lasery chemiczne
laser z fluorkiem deuteru wytwarza średnią moc wyjściową IR
Roland Roux
lasery z halogenkiem wodoru i deuteru (HCl, DF, HBr) w oparciu o egzotermiczną reakcję chemiczną zainicjowaną przez wyładowanie lub szybkie zmieszanie reagujących gazów emitowanych w obszarze o długości fali od 3 do 5 µm. Różne długości fal w tym zakresie widmowym są dobrze przystosowane do propagacji wiązki dalekiego zasięgu przez atmosferę, ponieważ pokrywają się z oknami atmosferycznymi.
kilka lat temu CILAS (Marcoussis, Francja) opracował laser HF-DF zdolny do wytwarzania średniej mocy 600 W przy długościach fal HF i 250 W dla DF.1 długotrwała praca takiego lasera wymaga jednak ciągłej regeneracji mieszanych gazów. Alternatywnym podejściem do eksperymentów, które wymagają tylko niskiej średniej mocy, jest optyczne pompowanie cząsteczek halogenku wodoru i deuteru. Zastosowane gazy oraz wybrane źródło pumetru pozwalają na pokrycie różnych obszarów widmowych od 3 do 5 µm. Takie podejście pozwala uniknąć wad dysocjacji i regeneracji gazu.
ostatnio badacze CILAS-wspierani przez Dreta (Direction des Recherches, Etudes, et Techniques, Paryż, Francja)-eksperymentowali z nowatorskim laserem deuterowym o niskiej średniej mocy.2,3 w tym urządzeniu krótki impuls laserowy stymuluje cząsteczki halogenku wodoru lub deuteru zawarte w komórce gazowej, tworząc kaskadową inwersję populacji. Główną trudnością jest znalezienie źródła laserowego zdolnego do pokonywania dyskretnych, wąskich linii różnych przejść.
laser Forsterytu
w zakresie ciśnienia zwykle używanym do wytwarzania cząsteczek halogenku wodoru lub deuteru, linie absorpcyjne są bardzo wąskie (mniej niż 1 GHz). Tak więc wydajne źródło pompowe musi mieć podobne wąskie właściwości widmowe i być precyzyjnie dostrojone do linii absorpcyjnej. Laser forsterytowy wykorzystujący szereg pryzmatów i dwa urządzenia Fabry-Perot jest w stanie spełnić te wymagania (patrz rysunek na str. 29).
laser forsteryt domieszkowany chromem (Cr4+:Mg2SiO4) jest oparty na krysztale o długości 23 mm o przekroju 4,6 mm2 i cięty pod kątem Brewstera. Laser Nd:YAG z przełączaniem Q pompuje wzdłużnie kryształ forsterytu przy 1,064 nm. Laser Nd:YAG dostarcza Energie impulsów u¥do 130 mJ o czasie trwania impulsu 10 ns i częstotliwości powtarzania impulsów 10 Hz.
wymaganą długość fali wyjściowej uzyskuje się przez przepuszczenie wiązki przez trzy pryzmaty dyspersyjne i obracanie całkowicie odblaskowego lustra. Aby zmniejszyć widmową szerokość pasma emisji lasera, we wnęce umieszcza się dwa urządzenia Fabry-Perot. Laser forsterite jest płynnie przestrajalny od 1,16 do 1,33 µm, a szczyt zakresu strojenia jest wyśrodkowany na 1,25 µm. Bez urządzeń Fabry-Perot Laser forsterytowy dostarcza 13-mJ maksymalnej energii na impuls przy 1,25 µm przy energii pum¥130-mJ (patrz rysunek wstawka, str. 29); wydajność konwersji optycznej wynosi zatem 10%. W przypadku urządzeń Fabry-Perot, przy 1,268 µm (linia HF) energia impulsu wynosi 6 mJ, a przy 1,193 µm (linia DF) wynosi 3 mJ. Długość impulsu wynosi od 50 do 70 ns (FWHM) z szerokością linii 0,06 Å.
wąska linia wyjściowa lasera forsterytowego jest wprowadzana do ogniwa gazowego przez zakrzywione dichroiczne lustro wnękowe, które jest wysoce przepuszczalne na długości fali pum i silnie odbijające na długościach fal lasera Hf i DF. Stosowane są ogniwa ze stali nierdzewnej wyposażone w okna Brewster z fluorem wapnia; długość ogniw wynosi 15 cm dla HF i 50 cm dla DF.
przy pompowaniu tego setu do komórki HF naukowcy uzyskali 250-µJ energii superfluorescencji (mierzonej bez żadnych zwierciadeł) przy przejściu około 2,8 µm. Ciśnienie w komórce HF wynosiło 30 Torr, a energia lasera forsterytu pum-6 mJ przy 1,268 µm przy długości impulsu 50 ns. Podczas pompowania ogniwa DF zaobserwowano kaskadową emisję lasera, a linie laserowe między 3,64 a 3,85 µm emitowały jednocześnie około 10 µJ energii. W tym przypadku ciśnienie ogniwa DF wynosiło od 3 do 6 Torr; energia lasera Pump wynosiła 3 mJ przy 1,193 µm.