kemiska lasrar
Deuteriumfluoridlaser producerar mid-IR – utgång
Roland Roux
väte-och Deuteriumhalogenid (HCl, DF, HBr) lasrar baserade på en exoterm kemisk reaktion initierad antingen genom urladdning eller genom snabb blandning av reaktantgaserna som avger i våglängdsområdet 3-till 5-oz. Olika våglängder i detta Spektralområde är väl lämpade för långdistansstrålning genom atmosfären eftersom de sammanfaller med atmosfäriska fönster.
för flera år sedan utvecklade CILAS (Marcoussis, Frankrike) en HF-DF-laser som kunde producera en genomsnittlig effekt på 600 W vid HF-våglängder och 250 W för DF.1 långvarig drift av en sådan laser kräver emellertid kontinuerlig regenerering av gaserna som blandas. Ett alternativt tillvägagångssätt för experiment som endast kräver låg genomsnittlig effekt är optisk pumpning av väte-och deuteriumhalogenidmolekylerna. De använda gaserna och den valda pum-källan för pum-användning tillåter täckning av olika spektralregioner mellan 3 och 5. Detta tillvägagångssätt undviker nackdelarna med gasdissociation och regenerering.
mer nyligen har CILAS-forskare-stödda av DRET (Direction des Recherches, Etudes, et Techniques, Paris, Frankrike) – experimenterat med en ny låg-genomsnittlig-effekt deuteriumfluoridlaser.2,3 i denna anordning stimulerar en kort laserpuls väte-eller deuteriumhalogenidmolekyler som finns i en gascell, vilket skapar en kaskad populationsinversion. Den största svårigheten är att hitta en laserkälla som kan pumaxi de diskreta, smala linjerna i de olika övergångarna.
Forsteritlaser
i det tryckområde som vanligtvis används för att göra väte-eller deuteriumhalogenidmolekyler las, är absorptionslinjerna mycket smala (mindre än 1 GHz). Således måste en effektiv pum-reservkälla ha liknande smala spektralegenskaper och ställas in exakt på en absorptionslinje. En forsteritlaser som använder en serie prismor och två Fabry-Perot-enheter kan uppfylla dessa krav (se figur på S. 29).
den kromdopade forsteriten (Cr4+:Mg2SiO4) lasern är baserad på en 23 mm lång kristall med ett tvärsnitt på 4 msk 6 mm2 och skärs i Brewstervinkeln. En Q-switchad Nd: YAG-laser pumpar i längdriktningen forsteritkristallen vid 1,064 nm. Nd: YAG-lasern levererar pulsenergier u till 130 mj med en pulsvaraktighet på 10 ns och pulsrepetitionsfrekvens på 10 Hz.
den önskade utgångsvåglängden erhålls genom att passera strålen genom tre dispersiva prismor och rotera den helt reflekterande spegeln. För att minska spektralbandbredden för laseremissionen placeras två Fabry-Perot-enheter i hålrummet. Forsteritlasern är smidigt avstämbar från 1.16 till 1.33 occurm, och avstämningsområdets topp är centrerad vid 1.25 occurm. Utan Fabry-Perot-enheterna levererar forsteritlasern 13-MJ maximal energi per puls vid 1.25 occurm med 130-mj pum occur energi (se figur infälld, s. 29); optisk omvandlingseffektivitet är således 10%. Med Fabry-Perot-enheterna är pulsenergin vid 1.268 oc (HF-linjen) 6 mJ och vid 1.193 oc (DF-linjen) är den 3 mJ. Pulslängden är mellan 50 och 70 ns (FWHM) med en linjebredd på 0,06 kcal.
forsteritlaserns smala Linjeutgång införs i gascellen genom en krökt dikroisk kavitetsspegel som är mycket transmissiv vid pum-våglängden i Brasilien och mycket reflekterande vid HF-och DF-laservåglängderna. Rostfria celler utrustade med kalciumfluorid Brewster fönster används; celllängder är 15 cm för HF och 50 cm för DF.
med denna Setu-kakau som pumpade HF-cellen, erhöll forskarna 250-oc superfluorescensenergi (mätt utan speglar) vid övergången runt 2,8 oc.m. HF-celltrycket var 30 Torr, och forsterit pum-laserenergin var 6 mJ vid 1.268 occurm med en pulslängd på 50 ns. Under pumpning av DF-cellen observerades en kaskad laseremission och laserlinjer mellan 3.64 och 3.85 occurm emitterades samtidigt med cirka 10 occurj energi. I detta fall var DF-celltrycket 3 till 6 Torr; pum-laserenergin för 2 mj vid 1,193.