Laser je už dlho vhodný nástroj používaný v chémii, biológii, medicíne, inžinierstve, vedách a vojenských záležitostiach.
Pri vývoji laserovej technológie vzrástol záujem o technické a ekonomické charakteristiky laserov. Vysoká účinnosť lasera nadobudla základný význam v súvislosti s výskumom v oblasti termonukleárnej syntézy ako zdroja lacnej a ekologickej energie. Termonukleárna fúzia sa vyskytuje v hustom plazme, zahrievanom na stovky miliónov stupňov. Jedným zo sľubných spôsobov ohrevu plazmou je zaostrenie laserového impulzu s vysokým výkonom na plazmový cieľ. Je zrejmé, že energia termonukleárnej fúzie by mala podstatne presiahnuť náklady na energiu na vytvorenie plazmy, v ktorej nastane termonukleárna reakcia. V opačnom prípade takýto proces neprinesie žiadne ekonomické výhody. Hľadanie konštruktívneho riešenia, ktoré poskytne vysokú laserovú účinnosť a prijateľné výkonnostné charakteristiky, odhalilo charakteristické znaky opísané nižšie.
Pri vytváraní prvých laserov bolo dôležité ukázať základnú možnosť zosilnenia svetelného lúča v médiu s inverznou populáciou energetických úrovní a možnosťou vytvorenia média s inverznou populáciou. Pojem "inverzná populácia" znamená, že v energetickom spektre atómu sa vyskytuje dvojica úrovní energie, v ktorej je počet elektrónov v hornej úrovni väčší ako v dolnom. V tomto prípade prenášané žiarenie tlačí elektróny z hornej úrovne na dno a elektróny sa vzdať svojej energie vo forme nových fotónov. Inverzná populácia sa dosahuje rôznymi spôsobmi: v chemických procesoch, v plynovom výboji, v dôsledku silného ožarovania atď.
Navrhované zariadenie sa líši od známych analógov dvomi vlastnosťami.
Prvým znakom je, že čerpadlo nie je umiestnené mimo pracovnej kvapaliny, ale vnútri. (Obr. 1)
To umožnilo naniesť reflexný povlak priamo na bočný povrch pracovnej tekutiny (sklo z neodymu). Táto funkcia zvýšila účinnosť zhromažďovania svetla z lampy čerpadla asi 4 krát.
Na porovnanie na obr. 2 znázorňuje čerpací vzor so štyrmi svietidlami.
Účinnosť zhromažďovania svetla na pracovnom tele sa v takejto schéme znižuje v dôsledku skutočnosti, že lúče v sektore s uhlom α sa vôbec nezameriavajú na pracovné teleso, navyše lúče vedúce pod malým uhlom k osi lampy nespadajú na pracovné teleso, navyše, obraz svietidla v oblasti pracovného tela presahuje veľkosť pracovného telesa. Pripomeňme, že len lúče z bodového zdroja sa zhromažďujú v opačnom zameraní elipsoidu. Nakoniec viacnásobné odrazy s čiastočným rozptylom zo stien lampy, z zrkadla a z povrchu pracovného média tiež znižujú účinnosť zberu svetla.
V navrhovanej schéme sú takmer všetky lúče zablokované vo vnútri reflektora. V dôsledku zníženia počtu požadovaných čerpacích svietidiel sa objem a hmotnosť kondenzátorovej banky znížili o 4 krát. Okrem toho samotný generátor sa stal jednoduchším a kompaktnejším.
Druhá vlastnosť sa týka rezonátora zariadenia. Bežný rezonátor pozostáva z dvoch paralelných zrkadiel, z ktorých jedna je priesvitná a druhá nepriehľadná. V tomto prístroji je neprístupné zrkadlo nahradené rohovým reflektorom vo forme skleneného hranolu so šikmou vstupnou plochou. Sklon vstupnej plochy umožňuje, aby táto plocha bola umiestnená v uhle Brewster (index lomu skla) na laserovú os (obrázok 3).
V tomto prípade je laserové žiarenie polarizované a neodráža sa od vstupnej plochy hranola. Hlavnou výhodou použitia tohto hranolu je, že odrazený lúč je striktne paralelný s dopadajúcim lúčom. Rezonátor zostáva vždy ladený. Súčasný rezonátor s paralelnými zrkadlami vyžaduje časovo náročné jemné ladenie (zarovnanie). Reflektívne zrkadlá sa ľahko poškodia. Prism nemá žiaden reflexný povlak. Rádio zažíva úplnú vnútornú reflexiu.
Je zaujímavé poznamenať návrh mechanizmu nastavenia. (obrázok 4)
Mechanizmus sa skladá z troch panelov (zvýraznených farbou), ktoré sú spojené pružnými prvkami (čierne). Prvý a druhý panel sú spojené na dolných horizontálnych koncoch. Druhý a tretí panel sú pripojené na ľavé vertikálne konce. Táto konštrukcia poskytuje dva stupne voľnosti pre malé otáčky prvého panelu vzhľadom na tretí panel okolo vertikálnej a horizontálnej osi. Pre presné otáčanie je každý pár panelov spojený diferenčnou skrutkou. Polovica skrutky má závit, napríklad M4, a druhá polovica skrutky má závit M5. Rozstup týchto závitov sa líši o ~ 100 μm. Jedna časť skrutky vstupuje do závitového otvoru v jednom paneli a druhý do závitového otvoru v inom paneli.
Pri otočení hlavy skrutky do plného otáčky sa vzdialenosť medzi panelmi zmení iba o 100 mikrónov. Okrem toho flexibilné prvky tlačia panely navzájom a úplne eliminujú vôľu. Jeden z extrémnych panelov je pevne upevnený na optickej lavici, na druhom extrémnom paneli je upevnené zrkadlo alebo hranol. Úprava sa vykonáva pohodlne a navždy.
Tieto vlastnosti robia laser zvlášť vhodný v poľných podmienkach.
