Os frutos do progresso científico e tecnológico nem sempre encontram sua expressão prática concreta imediatamente após a preparação da base teórica. Isso aconteceu com a tecnologia a laser, cujas possibilidades ainda não foram totalmente divulgadas. A teoria dos geradores quânticos ópticos, com base na qual foi criado o conceito de dispositivos emissores de radiação eletromagnética, foi parcialmente dominada devido à otimização da tecnologia laser. No entanto, os especialistas observam que o potencial da radiação óptica pode se tornar a base para várias descobertas no futuro.
Princípio de funcionamento do dispositivo
Neste caso, um gerador quântico é entendido como um dispositivo laser operando na faixa óptica sob condições de radiação monocromática, eletromagnética ou coerente estimulada. A própria origem da palavra laser na tradução indica o efeito da amplificação da luz.por emissão estimulada. Até o momento, existem vários conceitos para a implementação de um dispositivo a laser, o que se deve à ambiguidade dos princípios de funcionamento de um gerador quântico óptico em diferentes condições.
A principal diferença é o princípio de interação da radiação do laser com a substância alvo. No processo de radiação, a energia é fornecida em certas porções (quanta), o que permite controlar a natureza do efeito do emissor no ambiente de trabalho ou no material do objeto alvo. Entre os parâmetros básicos que permitem ajustar os níveis de efeitos eletroquímicos e ópticos do laser, destacam-se o foco, o grau de concentração de fluxo, comprimento de onda, direcionalidade, etc. Em alguns processos tecnológicos, o modo de tempo da radiação também desempenha um papel função - por exemplo, os pulsos podem ter uma duração de frações de segundos a dezenas de femtossegundos com intervalos que variam de um momento a vários anos.
Estrutura do laser sinérgico
No alvorecer do conceito de laser óptico, o sistema de radiação quântica em termos físicos era comumente entendido como uma forma de auto-organização de vários componentes de energia. Assim, formou-se o conceito de sinergética, que possibilitou formular as principais propriedades e etapas do desenvolvimento evolutivo do laser. Independentemente do tipo e princípio de funcionamento do laser, o fator chave em sua ação é ir além do equilíbrio dos átomos leves, quando o sistema se torna instável e ao mesmo tempo aberto.
Desvios na simetria espacial da radiação criam condições para o aparecimento de umafluxo. Após atingir um determinado valor de bombeamento (desvio), o gerador quântico óptico de radiação coerente torna-se controlável e se transforma em uma estrutura dissipativa ordenada com elementos de um sistema auto-organizado. Sob certas condições, o dispositivo pode operar ciclicamente no modo de radiação pulsada, e suas alterações levarão a pulsações caóticas.
Componentes de trabalho a laser
Agora vale a pena passar do princípio de funcionamento para as condições físicas e técnicas específicas em que opera um sistema laser com determinadas características. O mais importante, do ponto de vista do desempenho dos geradores quânticos ópticos, é o meio ativo. Dele, em particular, depende a intensidade da amplificação do fluxo, as propriedades do feedback e o sinal óptico como um todo. Por exemplo, a radiação pode ocorrer em uma mistura de gás na qual a maioria dos dispositivos a laser atualmente opera.
O próximo componente é representado por uma fonte de energia. Com sua ajuda, são criadas condições para manter a inversão da população de átomos do meio ativo. Se fizermos uma analogia com uma estrutura sinérgica, é a fonte de energia que atuará como uma espécie de fator no desvio da luz do estado normal. Quanto mais potente for o suporte, maior será o bombeamento do sistema e mais eficaz será o efeito do laser. O terceiro componente da infraestrutura de trabalho é o ressonador, que fornece múltiplas radiações à medida que passa pelo ambiente de trabalho. O mesmo componente contribui para a saída de radiação óptica de uma forma útilespectro.
Dispositivo a laser He-Ne
O formato mais comum de um laser moderno, cuja base estrutural é um tubo de descarga de gás, espelhos ressonadores ópticos e uma fonte de alimentação elétrica. Como meio de trabalho (enchimento do tubo) é usada uma mistura de hélio e neon, como o nome indica. O tubo em si é feito de vidro de quartzo. A espessura das estruturas cilíndricas padrão varia de 4 a 15 mm e o comprimento varia de 5 cm a 3 m. Nas extremidades dos tubos, eles são fechados com vidros planos com uma leve inclinação, o que garante um nível suficiente de polarização do laser.
Um gerador quântico óptico baseado em uma mistura de hélio-neon tem uma pequena largura espectral de bandas de emissão da ordem de 1,5 GHz. Essa característica proporciona uma série de vantagens operacionais, fazendo com que o dispositivo tenha sucesso em interferometria, leitores de informações visuais, espectroscopia, etc.
Dispositivo a laser semicondutor
O lugar do meio de trabalho em tais dispositivos é ocupado por um semicondutor, que é baseado em elementos cristalinos na forma de impurezas com átomos de um produto químico tri ou pentavalente (silício, índio). Em termos de condutividade, este laser fica entre dielétricos e condutores completos. A diferença nas qualidades de trabalho passa pelos parâmetros dos valores de temperatura, a concentração de impurezas e a natureza do impacto físico no material alvo. Neste caso, a fonte de energia do bombeamento pode ser eletricidade,radiação magnética ou feixe de elétrons.
O dispositivo de um gerador quântico de semicondutor óptico geralmente usa um poderoso LED feito de um material sólido, que pode acumular grandes quantidades de energia. Outra coisa é que o trabalho em condições de cargas elétricas e mecânicas aumentadas leva rapidamente ao desgaste dos elementos de trabalho.
Dispositivo de laser de corante
Este tipo de geradores ópticos lançou as bases para a formação de uma nova direção na tecnologia laser, operando com uma duração de pulso de até picossegundos. Isso se tornou possível devido ao uso de corantes orgânicos como meio ativo, mas outro laser, geralmente um de argônio, deve realizar as funções de bombeamento.
No projeto de geradores quânticos ópticos em corantes, uma base especial em forma de cubeta é utilizada para fornecer pulsos ultracurtos, onde se formam as condições de vácuo. Modelos com um ressonador de anel em tal ambiente permitem bombear corante líquido em velocidades de até 10 m/s.
Recursos de emissores de fibra óptica
Tipo de dispositivo a laser no qual as funções de um ressonador são realizadas por uma fibra óptica. Do ponto de vista das propriedades operacionais, este gerador é o mais produtivo em termos de volume de radiação óptica. E isso apesar do design do dispositivo ter um tamanho muito modesto em comparação com outros tipos de lasers.
KAs características dos geradores quânticos ópticos deste tipo também incluem versatilidade em termos de possibilidades de conexão de fontes de bomba. Normalmente, são utilizados para isso grupos inteiros de guias de onda ópticos, que são combinados em módulos com uma substância ativa, o que também contribui para a otimização estrutural e funcional do dispositivo.
Implementação do sistema de gestão
A maioria dos dispositivos é baseada em uma base elétrica, devido à qual o bombeamento de energia é fornecido direta ou indiretamente. Nos sistemas mais simples, por meio desse sistema de alimentação, são monitorados indicadores de potência que afetam a intensidade da radiação dentro de uma determinada faixa óptica.
Geradores quânticos profissionais também contêm uma infraestrutura óptica desenvolvida para controle de fluxo. Através de tais módulos, em particular, a direção do bocal, a potência e o comprimento do pulso, frequência, temperatura e outras características operacionais são controladas.
Campos de aplicação de lasers
Embora os geradores ópticos ainda sejam dispositivos com capacidades ainda não totalmente divulgadas, hoje é difícil nomear uma área onde eles não seriam utilizados. Eles deram à indústria o efeito prático mais valioso como uma ferramenta altamente eficiente para cortar materiais sólidos a um custo mínimo.
Geradores quânticos ópticos também são amplamente utilizados em métodos médicos em relação à microcirurgia ocular e cosmetologia. Por exemplo, um laser universalos chamados bisturis sem sangue tornaram-se um instrumento na medicina, permitindo não apenas dissecar, mas também conectar tecidos biológicos.
Conclusão
Hoje, existem várias direções promissoras no desenvolvimento de geradores de radiação óptica. Os mais populares incluem tecnologia de síntese camada por camada, modelagem 3D, o conceito de combinação com robótica (rastreadores a laser), etc. Em cada caso, supõe-se que os geradores quânticos ópticos terão sua própria aplicação especial - desde processamento de superfície de materiais e criação ultrarrápida de produtos compostos para extinção de incêndios por meio de radiação.
Obviamente, tarefas mais complexas exigirão o aumento do poder da tecnologia laser, como resultado, o limite de seu perigo também será aumentado. Se hoje a principal razão para garantir a segurança ao trabalhar com esses equipamentos é seu efeito prejudicial aos olhos, no futuro podemos falar sobre proteção especial de materiais e objetos próximos aos quais o uso do equipamento é organizado.
