Il laser è stato a lungo uno strumento utile utilizzato in chimica, biologia, medicina, ingegneria, scienza e affari militari.
Con lo sviluppo della tecnologia laser, l'interesse per le caratteristiche tecniche ed economiche dei laser crebbe. L'alta efficienza del laser ha acquisito un'importanza fondamentale in connessione con la ricerca nel campo della fusione termonucleare come fonte di energia economica e pulita. La fusione termonucleare si verifica nel plasma denso, riscaldato a centinaia di milioni di gradi. Uno dei modi promettenti di riscaldamento al plasma è la messa a fuoco di un impulso laser ad alta potenza su un bersaglio al plasma. È chiaro che l'energia della fusione termonucleare dovrebbe sostanzialmente superare i costi energetici della creazione di un plasma in cui si verificheranno le reazioni termonucleari. Altrimenti, tale processo non darà alcun vantaggio economico. La ricerca di una soluzione costruttiva che fornisca un'elevata efficienza laser e caratteristiche di prestazioni accettabili ha rivelato le caratteristiche distintive descritte di seguito.
Quando si creavano i primi laser, era importante mostrare la fondamentale possibilità di amplificare il fascio di luce in un mezzo con una popolazione inversa di livelli di energia e la possibilità di creare un mezzo con una popolazione inversa. Il termine "popolazione inversa" significa che una coppia di livelli di energia si verifica nello spettro di energia di un atomo in cui il numero di elettroni nel livello superiore è maggiore di quello in quello inferiore. In questo caso, la radiazione trasmessa spinge gli elettroni dal livello superiore a quello inferiore e gli elettroni rilasciano la loro energia sotto forma di nuovi fotoni. La popolazione inversa viene raggiunta in diversi modi: nei processi chimici, in una scarica di gas, a causa della potente irradiazione, ecc.
Il dispositivo proposto differisce dagli analoghi noti per due caratteristiche.
La prima caratteristica è che la lampada della pompa non si trova all'esterno del fluido di lavoro, ma al suo interno. (Pic 1)
Ciò ha reso possibile applicare un rivestimento riflettente direttamente sulla superficie laterale del fluido di lavoro (vetro al neodimio). Questa funzione ha aumentato l'efficienza di raccolta della luce dalla lampada della pompa circa 4 volte.
Per confronto in fig. 2 mostra un modello di pompaggio con quattro lampade.
L'efficienza della luce collettiva sul corpo di lavoro è ridotta in un tale schema a causa del fatto che i raggi nel settore con angolo α non si concentrano sul corpo di lavoro, inoltre, i raggi che vanno da un piccolo angolo all'asse della lampada non cadono sul corpo di lavoro, inoltre, l'immagine della lampada nell'area del corpo di lavoro supera le dimensioni del corpo di lavoro. Ricorda che solo i raggi da una sorgente puntiforme sono raccolti al fuoco opposto dell'ellissoide. Infine, riflessioni multiple con dispersione parziale dalle pareti della lampada, dallo specchio e dalla superficie del mezzo di lavoro riducono anche l'efficienza della luce collettiva.
Nello schema proposto, quasi tutti i raggi sono bloccati all'interno del riflettore. Come risultato della riduzione del numero di lampade di pompaggio richieste, il volume e il peso del banco di condensatori sono diminuiti di 4 volte. Inoltre, il generatore stesso è diventato più facile e più compatto.
La seconda funzione riguarda il risonatore del dispositivo. Un risonatore convenzionale consiste di due specchi paralleli, uno dei quali è traslucido e l'altro opaco. In questo dispositivo, lo specchio opaco viene sostituito con un riflettore angolare sotto forma di un prisma di vetro con una faccia di ingresso inclinata. La pendenza della faccia di ingresso consente di posizionare questa faccia sull'angolo del birrificio (; è l'indice di rifrazione del vetro) sull'asse del laser (figura 3).
In questo caso, la radiazione laser è polarizzata e non viene riflessa dalla faccia di ingresso del prisma. Il vantaggio principale dell'uso di questo prisma è che il raggio riflesso è strettamente parallelo al raggio incidente. Il risonatore rimane sempre sintonizzato. Allo stesso tempo, un risuonatore convenzionale con specchi paralleli richiede una regolazione fine (allineamento) che richiede molto tempo. Il rivestimento riflettente dello specchio è facile da danneggiare. Il prisma non ha rivestimento riflettente. Il raggio sperimenta una riflessione interna totale.
È interessante notare il design del meccanismo di regolazione. (foto 4)
Il meccanismo è composto da tre pannelli (evidenziati a colori), collegati da elementi flessibili (neri). Il primo e il secondo pannello sono collegati alle estremità orizzontali inferiori. Il secondo e il terzo pannello sono collegati alle estremità verticali di sinistra. Questo design offre due gradi di libertà per le piccole curve del primo pannello rispetto al terzo pannello attorno agli assi verticale e orizzontale. Per la rotazione di precisione, ogni coppia di pannelli è collegata da una vite differenziale. La metà della vite ha una filettatura, ad esempio M4, e la seconda metà della vite ha una filettatura M5. Il passo di questi fili differisce di ~ 100 μm. Una parte della vite entra in un foro filettato in un pannello e l'altra in un foro filettato in un altro pannello.
Ruotando la testa della vite di un giro completo si modifica la distanza tra i pannelli di soli 100 micron. Inoltre, gli elementi flessibili spingono i pannelli l'uno verso l'altro ed eliminano completamente il gioco. Uno dei pannelli estremi è fissato rigidamente sul banco ottico, uno specchio o un prisma è fissato sull'altro pannello estremo. La regolazione viene effettuata comodamente e per sempre.
Queste caratteristiche rendono il laser particolarmente conveniente in condizioni di campo.
