O laser tem sido uma ferramenta conveniente usada em química, biologia, medicina, engenharia, ciência e assuntos militares.
Com o desenvolvimento da tecnologia laser, cresceu o interesse pelas características técnicas e econômicas dos lasers. A alta eficiência do laser adquiriu importância fundamental em relação à pesquisa no campo da fusão termonuclear como fonte de energia barata e limpa. A fusão termonuclear ocorre em plasma denso, aquecido a centenas de milhões de graus. Uma das formas promissoras de aquecimento do plasma é a focalização de um pulso de laser de alta potência em um alvo de plasma. É claro que a energia da fusão termonuclear deve substancialmente exceder os custos de energia da criação de um plasma no qual as reações termonucleares ocorrerão. Caso contrário, tal processo não trará nenhum benefício econômico. A busca por uma solução construtiva que forneça uma alta eficiência de laser e características de desempenho aceitáveis revelou as características distintivas descritas abaixo.
Ao criar os primeiros lasers, foi importante mostrar a possibilidade fundamental de amplificar o feixe de luz em um meio com população inversa de níveis de energia e a possibilidade de criar um meio com população inversa. O termo "população inversa" significa que um par de níveis de energia ocorre no espectro de energia de um átomo no qual o número de elétrons no nível superior é maior que no inferior. Neste caso, a radiação transmitida empurra os elétrons do nível superior para o inferior e os elétrons liberam sua energia na forma de novos fótons. A população inversa é alcançada de diferentes formas: em processos químicos, em uma descarga de gás, devido à poderosa irradiação, etc.
O dispositivo proposto difere dos análogos conhecidos por dois recursos.
A primeira característica é que a lâmpada da bomba não está localizada fora do fluido de trabalho, mas dentro dela. (Foto 1)
Isto tornou possível aplicar um revestimento refletivo diretamente na superfície lateral do fluido de trabalho (vidro de neodímio). Este recurso aumentou a eficiência de coletar luz da lâmpada da bomba por cerca de 4 vezes.
Para comparação na Fig. 2 mostra um padrão de bombeamento com quatro lâmpadas.
A eficiência da coleta de luz no corpo de trabalho é reduzida em tal esquema devido ao fato de que os raios no setor com ângulo α não focam no corpo de trabalho, além disso, os raios que se inclinam para o eixo da lâmpada não caem no corpo de trabalho. a imagem da lâmpada na área do corpo de trabalho excede o tamanho do corpo de trabalho. Lembre-se de que apenas raios de uma fonte pontual são coletados no foco oposto do elipsóide. Finalmente, múltiplos reflexos com dispersão parcial das paredes da lâmpada, do espelho e da superfície do meio de trabalho também reduzem a eficiência da coleta de luz.
No esquema proposto, quase todos os raios estão bloqueados dentro do refletor. Como resultado da redução do número de lâmpadas de bombeamento necessárias, o volume e o peso do banco de capacitores diminuíram em 4 vezes. Além disso, o próprio gerador tornou-se mais fácil e mais compacto.
O segundo recurso refere-se ao ressonador do dispositivo. Um ressonador convencional consiste em dois espelhos paralelos, um dos quais é translúcido e o outro opaco. Neste dispositivo, o espelho opaco é substituído por um refletor de canto na forma de um prisma de vidro com uma face de entrada inclinada. A inclinação da face de entrada permite que essa face seja posicionada no ângulo de Brewster (; é o índice de refração do vidro) para o eixo do laser (Fig. 3).
Neste caso, a radiação laser é polarizada e não é refletida da face de entrada do prisma. A principal vantagem de usar este prisma é que o feixe refletido é estritamente paralelo ao feixe incidente. O ressonador permanece sempre sintonizado. Ao mesmo tempo, um ressonador convencional com espelhos paralelos requer um ajuste fino e demorado (alinhamento). O revestimento reflexivo do espelho é fácil de danificar. O prisma não possui revestimento refletivo. O raio experimenta uma reflexão interna total.
É interessante notar o desenho do mecanismo de ajuste. (foto 4)
O mecanismo consiste em três painéis (destacados em cores), conectados por elementos flexíveis (preto). O primeiro e segundo painéis estão conectados nas extremidades horizontais inferiores. O segundo e o terceiro painéis estão conectados nas extremidades verticais esquerdas. Este design oferece dois graus de liberdade para pequenos giros do primeiro painel em relação ao terceiro painel em torno dos eixos vertical e horizontal. Para rotação de precisão, cada par de painéis é conectado por um parafuso diferencial. Metade do parafuso tem rosca, por exemplo, M4, e a segunda metade do parafuso tem rosca M5 O passo desses roscas difere em ~ 100 µm. Uma parte do parafuso entra em um orifício rosqueado em um painel eo outro em um orifício rosqueado em outro painel.
Girar a cabeça do parafuso uma volta completa mudará a distância entre os painéis em apenas 100 microns. Além disso, os elementos flexíveis empurram os painéis uns para os outros e eliminam completamente a folga. Um dos painéis extremos é rigidamente fixado na bancada ótica, um espelho ou prisma é fixado no outro painel extremo. O ajuste é realizado confortavelmente e para sempre.
Esses recursos tornam o laser particularmente conveniente em condições de campo.
