chemische LASERS
Deuteriumfluoride laser produceert mid-ir-output
Roland Roux
waterstof – en deuteriumhalide (HCl, DF, HBr)-lasers op basis van een exotherme chemische reactie die wordt geïnitieerd door ontlading of door snel mengen van de reactieve gassen die uitzenden in het golflengtegebied van 3 tot 5 µm. Verschillende golflengten in dit spectrale bereik zijn goed geschikt voor de voortplanting van lange-afstandsbundels door de atmosfeer omdat ze samenvallen met atmosferische vensters.Enkele jaren geleden ontwikkelde CILAS (Marcoussis, Frankrijk) een HF-DF-laser die een gemiddeld vermogen van 600 W bij HF-golflengten en van 250 W voor DF kon produceren.1 langdurige werking van een dergelijke laser vereist echter een continue regeneratie van de gassen die worden gemengd. Een alternatieve benadering voor experimenten die slechts EEN Laag Gemiddeld vermogen vereisen is optisch pompen van de waterstof-en deuteriumhalogenidemoleculen. De gebruikte gassen en de gekozen pum¥bron maken dekking van verschillende spectrale gebieden tussen 3 en 5 µm mogelijk. Deze aanpak vermijdt de nadelen van gasdissociatie en-regeneratie.Meer recentelijk hebben CILAS-onderzoekers–ondersteund door DRET (Direction des Recherches, Etudes, et Techniques, Parijs, Frankrijk)–geëxperimenteerd met een nieuwe deuteriumfluoride laser met een laag gemiddeld vermogen.2,3 in dit apparaat stimuleert een korte laserpuls waterstof-of deuteriumhalidemoleculen in een gascel, waardoor een trapsgewijze bevolkingsinversie ontstaat. Het grootste probleem is om een laserbron te vinden die de discrete, smalle lijnen van de verschillende overgangen kan pummen.
Forsterietlaser
in het drukbereik dat gewoonlijk wordt gebruikt om waterstof-of deuteriumhalidemoleculen lase te maken, zijn de absorptielijnen zeer smal (minder dan 1 GHz). Zo moet een efficiënte pum¥bron vergelijkbare smalle spectrale eigenschappen hebben en nauwkeurig worden afgestemd op een absorptielijn. Een forsterietlaser met behulp van een reeks prisma ‘ s en twee Fabry-Perot-apparaten kan aan deze eisen voldoen (zie figuur op blz. 29).
de chroom gedoteerde forsteriet (Cr4+:Mg2SiO4) laser is gebaseerd op een 23 mm lang kristal met een doorsnede van 4 ¥ 6 mm2 en gesneden onder de Brewster hoek. Een Q-switched Nd: YAG-laser pompt het forsterietkristal in de lengterichting bij 1.064 nm. De Nd: YAG-laser levert pulsenergie u¥tot 130 mJ met een pulsduur van 10 ns en pulsherhalingsfrequentie van 10 Hz.
de vereiste golflengte aan de uitgang wordt verkregen door de bundel door drie dispersieve prisma ‘ s te laten lopen en de volledig reflecterende spiegel te draaien. Om de spectrale bandbreedte van de laseremissie te verminderen, worden twee Fabry-Perot-apparaten in de holte geplaatst. De forsterietlaser is soepel afstembaar van 1,16 tot 1,33 µm en de piek van het afstembereik is gecentreerd op 1,25 µm. Zonder de Fabry-Perot apparaten levert de forsterietlaser 13-mJ maximale energie per puls bij 1,25 µm met de 130-mJ pum¥energie (zie figuur inzet, p. 29); optische omzettingsefficiëntie is dus 10%. Bij de Fabry-Perot-apparaten is de pulsenergie bij 1,268 µm (de HF-lijn) 6 mJ en bij 1,193 µm (de DF-lijn) 3 mJ. Pulslengte is tussen 50 en 70 ns (FWHM) met een lijnbreedte van 0,06 Å.
de smallijnuitgang van de forsterietlaser wordt in de gascel ingebracht via een gebogen dichroische holtespiegel die bij de pum¥ – golflengte zeer doorlatend is en bij de HF-en DF-lasergolflengten zeer reflecterend. Er wordt gebruik gemaakt van roestvrijstalen cellen die zijn uitgerust met calciumfluoride Brewster-vensters; cell lengtes zijn 15 cm voor HF en 50 cm voor DF.
met deze Setu¥pompen de HF-cel, de onderzoekers verkregen 250-µJ superfluorescentie energie (gemeten zonder enige spiegels) op de overgang rond 2,8 µm. De HF-celdruk was 30 Torr, en de forsterite pum¥laserenergie was 6 mJ bij 1.268 µm met een pulslengte van 50 ns. Terwijl het pompen van de DF-cel, werd een trapsgewijze laseremissie waargenomen en laserlijnen tussen 3,64 en 3,85 µm gelijktijdig met ongeveer 10 µJ van energie worden uitgezonden. In dit geval was de DF-celdruk 3 tot 6 Torr; pum¥laserenergie was 3 mJ bij 1.193 µm.