Laser on jo pitkään ollut kätevä työkalu, jota käytetään kemiassa, biologiassa, lääketieteessä, tekniikassa, tiede- ja sotilasasioissa.
Laserteknologian kehittyessä kiinnostus laserien teknisiin ja taloudellisiin ominaisuuksiin kasvoi. Laserin korkea hyötysuhde on saanut perustavanlaatuisen merkityksen lämpöydinfuusion alalla tehtävän tutkimuksen yhteydessä halvan ja ympäristöystävällisen energian lähteenä. Lämpöydinfuusio tapahtuu tiheässä plasmassa, lämmitetään satoja miljoonia asteita. Yksi lupaavista keinoista plasman lämmittämiseen on suuritehoisen laserpulssin fokusointi plasman kohteeseen. On selvää, että lämpöydinfuusion energian tulisi merkittävästi ylittää energiakustannukset sellaisen plasman luomisessa, jossa esiintyy lämpöydinreaktioita. Muuten tällainen prosessi ei anna taloudellista hyötyä. Konstruktiivisen ratkaisun etsiminen, joka tuottaa suuren lasertehokkuuden ja hyväksyttävät suorituskykyominaisuudet, paljasti jäljempänä kuvatut erityispiirteet.
Ensimmäisiä lasereita luotaessa oli tärkeää osoittaa perusmahdollisuus vahvistaa valonsädettä keskipisteessä, jossa on käänteinen populaatioprosentti ja mahdollisuus luoda väliaine, jolla on käänteinen populaatio. Termi "käänteinen populaatio" tarkoittaa, että energiatasojen pari esiintyy atomin energiaspektrissä, jossa elektronien lukumäärä ylemmällä tasolla on suurempi kuin alemmassa. Tässä tapauksessa lähetetty säteily työntää elektronit ylemmältä tasolta alempaan ja elektronit vapauttavat energiansa uusien fotonien muodossa. Käänteinen väestö saavutetaan eri tavoin: kemiallisissa prosesseissa, kaasupurkauksessa voimakkaan säteilytyksen vuoksi jne.
Ehdotettu laite eroaa tunnetuista analogeista kahdella piirteellä.
Ensimmäinen ominaisuus on se, että pumpun lamppu ei sijaitse työnesteen ulkopuolella, vaan sen sisällä. (Kuva 1)
Tämä mahdollisti heijastavan päällysteen levittämisen suoraan nesteen sivuttaispinnalle (neodyymilasi). Tämä ominaisuus on lisännyt valon keräämisen tehokkuutta pumpun lampusta noin 4 kertaa.
Vertailua varten kuviossa. 2 esittää pumppauskuvion neljällä lampulla.
Valon keräämisen tehokkuus työ- rungossa pienenee tällaisessa järjestelmässä, koska alan säteet, joissa kulma a eivät keskity lainkaan työkappaleeseen, lisäksi pienet kulma lampun akseliin kulkevat säteet eivät putoa työelimeen, työpöydän lampun kuva ylittää työkappaleen koon. Muistakaa, että ellipsoidin vastakkaisessa kohdissa kerätään vain pistelähteestä peräisin olevia säteitä. Lopuksi useat heijastukset, joissa on osittainen sironta lampun seinistä, peilistä ja työvälineen pinnasta, myös vähentävät valon keräämisen tehokkuutta.
Ehdotetussa järjestelmässä lähes kaikki säteet on lukittu heijastimen sisäpuolelle. Vaadittujen pumppauslamppujen määrän vähentämisen seurauksena kondensaattoripanoksen tilavuus ja paino laskivat 4 kertaa. Lisäksi itse generaattori on tullut helpommaksi ja pienemmäksi.
Toinen ominaisuus liittyy laitteen resonaattoriin. Tavanomainen resonaattori koostuu kahdesta rinnakkaisesta peilistä, joista toinen on läpikuultava ja toinen läpinäkymätön. Tässä laitteessa läpinäkymätön peili on korvattu kulmaheijastimella, joka on lasipresmin muotoinen ja jossa on kalteva sisäänkäynti. Tulopinnan kaltevuus sallii tämän kasvon sijoittamisen Brewsterin kulmaan (; on lasin taitekerroin) laserakseliin (kuvio 3).
Tällöin lasersäteily on polarisoitu eikä heijastu prisman sisääntulopinnasta. Tämän prisman käytön tärkein etu on, että heijastunut säde on ehdottomasti yhdensuuntainen tulevan säteen kanssa. Resonaattori pysyy aina viritettynä. Samalla tavanomainen resonaattori, jossa on samansuuntaiset peilit, vaatii aikaa vievää hienosäätöä (kohdistusta). Heijastava peilipinnoite on helppo vahingoittaa. Prismassa ei ole heijastavaa pinnoitetta. Ray kokee täydellisen sisäisen heijastuksen.
On mielenkiintoista huomata säätömekanismin suunnittelu. (kuva 4)
Mekanismi koostuu kolmesta paneelista (korostettu värillä), jotka on yhdistetty joustaviin elementteihin (musta). Ensimmäinen ja toinen paneeli on liitetty alempiin horisontaalisiin päihin. Toinen ja kolmas paneeli on liitetty vasempaan pystysuuntaan. Tämä rakenne antaa kaksi vapausastetta ensimmäisen paneelin pienille kierroksille suhteessa kolmanteen paneeliin pysty- ja vaaka-akseleiden ympärillä. Tarkkuuskiertoa varten kukin paneelipari on liitetty differentiaaliruuvilla. Puolessa ruuvista on kierre, esimerkiksi M4, ja ruuvin toisella puolella on kierre M5. Näiden lankojen pituus vaihtelee ~ 100 um. Yksi ruuvin osa menee kierteiseen reikään yhdessä paneelissa ja toinen kierteitettyyn reikään toisessa paneelissa.
Ruuvinkannan kääntäminen täyteen kierrokseen muuttaa paneelien välistä etäisyyttä vain 100 mikronilla. Lisäksi taipuisat elementit työntävät paneelit toisiinsa ja eliminoivat täysin taaksepäin. Yksi äärimmäisistä paneeleista on kiinteästi kiinnitetty optiseen penkkiin, peili tai prisma on kiinnitetty toiselle äärimmäiselle paneelille. Säätö tehdään mukavasti ja ikuisesti.
Nämä ominaisuudet tekevät laserista erityisen kätevän kenttäolosuhteissa.
