Введение
Лазер, основанный на различиях скоростей релаксации молекулярных вибрационных состояний Газодинамический лазер (GDL) - это лазер, основанный на различиях скоростей релаксации молекулярных вибрационных состояний. Газ лазерной среды обладает такими свойствами, что энергетически более низкое вибрационное состояние расслабляется быстрее, чем более высокое вибрационное состояние, и поэтому инверсия популяции достигается в определенное время. Он был изобретен Эдвардом Джерри и Артуром Кантровицем в исследовательской лаборатории Avco Everett в 1966 году. В чистых газодинамических лазерах обычно используется камера сгорания, сопла сверхзвукового расширения и CO2 в смеси с азотом или гелием в качестве лазерной среды. Газодинамические лазеры могут быть прокачены путем сгорания или адьябатического расширения газа. Можно использовать любой горячий и сжатый газ с соответствующей вибрационной структурой. Газодинамический лазер с взрывным насосом является версией GDL, накачиваемой расширением продуктов взрыва. Предпочтительным взрывчатым веществом является гексанитробензол и/или тетранитрометан с металлическим порошком. У этого устройства может быть очень высокая импульсная пиковая мощность, подходящая для лазерного оружия.
A gas dynamic laser (GDL) is a laser based on differences in relaxation velocities of molecular vibrational states. The lasing medium gas has such properties that an energetically lower vibrational state relaxes faster than a higher vibrational state, and so a population inversion is achieved in a particular time. It was invented by Edward Gerry and Arthur Kantrowitz at Avco Everett Research Laboratory in 1966. Pure gas dynamic lasers usually use a combustion chamber, supersonic expansion nozzle, and CO2, in a mixture with nitrogen or helium, as the laser medium. Gas dynamic lasers can be pumped by combustion or adiabatic expansion of gas. Any hot and compressed gas with appropriate vibrational structure could be utilized. The explosively pumped gas dynamic laser is a version of GDL pumped by expansion of explosion products. Hexanitrobenzene and/or tetranitromethane with metal powder is the preferred explosive. This device could have very high pulsed peak power output suitable for laser weapons.
Функция
Образуется горячий сжатый газ. Газ расширяется через субзвуковые или сверхзвуковые расширительные сопла, температура газа становится ниже и согласно распределению Максвелла-Болцмана газ не находится в термодинамическом равновесии, пока вибрационные состояния не расслабятся. Газ течет через трубу определенной длины в течение определенного времени. В это время низшее вибрационное состояние расслабляется, а высшее - нет. Таким образом, достигается инверсия численности населения. Газ течет через зеркальную область, где происходит стимулированное излучение. Газ возвращается в равновесие и становится теплым. Его необходимо удалить из лазерной полости, иначе он будет мешать термодинамике и расслаблению вибрационного состояния только что расширенного газа.
Применение
Почти любой химический лазер использует газодинамические процессы для повышения его эффективности. Высокая энергоэффективность (до 30%) и очень высокая выходная мощность делают GDL подходящим для некоторых (особенно военных) применений.