高効率でシンプルで便利なレーザー

レーザーは長い間化学、生物学、医学、工学、科学、そして軍事で使われる便利な道具でした。

レーザ技術が発展するにつれて、レーザの技術的および経済的特性への関心が高まりました。レーザーの高効率は、安価で環境に優しいエネルギー源としての熱核融合の分野における研究に関連して根本的な重要性を獲得した。熱核融合は高密度プラズマ中で起こり、数億度に加熱されます。プラズマ加熱の有望な方法の1つは、プラズマターゲット上への高出力レーザーパルスの集束である。熱核融合のエネルギーが、熱核反応が起こるプラズマを作り出​​すためのエネルギーコストを実質的に超えるべきであることは明らかである。そうでなければ、そのようなプロセスは経済的利益をもたらさないでしょう。高いレーザー効率および許容可能な性能特性を提供するであろう建設的な解決策の探求は、以下に記載される特有の特徴を明らかにした。

最初のレーザーを作るとき、エネルギーレベルの逆数集団を持つ媒質で光ビームを増幅する基本的な可能性と逆数集団を持つ媒質を作る可能性を示すことは重要でした。用語「逆ポピュレーション」は、1つの対のエネルギー準位が、上側準位の電子数が下側準位の電子数よりも多い原子のエネルギースペクトルに生じることを意味する。この場合、透過した放射線は電子を上の準位から下の準位へと押し上げ、電子は新しい光子の形でそれらのエネルギーを放出します。逆ポピュレーションはさまざまな方法で達成されます。化学プロセス、ガス放電、強力な照射などによるものです。

提案された装置は、2つの特徴によって既知の類似体とは異なる。

第一の特徴は、ポンプランプが作動流体の外側ではなくその内側に配置されていることである。 (写真1)

図1軸方向励起レーザー

これにより、作動流体(ネオジムガラス)の側面に直接反射コーティングを施すことが可能になった。この特徴はポンプランプからの光を集める効率を約4倍高めた。

図1と比較するために。図2は4つのランプによるポンピングパターンを示す。

図2外部ランプによるレーザー励起回路

このような方式では、角度αを有する扇形の光線が作業体に全く集束しないこと、さらにランプ軸に対して小さい角度で進む光線が作業体に当たらないこと、のために、作業体上の集光効率が低下する。作業体領域のランプの画像が作業体のサイズを超えています。点光源からの光線だけが楕円体の反対側の焦点に集まることを思い出してください。最後に、ランプの壁から、ミラーから、そして作動媒体の表面からの部分的な散乱を伴う多重反射もまた、集光効率を低下させる。

提案された方式では、ほとんどすべての光線が反射器の内側に閉じ込められています。必要とされるポンピングランプの数を減らす結果として、コンデンサバンクの体積および重量は4倍減少した。さらに、発電機自体もより簡単でよりコンパクトになりました。

第二の特徴は、デバイス共振器に関する。従来の共振器は、一方が半透明で他方が不透明な2つの平行ミラーからなる。この装置では、不透明ミラーは傾斜した入射面を有するガラスプリズムの形のコーナーリフレクタと置き換えられている。入力面の傾斜により、この面をレーザ軸に対してブリュースター角(;はガラスの屈折率)に配置することができます(図3)。

図3ブリュースター角で入射する光線のプリズム

この場合、レーザー光線は偏光されており、プリズムの入力面から反射されない。このプリズムを使用する主な利点は、反射ビームが入射ビームと厳密に平行であるということです。レゾネーターは常にチューニングされたままです。同時に、平行ミラーを有する従来の共振器は、時間のかかる微調整(位置合わせ)を必要とする。反射鏡コーティングは傷つきやすいです。プリズムには反射コーティングはありません。光線は内部全反射を経験します。

調整機構の設計に注意することは興味深いです。 (写真4)

図4調整機構

メカニズムは、柔軟な要素(黒)で接続された3つのパネル(色で強調表示)で構成されています。第1および第2のパネルは、水平方向の下端で接続されている。 2番目と3番目のパネルは、垂直方向の左端で接続されています。この設計は、垂直軸と水平軸を中心とした、3番目のパネルに対する1番目のパネルの小さな回転に対して2つの自由度を与えます。精密回転のために、パネルの各対は差動ねじによって接続されます。ねじの半分にはM4のようなねじがあり、ねじの後半にはM5のねじがありますが、これらのねじのピッチは約100 µm異なります。ネジの一部は一方のパネルのネジ穴に入り、もう一方は別のパネルのネジ穴に入ります。

ネジ頭を1回転させると、パネル間の距離が100ミクロンだけ変わります。さらに、柔軟な要素がパネルを互いに押し付け、バックラッシュを完全に排除します。一方の極端なパネルは光学ベンチにしっかりと固定されており、ミラーまたはプリズムは他方の極端なパネルに固定されている。調整はいつまでも快適に行われます。

これらの特徴はレーザーを現場条件において特に便利にする。