191000. lajstromszámú szabadalom • Sík- vagy gömblézer
1 191 000 2 A találmány tárgya sík- vagy gömblézer. Mint ismeretes, a lézerek monokromatikus, koherens, kisdivergenciájú fényforrások, amelyek”a távoli infravöröstől a lágy röntgensugárzások tartományáig terjedő elektromágneses sugárzás tartományában működnek. A lézerek ma már a tudomány és technika majdnem minden területén nélkülözhetetlen eszközzé váltak. A lézerek olyan fényforrások, melyek monokromatikus, koherens, kis divergenciájú, viszonylag nagy spektrális intenzitás-sűrűségű fényt bocsátanak ki magukból. Ezek a tulajdonságok jól jellemzik a ma elterjedten használt lézerek fényét. A monokromacitás és koherencia, valamint a nagy spektrális intenzitás-sűrűség automatikus következménye annak, hogy a lézerekben olyan fényerősítő anyagokat használunk, melyek a populáció inverzió állapotában vannak, és a lézerműködés során az indukált emissziót használjuk ki. A kezdeti lézerkísérletek során olyan anyagokat és gerjesztési módokat használtak, melyek esetén az egységnyi hosszra eső erősítés értéke meglehetősen alacsony volt. így teljesen logikusan egydimenziós, vonalszerű lézeranyagokkal kísérleteztek, mert még így is nehéz volt az 1-nél nagyobb tiszta erősítés, azaz a küszöb fölötti működés biztosítása. Megállapíthatjuk, hogy az utóbbi időkig (DFB, ASE Superradiance megjelenéséig) a lézerkonstrukció alapvető módja volt, hogy a fényerősítésre képes anyagot két egymással párhuzamos tükörből álló visszacsatoló rendszerbe, rezonátorba kell helyezni. A Fabry-Perot rezonátor - ha nem is tökéletesen szétválaszthatóan - de lényegében két feladatot tölt be. Egyrészt látszólag meghosszabbítja - többszörös fényátfutás révén - a rezonátor-élettartamszor fénysebességnyi hosszra az aktív anyagnak csak „emberi” méretekben kivitelezhető hosszát, s így lényegesen megnöveli az összerősítést. Másrészt, mint Fabry-Perot interferométer, az erősítési görbén belül bizonyos módusszelekciót végez. Ebből az utóbbi szempontból tehát egy Fabry-Perot rezonátorral bíró lézer jobb monokromacitási és koherencia tulajdonságokkal rendelkező fényt szolgáltat, mint egy DFB vagy ASE. Persze ez is erősen függ a konstrukció jóságától, egy rossz lézer vagy egy jó DFB versenyében az utóbbinak is lehetnek jobb tulajdonságai. A Fabry-Perot rezonátorokban csak azon fényutakra kedvezőek az erősítési feltételek, melyek merőlegesek a két tükörre. Logikus tehát, hogy a tengely irányában haladó, viszonylag kis divergenciájú „egydimenziós” lézersugárzást nyerünk. Ez^ azonban nem következik sem a populáció inverzióból, sem az indukált emisszióból, amit a lézerfolyamat alapvető fizikai folyamatának tartunk. Tehát a kis divergenciájú lézersugárzás nem a lézerműködés automatikus velejárója, csak a ma elterjedten használt lézerek konstrukciójának velejárója. A kis divergencia, az „egydimenziós” lézerfény az egydimenziós (vonalszerű) lézeranyag és az egydimenziós Fabry-Perot rezonátor következménye. Számtalan olyan lézeralkalmazási terület van, ahol éppen a lézersugár vonalszerűségét használjuk ki. Emellett azonban nem szabad lemondanunk azokról a lehetőségekről, melyeket a lézerek dimenziójának kibővítése, a két-, illetve háromdimenziós lézerek megvalósítása nyújt. Mivel a lézer is fényforrás, így természetes az igény, hogy egyre hasonlóbbá váljon a megszokott fényforrásainkhoz a divergencia tulajdonságok tekintetében, megtartva ugyanakkor a monkromatikusság és a koherencia előnyös tulajdonságát. Ez az igény tette szükségessé a két- vagy háromdimenziós lézerek kifejlesztését. Meglévő lézereink fényét egyidejű két- vagy háromdimenziós sugárzássá transzformálni optikai elemekkel csak jelentős veszteséggel lehetne, s ez a meglévő lézeranyagok célszerűtlen kihasználását jelentené. Az egydimenziós, kisdivergenciájú lézerek esetén pl. csak két meghatározott pont között, illetve egy irányban létesíthető fénytávközlési kapcsolat, míg a két- vagy háromdimenziós sík- vagy gömblézerek tetszőleges számú állomást sugározhatnak be egyidejűleg. A síklézer lehetővé teszi, hogy olyan fontos gyakorlati feladatot, mint a vízszintes vagy tetszőleges sík kijelölését hihetetlen precizitással, minden segédeszköz vagy mérés nélkül el tudjuk végezni. Egyszerű szerkezetű optikákkal tetszőleges „fénycsövek” vagy fényfelületek állíthatók elő, melyek tudományos és technikai alkalmazási lehetősége ma még beláthatatlan. Jelentős szerepet játszhat az anyagmegmunkálásban, irányítástechnikában, sebesség- vagy szennyezettség-mérésben, és még a lézeres magfúzióhoz szükséges nagyhőmérsékletű és nagysűrűségű plazmák létrehozásában is előnyösen válthatja ki a meglévő ismert sokkarú lézerrendszereket. Célszerűen kialakitott térlézer, pl. egy csonkakúp felület, optikai elemek alkalmazása nélkül is fókuszált sugárzást eredményez. A találmánnyal célunk sík-, ill. gömblézer kialakítása. A találmánnyal megoldható feladatot a fentiek alapján a két- vagy háromdimenziós sík- vagy gömblézer létrehozásában jelölhetjük meg. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha a lézeranyagot olyan térbeli idomként alakítjuk ki, amelynek legalább két egymásra merőleges mérete és az alkalmazott lézeranyag exponenciális erősítési tényezője között a következő összefüggés van : ahol D a két egymásra merőleges irányban fekvő méret, gömbnél például a gömb átmérője, k pedig a lézeranyag exponenciális erősítési tényezője. Ez azt jelenti, hogy megadtuk azt a minimális lézeranyag-méretet - amit természetesen a lézeranyagnak anyagtól, gerjesztés erősségétől függő, k erősítési tényezője határoz meg - ami szükséges a lézerfolyamat elindulásához, a lézerküszöb eléréséhez. Ennek a minimális méretnek legalább egy sík két egymásra merőleges irányában meg kell lennie. Esetenként a gyakorlatban ez minden irányban teljesülhet, azaz ideális esetben kör- vagy gömbalakú lézeranyaggal számolhatunk. A sík- vagy gömblézer esetén - szemben a közönséges egydimenziós 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
