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另类 特殊的光学仪器——化学激光器

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 文章来源:未知编辑:admin时间:2019-01-19 14:00

  另类 特殊的光学仪器——化学激光器秒速时时彩app化学激光器是另一类特殊的气体激光器,即是一类利用化学反应释放的能量来实现工作粒子数布居反转(简称粒子数反转)的激光器。化学反应产生的原子或分子往往处于激发态,在特殊情况下,可能会有足够数量的原子或分子被激发到某个特定的能级,形成粒子数反转,以致出现受激发射而引起光放大作用。

  其泵浦源为化学反应所释放的能量。这类激光器大部分以分子跃迁方式工作,典型波长范围为近红外到中红外谱区。最主要的有氟化氢(HF)和氟化氘(DF)两种装置。前者可以在2.6~3.3微米之间输出15条以上的谱线条谱线微米之间。这两种器件目前均可实现数兆瓦的输出。其他化学分子激光器包括波长为4.0~4.7微米的溴化氢(HBr)激光器,波长4.9~5.8微米的一氧化碳(CO)激光器等。迄今唯一已知的利用电子跃迁的化学激光器是氧碘激光器,它具有高达40%的能量转换效率,而其1.3微米的输出波长则很容易在大气中或光纤中传输。

  化学激光器有脉冲和连续两种工作方式。脉冲装置首先于1965年发明,连续器件则于4年后问世。其中氟化氢和氟化氘激光器由于可以获得非常高的连续功率输出,其潜在军事应用很快引起人们的兴趣。在“星球大战”计划的推动下,美国于80年代中期以3.8微米波长、2.2兆瓦功率的氟化氘激光器为基础,研制出“中红外先进化学激光装置”,在战略防御倡议局1988年提交国会的报告中,称其为当时“自由世界能量最大的高能激光系统”。而氧碘激光器则在材料加工中得到应用,并可望用于受控热核聚变反应。化学激光器最近的发展方向包括以数十兆瓦为目标进一步增加连续器件的输出功率;努力提高氟化氢激光的光束质量和亮度;并探索由氟化氢激光器获得1.3微米左右短波长输出的可能性。

  产生化学激光的化学反应一般为放热的原子交换反应:A+BCAB*+C。为使上述化学反应能迅速地进行,必须有大量的自由原子A来引发反应,产生自由原子 A的方法就称为引发技术。以产生氟原子的引发技术为例,就有紫外线引发、电子引发、热引发、化学反应引发等;前三种引发方式都需要外部能源。化学反应引发方式不需要外部能源,故又称纯化学激光器。

  它是利用分子的同一振动能级中的转动能级间的粒子数反转,把转动能变成相干辐射能的一类化学激光器。这种化学激光的输出波长大于10微米,最长可达数百微米。虽然在化学激光研究的早期(1967)即已被发现,但受到重视则是70年代末。现在已发现的能够产生纯转动化学激光的双原子物有HF(DF)、HCI(DC1)、HO(DO)、HN。目前流行的看法认为在转动能级间形成的粒子数反转主要是由上振动能级到下振动能级之间的传能造成的。已发现某些惰性气体原子或双原子分子特别有利于这种传能,从而有利于实现纯转动化学激光。纯转动化学激光有可能用作激光分离同位素的选择性激发能源。此外转动化学激光的研究还可以提供传能的信息。

  是利用元反应的分子产物或自由基产物的振动- 转动能级上的粒子数反转,把反应释放的能量转化成为相干辐射能的一类化学激光器。它是最早发现的一类化学激光器,迄今为止在化学激光中仍占有最重要的地位。已发现的激射物有 HF(DF)、HC1(DC1)、HBr(DBr)、HO(DO)、HCN、NO、CO、H2O、CO2等。这种激光的输出波长主要是在2~10微米之间。抽运反应有以下几种类型:①在双分子反应中有利用氢原子提取分子中的卤素原子或利用卤素原子提取分子中的氢原子的反应,还有利用氧原子的氧化反应;②在单分子反应中有自由基 -自由基重合反应、消去反应、插入消去反应、加成消去反应、自由基-分子反应等多种类型;③在光化学反应中有光消去反应和光解离反应等。由于此种激光器可不用电能激励并且其中的若干个效率较高,可研制成连续波或脉冲运转的大能量或大功率激光器,所以它仍然是有希望的可携带的用于空间的激光武器的重要候选者。在微观反应动力学研究中它是三种公认的较成熟的研究元化学反应产物初始振动能分布的方法之一(另两种是红外化学发光和激光诱导荧光)。

  利用化学反应释放的能量将激射介质泵到电子激发态,并达到粒子数反转,然后受激发射产生激光。电子激发态能量受到化学键能的限制,只有3~4电子伏。如果电子激发态能量超过4电子伏,就必须借助于低能阶电子激发态粒子与其他激发态粒子间的多次碰撞传能才可能达到高能阶电子激发态。电子跃迁化学激光器的典型例子是氧- 碘传能激光器。目前普遍采用的化学反应体系是用氢氧化钠、氯和过氧化氢进行化学反应直接产生电子激发态氧O2(a′Δ)。它是禁戒跃迁态(自发发射寿命约45分钟),实质上是一种贮能介质,必须将其能量传递给另一个激射介质,才能进行激射。被选中的激射介质是基态碘原子I(2P3/2),它与O2(a′Δ)通过共振传能过程:O2(a′Δ)+I(2P3/2)─→O2(x3Σ)+I(2P┩)