Физическая энциклопедия - химические лазеры

газовые лазеры, в к-рых инверсия населённостей образуется в результате хим. реакций. Возможность создания X. л. основана на том, что продукты многих экзотермич. хим. реакций образуются преим. в возбуждённых состояниях. Большинство X. л. работает на колебательных переходах двухатомных молекул. Возбуждение осуществляется в результате экзотермич. реакций замещения: А+ВСВ®АВ+С+D?, (1) причём значит. часть d выделяющейся энергии D? идёт на возбуждение колебат. уровней молекулы АВ. В результате образуется неравновесный газ двухатомных молекул АВ, в к-ром ср. величина колебат. энергии значительно превышает величину энергии, приходящейся на поступат.

и вращат. степени свободы молекул. Такой неравновесный газ явл. активной средой с инверсной населённостью для большого кол-ва колебат. переходов (см. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ). В табл. приведены нек-рые реакции, приводящие к инверсной населённости, величины D? и d, а также примерный диапазон длин волн l излучения, соответствующий каждой из реакций.

Для работы X. л. требуется создать нек-рое кол-во химически активных свободных радикалов (атомов А). Для этого используются: прямой нагрев, приводящий к термич. диссоциации в-ва; облучение УФ или видимым светом, приводящее к частичной фотодиссоциации исходных продуктов; хим. реакции, сопровождающиеся появлением свободных радикалов; газовый разряд, в к-ром частичная диссоциация компонент происходит в результате столкновений молекул с эл-нами; электронная бомбардировка и др. Т. к. в результате реакций, приводящих к возбуждению X. л., происходят необратимые изменения хим. состава исходных в-в, необходимым условием длит. работы X. л. явл. непрерывное возобновление рабочего в-ва.

Основные параметры, характеризующие эффективность X. л.,его хим. кпд hx (отношение энергии лазерного излучения к величине энергии, выделяющейся в результате хим. реакции) и т. н. электрич. кпд hэ (отношение энергии лазерного излучения к энергии, затрачиваемой на инициирование хим. реакции). Т. к. энергия, требуемая для инициирования многих экзотермич. реакций, меньше энергии, к-рая выделяется в результате протекания таких реакций, то величина hэ не имеет принципиальных ограничений сверху и может превышать 100%, напр. X. л. на основе цепной реакции фтора с водородом (или дейтерием): F+H2В®HF+H, (2) H+F2В®HF+F (3) имеют hэ>90%. Однако для X. л. на основе цепных реакций hх относительно невелико (=1%), поскольку, напр., при малой нач. степени диссоциации молекул F2 время протекания цепной реакции оказывается много больше времени разрушения инверсной населённости в результате межмол. соударений. В связи с этим наиболее мощные X. л. на основе HF (DF), обладающие высоким hх (до 10%), работают на основе простых реакций замещения (табл.). Макс. энергия излучения HF-лазеров (в импульсном режиме)>2 кДж при длительности импульса =30 нс. Наиболее мощные X. л. на HF непрерывного действия работают при прокачивании активного в-ва через резонатор со сверхзвук. скоростью и обладают выходной мощностью в неск. кВт при hэ=2-4%. В основе применений X. л. лежат, с одной стороны, их высокие мощность генерации и кпд, а с другой возможность получения генерации на большом числе переходов в широкой области ИК спектра. Наряду с др. типами мощных лазеров X. л. используются в технологии, в установках по исследованию лазерного управляемого термоядерного синтеза, в лазерной спектроскопии, лазерной химии и лазерном разделении изотопов, а также при исследовании процессов мол. соударений. .