Главная > Оптика > Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

1.8. Химические лазеры

Химические соединения — богатые накопители энергии. Эта энергия может частично высвобождаться при перестройке химических связей (в экзоэнергетических химических реакциях). Весьма заманчиво преобразовать указанную энергию в энергию когерентного оптического излучения.

Химические лазеры как раз и являются устройствами, в которых осуществляется такое преобразование энергии. Неослабевающий интерес к этому типу лазеров объясняется как практической важностью проблемы эффективного прямого преобразования химической энергии в световую, так и возможностью использования лазеров для изучения химических процессов, сечений и кинетики реакций.

В существующих химических лазерах реализуется генерация на колебательных (точнее, колебательно-вращательных) переходах молекул; нижняя граница диапазона длин волн генерации этих лазеров составляет примерно 2,5 мкм. Исследуются возможности создания химических лазеров видимого диапазона (лазеров, генерирующих на переходах между электронными состояниями молекул).

Химические реакции; инициирование и ускорение реакций.

В химических лазерах чаще всего используются реакции замещения, в результате которых образуются двухатомные молекулы в возбужденных колебательных состояниях. Будем называть эти молекулы лазерно активными центрами, они либо высвечиваются сами, либо

обеспечивают высвечивание других молекул, которым передают энергию возбуждения. Примерами используемых в лазерах реакций замещения являются следующие реакции (значок указывает на возбуждение молекулы):

Для инициирования этих реакций необходимо затратить определенную энергию на получение химически активных реагентов . Кроме того, необходимо позабоботиться об ускорении химического процесса, поскольку химический лазер может работать лишь на быстропротекающих реакциях, обеспечивающих достаточно быстрое заселение верхнего рабочего уровня высвечивающихся молекул. Скорость химической реакции пропорциональна концентрациям реагентов, вступающих в реакцию; поэтому для ускорения реакции надо образовать достаточно большое количество химически активных реагентов.

Применяются разные способы инициирования и ускорения химических реакций (иначе говоря, разные способы получения химически активных реагентов). Химически активными реагентами являются, в частности, реагенты в атомарном состоянии; они получаются при диссоциации молекул. Наибольшее распространение получили фотодиссоциация, диссоциация электронным ударом и тепловая диссоциация молекул. В связи с этим различают следующие способы инициирования (ускорения) химических реакций: фотоинициирование, инициирование экектронным пучком или импульсом в электрическом разряде, тепловое инициирование.

В качестве источника излучения при фотоинициировании обычно используют кварцевые импульсные лампы; при необходимости более коротковолновой накачки ( мкм) применяют различные типы открытых разрядов (например, искровой). Один из наиболее простых способов инициирования химических реакций — самостоятельный разряд в газе; однако этот способ применим лишь для относительно низких давлений и малых рабочих объемов. Поэтому более интересен способ инициирования, основанный на использовании электронного пучка. Пучок

электронов позволяет инициировать реакцию за рекордно короткое время — порядка с (при самостоятельном разряде длительность инициирующего импульса не менее 10-в с). Тепловое инициирование реакций связано с тепловой диссоциацией молекул. Этот способ удобно применять в лазерах газодинамического типа, так как в них осуществляется сильный нагрев газа (для обеспечения больших скоростей истечения потока).

Химически активные реагенты могут создаваться также за счет определенных химических реакций. В качестве примера укажем реакцию Окись азота, существующая при обычных температурах в виде устойчивого радикала вступая в реакцию с молекулярным фтором, обеспечивает образование химически активного атомарного фтора.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление