如您所知，激光是一种能够通过受激发射来放大光的设备。 而且，理论上首次预测了构建此设备的可能性，只有多年之后，才有可能构建第一个样本。 让我提醒您，爱因斯坦从量子理论的角度解释了受激发射，这一原理在铁中的第一个体现始于20世纪50年代，由不同的科学家群体独立进行，其中最著名的是C. Townes，A。M. Prokhorov和N.G。低音 然后他们设法建立了第一个量子发生器-激射器，它在厘米波区域产生辐射。 光学范围当时还没有被征服，我将在本文中尝试说明如何设法征服它。
西奥多·梅曼（Theodor Meyman）在1960年代成功征服了他。 他进行了许多计算，得出的结论是，红宝石晶体将是在光学范围内产生波的理想工作介质。 他提出了泵送工作流体的原理，即从相应的闪光灯发出短时间的闪光，以及为放大器成为发生器产生正反馈的方法，这一功能是通过在晶体末端涂镜面涂层来实现的。 梅曼（Meyman）的计算表明，铬原子是蓝宝石晶体中的杂质，使之成为红宝石，具有合适的能级系统，这使得产生激光辐射成为可能。 在ruby中，实现了最简单的三级方案。 吸收光谱的蓝绿色区域中的光的铬原子传递到较高的激发能级，从该激发态发生向亚稳能级的非辐射跃迁，在该处可以停留1 ms左右的时间。 从此状态，原子返回到地平面，发出波长为694或692 nm的光子，因为亚稳能级实际上不是一个，因此其中两个非常紧密地隔开。 当一个或多个自发发射的光子引起所有其他原子从亚稳态到基态级联并发射具有相同波长的新光子时，亚稳态聚集原子的可能性使人们能够产生逆向种群，并随之产生激光辐射。相位，极化和运动方向。 它们产生明亮的红色射线，其特征是连贯性。
第一个光量子发生器的发明历史与许多非常有趣的，有时甚至是非常不公平的事件有关。 首先，应该指出的是，梅曼（Meiman）主动地并且仅在他的助手下进行了第一台激光器的研发，而红宝石激光器的产生与许多专家的看法相反，专家们认为红宝石不适合作为工作介质。 有一个城市传说，据他的助手说，他是色盲，是他一生中第一次看到红光，这是在组装激光并使其工作的那一刻。 根据同一传说，梅曼忙于记录设备的设置，因此他没有目视观察激光束-迫切需要收集实验数据并准备发表文章，这将提供令人信服的证据证明首先获得了光学范围的相干辐射。 这是困难开始的地方。 首先，梅曼（Meyman）关于在红宝石晶体中产生光学相干辐射的可能性的文章被《物理评论快报》（Physical Review Letters）的出版物所拒绝，澄清说“他的文章根本没有新内容”。 而是在《自然》杂志上发表了一篇文章。 它的特点是-1958年，《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志已经发表了一篇来自竞争对手组织贝尔实验室的文章，介绍了激光操作的原理，尽管事实上他们没有激光的有效副本，但该文章仅描述了理论上的依据。 他们很快就获得了激光的专利，但是还没有。 迈曼（Meiman）尽管制造了第一台工作激光器，但却偏离了这本杂志。 此外，他随后在电话交谈中向贝尔实验室的科学家详细解释了在创建自己的激光器后，他需要什么来制造激光器以及如何制造它。 但是，从未认识到梅曼在激光发明中的优先权。 诺贝尔发明激光的奖项授予了汤斯（C. Townes），而不是他，这本来应该属于他。 梅曼在一家私人公司工作，而不是在大学实验室里工作，这可以部分解释这一事实，因为梅曼在一家私营公司工作，负责执行军事命令。
现在，让我们不理会这部戏，看看如何用铁制造梅曼红宝石激光器。 设计非常简单-在紧凑的情况下是一个微型螺旋闪光灯，其内部固定了一个甚至更小的红宝石晶体。 它的相对端镀银-一端是“聋”镜，第二端镀银有一层较薄的层，可以使一些光线通过。 世界上第一个激光束长12厘米，重300克，看上去像玩具。
近距离激光细节：
其实是红宝石水晶。
并且整个激光组件，无需电源。
新闻界还得到了更大尺寸激光的照片，但这绝不是历史上的第一次。 记者们立即开始恐慌，他们说，“死亡射线”是被发明的。
仅仅一两年，当激光发明的新闻已经散布到世界各地时，第一批激光实验室样品开始出现在苏联。 与西方国家不同，激光器中的螺旋泵浦灯并没有立即生根。 首先，尽管发光体很“明显”，但发光体的形状却远非最佳-仅有一小部分光进入目标，因为螺旋的相邻匝主要相互照亮，而未插入红宝石晶体。 其次，苏联工业没有生产各种各样的螺旋闪光灯。 所生产的那些灯的形状不合适-螺旋的直径太大，但转弯很少，例如著名的IFK-20000和IFK-80000灯。 IFK-2000灯在一个众所周知且广为流传的地方进行了螺旋修饰，但它非常罕见，只能像Mayman一样“抽出”最小的红宝石晶体。 由于螺旋灯在苏联很少见，因此他们沿用了数量足够的灯。 苏联的第一台激光器有机会在其中安装各种尺寸的晶体，“经典” U型管IFK-2000用于泵浦。 所以他看上去还活着。
因此，它出现在B.F. Fedorov的各种出版物的书中。
由于这种泵送方法仍然无效，因此他们很快放弃了使用IFP系列直管泵的方法。 红宝石晶体也仅以几种标准尺寸开始生产，恰好是灯的发光部分的尺寸。 将红宝石晶体和灯放置在椭圆形反射镜的焦点上，以便晶体收集最大的可用光。 因此，它看起来很示意。
它看起来像一个椭圆形的反射镜。
还有一种设计带有所谓的“腔”灯。 通过将螺旋灯中的匝数逐渐增加到无穷大，直到它们合并成一个连续的空腔，即可获得空腔灯。 这种灯是由石英玻璃制成的两根管子，彼此嵌套，并在端部焊接。 电极焊接到灯的相对两端。 苏联制造的唯一已知的腔灯-IFPP-7000，用于泵浦UIG-1激光器。
这种泵浦方案具有螺旋灯电路的所有缺点，因此尚未在其他任何地方使用。 照片中的IFPP-7000灯及其所用的红宝石晶体。 除了现在带有螺旋和腔泵浦灯的奇异电路之外，红宝石激光器还可以在更奇异的电路中运行-连续泵浦。 如果红宝石晶体很小，可以用液氮冷却，并用超高压汞灯的聚焦光束或强大的氩激光束照射，这是可能的。 但是，尽管这样的设备能够随着时间的流逝从液氮中“断奶”，但它们从未离开过实验室的墙壁，在科学文章中仍然描述着异国情调。 随后，他们也拒绝了喷在两端的镜子，因为它们的寿命很短，如果发生损坏，必须更换整个晶体。 仅在需要最大紧凑性的那些设备中才保留这种设计，例如在激光脱毛器发射器中。 在所有其他镜子中，镜子分别安装在调节装置上。
如果我不想使用从激光实验室扔掉的垃圾同时建立自己的红宝石激光器，那将很奇怪。 我想向历史致敬。 好吧，获得脉冲固态激光器的初体验。 以下是我自己的红宝石激光器的构造的描述。
提供的信息仅供参考。 作者对重复描述不承担任何责任。基础是前面提到的来自UIG-1安装的晶体。 这是一种浅粉红色晶体，其工作上漆部分的尺寸为8 * 120毫米，带有额外的无色尖端，因此晶体总长度为180毫米。 在发射极的情况下，需要技巧来安装晶体。 完全按照泵浦灯的尺寸制作喷漆部件的另一个原因是，红宝石在吸收其自身在产生波长处的辐射方面具有极差的性能。 如果晶体的某些部分保持不发光，则它将开始吸收辐射，该辐射在被照明的部分中被放大，从而大大降低了激光效率。 这是由于红宝石中铬原子的三级方案。 出于同样的原因，红宝石具有很高的阈值泵浦能量。
首先，建立了用于泵浦灯的电源的原型。 它的主要细节是一个1000μF电容器组，该电容器组已充电至3 kV的电压。
让我提醒您，带有大容量高压电容器的电路是致命的！
灯的电路充电和点火。 首次尝试使用IFP-5000。
首先，对带有灯的电路进行了测试，没有任何外壳。 灯的闪光非常有力，它发出的声音相当大，并且可以在相邻的房间中轻易看到-光线穿过走廊传播，从墙壁反射出来。 闪光灯可以将焦化的木材和纸张碳化。 每次闪光都会伴随着强烈的紫外线辐射产生的灼热灰尘和臭氧的气味，如果您在旁边，还会伴随着热波。 没有眼睛保护就直接观察闪光灯是非常危险的！ 普通的焊接面罩或护目镜足以保护您的身体。
当时已经用最强大的闪光灯播放了足够多的光，然后我用此灯和上面显示的晶体组装了一个发射器。 灯和水晶的外壳是Kvant-16技术激光器的玻璃整体反射器，而底座是一条金属通道。 用于共振镜的对准装置是由相同通道的部件制成的。
作为聋哑镜，我决定使用全反射棱镜。
据称，在周末，有人从红宝石激光器中选择了一面镜子。
展望未来，我要说的是这种构想是行不通的。 无法在其上产生激光。 原因很明显-泵浦灯的长度是晶体的两倍，其光的利用效率极低。 输出镜提供这一代的可能性也提出了疑问。 必须重做Quantron（所谓的灯+晶体+反射镜块）。 在第二个版本中，我为晶体和灯制作了一个新支架，而不是一个灯IFP5000，而是决定使用两个灯IFP2000，将其放置在晶体的挡块上并串联电连接。 IFP2000的长度理想地与晶体的有色部分的长度匹配。 这种布局方法称为“紧密包装”。
作为反射器，决定测试白色瓷砖。 商业激光制造中的当前趋势是使用由烧结氧化铝制成的陶瓷漫反射器，该反射器最多可反射97％的入射光。 当然，品牌反射器对我来说不可用，但瓷砖看起来并不差，它们也完全是白色的。
输出镜也被替换为新的镜，在694 nm波长下测得的透射率为45％。
在这种配置下，可以从第一个脉冲中获得能量！ 发电阈值相当高-大约1500 J的泵浦能量。 激光发出深红色的光束，亮度耀眼。 不幸的是，由于它的“短暂性”，无法拍摄他。 但是有可能在聚焦过程中将其破坏性作用固定在金属上。 他用铁雕刻的火花很好。
由于晶体没有水冷却，因此随着温度的升高，光束能量会很快下降，直到生成完全中断为止。 瓷砖加热良好，难以散热。 拆卸时，我注意到瓷砖的表面仍然开始变暗。 决定测试从光面镀铬板上弯曲的金属反射镜。
该反射器的工作方式与瓷砖一样，但冷却速度更快，并且拍摄频率更高。 在金属和橡胶上进行了几次烧成。 雕刻火花的类型取决于金属的类型。 射击变压器铁。 对于击穿，需要4杆。
不锈钢射击。 火花更亮。
用碳钢制成的文具刀片射击会产生大量蓬松的星星。
射击橡胶会喷出长达3-4厘米长的火焰，并带有随后的烟圈。
还可能发现，由于使用了全反射棱镜作为盲镜，因此激光器以单模模式工作，并且产生的能量少于在相同泵浦水平下产生的能量。 事实是，棱镜的中心边缘是一个盲区，根据全反射棱镜中光线的模式，光束会分成两个平行的光束，这与TEM10模式相对应。 黑色碳化物上的烧伤斑点可以识别出这一点-如图所示，该斑点被分成两半，清晰可见。
如果创建了不抑制所有其他模式的条件，则由于出现了更高的模式，一个可以使输出能量增加至少两倍。 为此，有必要使用专门设计用于694 nm波长的特殊盲镜替换易于访问的棱镜。 这是值得的！ 生成阈值降至900 J，但实际上还有更多能量！ 并且，当射击黑色碳酸盐时，获得了均匀的燃烧点。 现在，变压器铁板以2-3发的方式进入，孔的直径略大。 好吧，火花的数量变得更大了！ 用碳素钢拍摄时特别漂亮。
普通钢的火花也很弱！
3发子弹在刀的刀片上形成一个通孔。
那时，激光的功能在原则上已经可以理解，并且仍然需要将电容器和裸露的高压布线中的所有杂物去除成几乎整齐的外壳，这是拆解的激光电源单元LG-70成功留下的。 决定减少电容器组，只剩下6个完全适合外壳的相同类型的电容器。 推动其余垃圾不会造成任何困难，甚至还有一个非常重要的安全组件的空间-真空断路器具有常闭位置，当激光器停止工作并且电源断电时，该电容器会将电容器放电至强大的电阻器。 电荷在约40秒内可靠合并。 这样做的代价是辐射能量略有下降，但另一方面，泵浦灯以更柔和的模式工作。
顶部是电容器，右边是放电电阻，左下角是灯泡点火系统，右边的圆形线圈是镇流器电抗器，镇流器扼流圈被打开以限制通过灯泡的脉冲电流（没有放电灯，灯泡会在几次闪烁后庄严地爆炸），甚至在右边（中间）。一个从中国微波炉给电容器充电的变压器，右边是起动器，右下角是一个BB-5真空断路器，当设备从网络关闭时，该断路器将电容器与电阻器闭合。
电源的后视图。 风扇之所以站在那是因为他在那里，并且在它下面有一个地方。
该块中没有真正的加热节点。高压通过简易套管绝缘子上的两个触点输出，仍然需要提供额外的保护以防止意外接触。
组装电源后，决定对厚度约1.3毫米的不锈钢制成的镍进行冲蚀。拍摄了约7张照片，但出现故障！
在这里，从尾部的背面已经可以看到火花。
这是期望的结果-通过消除故障。
总而言之，如果我以我的热情没有建造出这种真正杰出的激光器，那将是很奇怪的。在我的实现中，使用一个完整的电容器组估计输出能量为5J。正是与他一起，开始了所有激光技术和全新科学的历史-非线性光学，它打开了在高功率和高能量领域中光发生的完全不同寻常的事件。另外，我还要感谢美国自制激光器Jarrod Kinsey，他与我一起讨论了自制激光器的设计并得到了他的一些宝贵意见。除了Internet的无尽深度之外，本文还使用了以下来源的材料：1. B. F. Fedorov光量子发生器，能源，1966年，2. B. F. Fedorov激光及其应用，能源，1973年。3. A. S. Boreisho激光：装置与动作，圣彼得堡，1992年感谢您的阅读，我希望它很有趣。对于将来的项目，我在商店里有一个非常巨大的红宝石棒-直径16毫米，涂漆部分长度为240毫米。全长-300毫米。从这样的晶体，可以获得高达100J的输出能量。几乎是您需要的激光喷砂机。