ثمار التقدم العلمي والتكنولوجي لا تجد دائمًا تعبيرها العملي الملموس فور إعداد الأساس النظري. حدث هذا بتقنية الليزر ، التي لم يتم الكشف عن احتمالاتها بالكامل حتى الآن. تم إتقان نظرية المولدات الكمية الضوئية ، التي على أساسها تم إنشاء مفهوم الأجهزة التي تنبعث منها الإشعاع الكهرومغناطيسي ، جزئيًا بسبب تحسين تقنية الليزر. ومع ذلك ، يلاحظ الخبراء أن إمكانات الإشعاع البصري يمكن أن تصبح أساسًا لعدد من الاكتشافات في المستقبل.
مبدأ تشغيل الجهاز
في هذه الحالة ، يُفهم المولد الكمي على أنه جهاز ليزر يعمل في النطاق البصري في ظل ظروف إشعاع أحادي اللون أو كهرومغناطيسي أو متماسك. يشير أصل كلمة ليزر في الترجمة إلى تأثير تضخيم الضوء.عن طريق الانبعاث المستحث. حتى الآن ، هناك عدة مفاهيم لتنفيذ جهاز الليزر ، والتي ترجع إلى غموض مبادئ تشغيل المولد الكمومي البصري في ظروف مختلفة.
الاختلاف الرئيسي هو مبدأ تفاعل إشعاع الليزر مع المادة المستهدفة. في عملية الإشعاع ، يتم توفير الطاقة في أجزاء معينة (كوانتا) ، مما يسمح لك بالتحكم في طبيعة تأثير الباعث على بيئة العمل أو مادة الكائن المستهدف. من بين المعلمات الأساسية التي تسمح لك بضبط مستويات التأثيرات الكهروكيميائية والبصرية لليزر ، يتم تمييز التركيز ودرجة تركيز التدفق وطول الموجة والاتجاه وما إلى ذلك.في بعض العمليات التكنولوجية ، يلعب الوضع الزمني للإشعاع أيضًا الدور - على سبيل المثال ، يمكن أن تتراوح مدة النبضات من جزء من الثواني إلى عشرات الفمتوثانية مع فترات تتراوح من لحظة إلى عدة سنوات.
هيكل الليزر التآزري
في فجر مفهوم الليزر البصري ، كان يُفهم نظام الإشعاع الكمومي من الناحية الفيزيائية على أنه شكل من أشكال التنظيم الذاتي للعديد من مكونات الطاقة. وهكذا ، تم تشكيل مفهوم التآزر ، مما جعل من الممكن صياغة الخصائص والمراحل الرئيسية للتطور التطوري لليزر. بغض النظر عن نوع ومبدأ تشغيل الليزر ، فإن العامل الرئيسي في عمله يتجاوز توازن ذرات الضوء ، عندما يصبح النظام غير مستقر وفي نفس الوقت مفتوح.
الانحرافات في التناظر المكاني للإشعاع تخلق ظروفًا لظهور النبضتدفق. بعد الوصول إلى قيمة معينة من الضخ (الانحراف) ، يصبح المولد الكمومي البصري للإشعاع المتماسك قابلاً للتحكم ويتحول إلى هيكل تبديد مرتب مع عناصر من نظام التنظيم الذاتي. في ظل ظروف معينة ، يمكن للجهاز أن يعمل في وضع الإشعاع النبضي بشكل دوري ، وستؤدي تغييراته إلى نبضات فوضوية.
مكونات عمل الليزر
الآن من الجدير الانتقال من مبدأ التشغيل إلى ظروف مادية وتقنية محددة يعمل فيها نظام ليزر بخصائص معينة. والأهم من وجهة نظر أداء مولدات الكم الضوئية هو الوسيط النشط. منه ، على وجه الخصوص ، يعتمد على شدة تضخيم التدفق وخصائص التغذية الراجعة والإشارة الضوئية ككل. على سبيل المثال ، يمكن أن يحدث الإشعاع في خليط غازات تعمل عليه معظم أجهزة الليزر اليوم.
يمثل المكون التالي مصدر طاقة. بمساعدتها ، يتم إنشاء الظروف للحفاظ على انعكاس سكان ذرات الوسط النشط. إذا رسمنا تشبيهًا بهيكل تآزري ، فإن مصدر الطاقة هو الذي سيعمل كنوع من العوامل في انحراف الضوء عن الحالة الطبيعية. كلما كان الدعم أقوى ، زاد ضخ النظام وكان تأثير الليزر أكثر فاعلية. المكون الثالث للبنية التحتية للعمل هو الرنان ، الذي يوفر إشعاعًا متعددًا أثناء مروره عبر بيئة العمل. نفس المكون يساهم في إخراج الإشعاع البصري بشكل مفيدالطيف
جهاز ليزر He-Ne
عامل الشكل الأكثر شيوعًا لليزر الحديث ، وأساسه الهيكلي هو أنبوب تفريغ الغاز ، ومرايا الرنان البصري ومصدر الطاقة الكهربائية. كوسيلة عمل (حشو أنبوب) ، يتم استخدام خليط من الهيليوم والنيون ، كما يوحي الاسم. الأنبوب نفسه مصنوع من زجاج الكوارتز. يتراوح سمك الهياكل الأسطوانية القياسية من 4 إلى 15 مم ، ويتراوح الطول من 5 سم إلى 3 أمتار. في نهايات الأنابيب ، يتم إغلاقها بزجاج مسطح مع منحدر طفيف ، مما يضمن مستوى كافٍ من الاستقطاب بالليزر
يحتوي مولد الكم البصري على مزيج من الهيليوم والنيون على عرض طيفي صغير لنطاقات الانبعاث بترتيب 1.5 جيجاهرتز. توفر هذه الخاصية عددًا من المزايا التشغيلية ، مما يتسبب في نجاح الجهاز في قياس التداخل ، وقارئات المعلومات المرئية ، والتحليل الطيفي ، وما إلى ذلك.
جهاز ليزر أشباه الموصلات
مكان وسيط العمل في مثل هذه الأجهزة مشغول بأشباه الموصلات ، والتي تعتمد على عناصر بلورية في شكل شوائب مع ذرات مادة كيميائية ثلاثية أو خماسية التكافؤ (السيليكون ، الإنديوم). من حيث الموصلية ، يقف هذا الليزر بين عوازل كهربائية وموصلات كاملة. يمر الاختلاف في صفات العمل من خلال معلمات قيم درجة الحرارة وتركيز الشوائب وطبيعة التأثير المادي على المادة المستهدفة. في هذه الحالة ، يمكن أن يكون مصدر طاقة الضخ هو الكهرباء ،إشعاع مغناطيسي أو شعاع إلكتروني.
غالبًا ما يستخدم جهاز المولد الكمي لأشباه الموصلات الضوئية مصباح LED قويًا مصنوعًا من مادة صلبة ، والتي يمكنها تجميع كميات كبيرة من الطاقة. شيء آخر هو أن العمل في ظروف زيادة الأحمال الكهربائية والميكانيكية يؤدي بسرعة إلى تآكل عناصر العمل.
جهاز ليزر صبغ
وضع هذا النوع من المولدات الضوئية الأساس لتشكيل اتجاه جديد في تكنولوجيا الليزر ، تعمل بمدة نبضة تصل إلى بيكو ثانية. أصبح هذا ممكنًا بسبب استخدام الأصباغ العضوية كوسيط نشط ، ولكن يجب أن يؤدي الليزر الآخر ، عادةً الأرجون ، وظائف الضخ.
بالنسبة لتصميم مولدات الكم الضوئية على الأصباغ ، يتم استخدام قاعدة خاصة على شكل كفيت لتوفير نبضات فائقة القصر ، حيث تتشكل ظروف الفراغ. تسمح النماذج ذات الرنان الحلقي في مثل هذه البيئة بضخ صبغة سائلة بسرعات تصل إلى 10 م / ث.
ميزات بواعث الألياف البصرية
نوع من أجهزة الليزر يتم فيه تنفيذ وظائف الرنان بواسطة ألياف بصرية. من وجهة نظر خصائص التشغيل ، يعتبر هذا المولد هو الأكثر إنتاجية من حيث حجم الإشعاع الضوئي. وهذا بالرغم من أن تصميم الجهاز بحجم متواضع جدًا مقارنة بأنواع الليزر الأخرى.
كتتضمن ميزات مولدات الكم الضوئية من هذا النوع أيضًا تعدد الاستخدامات من حيث إمكانيات توصيل مصادر المضخات. عادة ، يتم استخدام مجموعات كاملة من الأدلة الموجية الضوئية لهذا الغرض ، والتي يتم دمجها في وحدات مع مادة فعالة ، مما يساهم أيضًا في التحسين الهيكلي والوظيفي للجهاز.
تنفيذ نظام الإدارة
تعتمد غالبية الأجهزة على أساس كهربائي ، حيث يتم توفير ضخ الطاقة بشكل مباشر أو غير مباشر. في أبسط الأنظمة ، من خلال نظام الإمداد بالطاقة هذا ، تتم مراقبة مؤشرات الطاقة التي تؤثر على شدة الإشعاع ضمن نطاق بصري معين.
تحتوي مولدات الكم الاحترافية أيضًا على بنية تحتية بصرية متطورة للتحكم في التدفق. من خلال هذه الوحدات ، على وجه الخصوص ، يتم التحكم في اتجاه الفوهة وقوة النبضة وطولها والتردد ودرجة الحرارة وخصائص تشغيلية أخرى.
مجالات تطبيق الليزر
على الرغم من أن المولدات الضوئية لا تزال أجهزة لم يتم الكشف عنها بالكامل بعد ، إلا أنه من الصعب اليوم تسمية منطقة لن يتم استخدامها فيها. لقد أعطوا الصناعة التأثير العملي الأكثر قيمة كأداة عالية الكفاءة لقطع المواد الصلبة بأقل تكلفة.
تُستخدم مولدات الكم البصرية أيضًا على نطاق واسع في الطرق الطبية فيما يتعلق بجراحة العين المجهرية والتجميل. على سبيل المثال ، ليزر عالميأصبحت ما يسمى بالمشارط غير الدموية أداة في الطب ، لا تسمح فقط بالتشريح ، ولكن أيضًا لربط الأنسجة البيولوجية.
الخلاصة
اليوم هناك عدة اتجاهات واعدة في تطوير مولدات الإشعاع الضوئي. تشمل أكثرها شيوعًا تقنية التوليف طبقة تلو الأخرى ، والنمذجة ثلاثية الأبعاد ، ومفهوم الدمج مع الروبوتات (أجهزة تعقب الليزر) ، وما إلى ذلك. في كل حالة ، من المفترض أن يكون لمولدات الكم الضوئية تطبيقاتها الخاصة - بدءًا من معالجة السطح من المواد وإنشاء سريع للغاية للمنتجات المركبة لإطفاء الحرائق عن طريق الإشعاع.
من الواضح أن المهام الأكثر تعقيدًا ستتطلب زيادة قوة تقنية الليزر ، مما يؤدي أيضًا إلى زيادة حد الخطر. إذا كان السبب الرئيسي اليوم لضمان السلامة عند العمل مع هذه المعدات هو تأثيرها الضار على العينين ، فيمكننا في المستقبل التحدث عن الحماية الخاصة للمواد والأشياء التي يتم تنظيم استخدام المعدات بالقرب منها.
