Laser je že dolgo priročno orodje, ki se uporablja v kemiji, biologiji, medicini, inženirstvu, znanosti in vojaških zadevah.
Z razvojem laserske tehnologije se je povečalo zanimanje za tehnične in ekonomske lastnosti laserjev. Visoka učinkovitost laserja je pridobila temeljni pomen v povezavi z raziskavami na področju termonuklearne fuzije kot vira poceni in okolju prijazne energije. Termonuklearna fuzija poteka v gosto plazmi, segreti na stotine milijonov stopinj. Eden od obetavnih načinov segrevanja plazme je fokusiranje laserskega impulza visoke moči na plazemski cilj. Jasno je, da bi morala energija termonuklearne fuzije bistveno presegati stroške energije pri ustvarjanju plazme, v kateri se bodo pojavili termonuklearni reakcije. V nasprotnem primeru tak postopek ne bo prinesel nobenih gospodarskih koristi. Iskanje konstruktivne rešitve, ki bo zagotovila visoko učinkovitost laserja in sprejemljive lastnosti delovanja, je razkrila posebne značilnosti, opisane v nadaljevanju.
Pri ustvarjanju prvih laserjev je bilo pomembno pokazati temeljno možnost ojačanja svetlobnega žarka v mediju z inverzno populacijo energetskih nivojev in možnostjo ustvarjanja medija z inverzno populacijo. Izraz "inverzna populacija" pomeni, da se v energijskem spektru atoma, v katerem je število elektronov v zgornjem nivoju večje kot v spodnjem, pojavi par energijskih nivojev. V tem primeru oddajajoče sevanje potiska elektrone od zgornjega nivoja do spodnjega in elektroni sproščajo svojo energijo v obliki novih fotonov. Inverzna populacija se doseže na različne načine: v kemijskih procesih, v plinskih razelektritvah, zaradi močnega obsevanja itd.
Predlagana naprava se od znanih analogov razlikuje po dveh značilnostih.
Prva značilnost je, da se žarnica črpalke ne nahaja zunaj delovne tekočine, temveč v njej. (Slika 1)
To je omogočilo nanos odsevnega premaza neposredno na stransko površino delovne tekočine (neodimsko steklo). Ta lastnost je povečala učinkovitost zbiranja svetlobe iz žarnice črpalke približno 4-krat.
Za primerjavo na sl. 2 prikazuje črpalni vzorec s štirimi svetilkami.
Učinkovitost zbiranja svetlobe na delovnem telesu se v takšni shemi zmanjša, ker se žarki v sektorju s kotom a sploh ne osredotočajo na delovno telo, poleg tega pa žarki, ki segajo pod majhnim kotom na os svetilke, ne padejo na delovno telo, poleg tega slika svetilke v delovnem telesu presega velikost delovnega telesa. Spomnimo se, da so samo žarki iz točkovnega vira zbrani na nasprotni strani elipsoida. Nenazadnje večkratne refleksije z delnim sipanjem od sten svetilke, od ogledala in od površine delovnega medija zmanjšajo tudi učinkovitost zbiranja svetlobe.
V predlagani shemi so skoraj vsi žarki zaklenjeni znotraj reflektorja. Zaradi zmanjšanja števila potrebnih črpalnih žarnic se je obseg in teža kondenzatorske banke zmanjšala za 4-krat. Poleg tega je sam generator postal lažji in kompaktnejši.
Druga značilnost se nanaša na resonator naprave. Konvencionalni resonator je sestavljen iz dveh vzporednih ogledal, od katerih je eno prosojno in drugo neprozorno. V tej napravi je neprozorno ogledalo zamenjano z vogalnim reflektorjem v obliki steklene prizme s poševno vhodno stranjo. Nagib vhodne ploskve omogoča, da se ta obraz postavi pod Brewsterjevim kotom (; je indeks refrakcije stekla) na lasersko os (slika 3).
V tem primeru je lasersko sevanje polarizirano in se ne odbija od vhodne strani prizme. Glavna prednost uporabe te prizme je, da je reflektirani žarek strogo vzporeden z vpadnim žarkom. Resonator vedno ostane uglašen. Hkrati konvencionalni resonator z vzporednimi zrcali zahteva dolgotrajno fino nastavitev (poravnavo). Odsevni zrcalni premaz je lahko poškodovan. Prizma nima odsevnega premaza. Ray doživlja popoln notranji odsev.
Zanimivo je opozoriti na zasnovo prilagoditvenega mehanizma. (sl. 4)
Mehanizem je sestavljen iz treh plošč (označenih z barvo), ki so povezane s fleksibilnimi elementi (črna). Prva in druga plošča sta povezana na spodnjih vodoravnih koncih. Druga in tretja plošča sta povezana na levem navpičnem koncu. Ta oblika daje dve stopnji svobode za majhne zavoje prve plošče glede na tretjo ploščo okrog navpične in horizontalne osi. Za natančno vrtenje je vsak par panelov povezan z diferencialnim vijakom. Polovica vijaka ima navoj, npr. M4, druga polovica vijaka pa ima navoj M5, ki se razlikuje za ~ 100 µm. En del vijaka vstopi v navojno luknjo na eni plošči, druga pa v navojno luknjo v drugi plošči.
Obračanje glave vijaka s polnim obratom bo spremenilo razdaljo med ploščami za samo 100 mikronov. Poleg tega prilagodljivi elementi medsebojno potisnejo plošče in popolnoma odpravijo zračnost. Ena od skrajnih plošč je trdno pritrjena na optično klop, ogledalo ali prizma je pritrjena na drugi skrajni plošči. Prilagoditev poteka udobno in za vedno.
Zaradi teh lastnosti je laser posebej primeren v terenskih pogojih.
