Lazeris jau seniai yra patogi priemonė, naudojama chemijos, biologijos, medicinos, inžinerijos, mokslo ir karo reikalams.
Sukūrus lazerių technologiją, išaugo susidomėjimas techninėmis ir ekonominėmis lazerių charakteristikomis. Didelis lazerio efektyvumas yra labai svarbus, kai atliekamas tyrimas termobranduolinės sintezės srityje kaip pigios ir ekologiškos energijos šaltinis. Termobranduolinė sintezė vyksta tankioje plazmoje, šildoma iki šimtų milijonų laipsnių. Vienas iš perspektyviausių plazmos šildymo būdų yra didelio galingumo lazerio impulso koncentravimas į plazmos tikslą. Akivaizdu, kad termobranduolinės sintezės energija turėtų gerokai viršyti energijos sąnaudas kuriant plazmą, kurioje atsiras termobranduolinės reakcijos. Priešingu atveju toks procesas nesuteiks jokios ekonominės naudos. Konstruktyvaus sprendimo, užtikrinančio aukštą lazerio efektyvumą ir priimtinas veikimo charakteristikas, paieška atskleidė toliau aprašytus ypatumus.
Kuriant pirmuosius lazerius, buvo svarbu parodyti pagrindinę galimybę sustiprinti šviesos spindulį terpėje su atvirkštine energijos lygių populiacija ir galimybe sukurti terpę su atvirkštine populiacija. Terminas "atvirkštinė populiacija" reiškia, kad energijos lygių pora yra atomo energijos spektre, kuriame elektronų skaičius viršutiniame lygyje yra didesnis nei apatinėje. Tokiu atveju perduodama spinduliuotė stumia elektronus iš viršutinio lygio į apačią ir elektronai atsisako savo energijos naujų fotonų pavidalu. Apverstinė populiacija pasiekiama įvairiais būdais: cheminiuose procesuose, dujų išleidimo atveju, dėl galingo švitinimo ir kt.
Siūlomas įrenginys skiriasi nuo žinomų analogų dviem būdais.
Pirmasis bruožas yra tas, kad siurblio lemputė nėra už darbinio skysčio, bet jo viduje. (1 pav.)
Tai leido tiesiogiai padengti atspindinčią dangą ant darbinio skysčio šoninio paviršiaus (neodimio stiklo). Ši funkcija padidino šviesos surinkimo iš siurblio lempos efektyvumą maždaug 4 kartus.
Palyginimui Fig. 2 parodytas siurbimo modelis su keturiomis lempomis.
Tokioje schemoje šviesos surinkimo darbiniame korpuse efektyvumas sumažinamas dėl to, kad spinduliai sektoriuje, kuriame kampas α, nėra sutelkti į darbo korpusą, be to, spinduliai, nukreipti į mažą kampą su žibinto ašimi, nepatenka į darbinį korpusą, be to, darbinio korpuso lempos vaizdas viršija darbinio korpuso dydį. Prisiminkite, kad priešais elipsoido fokusą surenkami tik taškai iš taško šaltinio. Galiausiai, šviesos surinkimo efektyvumą taip pat mažina daugialypiai atspindžiai, kurių dalinis sklaidymas iš lempos sienų, nuo veidrodžio ir nuo darbo terpės paviršiaus.
Siūlomoje schemoje beveik visi spinduliai yra užfiksuoti reflektoriaus viduje. Sumažinus reikiamų siurblinių lempų skaičių, kondensatoriaus banko tūris ir svoris sumažėjo 4 kartus. Be to, pats generatorius tapo lengviau ir kompaktiškiau.
Antroji funkcija susijusi su įrenginio rezonatoriumi. Įprastas rezonatorius susideda iš dviejų lygiagrečių veidrodžių, kurių vienas yra permatomas ir kitas nepermatomas. Šiame prietaise nepermatomas veidrodis pakeičiamas kampiniu reflektoriumi stiklo prizmės pavidalu, kurio įstrižainė yra įstrižai. Įėjimo paviršiaus nuolydis leidžia šį paviršių išdėstyti Brewster kampe (yra stiklo lūžio rodiklis) iki lazerio ašies (3 pav.).
Šiuo atveju lazerio spinduliuotė yra poliarizuota ir neatsispindi iš prizmės įėjimo paviršiaus. Pagrindinis šio prizmės naudojimo privalumas yra tai, kad atspindėta spindulys yra griežtai lygiagrečiai su spinduliuojama spinduliu. Rezonatorius visada lieka reguliuojamas. Tuo pačiu metu įprastam rezonatoriui su lygiagrečiais veidrodžiais reikia laiko reikalaujančio smulkinimo (išlyginimo). Šviesą atspindinčią veidrodinę dangą lengva sugadinti. Prizma neturi atspindinčios dangos. Spinduliuotė turi visišką vidinį atspindį.
Įdomu atkreipti dėmesį į koregavimo mechanizmo dizainą. (4 pav.)
Mechanizmą sudaro trys plokštės (pažymėtos spalvomis), sujungtos lanksčiais elementais (juoda). Pirmoji ir antroji plokštės yra prijungtos prie apatinių horizontalių galų. Antroji ir trečioji plokštės yra prijungtos kairiajame vertikaliame gale. Ši konstrukcija suteikia du laisvės laipsnius mažiems pirmosios plokštės posūkiams, palyginti su trečiąja plokštele aplink vertikalias ir horizontalias ašis. Siekiant tiksliai pasukti, kiekviena plokščių pora yra sujungta diferenciniu varžtu. Pusė varžto turi sriegį, pavyzdžiui, M4, o antroji varžto pusė turi sriegį M5. Šių sriegių aukštis skiriasi ~ 100 µm. Viena varžto dalis patenka į srieginę angą viename skydelyje, o kita į srieginę angą kitame skydelyje.
Sukant galvutę pilną posūkį, atstumas tarp plokščių pasikeis tik 100 mikronų. Be to, lankstūs elementai pastumia plokštes vienas į kitą ir visiškai pašalina kliūtis. Vienas iš kraštutinių plokščių yra tvirtai pritvirtintas prie optinio stendo, ant kito kraštinės plokštės pritvirtintas veidrodis ar prizmė. Koregavimas atliekamas patogiai ir visam laikui.
Šios savybės daro lazeriu ypač patogu lauko sąlygomis.
