Enkel og praktisk laser med høy effektivitet

Laseren har lenge vært et praktisk verktøy som brukes i kjemi, biologi, medisin, ingeniørfag, vitenskap og militære anliggender.

Etter hvert som laserteknologien utviklet seg, økte interessen for de tekniske og økonomiske egenskapene til lasere. Den høye effektiviteten til laseren har fått grunnleggende betydning i forbindelse med forskning innen termonukleær fusjon som kilde til billig og miljøvennlig energi. Termonukleær fusjon forekommer i tett plasma, oppvarmet til hundrevis av millioner grader. En av de lovende måtene for plasmaoppvarming er fokuseringen av en høy-effekt laserpuls på et plasmamål. Det er klart at energien av termonukleær fusjon bør vesentlig overstige energikostnadene ved å skape et plasma hvor termonukleære reaksjoner vil oppstå. Ellers vil en slik prosess ikke gi noen økonomiske fordeler. Søket etter en konstruktiv løsning som gir høy laser effektivitet og akseptable ytelsesegenskaper, viste de særegne egenskapene som er beskrevet nedenfor.

Ved opprettelse av de første lasene var det viktig å vise den grunnleggende muligheten for å forsterke lysstrålen i et medium med invers befolkning av energinivå og muligheten for å skape et medium med invers befolkning. Begrepet "invers befolkning" betyr at et par energinivåer oppstår i energispektret til et atom hvor antall elektroner i det øvre nivå er større enn i den nedre. I dette tilfellet skyver den overførte strålingen elektronene fra det øvre nivå til den nedre, og elektronene frigir sin energi i form av nye fotoner. Omvendt populasjon oppnås på forskjellige måter: i kjemiske prosesser, i gassutslipp, på grunn av kraftig bestråling, etc.

Den foreslåtte enheten adskiller seg fra de kjente analogene av to funksjoner.

Den første funksjonen er at pumpelampen ikke er plassert utenfor arbeidsfluidet, men inne i den. (Bilde 1)

Fig. 1 Laser med aksial pumpe

Dette gjorde det mulig å påføre et reflekterende belegg direkte på arbeidsflatenes sideflate (neodymglass). Denne funksjonen har økt effektiviteten ved å samle lys fra pumpelampen ca 4 ganger.

Til sammenligning i fig. 2 viser et pumpemønster med fire lamper.

Fig.2. Laserpumpekrets med eksterne lamper

Effektiviteten av å samle lys på arbeidslegemet er redusert i en slik ordning, fordi strålene i sektoren med vinkel a ikke fokuserer på arbeidslegemet i det hele tatt, dessuten faller strålene i en liten vinkel til lampens akse ikke på arbeidslegemet i tillegg, Bildet av lampen i arbeidslegemområdet overskrider arbeidslegemets størrelse. Husk at bare stråler fra en punktkilde samles i motsatt fokus av ellipsoiden. Endelig reduserer flere refleksjoner med partiell spredning fra lampens vegger, fra speilet og fra overflaten av arbeidsmediet også effektiviteten til å samle lys.

I den foreslåtte ordningen er nesten alle strålene låst inne i reflektoren. Som et resultat av å redusere antall nødvendige pumpelamper, reduserte volumet og vekten av kondensatorbanken med 4 ganger. I tillegg har generatoren selv blitt enklere og mer kompakt.

Den andre funksjonen vedrører enhetsresonatoren. En konvensjonell resonator består av to parallelle speil, hvorav den ene er gjennomsiktig og den andre ugjennomsiktig. I denne enheten erstattes det ugjennomsiktige speilet med en hjørnereflektor i form av et glassprisme med et skråt inngangsflate. Hellingen til inngangsflaten gjør at dette ansiktet kan plasseres i Brewster-vinkelen (, er glassets brytningsindeks) til laseraksen (figur 3).

Fig.3 Prism for en stråle som kommer inn i Brewster-vinkelen

I dette tilfellet polariseres laserstrålingen og reflekteres ikke fra prismatets inngangsflate. Den største fordelen ved å bruke dette prisma er at den reflekterte strålen er strengt parallell med hendelsesstrålen. Resonatoren forblir alltid innstilt. Samtidig krever en konvensjonell resonator med parallelle speil tidskrevende finjustering (justering). Reflekterende speilbelegg er lett å skade. Prismaet har ingen reflekterende belegg. Strålen opplever en total intern refleksjon.

Det er interessant å merke utformingen av justeringsmekanismen. (bilde 4)

Fig. 4 Justeringsmekanisme

Mekanismen består av tre paneler (uthevet i farge), forbundet med fleksible elementer (svart). Første og andre paneler er koblet til i de nedre horisontale ender. Den andre og tredje panelen er koblet til venstre vertikale ender. Denne utformingen gir to grader av frihet for små svinger av det første panelet i forhold til det tredje panelet rundt de vertikale og horisontale aksene. For presisjonsrotasjon, er hvert par paneler forbundet med en differensialskrue. Halvparten av skruen har en tråd, for eksempel M4, og den andre halvdelen av skruen har en tråd M5. Banen på disse trådene varierer med ~ 100 μm. En del av skruen kommer inn i et gjenget hull i ett panel, og det andre inn i et gjenget hull i et annet panel.

Ved å dreie skruehodet en full sving, endres avstanden mellom panelene med bare 100 mikron. I tillegg skyver de fleksible elementene panelene til hverandre og eliminerer helt tilbakeblåsing. En av de ekstreme panelene er fastfestet på den optiske benken, et speil eller prisme er festet på det andre ekstreme panelet. Justeringen utføres komfortabelt og for alltid.

Disse funksjonene gjør laseren spesielt praktisk i feltforhold.

Загрузка...

Populære Kategorier

Загрузка...