chemické lasery
fluorid deuteria laser produkuje střední IR výstup
Roland Roux
vodíkové a halogenidové (HCl, DF, HBr) lasery založené na exotermní chemické reakci iniciované buď výbojem, nebo rychlým smícháním reaktantních plynů emitovaných v oblasti vlnové délky 3 až 5 µm. Různé vlnové délky v tomto spektrálním rozsahu jsou vhodné pro šíření paprsku dlouhého dosahu atmosférou, protože se shodují s atmosférickými okny.
před několika lety vyvinul CILAS (Marcoussis, Francie) HF-DF laser schopný produkovat průměrný výkon 600 W při vlnových délkách HF a 250 W pro DF.1 dlouhodobý provoz takového laseru však vyžaduje kontinuální regeneraci smíchaných plynů. Alternativním přístupem pro experimenty, které vyžadují pouze nízký průměrný výkon, je optické čerpání molekul halogenidu vodíku a deuteria. Použité plyny a zvolený zdroj pumy umožňují pokrytí různých spektrálních oblastí mezi 3 a 5 µm. Tento přístup zabraňuje nevýhodám disociace a regenerace plynu.
v poslední době vědci CILAS-podporovaní DRET (Direction des Recherches, Etudes, et Techniques, Paříž, Francie) – experimentovali s novým nízkoprůměrným výkonem fluoridového laseru deuteria.2,3 v tomto zařízení krátký laserový puls stimuluje molekuly vodíku nebo deuteria halogenidu obsažené v plynové buňce a vytváří kaskádovou populační inverzi. Hlavním problémem je najít laserový zdroj schopný pumpovat diskrétní, úzké linie různých přechodů.
Forsteritový laser
v tlakovém rozsahu, který se obvykle používá k výrobě molekul vodíku nebo deuteria halogenidu, jsou absorpční linie velmi úzké (méně než 1 GHz). Účinný zdroj pumy tak musí mít podobné úzké spektrální vlastnosti a musí být přesně naladěn na absorpční linii. Tyto požadavky je schopen splnit forsteritový laser využívající řadu hranolů a dvě zařízení Fabry-Perot (viz obrázek na s. 29).
chrom dopovaný forsterit (Cr4+:Mg2SiO4) laser je založen na 23 mm dlouhém krystalu s průřezem 4 ¥ 6 mm2 a řezán v úhlu Brewster. Q-switched Nd:YAG laser podélně pumpuje krystal forsteritu při 1,064 nm. Laser Nd: YAG dodává pulzní energii u¥až 130 mJ s dobou trvání pulsu 10 ns a frekvencí opakování pulsu 10 Hz.
požadovaná výstupní vlnová délka se získá průchodem paprsku třemi disperzními hranoly a otáčením zcela reflexního zrcadla. Pro snížení spektrální šířky pásma laserové emise jsou do dutiny umístěny dvě zařízení Fabry-Perot. Forsteritový laser je plynule laditelný od 1, 16 do 1, 33 µm a vrchol rozsahu ladění je vystředěn na 1, 25 µm. Bez zařízení Fabry-Perot dodává forsteritový laser maximální energii 13-mJ na puls při 1,25 µm s energií pumy 130-mJ (viz obrázek vložka, s. 29); účinnost optické konverze je tedy 10%. U zařízení Fabry-Perot je pulzní energie při 1, 268 µm (linie HF) 6 mJ a při 1, 193 µm (linie DF) 3 mJ. Délka pulsu je mezi 50 a 70 ns (FWHM) s šířkou čáry 0,06 Å.
úzký výstup forsteritového laseru je zaveden do plynového článku přes zakřivené zrcadlo dichroické dutiny, které je vysoce propustné na vlnové délce pumy a vysoce reflexní na vlnových délkách Hf a DF lasing. Používají se buňky z nerezové oceli vybavené okny Brewster s fluoridem vápenatým; délky buněk jsou 15 cm pro HF a 50 cm pro DF.
s tímto setu pumping čerpáním HF buňky vědci získali 250 µJ superfluorescenční energii (měřenou bez zrcadel) na přechodu kolem 2,8 µm. Tlak VF článku byl 30 Torr a energie forsteritového pumpu byla 6 mJ při 1,268 µm s délkou pulsu 50 ns. Při čerpání DF buňky byla pozorována kaskádová laserová emise a laserové linie mezi 3, 64 a 3, 85 µm emitovaly současně s přibližně 10 µJ energie. V tomto případě byl tlak DF článku 3 až 6 Torr; energie pumy laseru byla 3 mJ při 1,193 µm.