աստիճանը, ալիքի երկարությունը, ուղղությունը և այլն: Որոշ տեխնոլոգիական գործընթացներում ճառագայթման ժամանակային ռեժիմը նույնպես խաղում է. դերը. օրինակ, իմպուլսները կարող են տևողություն ունենալ կոտորակային վայրկյանից մինչև տասնյակ ֆեմտովայրկյան՝ մեկ պահից մինչև մի քանի տարի ընդմիջումներով:
Սիներգիկ լազերային կառուցվածք
Օպտիկական լազերի հայեցակարգի արշալույսին, ֆիզիկական առումով քվանտային ճառագայթման համակարգը սովորաբար հասկացվում էր որպես մի քանի էներգետիկ բաղադրիչների ինքնակազմակերպման ձև: Այսպիսով, ձևավորվեց սիներգետիկ հասկացությունը, որը հնարավորություն տվեց ձևակերպել լազերի էվոլյուցիոն զարգացման հիմնական հատկությունները և փուլերը։ Անկախ լազերի տեսակից և սկզբունքից, նրա գործողության առանցքային գործոնը լույսի ատոմների հավասարակշռության սահմաններից դուրս գալն է, երբ համակարգը դառնում է անկայուն և միևնույն ժամանակ բաց։
Ճառագայթման տարածական համաչափության շեղումները պայմաններ են ստեղծում իմպուլսային ի հայտ գալու համար.հոսքը. Պոմպային որոշակի արժեքի (շեղման) հասնելուց հետո կոհերենտ ճառագայթման օպտիկական քվանտային գեներատորը դառնում է կառավարելի և վերածվում է ինքնակազմակերպվող համակարգի տարրերով պատվիրված ցրող կառուցվածքի։ Որոշակի պայմաններում սարքը կարող է ցիկլային կերպով աշխատել իմպուլսային ճառագայթման ռեժիմում, և դրա փոփոխությունները կհանգեցնեն քաոսային իմպուլսացիաների։
Լազերային աշխատող բաղադրիչներ
Այժմ արժե աշխատանքի սկզբունքից անցնել կոնկրետ ֆիզիկական և տեխնիկական պայմանների, որոնցում գործում է որոշակի բնութագրերով լազերային համակարգ։ Ամենակարևորը, օպտիկական քվանտային գեներատորների աշխատանքի տեսանկյունից, ակտիվ միջավայրն է։ Դրանից, մասնավորապես, կախված է հոսքի ուժեղացման ինտենսիվությունից, հետադարձ կապի հատկություններից և ընդհանուր առմամբ օպտիկական ազդանշանից: Օրինակ, ճառագայթումը կարող է առաջանալ գազային խառնուրդում, որի վրա այսօր գործում են լազերային սարքերի մեծ մասը:
Հաջորդ բաղադրիչը ներկայացված է էներգիայի աղբյուրով: Նրա օգնությամբ պայմաններ են ստեղծվում ակտիվ միջավայրի ատոմների պոպուլյացիայի ինվերսիայի պահպանման համար։ Եթե անալոգիա անենք սիներգետիկ կառուցվածքի հետ, ապա դա էներգիայի աղբյուրն է, որը կգործի որպես յուրատեսակ գործոն լույսի նորմալ վիճակից շեղման համար։ Որքան հզոր է աջակցությունը, այնքան բարձր է համակարգի պոմպային ուժը և ավելի արդյունավետ լազերային էֆեկտը: Աշխատանքային ենթակառուցվածքի երրորդ բաղադրիչը ռեզոնատորն է, որն ապահովում է բազմակի ճառագայթում աշխատանքային միջավայրով անցնելիս: Նույն բաղադրիչը նպաստում է օգտակար օպտիկական ճառագայթման ելքինսպեկտր.
He-Ne լազերային սարք
Ժամանակակից լազերի ամենատարածված ձևը, որի կառուցվածքային հիմքը գազի արտանետման խողովակն է, օպտիկական ռեզոնատոր հայելիները և էլեկտրական էներգիայի մատակարարումը: Որպես աշխատանքային միջավայր (խողովակների լցոնիչ) օգտագործվում է հելիումի և նեոնի խառնուրդ, ինչպես ենթադրում է անունը։ Խողովակն ինքնին պատրաստված է քվարցային ապակուց: Ստանդարտ գլանաձև կառուցվածքների հաստությունը տատանվում է 4-ից 15 մմ, իսկ երկարությունը տատանվում է 5 սմ-ից մինչև 3 մ, խողովակների ծայրերում դրանք փակվում են մի փոքր թեքությամբ հարթ ապակիներով, ինչը ապահովում է լազերային բևեռացման բավարար մակարդակ:.
Օպտիկական քվանտային գեներատորը, որը հիմնված է հելիում-նեոնային խառնուրդի վրա, ունի 1,5 ԳՀց կարգի արտանետումների տիրույթների փոքր սպեկտրալ լայնություն: Այս բնութագիրը տալիս է մի շարք գործառնական առավելություններ՝ առաջացնելով սարքի հաջողությունը ինտերֆերոմետրիայի, տեսողական տեղեկատվության ընթերցողների, սպեկտրոսկոպիայի և այլնի մեջ:
Կիսահաղորդչային լազերային սարք
Նման սարքերում աշխատող միջավայրի տեղը զբաղեցնում է կիսահաղորդիչը, որը հիմնված է բյուրեղային տարրերի վրա՝ եռավալենտ կամ հնգավալենտ քիմիական (սիլիցիում, ինդիում) ատոմներով խառնուրդների տեսքով: Հաղորդունակության առումով այս լազերը կանգնած է դիէլեկտրիկների և լիարժեք հաղորդիչների միջև: Աշխատանքային որակների տարբերությունը անցնում է ջերմաստիճանի արժեքների, կեղտերի կոնցենտրացիայի և թիրախային նյութի վրա ֆիզիկական ազդեցության բնույթի պարամետրերով: Այս դեպքում պոմպային էներգիայի աղբյուրը կարող է լինել էլեկտրաէներգիան,մագնիսական ճառագայթում կամ էլեկտրոնային ճառագայթ։
Օպտիկական կիսահաղորդչային քվանտային գեներատորի սարքը հաճախ օգտագործում է պինդ նյութից պատրաստված հզոր լուսադիոդ, որը կարող է մեծ քանակությամբ էներգիա կուտակել։ Ուրիշ բան, որ ավելացած էլեկտրական և մեխանիկական բեռների պայմաններում աշխատանքը արագ հանգեցնում է աշխատանքային տարրերի մաշվածության։
Գունավոր լազերային սարք
Օպտիկական գեներատորների այս տեսակը հիմք դրեց լազերային տեխնոլոգիայի նոր ուղղության ձևավորմանը՝ աշխատելով մինչև պիկովայրկյաններ իմպուլսի տևողությամբ: Դա հնարավոր դարձավ օրգանական ներկերի՝ որպես ակտիվ միջավայրի օգտագործման շնորհիվ, սակայն մեկ այլ լազեր, սովորաբար արգոն, պետք է կատարի պոմպային գործառույթները:
Ինչ վերաբերում է ներկերի վրա օպտիկական քվանտային գեներատորների նախագծմանը, ապա գերկարճ իմպուլսներ ապահովելու համար օգտագործվում է հատուկ հիմք՝ կյուվետի տեսքով, որտեղ ձևավորվում են վակուումային պայմաններ։ Նման միջավայրում օղակաձև ռեզոնատոր ունեցող մոդելները թույլ են տալիս հեղուկ ներկ մղել մինչև 10 մ/վ արագությամբ:
Օպտիկամանրաթելային թողարկիչների առանձնահատկությունները
Լազերային սարքի տեսակ, որտեղ ռեզոնատորի գործառույթները կատարվում են օպտիկական մանրաթելով։ Գործառնական հատկությունների տեսանկյունից այս գեներատորն ամենաարդյունավետն է օպտիկական ճառագայթման ծավալով։ Եվ դա չնայած այն հանգամանքին, որ սարքի դիզայնը շատ համեստ չափս ունի՝ համեմատած այլ տեսակի լազերների։
KԱյս տեսակի օպտիկական քվանտային գեներատորների առանձնահատկությունները ներառում են նաև բազմակողմանիություն՝ պոմպային աղբյուրների միացման հնարավորությունների առումով: Սովորաբար դրա համար օգտագործվում են օպտիկական ալիքատարների ամբողջ խմբեր, որոնք միավորվում են ակտիվ նյութով մոդուլների մեջ, ինչը նույնպես նպաստում է սարքի կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ օպտիմալացմանը։
Կառավարման համակարգի ներդրում
Սարքերի մեծամասնությունը հիմնված է էլեկտրական հիմքի վրա, որի շնորհիվ էներգիայի պոմպումն ապահովվում է ուղղակի կամ անուղղակի: Ամենապարզ համակարգերում այս էլեկտրամատակարարման համակարգի միջոցով վերահսկվում են էներգիայի ցուցիչները, որոնք ազդում են ճառագայթման ինտենսիվության վրա որոշակի օպտիկական տիրույթում:
Պրոֆեսիոնալ քվանտային գեներատորները պարունակում են նաև զարգացած օպտիկական ենթակառուցվածք հոսքի վերահսկման համար: Նման մոդուլների միջոցով, մասնավորապես, վերահսկվում է վարդակի ուղղությունը, իմպուլսի հզորությունը և երկարությունը, հաճախականությունը, ջերմաստիճանը և այլ գործառնական բնութագրերը։
Լազերների կիրառման դաշտեր
Չնայած օպտիկական գեներատորները դեռևս դեռևս լիովին չբացահայտված հնարավորություններով սարքեր են, այսօր դժվար է նշել այն տարածքը, որտեղ դրանք չեն կիրառվի: Նրանք արդյունաբերությանը տվեցին ամենաարժեքավոր գործնական էֆեկտը՝ որպես բարձր արդյունավետ գործիք՝ պինդ նյութերը նվազագույն գնով կտրելու համար:
Օպտիկական քվանտային գեներատորները լայնորեն կիրառվում են նաև բժշկական մեթոդներում՝ կապված աչքի միկրովիրաբուժության և կոսմետոլոգիայի հետ: Օրինակ, ունիվերսալ լազերայսպես կոչված անարյուն scalpels-ը դարձել է գործիք բժշկության մեջ, որը թույլ է տալիս ոչ միայն հերձել, այլև միացնել կենսաբանական հյուսվածքները։
Եզրակացություն
Այսօր օպտիկական ճառագայթման գեներատորների մշակման մի քանի խոստումնալից ուղղություններ կան։ Ամենահայտնիներից են շերտ առ շերտ սինթեզի տեխնոլոգիան, 3D մոդելավորումը, ռոբոտաշինության հետ համակցվելու հայեցակարգը (լազերային թրեքեր) և այլն: Յուրաքանչյուր դեպքում ենթադրվում է, որ օպտիկական քվանտային գեներատորները կունենան իրենց հատուկ կիրառությունը՝ մակերևույթի մշակումից: նյութերի և կոմպոզիտային արտադրատեսակների գերարագ ստեղծում՝ ճառագայթման միջոցով հրդեհաշիջման համար։
Ակնհայտ է, որ ավելի բարդ առաջադրանքները կպահանջեն լազերային տեխնոլոգիայի հզորության բարձրացում, ինչի արդյունքում կբարձրանա նաև դրա վտանգավորության շեմը։ Եթե այսօր նման սարքավորումների հետ աշխատելիս անվտանգության ապահովման հիմնական պատճառը դրա վնասակար ազդեցությունն է աչքերի վրա, ապա ապագայում կարելի է խոսել նյութերի և առարկաների հատուկ պաշտպանության մասին, որոնց մոտ կազմակերպվում է սարքավորումների օգտագործումը։
