Laser je dugo bio prikladan alat koji se koristi u kemiji, biologiji, medicini, inženjerstvu, znanosti i vojnim poslovima.
Kako se laserska tehnologija razvijala, zanimalo se za tehničke i ekonomske karakteristike lasera. Visoka učinkovitost lasera stekla je temeljnu važnost u vezi s istraživanjima u području termonuklearne fuzije kao izvora jeftine i ekološki prihvatljive energije. Termonuklearna fuzija odvija se u gustoj plazmi, zagrijana na stotine milijuna stupnjeva. Jedan od obećavajućih načina grijanja plazme je fokusiranje laserskog impulsa velike snage na ciljanu plazmu. Jasno je da bi energija termonuklearne fuzije trebala znatno premašiti energetske troškove stvaranja plazme u kojoj će doći do termonuklearnih reakcija. U suprotnom, takav proces neće dati nikakve ekonomske koristi. Potraga za konstruktivnim rješenjem koje će osigurati visoku učinkovitost lasera i prihvatljive karakteristike izvedbe otkrilo je karakteristike koje su opisane u nastavku.
Prilikom izrade prvih lasera bilo je važno pokazati temeljnu mogućnost pojačavanja svjetlosnog snopa u mediju s inverznom populacijom energetskih razina i mogućnost stvaranja medija s inverznom populacijom. Izraz "inverzna populacija" znači da se par energetskih razina javlja u energetskom spektru atoma u kojem je broj elektrona u gornjoj razini veći nego u donjem. U tom slučaju, emitirano zračenje gura elektrone od gornje razine do dna, a elektroni odustaju od energije u obliku novih fotona. Inverzna populacija se postiže na različite načine: u kemijskim procesima, u plinskom pražnjenju, zbog jakog zračenja itd.
Predloženi uređaj razlikuje se od poznatih analognih po dvije značajke.
Prva značajka je da svjetiljka pumpe nije smještena izvan radnog fluida, nego u njoj. (Slika 1)
To je omogućilo nanošenje reflektirajućeg premaza izravno na bočnu površinu radnog fluida (neodimijsko staklo). Ova značajka povećala je učinkovitost prikupljanja svjetla iz lampe pumpe oko 4 puta.
Za usporedbu na sl. Slika 2 prikazuje uzorak pumpanja s četiri svjetiljke.
Učinkovitost sakupljanja svjetla na radnom tijelu smanjuje se u takvoj shemi zbog činjenice da zrake u sektoru s kutom α uopće nisu usredotočene na radno tijelo, štoviše, zrake koje idu pod malim kutom prema osi svjetiljke ne padaju na radno tijelo, štoviše, slika svjetiljke u području radnog tijela premašuje veličinu radnog tijela. Podsjetimo se da su samo zrake iz točkastog izvora sakupljene u suprotnom fokusu elipsoida. Konačno, višestruka refleksija s djelomičnim raspršivanjem od zidova svjetiljke, od ogledala i od površine radnog medija također smanjuju učinkovitost sakupljanja svjetla.
U predloženoj shemi gotovo sve zrake su zaključane unutar reflektora. Kao rezultat smanjenja broja potrebnih pumpi, volumen i težina kondenzatorske banke smanjili su se 4 puta. Osim toga, sam generator je postao lakši i kompaktniji.
Druga značajka odnosi se na rezonator uređaja. Konvencionalni rezonator sastoji se od dva paralelna zrcala, od kojih je jedno prozirno, a drugo neprozirno. U ovom uređaju, neprozirno ogledalo se zamjenjuje kutnim reflektorom u obliku staklene prizme s kosim ulaznim stranama. Nagib ulazne površine omogućuje da se lice postavi na Brewster-ov kut (; je indeks loma stakla) na os lasera (Sl. 3).
U tom slučaju, lasersko zračenje je polarizirano i ne reflektira se od ulazne strane prizme. Glavna prednost korištenja ove prizme je da je reflektirana zraka strogo paralelna s upadnim snopom. Rezonator uvijek ostaje podešen. Istodobno, konvencionalni rezonator s paralelnim zrcalima zahtijeva fino ugađanje (poravnanje) koje oduzima vrijeme. Reflektirajuća ogledala lako se oštećuju. Prizma nema reflektirajuću prevlaku. Zraka doživljava potpuno unutarnje odsjaj.
Zanimljivo je uočiti dizajn mehanizma za podešavanje. (sl. 4)
Mehanizam se sastoji od tri ploče (označene bojom), povezane fleksibilnim elementima (crnim). Prva i druga ploča spojene su na donjim horizontalnim krajevima. Druga i treća ploča spojene su na lijevim vertikalnim krajevima. Ovaj dizajn daje dva stupnja slobode za male zavoje prvog panela u odnosu na treću ploču oko vertikalne i horizontalne osi. Za precizno okretanje, svaki par panela je spojen diferencijalnim vijkom. Polovica vijka ima navoj, na primjer M4, a druga polovica vijka ima navoj M5, a visina ovih navoja se razlikuje za ~ 100 um. Jedan dio vijka ulazi u otvor s navojem na jednom panelu, a drugi u otvor s navojem na drugom panelu.
Okretanjem glave vijka puni se zavoj mijenja udaljenost između ploča za samo 100 mikrona. Osim toga, fleksibilni elementi guraju panele jedan u drugi i potpuno eliminiraju zazor. Jedan od ekstremnih ploča je čvrsto pričvršćen na optičkoj klupi, a ogledalo ili prizma pričvršćeni su na drugom ekstremnom panelu. Prilagodba se provodi ugodno i zauvijek.
Ove značajke čine laser osobito prikladnim u terenskim uvjetima.
