A lézer már régóta a kémia, a biológia, az orvostudomány, a mérnöki munka, a tudomány és a katonai ügyek számára hasznos eszköz.
A lézer technológia kifejlesztésével nőtt a lézerek műszaki és gazdasági jellemzőinek iránti érdeklődés. A lézer nagy hatékonysága alapvető fontosságúvá vált a termonukleáris fúzió területén végzett kutatás, mint olcsó és környezetbarát energiaforrás területén. A termikus nukleáris fúzió sűrű plazmában történik, több száz millió fokig melegítve. A plazmafűtés egyik ígéretes módja a nagy teljesítményű lézerimpulzus koncentrálása a plazma célpontra. Nyilvánvaló, hogy a termonukleáris fúzió energiája lényegesen meghaladja az olyan plazma létrehozásának energiaköltségeit, amelyben termonukleáris reakciók lépnek fel. Ellenkező esetben az ilyen folyamat nem nyújt gazdasági előnyöket. A nagy lézerhatékonyságot és elfogadható teljesítményt nyújtó konstruktív megoldás keresése az alábbiakban ismertetett jellegzetességeket tárta fel.
Az első lézerek megalkotásakor fontos volt megmutatni a fénysugár erősítésének alapvető lehetőségét az energiaszintek inverz populációjával rendelkező közegben és az inverz populációval rendelkező közeg létrehozásának lehetőségét. Az "inverz populáció" kifejezés azt jelenti, hogy egy energiaszint pár egy atom energiaspektrumában fordul elő, amelyben a felső szinten az elektronok száma nagyobb, mint az alsó szinten. Ebben az esetben a sugárzott sugárzás az elektronokat a felső szintről az alsóra tolja, és az elektronok új fotonok formájában szabadítják fel energiájukat. Az inverz populáció különböző módokon érhető el: kémiai folyamatokban, gázkisülésben, erős sugárzás miatt stb.
A javasolt eszköz két jellemzővel különbözik az ismert analógoktól.
Az első jellemző, hogy a szivattyú lámpa nem a munkafolyadékon kívül található, hanem belsejében. (1. kép)
Ez lehetővé tette a fényvisszaverő bevonat felhordását közvetlenül a munkafolyadék oldalsó felületére (neodímiumüveg). Ez a funkció növelte a szivattyú lámpából származó fény összegyűjtésének hatékonyságát körülbelül négyszer.
Összehasonlításhoz az 1. ábrán. A 2. ábra négy lámpával ellátott szivattyús mintát mutat.
A munkadarabon a fénygyűjtés hatékonysága ilyen rendszerben csökken, mivel az α szögű szektorban lévő sugarak egyáltalán nem a munkatestre fókuszálnak, továbbá a lámpa tengelyéhez képest kis szögben elhelyezkedő sugarak nem esnek a munkatestre, továbbá a munkaterületen lévő lámpa képe meghaladja a munkatest méretét. Emlékezzünk arra, hogy az ellipszoid ellentétes fókuszában csak egy pontforrásból származó sugarakat gyűjtünk. Végül, a lámpa falaiból, a tükörből és a munkaközeg felületéből való részleges szórással történő többszöri visszaverődés szintén csökkenti a fénygyűjtés hatékonyságát.
A javasolt rendszerben szinte az összes sugarat a reflektor belsejében zárják. A szükséges szivattyú lámpák számának csökkentése következtében a kondenzátor-bank térfogata és súlya 4-szer csökkent. Emellett maga a generátor könnyebbé és kompaktabbá vált.
A második jellemző az eszköz rezonátorára vonatkozik. A hagyományos rezonátor két párhuzamos tükörből áll, amelyek közül az egyik áttetsző és a másik átlátszatlan. Ebben az eszközben az átlátszatlan tükör helyett egy sarok reflektor van, amely üveg prizma formájában van, ferde bejárati arccal. A bemeneti felület meredeksége lehetővé teszi, hogy ezt az arcot a Brewster szögben helyezze el (vagyis az üveg törésmutatója) a lézer tengelyre (3. ábra).
Ebben az esetben a lézersugárzás polarizált, és nem tükröződik a prizma bemeneti felületéről. Ennek a prizmának a fő előnye, hogy a visszavert sugár szigorúan párhuzamos a sugárzó sugárral. A rezonátor mindig hangolva marad. Ugyanakkor a párhuzamos tükörrel rendelkező hagyományos rezonátor időigényes finomhangolást igényel (igazítás). A fényvisszaverő tükör bevonat könnyen károsodhat. A prizmának nincs fényvisszaverő bevonata. A sugár teljes belső visszaverődést tapasztal.
Érdekes megjegyezni a kiigazítási mechanizmus kialakítását. (4. kép)
A mechanizmus három panelből áll (színnel kiemelve), amelyeket rugalmas elemek (fekete) kötnek össze. Az első és a második panel az alsó vízszintes végeken van csatlakoztatva. A második és a harmadik panel a bal függőleges végeken csatlakozik. Ez a kialakítás két fokú szabadságot biztosít az első panel kis fordulatai számára a függőleges és vízszintes tengelyek körüli harmadik panelhez képest. A precíziós forgatáshoz minden egyes párpár egy differenciálcsavarral van összekötve. A csavar fele egy szál, például M4, és a csavar második felében egy M5 szál van, ezeknek a meneteknek a távolsága ~ 100 µm. A csavar egyik része egy panelbe menetes furatba kerül, a másik pedig egy másik panel menetes furatába.
A csavarfejet egy teljes fordulattal elforgatva a panelek közötti távolság mindössze 100 mikron lesz. Ezen túlmenően a rugalmas elemek egymás felé tolják a paneleket, és teljesen kiküszöbölik a hézagot. A szélső panelek egyike mereven rögzítve van az optikai padon, a másik szélső panelen egy tükör vagy prizma van rögzítve. A beállítás kényelmesen és örökre történik.
Ezek a tulajdonságok a lézert különösen alkalmasak a terepi körülmények között.
