Laser od dawna jest wygodnym narzędziem wykorzystywanym w chemii, biologii, medycynie, inżynierii, nauce i sprawach wojskowych.
Wraz z rozwojem technologii laserowej wzrosło zainteresowanie cechami technicznymi i ekonomicznymi laserów. Wysoka wydajność lasera nabrała fundamentalnego znaczenia w związku z badaniami w dziedzinie syntezy termojądrowej jako źródła taniej i przyjaznej dla środowiska energii. Fuzja termojądrowa występuje w gęstej plazmie, ogrzanej do setek milionów stopni. Jednym z obiecujących sposobów ogrzewania plazmy jest skupianie impulsu laserowego o dużej mocy na celu plazmowym. Jest oczywiste, że energia termojądrowej syntezy jądrowej powinna znacznie przewyższać koszty energii związane z wytwarzaniem plazmy, w której będą zachodzić reakcje termojądrowe. W przeciwnym razie taki proces nie przyniesie żadnych korzyści ekonomicznych. Poszukiwanie konstruktywnego rozwiązania, które zapewni wysoką wydajność lasera i akceptowalną charakterystykę działania, ujawniło charakterystyczne cechy opisane poniżej.
Podczas tworzenia pierwszych laserów istotne było pokazanie podstawowej możliwości wzmocnienia wiązki światła w ośrodku o odwrotnej populacji poziomów energii i możliwości stworzenia ośrodka o odwrotnej populacji. Termin "odwrotna populacja" oznacza, że para poziomów energii występuje w widmie energetycznym atomu, w którym liczba elektronów na wyższym poziomie jest większa niż w dolnym. W tym przypadku przepuszczane promieniowanie przesuwa elektrony z najwyższego poziomu na dół, a elektrony oddają swoją energię w postaci nowych fotonów. Odwrotną populację osiąga się na różne sposoby: w procesach chemicznych, w wypuszczaniu gazu, z powodu silnego naświetlania itp.
Proponowane urządzenie różni się od znanych analogów dwiema cechami.
Pierwszą cechą jest to, że lampa pompy nie znajduje się poza płynem roboczym, ale w środku. (Zdjęcie 1)
Umożliwiło to nałożenie powłoki odblaskowej bezpośrednio na boczną powierzchnię płynu roboczego (szkło neodymowe). Ta funkcja zwiększyła efektywność zbierania światła z lampy pompy około 4 razy.
Dla porównania na ryc. 2 przedstawia wzór pompowania z czterema lampami.
Skuteczność zbierania światła na ciele roboczym zmniejsza się w takim schemacie, ponieważ promienie w sektorze z kątem α nie skupiają się w ogóle na ciele roboczym, ponadto promienie biegnące pod niewielkim kątem do osi lampy nie spadają na ciało robocze, co więcej, obraz lampy w obszarze pracy ciała przekracza rozmiar ciała roboczego. Przypomnijmy sobie, że tylko promienie ze źródła punktowego są zbierane w przeciwnym ognisku elipsoidy. Wreszcie, wielokrotne odbicia z częściowym rozpraszaniem ze ścian lampy, z lustra iz powierzchni czynnika roboczego również zmniejszają efektywność zbierania światła.
W proponowanym schemacie prawie wszystkie promienie są zamknięte w odbłyśniku. W wyniku zmniejszenia liczby wymaganych lamp pompujących objętość i waga zespołu kondensatorów zmniejszyła się 4-krotnie. Ponadto sam generator stał się łatwiejszy i bardziej kompaktowy.
Druga funkcja dotyczy rezonatora urządzenia. Konwencjonalny rezonator składa się z dwóch równoległych zwierciadeł, z których jeden jest półprzezroczysty, a drugi nieprzezroczysty. W tym urządzeniu lustro nieprzezroczyste jest zastąpione reflektorem narożnym w postaci szklanego pryzmatu z nachyloną ścianą wejściową. Nachylenie powierzchni wejściowej umożliwia ustawienie tej powierzchni pod kątem Brewstera (współczynnik załamania światła szkła) do osi lasera (ryc. 3).
W tym przypadku promieniowanie laserowe jest spolaryzowane i nie jest odbijane od powierzchni wejściowej pryzmatu. Główną zaletą zastosowania tego pryzmatu jest to, że odbita wiązka jest ściśle równoległa do wiązki padającej. Rezonator zawsze pozostaje dostrojony. W tym samym czasie konwencjonalny rezonator z równoległymi zwierciadłami wymaga czasochłonnego dostrajania (wyrównania). Odblaskowa powłoka lustra jest łatwa do uszkodzenia. Pryzmat nie ma powłoki odblaskowej. Promień doświadcza całkowitego wewnętrznego odbicia.
Warto zwrócić uwagę na konstrukcję mechanizmu regulacji. (Zdjęcie 4)
Mechanizm składa się z trzech paneli (zaznaczonych kolorem) połączonych elastycznymi elementami (czarnym). Pierwszy i drugi panel są połączone na dolnych poziomych końcach. Drugi i trzeci panel są połączone na lewych pionowych końcach. Ta konstrukcja zapewnia dwa stopnie swobody dla małych zwojów pierwszego panelu względem trzeciego panelu wokół osi pionowej i poziomej. W celu precyzyjnego obrotu każda para paneli jest połączona za pomocą śruby różnicowej. Połowa śruby ma gwint, na przykład M4, a druga połowa śruby ma gwint M5, skok gwintów różni się o ~ 100 μm. Jedna część śruby wchodzi do gwintowanego otworu w jednym panelu, a druga do gwintowanego otworu w innym panelu.
Obracając łeb śruby, pełny obrót zmieni odległość między panelami o zaledwie 100 mikronów. Ponadto elastyczne elementy dociskają panele do siebie i całkowicie eliminują luzy. Jeden z skrajnych paneli jest sztywno zamocowany na ławie optycznej, a lustro lub pryzmat są przymocowane do drugiego skrajnego panelu. Regulacja odbywa się komfortowo i na zawsze.
Te cechy sprawiają, że laser jest szczególnie wygodny w warunkach polowych.
