Хімічний лазер.
Окрім електричного розряду, інверсія населенностей рівнів атомів і молекул в газовому лазері може створюватися в результаті хімічної реакцій, при яких утворюються атоми, радикали в збуджених станах. Хімічні лазери можуть працювати тільки на швидкоплинних реакціях, таких як фотодисоціація молекул (розпад молекули на декілька частин під дією світла), вибух або хім. реакції між атомами або молекулами зустрічних пучках атомів, молекул різних речовин.
Это лазеры, в которых инверсия населенностей достигается за счет экзотермической химической реакции, например на основе цепной реакции F + H2 = HF + H. Химические лазеры способны излучать в широком диапазоне частот и при значительных отдаваемых мощностях - до 100 кВт.
Одним з таких лазерів є фтор-водний лазер. В процесі реакції сполуки фтору F з воднем Н2 або дейтерієм D 2 утворилися молекули HF або DF переходять на вищий енергетичний рівень. Спускаючись з цього рівня, вони і створюють лазерне випромінювання - молекули HF на хвилі 2700 нм, молекули DF - на хвилі 3600 нм. У лазерах цього типу досягаються потужності до 10 кВт.
Рис.
2. Схема фтор-водородного лазера
с хим. инициированием
(термодиссоииацией); 1 - камера сгорания;
2 сопловый блок; 3 активная зона (реактор);
4 - окна для выхода излучения; 5 и 6 - зеркала
Загальні характеристики твердотільних лазерів.
Твердотілі лазери – називають квантові генератори, де в якості підсилюючого середовища використовують кристалічні або аморфні діелектрики. Вони мають широке розповсюдження через їх характеристики. Дозволяють отримувати потужне когерентне випромінення від УФ випромінення. Дозволяють працювати як в імпульсному так і в неперервному режимах. Кількість матеріалів має широкий спектр. Найбільше розповсюдження отримали лазери на рубіні, кристал якого має високу механічну міцність і досить високу теплопровідність, Nd-IAГ, на склі, на александріті. Особливістю є те, що можна отримати достатньо високу потужність при відносно невеликих розмірах активного тіла. Збудження твердотілих лазерів використовують за допомогою оптичної накачки. ККД достатньо низький 1%.
Вимоги до твердотілих матриць: 1) повинні допускати введення і рівномірний розподіл активних іонів, на переходах яких відбувається лазерна генерація; 2) хімічно стійкими; 3) мати оптичну та механічну стійкість; 4) повинні бути прозорими для випромінення накачки і випромінення генерації; 5) витримувати значні температурні навантаження, які виникають в процесі накачки і генерації; 6) мати високу теплопровідність; 7) високу фотохімічну стійкість; повинні бути технологічними.
В якості матриць використовують діелектричні кристали з упорядкованою структурою, тверді розчини у вигляді змішаних невпорядкованих систем із скла. В якості кристалічних активних середовищ використовують оксидні лазерні кристали: рубін, Nd-IAГ, александріт.
В якості аморфних діелектриків застосовується скло різних складів, в якості активаторів в скляних матрицях використовують 2-х і 3-х зарядні іони лужних елементів, них відносять неодим, ітербій, гадолій і інші. На відміну від кристалів іони активатора входять в скло, як компоненти скла. При виготовленні лазерного скла до них пред’являються вимоги високої частоти початкових матеріалів, спектральної частоти і однорідності. Основними перевагами скляних середовищ є простота виготовлення активних елементів будь-яких форм і розмірів. Висока оптична однорідність, ізотропність властивостей, можливість введення активатора в необхідній концентрації з рівномірним розподілом по активному елементі.