De laser is lang een handig hulpmiddel geweest dat wordt gebruikt in de chemie, biologie, geneeskunde, engineering, wetenschap en militaire aangelegenheden.
Naarmate de lasertechnologie zich ontwikkelde, groeide de belangstelling voor de technische en economische kenmerken van lasers. Het hoge rendement van de laser heeft fundamenteel belang gekregen in verband met onderzoek op het gebied van thermonucleaire fusie als een bron van goedkope en milieuvriendelijke energie. Thermonucleaire fusie komt voor in dicht plasma, verhit tot honderden miljoenen graden. Een van de veelbelovende manieren om plasma te verwarmen is het scherpstellen van een krachtige laserpuls op een plasmatarget. Het is duidelijk dat de energie van thermonucleaire fusie de energiekosten van het maken van een plasma waarin thermonucleaire reacties zullen optreden aanzienlijk overtreft. Anders zal een dergelijk proces geen economische voordelen opleveren. De zoektocht naar een constructieve oplossing die een hoge laserefficiëntie en acceptabele prestatiekenmerken zal bieden, onthulde de onderscheidende kenmerken die hieronder worden beschreven.
Bij het maken van de eerste lasers was het belangrijk om de fundamentele mogelijkheid te tonen om de lichtstraal te versterken in een medium met een inverse populatie van energieniveaus en de mogelijkheid om een medium met inverse populatie te creëren. De term "inverse populatie" betekent dat een paar energieniveaus optreedt in het energiespectrum van een atoom waarin het aantal elektronen in het bovenste niveau groter is dan in het lagere niveau. In dit geval duwt de uitgezonden straling elektronen van het bovenste niveau naar de bodem en geven elektronen hun energie af in de vorm van nieuwe fotonen. Inverse populatie wordt op verschillende manieren bereikt: in chemische processen, in een gasontlading, door krachtige bestraling, enz.
Het voorgestelde apparaat verschilt van de bekende analogen door twee functies.
Het eerste kenmerk is dat de pomplamp zich niet buiten de werkvloeistof bevindt, maar daarbinnen. (Foto 1)
Dit maakte het mogelijk om een reflecterende coating rechtstreeks op het laterale oppervlak van het werkfluïdum (neodymiumglas) aan te brengen. Deze functie heeft de efficiëntie van het verzamelen van licht van de pomplamp ongeveer 4 keer verhoogd.
Ter vergelijking in Fig. 2 toont een pomppatroon met vier lampen.
De efficiëntie van het verzamelen van licht op het werklichaam wordt in een dergelijk schema gereduceerd vanwege het feit dat de stralen in de sector met hoek a zich helemaal niet op het werklichaam richten, bovendien vallen de stralen die onder een kleine hoek ten opzichte van de lampas gaan niet op het werklichaam, bovendien het beeld van de lamp in het werklichaam overschrijdt de grootte van het werklichaam. Herinner dat alleen de stralen van een puntbron worden verzameld in de tegenovergestelde focus van de ellipsoïde. Ten slotte verminderen meervoudige reflecties met gedeeltelijke verstrooiing van de wanden van de lamp, van de spiegel en van het oppervlak van het werkmedium ook de efficiëntie van het verzamelen van licht.
In het voorgestelde schema zijn bijna alle stralen binnen de reflector vergrendeld. Als een resultaat van het verminderen van het aantal vereiste pomplampen, daalden het volume en het gewicht van de condensatorbank met 4 keer. Bovendien is de generator zelf eenvoudiger en compacter geworden.
Het tweede kenmerk heeft betrekking op de resonator van het apparaat. Een conventionele resonator bestaat uit twee parallelle spiegels, waarvan er één doorschijnend is en de andere ondoorzichtig. In dit apparaat wordt de ondoorzichtige spiegel vervangen door een hoekreflector in de vorm van een glazen prisma met een hellend ingangsvlak. De helling van het invoervlak maakt het mogelijk dat dit vlak wordt geplaatst op de Brewster-hoek (; is de brekingsindex van het glas) op de laseras (figuur 3).
In dit geval is de laserstraling gepolariseerd en wordt deze niet gereflecteerd vanaf het invoeroppervlak van het prisma. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van dit prisma is dat de gereflecteerde straal strikt evenwijdig is aan de invallende bundel. De resonator blijft altijd afgestemd. Tegelijkertijd vereist een conventionele resonator met parallelle spiegels tijdrovende fijnafstemming (uitlijning). Reflecterende spiegelende coating is gemakkelijk te beschadigen. Het prisma heeft geen reflecterende coating. De straal ervaart een totale interne reflectie.
Het is interessant om het ontwerp van het aanpassingsmechanisme op te merken. (foto 4)
Het mechanisme bestaat uit drie panelen (gemarkeerd in kleur), verbonden door flexibele elementen (zwart). De eerste en tweede panelen zijn verbonden aan de onderste horizontale uiteinden. Het tweede en derde paneel zijn verbonden aan de linker verticale uiteinden. Dit ontwerp geeft twee vrijheidsgraden voor kleine omwentelingen van het eerste paneel ten opzichte van het derde paneel rond de verticale en horizontale assen. Voor precisierotatie is elk paar panelen verbonden door een differentiaalschroef. De helft van de schroef heeft een schroefdraad, bijvoorbeeld M4, en de tweede helft van de schroef heeft een draad M5. De spoed van deze schroefdraden verschilt met ~ 100 μm. Eén deel van de schroef komt een van schroefdraad voorzien gat in het ene paneel binnen en het andere deel in een van schroefdraad voorzien gat in een ander paneel.
Als u de schroefkop een volle slag draait, verandert de afstand tussen de panelen met slechts 100 micron. Bovendien duwen de flexibele elementen de panelen op elkaar aan en elimineren ze de speling volledig. Een van de extreme panelen is stevig bevestigd op de optische bank, een spiegel of prisma is bevestigd op het andere uiterste paneel. De aanpassing wordt comfortabel en voor altijd uitgevoerd.
Deze kenmerken maken de laser bijzonder geschikt in veldomstandigheden.
