Основные требования, необходимые для прямого преобразования химической энергии в световую

В химических лазерах инверсная заселенность возникает в продуктах химических реакций, протекающих при воздействии на реагирующие вещества разряда, излучения или просто при их смешивании или нагреве. В отсутствие обновления рабочей смеси химические лазеры могут работать лишь в импульсном режиме. Генерация прекратится по мере вырабатывания реагирующих веществ. Непрерывную генерацию в химических лазерах можно осуществить, прокачивая рабочую смесь через резонатор. Мощность генерации такого лазера, естественно, зависит от скорости прокачки смеси.

Наибольший интерес с точки зрения практического применения представляют химические лазеры, инверсная заселенность в которых создается между колебательно- вращательными переходами двухатомных молекул — галоидоводородов, образуемых при

утекании реакций замещения по одной из следующих схем:

Н +Х HX +H,

H+X HX +Н,

HХ+Y НУ +Х, (1.42)

где Х и Y — атомы галогенидов. Аналогичное возбуждение продуктов реакции имеет место и при реакциях замещения, протекающих с участием галогенидов и дейтерия. Согласно литературным данным от 50 до 70% выделяемой при этих реакциях энергии расходуется на заселение верхних колебательных уровней образующихся галоидоводородов. Механизм создания инверсной заселенности при этом аналогичен механизму, реализуемому в СО- лазере. Длина волны генерации для большинства галоидоводородов лежит в ИК-области спектра и составляет для молекул HF — 2,7 мкм, НС1 — 3,7 мкм, НВг — 4,2 мкм и DF — 4,3 мкм.

Необходимый для инициирования реакций замещения атомарный водород или галогенид можно получить с помощью электрического разряда, осуществляемого в потоке молекулярного водорода или галогенида, или путем диссоциации при высоких температурах

какого-либо фторсодержащего вещества, например NF ,UF , SF .

HF-лазер

В качестве примера химического лазера рассмотрим схему HF-лазера (рис. 35,а). Образование атомарного фтора в нем осуществляется в процессах диссоциации при смешивании SF с нагретым до температуры свыше 2000 К буферным газом (азотом или о гелием). При подаче в поток, содержащий атомарный фтор, молекулярного водорода начинается эффективное протекание реакций замещения с образованием возбужденных молекул HF по схеме:

(1.43)

Попадая в область оптического резонатора, эти молекулы образуют активную среду с инверсной заселенностью уровней и служат источником лазерного излучения. Достигнутая в настоящее время эффективность преобразования химической энергии в излучение в

Системах такого типа может составлять 12%. Мощность излучения химических лазеров определяется расходом смеси и может достигать огромных величин.

 

1.5.3. -лазер с химическим возбуждением

Образующиеся в результате химических реакций колебательно-возбужденные молекулы можно использовать и для эффективного возбуждения лазеров на .. В качестве примера такого лазера можно рассмотреть непрерывный DF — -лазер (рис. 35,б). Необходимый для инициирования реакции замещения F получается в реакции NO+ F NOF + F и затем смешивается с молекулярным дейтерием, образуя в реакциях замещения

(1.44)

возбужденные молекулы DF . При подмешивании в поток продуктов реакции молекул происходит эффективное резонансное возбуждение их верхнего лазерного уровня по схеме

DF (v)+СО (00 0) DF (v — 1)+СО (00 1). (1.45)

Полученная с помощью таких лазеров мощность излучения достигала ~ 1 кВТ при химическом КПД 4-5% и удельном съеме энергии излучения ~ 50Джlг.

Таким образом, химический способ возбуждения активной среды позволяет создавать мощные и эффективные лазеры с излучением в ближней ИК области спектра, представляющие большой практический интерес. Одним из серьезных преимуществ химических лазеров является возможность создания полностью автономной системы, не требующей для своей работы электрической энергии. Необходимо отметить, однако, что широкое использование химических лазеров в промышленности станет возможным лишь после разработки эффективных способов утилизации ядовитых отходов продуктов химических реакций.