kémiai lézerek
Deutérium-fluorid lézer termel közepes IR kimenet
Roland Roux
hidrogén és deutérium – halogenid (HCl, DF, HBr) lézerek exoterm kémiai reakción alapulnak, amelyet vagy kisülés, vagy a kibocsátott reagens gázok gyors keverése indít el a 3-5-Ft hullámhossz tartományban. Ennek a spektrális tartománynak a különböző hullámhosszai jól alkalmazhatók a nagy hatótávolságú sugár terjedésére a légkörben, mert egybeesnek a légköri ablakokkal.
néhány évvel ezelőtt a CILAS (Marcoussis, Franciaország) kifejlesztett egy HF-DF lézert, amely képes HF hullámhosszon átlagosan 600 W, DF esetében pedig 250 W teljesítmény előállítására.1 egy ilyen lézer hosszú távú működése azonban a keverendő gázok folyamatos regenerálását igényli. A csak alacsony átlagos teljesítményt igénylő kísérletek alternatív megközelítése a hidrogén-és deutérium-halogenid molekulák optikai szivattyúzása. A felhasznált gázok és a kiválasztott pum 6-5 km közötti spektrális tartományok lefedését teszi lehetővé. Ez a megközelítés elkerüli a gáz disszociáció és regeneráció hátrányait.
újabban a CILAS kutatói-a Dret (Direction des Recherches, Etudes, et Techniques, Párizs, Franciaország) támogatásával-kísérleteztek egy új, alacsony átlagos teljesítményű deutérium-fluorid lézerrel.2,3 ebben az eszközben egy rövid lézerimpulzus stimulálja a gázcellában lévő hidrogén-vagy deutérium-halogenid molekulákat, kaszkádos populációs inverziót hozva létre. A fő nehézség az, hogy olyan lézerforrást találjunk, amely képes a különböző átmenetek diszkrét, keskeny vonalainak döcögésére.
forsterit lézer
a nyomástartományban, amelyet általában hidrogén-vagy deutérium-halogenid molekulák lase előállítására használnak, az abszorpciós vonalak nagyon keskenyek (kevesebb, mint 1 GHz). Így a hatékony pum-oknak hasonló szűk spektrális tulajdonságokkal kell rendelkezniük, és pontosan egy abszorpciós vonalra kell hangolódniuk. A forsterite lézer egy sor prizmával és két Fabry-Perot eszközzel képes megfelelni ezeknek a követelményeknek (lásd az ábrát a 29. oldalon).
a krómmal adalékolt forsterit (Cr4+:Mg2SiO4) lézer egy 23 mm hosszú kristályon alapul, amelynek keresztmetszete 4 6 mm2, és a Brewster szögben van vágva. Egy Q-kapcsolású Nd: YAG lézer hosszirányban szivattyúzza a forsterit kristályt 1,064 nm-en. Az Nd: YAG lézer 130 MJ-ig szállítja az U impulzusenergiákat 10 ns impulzusidővel és 10 Hz impulzusismétlési frekvenciával.
a kívánt kimeneti hullámhosszt úgy kapjuk meg, hogy a sugár három diszperzív prizmán halad át, és elforgatja a teljesen fényvisszaverő tükröt. A lézerkibocsátás spektrális sávszélességének csökkentése érdekében két Fabry-Perot eszközt helyeznek az üregbe. A forsterite lézer zökkenőmentesen hangolható 1,16-tól 1,33-ig, a hangolási tartomány csúcsa pedig 1,25-nél van. A Fabry-Perot eszközök nélkül a forsterite lézer impulzusonként 13 MJ maximális energiát szolgáltat 1,25 km-en, a 130 mJ pum 6-os energiával (lásd az inset ábrát, 29. O.); az optikai konverziós hatékonyság tehát 10%. A Fabry-Perot készülékeknél 1,268 MHz-en (HF vonal) az impulzusenergia 6 mJ, 1,193 MHz-en (DF vonal) pedig 3 mJ. Az impulzushossz 50 és 70 ns (FWHM) között van, vonalszélessége 0,06^.
a forsterit lézer keskeny vonalú kimenetét egy ívelt dikroikus üregtükörön keresztül vezetik be a gázcellába, amely erősen áteresztő a pum MHz hullámhosszon, és erősen visszaverődő a HF és DF lasing hullámhosszon. Kalcium-fluorid Brewster ablakokkal ellátott rozsdamentes acél cellákat használnak; a cellák hossza HF esetén 15 cm, DF esetén 50 cm.
ezzel a HF-sejt szivattyúzásával a kutatók 250-6J szuperfluoreszcencia energiát kaptak (tükrök nélkül mérve) a 2,8 km körüli átmeneten. A HF-sejt nyomása 30 Torr volt, a forsterit pum 6 MJ lézerenergia pedig 1,268 MHz-en volt, 50 ns impulzushosszúsággal. A DF cella szivattyúzása közben lépcsőzetes lézeremissziót figyeltek meg, és a lézervonalak 3,64 és 3,85 MHz között egyidejűleg körülbelül 10 MHz energiával bocsátottak ki. Ebben az esetben a DF cella nyomása 3-6 Torr volt; pum 6 MJ lézerenergia volt 1,193 6m-nél.