El láser ha sido durante mucho tiempo una herramienta conveniente utilizada en química, biología, medicina, ingeniería, ciencia y asuntos militares.
A medida que se desarrolló la tecnología láser, creció el interés en las características técnicas y económicas de los láseres. La alta eficiencia del láser ha adquirido una importancia fundamental en relación con la investigación en el campo de la fusión termonuclear como fuente de energía barata y ecológica. La fusión termonuclear se produce en plasma denso, que se calienta a cientos de millones de grados. Una de las formas prometedoras de calentamiento por plasma es el enfoque de un pulso láser de alta potencia en un objetivo de plasma. Está claro que la energía de la fusión termonuclear debe exceder sustancialmente los costos de energía de crear un plasma en el que se produzcan reacciones termonucleares. De lo contrario, tal proceso no dará ningún beneficio económico. La búsqueda de una solución constructiva que proporcione una alta eficiencia de láser y características de rendimiento aceptables reveló las características distintivas que se describen a continuación.
Al crear los primeros láseres, era importante mostrar la posibilidad fundamental de amplificar el haz de luz en un medio con una población inversa de niveles de energía y la posibilidad de crear un medio con una población inversa. El término "población inversa" significa que se produce un par de niveles de energía en el espectro de energía de un átomo en el que el número de electrones en el nivel superior es mayor que en el inferior. En este caso, la radiación transmitida empuja los electrones desde el nivel superior al inferior y los electrones liberan su energía en forma de nuevos fotones. La población inversa se logra de diferentes maneras: en procesos químicos, en una descarga de gas, debido a la poderosa irradiación, etc.
El dispositivo propuesto se diferencia de los análogos conocidos por dos características.
La primera característica es que la lámpara de la bomba no está ubicada fuera del fluido de trabajo, sino dentro de él. (Foto 1)
Esto hizo posible aplicar un revestimiento reflectante directamente en la superficie lateral del fluido de trabajo (vidrio de neodimio). Esta característica ha aumentado la eficiencia de la recolección de luz de la lámpara de la bomba aproximadamente 4 veces.
Para la comparación en la Fig. 2 muestra un patrón de bombeo con cuatro lámparas.
La eficiencia de la recogida de luz en el cuerpo de trabajo se reduce en un esquema de este tipo debido al hecho de que los rayos en el sector con ángulo α no se enfocan en el cuerpo de trabajo, además, los rayos que van en un ángulo pequeño al eje de la lámpara no caen en el cuerpo de trabajo. La imagen de la lámpara en el área del cuerpo de trabajo excede el tamaño del cuerpo de trabajo. Recuerde que solo los rayos de una fuente puntual se recolectan en el foco opuesto del elipsoide. Finalmente, los múltiples reflejos con dispersión parcial de las paredes de la lámpara, del espejo y de la superficie del medio de trabajo también reducen la eficiencia de la recolección de luz.
En el esquema propuesto, casi todos los rayos están bloqueados dentro del reflector. Como resultado de reducir el número de lámparas de bombeo requeridas, el volumen y el peso del banco de capacitores disminuyeron en 4 veces. Además, el propio generador se ha vuelto más fácil y más compacto.
La segunda característica se relaciona con el dispositivo resonador. Un resonador convencional consta de dos espejos paralelos, uno de los cuales es translúcido y el otro opaco. En este dispositivo, el espejo opaco se reemplaza con un reflector de esquina en forma de prisma de vidrio con una cara de entrada inclinada. La pendiente de la cara de entrada permite que esta cara se coloque en el ángulo de Brewster (; es el índice de refracción del vidrio) con respecto al eje del láser (Fig. 3).
En este caso, la radiación láser está polarizada y no se refleja desde la cara de entrada del prisma. La principal ventaja de usar este prisma es que el haz reflejado es estrictamente paralelo al haz incidente. El resonador siempre permanece sintonizado. Al mismo tiempo, un resonador convencional con espejos paralelos requiere un ajuste fino (alineación) que requiere mucho tiempo. El revestimiento reflectante del espejo es fácil de dañar. El prisma no tiene recubrimiento reflectante. El rayo experimenta una reflexión interna total.
Es interesante observar el diseño del mecanismo de ajuste. (foto 4)
El mecanismo consta de tres paneles (resaltados en color), conectados por elementos flexibles (negro). Los paneles primero y segundo están conectados en los extremos horizontales inferiores. Los paneles segundo y tercero están conectados en los extremos verticales izquierdos. Este diseño ofrece dos grados de libertad para giros pequeños del primer panel en relación con el tercer panel alrededor de los ejes vertical y horizontal. Para una rotación de precisión, cada par de paneles está conectado por un tornillo diferencial. La mitad del tornillo tiene una rosca, por ejemplo, M4, y la segunda mitad del tornillo tiene una rosca M5. El paso de estas roscas difiere en ~ 100 µm. Una parte del tornillo entra en un orificio roscado en un panel y la otra en un orificio roscado en otro panel.
Girar la cabeza del tornillo una vuelta completa cambiará la distancia entre los paneles en solo 100 micrones. Además, los elementos flexibles empujan los paneles entre sí y eliminan completamente el juego. Uno de los paneles extremos está fijo rígidamente en el banco óptico, un espejo o prisma está fijo en el otro panel extremo. El ajuste se realiza cómodamente y para siempre.
Estas características hacen que el láser sea particularmente conveniente en condiciones de campo.
