Les fruits du progrès scientifique et technologique ne trouvent pas toujours leur expression pratique concrète immédiatement après la préparation de la base théorique. C'est ce qui s'est produit avec la technologie laser, dont les possibilités n'ont pas encore été entièrement divulguées. La théorie des générateurs quantiques optiques, sur la base de laquelle le concept de dispositifs émettant un rayonnement électromagnétique a été créé, a été partiellement maîtrisée grâce à l'optimisation de la technologie laser. Cependant, les experts notent que le potentiel du rayonnement optique peut devenir la base d'un certain nombre de découvertes à l'avenir.
Le principe de fonctionnement de l'appareil
Dans ce cas, un générateur quantique est compris comme un dispositif laser fonctionnant dans le domaine optique dans des conditions de rayonnement monochromatique, électromagnétique ou cohérent stimulé. L'origine même du mot laser en traduction indique l'effet d'amplification de la lumière.par émission stimulée. À ce jour, il existe plusieurs concepts pour la mise en œuvre d'un dispositif laser, ce qui est dû à l'ambiguïté des principes de fonctionnement d'un générateur quantique optique dans différentes conditions.
La principale différence réside dans le principe d'interaction du rayonnement laser avec la substance cible. Dans le processus de rayonnement, l'énergie est fournie dans certaines portions (quanta), ce qui vous permet de contrôler la nature de l'effet de l'émetteur sur l'environnement de travail ou le matériau de l'objet cible. Parmi les paramètres de base permettant d'ajuster les niveaux d'effets électrochimiques et optiques du laser, on distingue la focalisation, le degré de concentration du flux, la longueur d'onde, la directionnalité, etc.. Dans certains processus technologiques, le mode temporel de rayonnement joue également un rôle rôle - par exemple, les impulsions peuvent avoir une durée d'une fraction de seconde à des dizaines de femtosecondes avec des intervalles allant d'un instant à plusieurs années.
Structure laser synergique
À l'aube du concept d'un laser optique, le système de rayonnement quantique en termes physiques était communément compris comme une forme d'auto-organisation de plusieurs composants énergétiques. Ainsi, le concept de synergétique a été formé, ce qui a permis de formuler les principales propriétés et étapes du développement évolutif du laser. Quels que soient le type et le principe de fonctionnement du laser, le facteur clé de son action est le dépassement de l'équilibre des atomes légers, lorsque le système devient instable et en même temps ouvert.
Les déviations dans la symétrie spatiale du rayonnement créent des conditions pour l'apparition d'un pulséflux. Après avoir atteint une certaine valeur de pompage (déviation), le générateur quantique optique de rayonnement cohérent devient contrôlable et se transforme en une structure dissipative ordonnée avec des éléments d'un système auto-organisateur. Dans certaines conditions, l'appareil peut fonctionner de manière cyclique en mode de rayonnement pulsé et ses modifications entraîneront des pulsations chaotiques.
Composants de travail laser
Maintenant, il vaut la peine de passer du principe de fonctionnement aux conditions physiques et techniques spécifiques dans lesquelles un système laser avec certaines caractéristiques fonctionne. Le plus important, du point de vue des performances des générateurs quantiques optiques, est le milieu actif. De cela, en particulier, dépend l'intensité de l'amplification du flux, les propriétés de la rétroaction et le signal optique dans son ensemble. Par exemple, un rayonnement peut se produire dans un mélange gazeux sur lequel la plupart des appareils laser fonctionnent aujourd'hui.
Le composant suivant est représenté par une source d'énergie. Avec son aide, des conditions sont créées pour maintenir l'inversion de la population d'atomes du milieu actif. Si nous faisons une analogie avec une structure synergique, alors c'est la source d'énergie qui agira comme une sorte de facteur dans la déviation de la lumière par rapport à l'état normal. Plus le support est puissant, plus le pompage du système est important et plus l'effet laser est efficace. Le troisième composant de l'infrastructure de travail est le résonateur, qui fournit un rayonnement multiple lors de son passage dans l'environnement de travail. Le même composant contribue à la sortie du rayonnement optique d'une manière utilespectre.
Dispositif laser He-Ne
Le facteur de forme le plus courant d'un laser moderne, dont la base structurelle est un tube à décharge de gaz, des miroirs de résonateur optique et une alimentation électrique. En tant que milieu de travail (remplisseur de tube), un mélange d'hélium et de néon est utilisé, comme son nom l'indique. Le tube lui-même est en verre de quartz. L'épaisseur des structures cylindriques standard varie de 4 à 15 mm et la longueur varie de 5 cm à 3 m. Aux extrémités des tuyaux, ils sont fermés par des verres plats légèrement inclinés, ce qui garantit un niveau de polarisation laser suffisant..
Un générateur quantique optique basé sur un mélange hélium-néon a une faible largeur spectrale de bandes d'émission de l'ordre de 1,5 GHz. Cette caractéristique offre un certain nombre d'avantages opérationnels, à l'origine du succès de l'appareil en interférométrie, lecteurs d'informations visuelles, spectroscopie, etc.
Dispositif laser à semi-conducteur
La place du milieu de travail dans de tels dispositifs est occupée par un semi-conducteur, qui est basé sur des éléments cristallins sous forme d'impuretés avec des atomes d'un produit chimique tri- ou pentavalent (silicium, indium). En termes de conductivité, ce laser se situe entre les diélectriques et les conducteurs à part entière. La différence de qualités de travail passe par les paramètres des valeurs de température, la concentration des impuretés et la nature de l'impact physique sur le matériau cible. Dans ce cas, la source d'énergie de pompage peut être l'électricité,rayonnement magnétique ou faisceau d'électrons.
Le dispositif d'un générateur quantique à semi-conducteur optique utilise souvent une LED puissante faite d'un matériau solide, qui peut accumuler de grandes quantités d'énergie. Une autre chose est que le travail dans des conditions de charges électriques et mécaniques accrues entraîne rapidement une usure des éléments de travail.
Dispositif laser à colorant
Ce type de générateurs optiques a jeté les bases de la formation d'une nouvelle direction dans la technologie laser, fonctionnant avec une durée d'impulsion allant jusqu'à la picoseconde. Cela est devenu possible grâce à l'utilisation de colorants organiques comme milieu actif, mais un autre laser, généralement à l'argon, devrait remplir les fonctions de pompage.
En ce qui concerne la conception des générateurs quantiques optiques sur les colorants, une base spéciale sous la forme d'une cuvette est utilisée pour fournir des impulsions ultracourtes, où des conditions de vide sont formées. Les modèles avec un résonateur en anneau dans un tel environnement permettent de pomper du colorant liquide à des vitesses allant jusqu'à 10 m/s.
Caractéristiques des émetteurs à fibre optique
Un type de dispositif laser dans lequel les fonctions d'un résonateur sont assurées par une fibre optique. Du point de vue des propriétés de fonctionnement, ce générateur est le plus productif en terme de volume de rayonnement optique. Et cela malgré le fait que la conception de l'appareil a une taille très modeste par rapport aux autres types de lasers.
KLes caractéristiques des générateurs quantiques optiques de ce type incluent également la polyvalence en termes de possibilités de connexion de sources de pompe. Habituellement, des groupes entiers de guides d'ondes optiques sont utilisés pour cela, qui sont combinés en modules avec une substance active, ce qui contribue également à l'optimisation structurelle et fonctionnelle de l'appareil.
Mise en place du système de gestion
La majorité des appareils sont basés sur une base électrique, grâce à laquelle le pompage de l'énergie est fourni directement ou indirectement. Dans les systèmes les plus simples, grâce à ce système d'alimentation, des indicateurs de puissance sont surveillés qui affectent l'intensité du rayonnement dans une certaine plage optique.
Les générateurs quantiques professionnels contiennent également une infrastructure optique développée pour le contrôle de flux. Grâce à ces modules, en particulier, la direction de la buse, la puissance et la durée de l'impulsion, la fréquence, la température et d'autres caractéristiques de fonctionnement sont contrôlées.
Champs d'application des lasers
Bien que les générateurs optiques soient encore des appareils dont les capacités ne sont pas encore entièrement divulguées, il est aujourd'hui difficile de nommer un domaine où ils ne seraient pas utilisés. Ils ont donné à l'industrie l'effet pratique le plus précieux en tant qu'outil très efficace pour couper des matériaux solides à un coût minimal.
Les générateurs quantiques optiques sont également largement utilisés dans les méthodes médicales liées à la microchirurgie oculaire et à la cosmétologie. Par exemple, un laser universelles scalpels dits sans effusion de sang sont devenus un instrument en médecine, permettant non seulement de disséquer, mais aussi de connecter des tissus biologiques.
Conclusion
Aujourd'hui, il existe plusieurs directions prometteuses dans le développement des générateurs de rayonnement optique. Les plus populaires incluent la technologie de synthèse couche par couche, la modélisation 3D, le concept de combinaison avec la robotique (traqueurs laser), etc. Dans chaque cas, on suppose que les générateurs quantiques optiques auront leur propre application spéciale - du traitement de surface de matériaux et création ultra-rapide de produits composites pour l'extinction d'incendie par rayonnement.
De toute évidence, des tâches plus complexes nécessiteront d'augmenter la puissance de la technologie laser, ce qui augmentera également le seuil de danger. Si aujourd'hui la principale raison d'assurer la sécurité lors du travail avec un tel équipement est son effet nocif sur les yeux, alors à l'avenir, nous pourrons parler de protection spéciale des matériaux et des objets à proximité desquels l'utilisation de l'équipement est organisée.
