Laser je již dlouho vhodným nástrojem pro chemii, biologii, lékařství, inženýrství, vědu a vojenské záležitosti.
Jak se vyvinula laserová technologie, rostl zájem o technické a ekonomické vlastnosti laserů. Vysoká účinnost laseru získala zásadní význam v souvislosti s výzkumem v oblasti termonukleární fúze jako zdrojem levné a čisté energie. Termonukleární fúze probíhá v husté plazmě, zahřáté na stovky miliónů stupňů. Jedním ze slibných způsobů ohřevu plazmy je soustředění laserového pulsu s vysokým výkonem na plazmový cíl. Je zřejmé, že energie termonukleární fúze by měla podstatně překročit náklady na energii vytváření plazmy, ve které dochází k termonukleárním reakcím. V opačném případě takový proces neposkytuje žádné ekonomické výhody. Hledání konstruktivního řešení, které zajistí vysokou účinnost laseru a přijatelné výkonnostní charakteristiky, odhalilo charakteristické rysy popsané níže.
Při vytváření prvních laserů bylo důležité ukázat základní možnost zesilování světelného paprsku v prostředí s inverzní populací energetických úrovní a možnost vytvořit médium s inverzní populací. Termín "inverzní populace" znamená, že se v energetickém spektru atomu vyskytuje dvojice úrovní energie, v nichž je počet elektronů v horní úrovni vyšší než v dolním. V tomto případě přenášené záření vytlačuje elektrony z horní úrovně do dolní a elektrony uvolňují svou energii ve formě nových fotonů. Inverzní populace se dosahuje různými způsoby: v chemických procesech, při vypouštění plynu, v důsledku silného ozáření atd.
Navrhované zařízení se liší od známých analogů dvěma funkcemi.
První funkce je, že čerpadlo není umístěno mimo pracovní tekutinu, ale uvnitř. (Obr. 1)
To umožnilo aplikovat reflexní nátěr přímo na boční plochu pracovní tekutiny (sklo z neodymu). Tato funkce zvýšila účinnost sběru světla z lampy čerpadla asi 4krát.
Pro porovnání na obr. 2 znázorňuje čerpací vzorek se čtyřmi výbojkami.
Účinnost shromažďování světla na pracovním těle je v takovém schématu snížena vzhledem k tomu, že paprsky v sektoru s úhlem α se vůbec nezaostří na pracovní těleso, navíc paprsky, které se pohybují v malém úhlu k ose lampy, nespadají na pracovní těleso, navíc, obraz lampy v oblasti pracovního těla přesahuje velikost pracovního těla. Připomeňme, že pouze paprsky z bodového zdroje se shromažďují v opačném směru elipsoidu. Konečně vícenásobné odrazy s částečným rozptylem ze stěn lampy, ze zrcadla a z povrchu pracovního média také snižují účinnost sběru světla.
V navrhovaném schématu jsou téměř všechny paprsky zamčené uvnitř reflektoru. V důsledku snížení počtu potřebných čerpacích svítidel se snížil objem a hmotnost kondenzátoru o 4 krát. Kromě toho se generátor sám stal jednodušším a kompaktnějším.
Druhá vlastnost se týká rezonátoru zařízení. Konvenční rezonátor se skládá ze dvou paralelních zrcadel, z nichž jedna je průsvitná a druhá neprůhledná. V tomto zařízení je neprůhledné zrcadlo nahrazeno rohovým reflektorem ve formě skleněného hranolu se skloněnou vstupní plochou. Sklon vstupní plochy umožňuje, aby tato plocha byla umístěna v úhlu Brewster (index indexu lomu skla) na osu laseru (obr. 3).
V tomto případě je laserové záření polarizováno a neodráží se od vstupní plochy hranolu. Hlavní výhodou použití tohoto hranolu je to, že odražený paprsek je přísně paralelní s dopadajícím paprskem. Rezonátor je stále naladěn. Současný rezonátor s paralelními zrcadly vyžaduje časově náročné jemné ladění (zarovnání). Reflexní zrcadlový nátěr je snadno poškozen. Prism nemá reflexní povlak. Ray zažívá úplnou vnitřní reflexi.
Je zajímavé poznamenat návrh mechanismu úpravy. (obr. 4)
Mechanismus se skládá ze tří panelů (zvýrazněných barevně), které jsou spojeny pružnými prvky (černé). První a druhý panel jsou připojeny ke spodním horizontálním koncům. Druhý a třetí panel jsou připojeny na levém vertikálním konci. Tato konstrukce poskytuje dva stupně volnosti pro malé otáčky prvního panelu vzhledem ke třetímu panelu kolem svislé a vodorovné osy. Pro přesné natočení je každý pár panelů spojen pomocí diferenciálního šroubu. Polovina šroubu má závit, například M4, a druhá polovina šroubu má závit M5. Rozteč těchto závitů se liší o ~ 100 μm. Jedna část šroubu vstupuje do závitového otvoru v jednom panelu a druhý do závitového otvoru v druhém panelu.
Při otočení hlavy šroubu se změní vzdálenost mezi panely o pouhých 100 mikronů. Navíc flexibilní prvky zasahují panely k sobě navzájem a zcela eliminují vůli. Jeden z extrémních panelů je pevně upevněn na optické lavici, na druhém krajním panelu je upevněno zrcadlo nebo hranol. Nastavení se provádí pohodlně a navždy.
Díky těmto vlastnostem je laser zvláště vhodný v polních podmínkách.
