Материал подготовил Ярослав Кадыгроб
Химический лазер – лазер, в котором накачки добиваются путём химической реакции. Химический лазер может продуцировать непрерывное излучение, достигающее уровня в мегаватты. Они используются в промышленности, в частности производят резку и сверление. Наиболее распространенные из химических лазеров – это химический кислород - йодный лазер, полностью газофазный йодный лазер, фтороводородный лазер и дейтерий-фторный лазер, все они работают в средней инфракрасной области.
Существует также DF-CO2, который, как и COIL, является «переходным лазером». HF и DF лазеры необычны тем, что существует несколько молекулярных переходов с энергией, выше необходимой для генерации. Поскольку молекулы не сталкиваются достаточно часто, чтобы перераспределить энергию, некоторые из мод лазера будет работать или одновременно, или в очень быстрой последовательности, так что HF или DF лазеры, будут работать одновременно на нескольких длинах волн, если только в резонаторе нет устройства выбора длины волны.
Возможность создания инфракрасных лазеров на основе возбужденных продуктов химической реакции была впервые предложена Джоном Поланьи в 1961 году. Импульсный (хотя и не химический) лазер был продемонстрирован Джеромом В.В. Каспером и Джорджем К. Пиментелем в 1965 году. Сначала хлористый водород (HCl) накачивали оптически с такой энергией, что происходила диссоциация молекулы, а затем она рекомбировала, переходя возбужденное состояние, подходящей для лазерной генерации.
Тогда же были продемонстрированы HF и DF лазеры. Пиментел перешёл к изучению лазера на DF-CO2. Хотя эта работа не показала лазер непрерывного излучения, в котором накачка осуществляется только путём химической реакции, но она проложила путь, показывая жизнеспособность химической реакции, как механизма накачки для химического лазера.
Химический HF лазер непрерывного действия был впервые продемонстрирован в 1969 году, и запатентован в 1972 году, Д. Ж. Спенсером, Т. А. Джейкобсом, Г. Мирельсом и Р.В.Ф. Гроссом в «Aerospace Corporation» в Эль-Сегундо, штат Калифорния. Это устройство использовало смешивание соседних потоков Н2 и F в оптическом резонаторе, чтобы создать возбуждённые молекулы HF, необходимые для излучения. Атомарный фтор был получен диссоциацией газа SF6 с применением электрического разряда постоянного тока.
Позже в работах армии США, ВВС США, и подрядных организациях ВМФ США (e.g.TRW) использовали химическую реакцию для получения атомарного фтора. Этот способ запатентован Спенсером и др. Последняя конфигурация не нуждалась в использовании электрического тока и привела к развитию мощных лазеров в интересах военных.
Проанализировать производительность HF лазера трудно из-за необходимости одновременно рассматривать флюидодинамическое смешивание соседних сверхзвуковых потоков, несколько неравновесных химических реакций и взаимодействие активной среды с оптическим резонатором. Исследователи на Aerospace Corporation разработали первое точное аналитическое решение, первый численный компьютерный код и первую упрощенную модель, описывающие производительность HF химический лазер производительность химического HF непрерывного лазера.
Химические лазеры стимулировали использование расчетов по методу волновой оптики для анализа резонатора. Эта работа была впервые проделана Е.А Сцикласом (Pratt & Whitney) и А. Е. Сигманом (Стэнфордский университет). В первой части их работы рассматривалось расширение пучка по методу Эрмита-Гаусса, но эта работа принесла меньше пользы, чем вторая часть, основанная на быстром преобразовании Фурье, которое теперь стало стандартным инструментом в United Technologies Corporation (SOQ), Lockheed Martin (LMWOC), SAIC (ACS), Boeing (OSSIM) , Tosc, МЗА, и OPCI. Большинство из этих компаний боролись за контракты на строительство HF и DF лазеров для DARPA, ВВС США, Армии США и ВМС США в течение 1970-х и 1980-х годов. General Electric и Pratt & Whitney выбыли из конкурса в начале 1980-х годов покидает поле Rocketdyne (теперь по иронии судьбы часть Pratt & Whitney - хотя лазерная организация остается сегодня с Boeing) и TRW (теперь часть Northrop Grumman). Комплексные модели химического лазера были разработаны в SAIC Уэйдом, в TRW К.-К. Ши, Д. Буллок и ME Lainhart, и в Rocketdyne Д. А. Холмсом и TR Уэйтом. Из них, пожалуй самый сложный был код Croq на TRW, опережавший ранние работы в аэрокосмической корпорации.
Производительность ранних аналитических моделей в сочетании с исследованиями химической части привело к созданию эффективных экспериментальных CW ВЧ лазерных устройств в объединенной авиастроительной и аэрокосмической корпорации.
Были достигнуты уровни мощности до 10 кВт. DF генерация была получена путем замены D2 на H2. В объединенной авиастроительной корпорации группа научно-исследовательских лабораторий произвела рециркулирующий химический лазер, который не был основан на непрерывном потреблении химических реагентов. TRW Systems Group в Редондо-Бич, Калифорния, впоследствии получили контракты ВВС США, чтобы построить CW HF / DF лазеры более высокой мощности. Использовав увеличенную версию лазера Aerospace Corporation, TRW достигли уровня мощности в 100 кВ. В General Electric, Pratt & Whitney, и Рокетдайн были построены различные химические лазеры на средства компании в ожидании получения DoD (Department of Defence – министерство обороны) контракты на строительство еще большего лазера. Только Рокетдайн получил крупные контракты, и смогли конкурировать с TRW. TRW выпустила MIRACLdevice для ВМС США, который достигает уровня мощности в МВт. Последний, как полагают, самый мощный из разработанных, на сегодняшний день лазеров (2007).
