ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРОВ

ХИМИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРЫ

Химическим лазером [18,19] обычно называется лазер, в котором инвер­сия населенностей достигается непосредственно за счет химической реак­ции[69]. В химических лазерах обычно используются реакции между газооб­разными веществами, и, как правило, эти реакции являются экзотермиче­скими, ассоциативного или диссоциативного типа.

Реакция ассоциативного типа описывается уравнением вида А + В ->АВ. В экзотермической реакции часть теплоты реакции переходит в энергию ко­лебательно-вращательного или электронного возбуждения молекулы АВ. Таким образом, если достичь инверсии населенностей, то на основе реакции ассоциативного типа можно, в принципе, создать лазеры на колебательно­вращательных или вибронных переходах. Однако несмотря на то, что в этой области были приложены большие усилия, до сих пор удалось создать лишь химические лазеры на колебательно-вращательных переходах. Генерация в этих лазерах была получена в диапазоне длин волн 3-10 мкм, причем наибо­лее интересными примерами являются НЕ и БЕ лазеры, которые будут рас­смотрены в следующем разделе.

Реакция диссоциативного типа в общем виде записывается следующим образом: АВС -> А + ВС. Если это реакция экзотермическая, то часть тепло­ты реакции может выделиться в виде электронной энергии атомов А или в виде внутренней энергии молекул ВС. Интересным примером данного типа лазеров считается лазер на атомарном йоде, в котором атомарный йод возбу­ждается до 2Р1/2-состояния и генерация возникает между состоянием 2Р1/2 и основным состоянием 2Р3/2 (к = 1,315 мкм). Атомарный йод в возбужденном состоянии образуется в результате диссоциации соединения СН31 (или СЕ31, С3Е71), под воздействием УФ-излучения (-300 нм) мощной импульсной лам­пы. Недавно йод в возбужденном состоянии был получен следующим обра­зом: в реакции молекулярного хлора с перекисью водорода образуется моле­кулярный кислород, возбужденный до долгоживущего синглетного состоя­ния (в действительности основное состояние молекулы кислорода является триплетным), а он, в свою очередь, молекула за молекулой передает свою энергию атомарному йоду (химический лазер на кислород-йоде).

Химические лазеры представляют интерес по двум основным причинам:

■ они являются интересным примером прямого преобразования химиче­ской энергии в электромагнитную;

■ в принципе, от этих лазеров можно получать высокую выходную мощ­ность (в непрерывном режиме) или высокую выходную энергию (в им­пульсном режиме), что обусловлено весьма большим выделением энер­гии в экзотермической реакции[70].