Газодинамічний лазер

Газодинамічний лазер (GDL) — це лазер, заснований на різницях у швидкостях релаксації коливальних станів молекул. Газ — лазерне середовище має такі властивості, що енергетично слабший коливальний стан релаксує швидше, ніж вищий коливальний стан, і тому інверсія населеності досягається за певний час. Був винайдений Едвардом Джеррі та Артуром Кантровіцем у Дослідницькій лабораторії Avco Everett у 1966 році

Чисті газодинамічні лазери зазвичай використовують камеру згоряння, надзвукове розширювальне сопло та CO ₂ у суміші з азотом або гелієм як лазерне середовище.

Газодинамічні лазери можуть нагнітатися шляхом горіння або адіабатичного розширення газу. Може бути використаний будь-який гарячий і стиснений газ з відповідною вібраційною структурою.

Газодинамічний лазер з вибуховим нагнітанням є версією GDL з нагнітанням шляхом розширення продуктів вибуху. Гексанітробензол чи тетранітрометан з металевим порошком є рекомендованими вибуховими речовинами для цього. Цей пристрій теоретично здатен мати дуже високу імпульсну вихідну потужність, придатну для лазерної зброї.

Дія

Компоненти та дія газодинамічного лазера

1. Утворюється гарячий стиснений газ.
2. Газ розширюється через дозвукове або надзвукове розширювальне сопло, температура газу стає нижчою, і відповідно до розподілу Максвелла — Больцмана газ не перебуває в термодинамічній рівновазі, доки коливальні стани не релаксують.
3. Газ тече по трубці певної довжини протягом певного часу. У цей час нижчий вібраційний стан розслабляється, але вищий вібраційний стан — ні. Таким чином досягається інверсія сукупності.
4. Газ протікає через дзеркальну область, де відбувається вимушене випромінювання.
5. Газ повертається до рівноваги та стає теплим. Його необхідно видалити з порожнини лазера, інакше він буде перешкоджати термодинаміці та релаксації вібраційного стану щойно розширеного газу.

Застосування

Майже будь-який хімічний лазер використовує газодинамічні процеси для підвищення ефективності.

Висока енергоефективність (до 30 %) і дуже висока вихідна потужність роблять GDL придатним для деяких (особливо військових) застосувань.

Див. також

• Газовий лазер
• Хімічний лазер
• Вуглекислотний лазер

Список літератури

• Laser History — Gasdynamic [1]
• LEOT Laser Tutorial — Course 3: Laser Technology — Module 9: CO₂ Laser Systems [2]
• Laser History — Airborne Star Wars Laser [3]
• United States Patent 4099142 : Condensed explosive gas dynamic laser [4]