Введение
Американский химический лазер ближнего инфракрасного диапазона
Кислородно-йодный химический лазер (КИХЛ) – это химический лазер ближнего инфракрасного диапазона. Поскольку луч находится в инфракрасном диапазоне, его нельзя увидеть невооруженным глазом. Он способен к масштабированию выходной мощности до мегаватт в непрерывном режиме. Длина волны его излучения составляет 1315 нм, что соответствует длине волны перехода атома йода.
Принципы работы
Лазер питается газообразным хлором, молекулярным йодом и водной смесью перекиси водорода и гидроксида калия. Водный раствор перекиси водорода вступает в химическую реакцию с хлором, выделяя тепло, хлорид калия и кислород в возбужденном состоянии – синглетный дельта-кислород. Спонтанный переход возбужденного кислорода в основное триплетное сигма-состояние запрещен, что обеспечивает возбужденному кислороду время жизни около 45 минут. Это позволяет синглетному кислороду передавать свою энергию атомам йода, присутствующим в газовом потоке; атомный переход 2P3/2 → 2P1/2 в атомарном йоде почти резонирует с синглетным кислородом, поэтому передача энергии при столкновении частиц происходит быстро. Возбужденные атомы йода 2P1/2 затем подвергаются вынужденному излучению и генерируют лазерное излучение на длине волны 1,315 мкм в области оптического резонатора лазера. (Верхний и нижний уровни атомарного йода инвертированы, при этом 2P1/2 является верхним уровнем).
Лазер работает при относительно низком давлении газа, но скорость газового потока должна приближаться к скорости звука во время реакции; описаны даже сверхзвуковые конструкции. Низкое давление и высокая скорость потока облегчают отвод тепла от активной среды по сравнению с мощными твердотельными лазерами. Продуктами реакции являются хлорид калия, вода и кислород. Остаточные количества хлора и йода удаляются из отработанных газов с помощью галогенного скруббера.
История и применение
COIL был разработан ВВС США в 1977 году для военных целей. Однако его свойства делают его полезным и для промышленной обработки; луч фокусируется и может передаваться по оптическому волокну, поскольку его длина волны слабо поглощается кварцевым стеклом, но хорошо поглощается металлами, что делает его пригодным для лазерной резки и сверления. Быстрая резка нержавеющей стали и хастеллоя с использованием COIL, соединенного с оптическим волокном, была продемонстрирована. В 1996 году компании TRW Incorporated удалось получить непрерывный луч мощностью в сотни киловатт, который длился несколько секунд. RADICL (Research Assessment, Device Improvement Chemical Laser) – это 20-киловаттный COIL-лазер, испытанный ВВС США примерно в 1998 году. COIL является компонентом военных программ США по разработке лазеров для самолетов и передовых тактических лазеров. 11 февраля 2010 года это оружие было успешно применено для перехвата ракеты у центрального побережья Калифорнии в ходе испытаний, проведенных с использованием лазера, установленного на борту Boeing 747, взлетевшего с военно-морского центра воздушной войны Point Mugu (подробности см. в Boeing YAL 1).
Лазеры на основе йода
Всегазофазный йодный лазер (AGIL) – конструкция, аналогичная предыдущей, использующая исключительно газообразные реагенты и более подходящая для аэрокосмических применений. ElectricOIL, или EOIL, обеспечивает получение того же излучения йодного лазера в альтернативном газоэлектрическом гибридном исполнении.