RU2054771C1

RU2054771C1 - Chemical laser

Info

Publication number: RU2054771C1
Application number: RU93003839A
Authority: RU
Inventors: А.К. Козлов; А.С. Серов
Original assignee: Козлов Александр Константинович
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: quantum electronics. SUBSTANCE: closed-cycle chemical laser has tandem-installed prechamber, reaction chamber, dish, neutralizer-separator, pump, gas-dynamic channel. Fuel mixture SF₆/H₂ is stored in receiver communicating through control valve with prechamber. Thinner He gas source communicates with prechamber through valve. EFFECT: improved radiation power. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке мощных источников монохроматического излучения. The invention relates to quantum electronics and can be used in the development of powerful sources of monochromatic radiation.

Известен химический лазер [1] содержащий источник газа-окислителя, источник горючего газа, источник газа-разбавителя и расположенные последовательно по направлению потока газа электродуговую камеру, камеру термической диссоциации, переходную камеру со смесителем, реакционную камеру и выхлопную систему, причем реакционная камера размещена в оптическом резонаторе, источник газа-разбавителя соединен с полостями электродуговой камеры и камеры термической диссоциации, источник газа-окислителя с камерой термической диссоциации, а источник горючего газа со смесителем, который выполнен в виде системы отверстий, расположенных либо на стенках переходной камеры, либо на стенках трубок, установленных в переходной камере поперек газового потока. Работа известного непрерывного химического лазера основана на осуществлении химической реакции накачки активной среды в ходе реакции
F+Н₂(D₂) ->> НF*(DF)*+Н (D) (1) с образованием возбужденных молекул НF*(DF*). Для получения активной среды сначала осуществляется нагрев газа-разбавителя до температуры 4000-5000 К в электродуговой камере. Нагретый газ-разбавитель Не(N₂) поступает в камеру термической диссоциации, в которую подается дополнительное количество газа-разбавителя для снижения его температуры до 3000 К и газ-окислитель, в качестве которого используется фторсодержащий газ SF₆. В результате тепловой диссоциации молекул SF₆ образуются атомы фтора и серы. Атомы фтора вместе с газом-разбавителем и другими продуктами диссоциации поступают в переходную камеру, в которой осуществляется введение в поток горючего газа Н₂(D₂). Смешение реагентов и последующая химическая реакция (1) между ними обеспечивают наработку в активной среде молекул НF* в возбужденном состоянии, которые, попадая в область оптического резонатора, испускают вынужденное излучение с длиной волны, равной 2,5-3 (3,5-4) мкм. Отработанная газовая смесь поступает в выхлопную систему, содержащую вакуумный насос и средства для дегазации токсичных продуктов выхлопа.Known chemical laser [1] containing a source of oxidizing gas, a source of combustible gas, a diluent gas source and an electric arc chamber, a thermal dissociation chamber, a transition chamber with a mixer, a reaction chamber and an exhaust system arranged in series with the gas flow, the reaction chamber being located in optical resonator, the diluent gas source is connected to the cavities of the electric arc chamber and the thermal dissociation chamber, the oxidizing gas source with the thermal dissociation chamber, and the sources to combustible gas with a mixer, which is made in the form of a system of holes located either on the walls of the transition chamber or on the walls of the tubes installed in the transition chamber transverse to the gas stream. The operation of a known continuous chemical laser is based on the implementation of a chemical reaction for pumping an active medium during a reaction
F + H ₂ (D ₂ ) - >> НF * (DF) * + Н (D) (1) with the formation of excited molecules НF * (DF *). To obtain an active medium, the diluent gas is first heated to a temperature of 4000-5000 K in an electric arc chamber. The heated diluent gas He (N ₂ ) enters the thermal dissociation chamber, into which an additional amount of diluent gas is supplied to lower its temperature to 3000 K and an oxidizing gas, which uses fluorine-containing gas SF ₆ . As a result of thermal dissociation of SF ₆ molecules, fluorine and sulfur atoms are formed. Fluorine atoms together with a diluent gas and other dissociation products enter the transition chamber, in which H ₂ (D ₂ ) is introduced into the flow of combustible gas. The mixing of the reagents and the subsequent chemical reaction (1) between them ensure the production of HF * molecules in the excited state in the active medium, which, when they fall into the region of the optical resonator, emit stimulated radiation with a wavelength of 2.5-3 (3.5-4 ) μm. The exhaust gas mixture enters the exhaust system containing a vacuum pump and means for degassing toxic exhaust products.

Недостаток этого химического лазера заключается в низком КПД, так как, во-первых, эффективность тепловой диссоциации молекул SF₆ низка, во-вторых, необходимость восстановления давления отработанной газовой среды (от уровня давления в области оптического резонатора, равного 1-20 мм рт.ст. до атмосферного давления) требует дополнительных больших затрат энергии на работу насоса, а в-третьих, известный химический лазер требует эффективного охлаждения камер.The disadvantage of this chemical laser is its low efficiency, because, firstly, the efficiency of thermal dissociation of SF ₆ molecules is low, and secondly, the need to restore the pressure of the exhausted gas medium (from the pressure level in the region of the optical resonator equal to 1-20 mm RT. Art. to atmospheric pressure) requires an additional large expenditure of energy for the operation of the pump, and thirdly, the well-known chemical laser requires effective cooling of the chambers.

Известен также химический лазер [2] содержащий источник газа-окислителя, источник горючего газа, источник газа-разбавителя, первый и второй газодинамические тракты, снабженные насосами, и последовательно соединенные электроразрядную камеру, камеру смешения, кювету, расположенную в оптическом резонаторе, и нейтрализатор-сепаратор, причем источники газа-окислителя и газа-разбавителя через управляемые клапаны соединены с первым газодинамическим трактом, а источник горючего газа также через управляемый клапан с вторым газодинамическим трактом, вход которого подключен к первому выходу нейтрализатора-сепаратора, а выход к камере смешения. Вход первого газодинамического тракта соединен с вторым выходом нейтрализатора-сепаратора, а выход с электроразрядной камерой. Работа этого непрерывного химического лазера основана также на осуществлении химической реакции накачки активной среды в ходе химической реакции (1). Газ-окислитель SF₆ и газ-разбавитель Не из баллонов поступают в первый газодинамический тракт. Далее газовая смесь, содержащая SF₆ и Не, поступает в электроразрядную камеру, где осуществляется поперечный к направлению газового потока дуговой (или близкой к дуговому) разряд. Поток газовой смеси, проходя через разряд, нагревается до температуры, достаточной для диссоциации SF₆ и, следовательно, для образования атомов фтора. Далее атомы фтора вместе с газом-разбавителем и другими продуктами диссоциации поступают в камеру смешения, к которой подсоединен второй газодинамический тракт, связанный с источником горючего газа. В камере смешения горючий газ смешивается с газовой смесью, содержащей атомы фтора, а последующая химическая реакция (1) между фтором и горючим газом обеспечивает наработку в активной среде молекул НF* в возбужденном состоянии. После этого активная среда поступает в кювету, расположенную в оптическом резонаторе, где происходит генерация вынужденного оптического излучения. Расстояние между камерой смешения и кюветой выбирается таким, чтобы имела место минимальная дезактивация возбужденных молекул НF*. Выбор этого расстояния производится также и с учетом наиболее полной сепарации образующейся при диссоциации SF₆ свободной серы и ее соединений на охлаждаемых стенках газового канала, расположенных перед кюветой. Для повторного использования непрореагировавшей части исходного потока газов и удаления из потока продуктов реакции газовая смесь пропускается через нейтрализатор и сепаратор. В нейтрализаторе, заполненном гранулами гидроокиси натрия, осуществляется поглощение молекул НF, а в сепараторе, имеющем проницаемую мембрану из серебра или рутения с палладием, происходит отделение молекулярного водорода, оставшегося после реакции. Газ-окислитель после отделения от горючего газа, через насос поступает в первый газодинамический тракт, а отделенный в сепараторе водород через другой насос поступает во второй газодинамический тракт, где стационарное давление водорода поддерживается за счет подпитки малых количеств водорода из баллона. Так как газ-окислитель на входе в электроразрядную камеру не должен содержать примеси горючего газа, то в устройстве предусмотрены дополнительные средства очистки газового потока от водорода (поглотитель, содержащий цеолит с катализатором на молекулярной основе).Also known is a chemical laser [2] containing an oxidizing gas source, a combustible gas source, a diluent gas source, first and second gas-dynamic paths equipped with pumps, and a series-connected electric discharge chamber, a mixing chamber, a cuvette located in the optical resonator, and a neutralizer a separator, wherein the sources of oxidizing gas and diluent gas are connected to the first gas-dynamic path through controlled valves, and the combustible gas source is also connected to a second gas-dynamic valve through a controlled valve act, the input of which is connected to the first output of the converter-separator and an outlet to the mixing chamber. The input of the first gas-dynamic path is connected to the second output of the neutralizer-separator, and the output is with an electric discharge chamber. The operation of this cw chemical laser is also based on the implementation of a chemical reaction for pumping an active medium during a chemical reaction (1). Oxidizing gas SF ₆ and diluent gas Not from the cylinders enter the first gas-dynamic path. Next, the gas mixture containing SF ₆ and He enters the electric discharge chamber, where an arc discharge (or close to the arc) discharge transverse to the direction of the gas flow is carried out. The flow of the gas mixture, passing through the discharge, is heated to a temperature sufficient to dissociate SF ₆ and, therefore, for the formation of fluorine atoms. Further, fluorine atoms together with a diluent gas and other dissociation products enter the mixing chamber, to which a second gas-dynamic path connected to a source of combustible gas is connected. In the mixing chamber, the combustible gas is mixed with the gas mixture containing fluorine atoms, and the subsequent chemical reaction (1) between the fluorine and the combustible gas ensures that HF * molecules are generated in the active medium in the excited state. After this, the active medium enters a cuvette located in an optical resonator, where stimulated optical radiation is generated. The distance between the mixing chamber and the cell is selected so that there is minimal deactivation of the excited HF * molecules. The choice of this distance is also made taking into account the most complete separation of the free sulfur formed during the dissociation of SF ₆ and its compounds on the cooled walls of the gas channel located in front of the cell. To reuse the unreacted portion of the initial gas stream and remove the reaction products from the stream, the gas mixture is passed through a catalyst and a separator. In a catalyst filled with granules of sodium hydroxide, HF molecules are absorbed, and in a separator having a permeable membrane of silver or ruthenium with palladium, the molecular hydrogen remaining after the reaction is separated. The oxidizing gas after separation from the combustible gas through the pump enters the first gasdynamic path, and the hydrogen separated in the separator through the other pump enters the second gasdynamic path, where the stationary hydrogen pressure is maintained by feeding small amounts of hydrogen from the cylinder. Since the oxidizing gas at the entrance to the electric discharge chamber must not contain impurities of combustible gas, the device provides additional means for purifying the gas stream from hydrogen (an absorber containing a zeolite with a molecular-based catalyst).

Данный лазер, несмотря на очевидное преимущество перед предыдущим, обусловленное замкнутым циклом работы, имеет также следующие недостатки. Во-первых, в нем мощность излучения можно изменять лишь в узком диапазоне, так как наличие камеры смешения фиксированной длины не позволяет изменять расход газов в широком диапазоне, а следовательно, и концентрацию возбужденных молекул НF* в области оптического резонатора. Во-вторых, лазер характеризуется использованием дорогостоящих компонентов-катализаторов. В-третьих, его использование связано со значительными затратами электрической энергии на поддержание разряда, охлаждение электроразрядной камеры и электродов. В-четвертых, за счет осаждения паров серы на охлаждаемых стенках камеры в процессе эксплуатации лазера требуется периодическая очистка камер и кюветы. This laser, despite the obvious advantage over the previous one, due to the closed cycle of operation, also has the following disadvantages. Firstly, the radiation power in it can be changed only in a narrow range, since the presence of a mixing chamber of a fixed length does not allow changing the gas flow in a wide range, and therefore the concentration of excited HF * molecules in the region of the optical resonator. Secondly, the laser is characterized by the use of expensive catalyst components. Thirdly, its use is associated with a significant expenditure of electrical energy for maintaining the discharge, cooling the electric discharge chamber and electrodes. Fourth, due to the deposition of sulfur vapor on the cooled walls of the chamber during the operation of the laser, periodic cleaning of the chambers and the cuvette is required.

В основу изобретения поставлена задача разработать химический лазер с замкнутым рабочим циклом с такой системой формирования и возбуждения активной среды, конструктивное выполнение которой обеспечило бы при существенном упрощении конструкции, повышении эффективности смешения газовых компонентов для реакции накачки и повышении производительности реакции накачки активной среды повышение КПД и диапазона генерируемой мощности излучения. The basis of the invention is the task of developing a closed-cycle chemical laser with such a system for the formation and excitation of an active medium, the constructive implementation of which would ensure, with a significant simplification of the design, an increase in the mixing efficiency of gas components for the pump reaction and an increase in the productivity of the pump reaction of the active medium, an increase in efficiency and range generated radiation power.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в химический лазер, содержащий источник газа-окислителя, источник горючего газа, источник газа-разбавителя, оптический резонатор с кюветой, выход которой через последовательно соединенные нейтрализатор-сепаратор и насос связан с входом газодинамического тракта, согласно изобретению введены источник лазерного излучения, двухвходовой ресивер, управляемый клапан, трехвходовая форкамера и реакционная камера, выполненная в виде сверхзвукового щелевого сопла, выполненного с двумя оптическими окнами, расположенными напротив друг друга и оптически сопряженными с источником лазерного излучения, при этом выходы источников газа-окислителя и горючего газа подключены к входам ресивера, выход которого через управляемый клапан соединен с первым входом форкамеры, второй вход которой соединен с выходом источника газа-разбавителя, выход форкамеры через реакционную камеру соединен с входом кюветы, расположенной в оптическом резонаторе, а третий вход форкамеры соединен с выходом газодинамического тракта, причем сепаратор выполнен в виде фильтра частиц серы. The solution to this problem is provided by the fact that in a chemical laser containing a source of oxidizing gas, a source of combustible gas, a diluent gas source, an optical resonator with a cuvette, the output of which is connected through a series-connected neutralizer-separator and pump to the inlet of the gas-dynamic path, according to the invention laser radiation source, two-input receiver, controlled valve, three-input prechamber and reaction chamber made in the form of a supersonic slot nozzle made with two optical windows opposite each other and optically coupled to a laser radiation source, while the outputs of the oxidizing gas and combustible gas sources are connected to the inputs of the receiver, the output of which through a controlled valve is connected to the first input of the prechamber, the second input of which is connected to the output of the gas source diluent, the output of the prechamber through the reaction chamber is connected to the input of the cell located in the optical resonator, and the third input of the prechamber is connected to the output of the gas-dynamic path, the separator being en in the form of a filter of sulfur particles.

Предпочтительно в качестве газа-окислителя использовать SF₆, в качестве горючего газа Н₂, в качестве газа-разбавителя гелий и чтобы источник лазерного излучения был выполнен с возможностью изменения величины мощности излучения в спектральном интервале вблизи 10,6 мкм. Выгодно в лазер ввести два отсечных клапана, чтобы выход насоса через первый отсечной клапан был связан с входом газодинамического тракта, а через второй отсечной клапан с атмосферой. Целесообразно, чтобы срез сверхзвукового щелевого сопла был сопряжен со стенкой кюветы.It is preferable to use SF ₆ as the oxidizing gas, H ₂ as the combustible gas, helium as the diluent gas, and the laser radiation source to be configured to change the radiation power in the spectral range near 10.6 μm. It is advantageous to introduce two shut-off valves into the laser so that the pump output through the first shut-off valve is connected to the inlet of the gas-dynamic path, and through the second shut-off valve to the atmosphere. It is advisable that the slice of the supersonic slotted nozzle was mated with the wall of the cell.

Преимущество предложенного химического лазера заключается в том, что в качестве инициатора химической реакции накачки в предварительно подготовленной смеси газов используется лазерное излучение. В отличие от тепловой диссоциации молекул SF₆, осуществляемой как с помощью плазмотрона, так и непосредственно в дуговом разряде, лазерный нагрев обеспечивает более эффективное вложение энергии в процесс диссоциации, так как в этом случае диссоциация молекул SF₆ происходит в условиях, не характеризующихся тепловым равновесием компонентов газовой смеси. Дело в том, что резонансное поглощение лазерного излучения молекулами SF₆ приводит к их диссоциации, но при этом не происходит перераспределения энергии ни внутри молекул, ни между другими компонентами газовой среды. Это обстоятельство позволяет получить атомы фтора в уже полностью перемешенном газовом потоке при более низкой температуре потока и с большей скоростью (скорость диссоциации молекул SF₆ порядка 0,5 мкс при воздействии лазерного излучения), что очень важно для эффективного протекания лазерных процессов. Кроме того, использование лазерного излучения для инициации химической реакции накачки позволяет создать условия для снижения влияния теплового эффекта реакции накачки на давление и температуру газового потока. Выполнение камеры фотореактора в виде щелевидного сверхзвукового сопла позволяет осуществить воздействие лазерного излучения на SF₆ в условиях расширяющегося, радиального течения смеси газов, иными словами обеспечить стабильность температуры и давления в потоке при интенсивном тепловыделении и тем самым обеспечить накопление инверсии в активной среде. Предложенное техническое решение позволяет также обеспечить работу химического лазера по замкнутому циклу без необходимости разделения непрореагировавших компонентов, существенно снизить затраты энергии на охлаждение элементов конструкции, расширить диапазон изменения выходной мощности и реализовать как непрерывный, так и импульсный режимы работы лазера.The advantage of the proposed chemical laser is that laser radiation is used as the initiator of the chemical pumping reaction in the pre-prepared gas mixture. In contrast to thermal dissociation of SF ₆ molecules carried out both with a plasma torch and directly in an arc discharge, laser heating provides a more efficient energy input into the dissociation process, since in this case SF ₆ molecules dissociate under conditions not characterized by thermal equilibrium gas mixture components. The fact is that the resonant absorption of laser radiation by SF ₆ molecules leads to their dissociation, but there is no redistribution of energy either inside the molecules or between other components of the gaseous medium. This circumstance makes it possible to obtain fluorine atoms in an already completely mixed gas stream at a lower flow temperature and at a higher speed (the dissociation rate of SF ₆ molecules is of the order of 0.5 μs under the influence of laser radiation), which is very important for the efficient occurrence of laser processes. In addition, the use of laser radiation to initiate a chemical pump reaction allows the creation of conditions to reduce the influence of the thermal effect of the pump reaction on the pressure and temperature of the gas stream. The implementation of the photoreactor chamber in the form of a slit-like supersonic nozzle makes it possible to effect laser radiation on SF ₆ under the conditions of an expanding radial flow of the gas mixture, in other words, to ensure the stability of temperature and pressure in the stream under intense heat generation and thereby ensure the inversion accumulation in the active medium. The proposed technical solution also makes it possible to ensure the operation of a chemical laser in a closed cycle without the need to separate unreacted components, significantly reduce energy costs for cooling structural elements, expand the range of output power and implement both continuous and pulsed laser operation.

На чертеже изображена принципиальная схема химического лазера. The drawing shows a schematic diagram of a chemical laser.

Химический лазер содержит насос 1, баллон 2 с газом-окислителем, первый клапан 3, баллон 4 с горючим газом, второй клапан 5, баллон 6 с газом-разбавителем, третий клапан 7, ресивер 8, управляемый клапан 9, форкамеру 10, реакционную камеру 11, кювету 12, оптические окна 13, фокусирующую линзу 14, источник 15 лазерного излучения, выходные окна 16 химического лазера, зеркала 17 и 18 оптического резонатора, нейтрализатор-сепаратор 19, первый отсечной клапан 20, второй отсечной клапан 21 и газодинамический тракт 22. Баллон 2 с газом-окислителем и баллон 4 с газом-разбавителем через соответственно первый клапан 3 и второй клапан 5 подключены к входам ресивера 8, выход которого через управляемый клапан 9 подключен к первому входу форкамеры 10. К второму входу форкамеры 10 через третий клапан 7 подключен баллон 6 с горючим газом. Выход форкамеры 10 соединен с входом реакционной камеры 11, которая выполнена с двумя оптическими окнами 13, расположенными соосно источнику 15 лазерного излучения. Камера 11 выполнена в виде щелевидного сверхзвукового сопла, срез которого сопряжен со стенкой кюветы 12, которая соединена с нейтрализатором-сепаратором 19. Вход насоса 1 подключен к выходу нейтрализатора-сепаратора 19, а выход через первый отсечной клапан 20 и газодинамический тракт 22 соединен с третьим входом форкамеры 10. The chemical laser contains a pump 1, a cylinder 2 with an oxidizing gas, a first valve 3, a cylinder 4 with a combustible gas, a second valve 5, a cylinder 6 with a diluent gas, a third valve 7, a receiver 8, a controlled valve 9, a pre-chamber 10, a reaction chamber 11, cuvette 12, optical windows 13, focusing lens 14, laser radiation source 15, output windows 16 of the chemical laser, optical resonator mirrors 17 and 18, neutralizer-separator 19, first shut-off valve 20, second shut-off valve 21, and gas-dynamic path 22. Cylinder 2 with oxidizing gas and cylinder 4 with dilution gas the body through respectively the first valve 3 and the second valve 5 are connected to the inputs of the receiver 8, the output of which through a controlled valve 9 is connected to the first input of the pre-chamber 10. A cylinder 6 with combustible gas is connected to the second input of the pre-chamber 10 through the third valve 7. The output of the prechamber 10 is connected to the input of the reaction chamber 11, which is made with two optical windows 13 located coaxially with the laser radiation source 15. The chamber 11 is made in the form of a slit-like supersonic nozzle, the cut of which is connected to the wall of the cell 12, which is connected to the neutralizer-separator 19. The inlet of the pump 1 is connected to the output of the neutralizer-separator 19, and the output through the first shut-off valve 20 and the gas-dynamic path 22 is connected to the third pre-chamber input 10.

Химический лазер работает следующим образом. Chemical laser operates as follows.

Химический лазер предварительно откачивается с помощью насоса 1, при этом первый отсечной клапан 20 находится в закрытом состоянии, а второй отсечной клапан 21 в открытом состоянии. После откачки второй отсечной клапан 21 и управляемый клапан 9 переводятся в закрытое состояние, а первый отсечной клапан 20 в открытое состояние. После герметизации химического лазера осуществляется наддув всей системы газом-разбавителем (Не) из баллона 6 через третий клапан 7 до получения заданного уровня давления газа-разбавителя в откаченной системе. Далее при закрытом управляемым клапане 9 и ресивере 8 запасается топливная смесь нужного состава путем дозированной подачи газа-окислителя из баллона 2 и горючего газа из баллона 4. На этом этап подготовки химического лазера к работе заканчивается. The chemical laser is pre-pumped using pump 1, while the first shut-off valve 20 is in the closed state, and the second shut-off valve 21 is in the open state. After pumping out, the second shut-off valve 21 and the controlled valve 9 are put into the closed state, and the first shut-off valve 20 in the open state. After sealing the chemical laser, the entire system is pressurized with diluent gas (He) from the cylinder 6 through the third valve 7 until a predetermined pressure level of the diluent gas in the evacuated system is obtained. Then, when the controlled valve 9 and receiver 8 are closed, the fuel mixture of the required composition is stored by the metered supply of the oxidizing gas from the cylinder 2 and combustible gas from the cylinder 4. At this point, the preparation of the chemical laser for operation ends.

Для подачи топливной смеси в систему, заполненную газом-разбавителем, открывается управляемый клапан 9. Топливная смесь из ресивера 8 поступает сначала в форкамеру 10, где происходит смешение ее с газом-разбавителем, а затем в реакционную камеру 11. Через оптическое окно 13 в камеру 11 вводится сфокусированное линзой 14 излучение источника 15, в качестве которого используется СО₂-лазер. Излучение СО₂-лазера с длиной волны, равной 10,6 мкм, резонансно поглощается молекулами SF₆, и если энергия воздействия достаточно велика > 4 Дж/см², то имеет место многофотонное возбуждение молекул SF₆ вплоть до их диссоциации. Для диссоциации молекул SF₆ достаточно примерно 35 фотонов. В результате реакции фотодиссоциации
SF₆+35hν ->> 6F+S в потоке образуются атомы фтора и серы. Атомы фтора реагируют с молекулами Н₂ и в ходе химической реакции накачки среды (1) образуются возбужденные молекулы НF*. Далее поток с возбужденной активной средой поступает в кювету 12, которая расположена внутри оптического резонатора, образованного зеркалами 17 и 18. В резонаторе происходит генерация излучения с длиной волны, равной ≈3 мкм, которое выходит через полупрозрачное зеркало 17 оптического резонатора.To supply the fuel mixture to the system filled with diluent gas, a controlled valve 9 opens. The fuel mixture from the receiver 8 first enters the prechamber 10, where it is mixed with the diluent gas, and then into the reaction chamber 11. Through the optical window 13 into the chamber 11, the radiation of the source 15 focused by the lens 14 is introduced, which is used as a CO ₂ laser. The radiation of a CO ₂ laser with a wavelength of 10.6 μm is resonantly absorbed by SF ₆ molecules, and if the exposure energy is sufficiently large> 4 J / cm ² , then there is multiphoton excitation of SF ₆ molecules up to their dissociation. For the dissociation of SF ₆ molecules, approximately 35 photons are sufficient. As a result of the photodissociation reaction
SF ₆ + 35hν - >> 6F + S fluorine and sulfur atoms are formed in the flow. Fluorine atoms react with H ₂ molecules, and excited HF * molecules form during the chemical pumping reaction of medium (1). Then, the flow with the excited active medium enters the cell 12, which is located inside the optical cavity formed by mirrors 17 and 18. In the cavity, radiation is generated with a wavelength of ≈3 μm, which emerges through the translucent mirror 17 of the optical cavity.

Отработанный газ, содержащий НF, SF₆, Н₂, Не и S, поступает в нейтрализатор-сепаратор 19, где происходит реакция поглощения молекул НF химическим поглотителем и осаждение из потока твердых частиц серы. Из нейтрализатора-сепаратора 19 газовый поток, содержащий непрореагировавшие SF₆ и Н₂, откачивается насосом 1, а затем с повышенным давлением по газодинамическому тракту 22 подается в форкамеру 10. В форкамере происходит подпитка газового потока топливной смесью, причем вводимое количество топливной смеси должно быть равно количеству топливной смеси, прореагировавшей в ходе химической реакции накачки (1), для обеспечения непрерывности работы химического лазера.The exhaust gas containing HF, SF ₆ , H ₂ , He and S enters the neutralizer-separator 19, where the absorption of HF molecules by a chemical absorber takes place and precipitation of sulfur particles from the stream takes place. From the neutralizer-separator 19, the gas stream containing unreacted SF ₆ and H ₂ is pumped out by the pump 1, and then fed to the pre-chamber 10 with increased pressure through the gas-dynamic path 22. In the pre-chamber, the gas stream is fed with the fuel mixture, and the amount of fuel mixture to be introduced must be equal to the amount of the fuel mixture that reacted during the chemical pump reaction (1) to ensure the continuity of the operation of the chemical laser.

В предложенном химическом лазере изменение выходной мощности может быть осуществлено как за счет изменения мощности СО₂-лазера, так и за счет изменения расхода компонентов. Одновременное изменение указанных выше параметров позволяет изменять выходную мощность химического лазера в очень широком диапазоне.In the proposed chemical laser, a change in the output power can be carried out both by changing the power of the CO ₂ laser, and by changing the flow rate of the components. A simultaneous change in the above parameters allows you to change the output power of a chemical laser in a very wide range.

Claims

1. ХИМИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР, содержащий источник газа-окислителя, источник горючего газа, источник газа-разбавителя, оптический резонатор с кюветой, выход которой через последовательно соединенные нейтрализатор-сепаратор и насос связан с входом газодинамического тракта, отличающийся тем, что в него введены источник лазерного излучения, двухвходовой ресивер, управляемый клапан, трехвходовая форкамера и реакционная камера, выполненная в виде сверхзвукового щелевого сопла, снабженного двумя оптическими окнами, расположенными напротив друг друга и оптически сопряженными с источником лазерного излучения, выходы источников газа-окислителя и горючего газа подключены к входам ресивера, выход которого через управляемый клапан соединен с первым входом форкамеры, второй вход которой соединен с выходом источника газа-разбавителя, выход форкамеры через реакционную камеру соединен с входом кюветы, расположенной в оптическом резонаторе, а третий вход форкамеры соединен с выходом газодинамического тракта, причем сепаратор выполнен в виде фильтра частиц серы. 1. A CHEMICAL LASER containing an oxidizing gas source, a combustible gas source, a diluent gas source, an optical resonator with a cuvette, the output of which is connected through a series-connected neutralizer-separator and pump to the input of the gas-dynamic path, characterized in that a laser source is introduced into it radiation, a two-input receiver, a controlled valve, a three-input prechamber and a reaction chamber made in the form of a supersonic slot nozzle equipped with two optical windows opposite each other and optically coupled to a laser radiation source, the outputs of the oxidizing gas and combustible gas sources are connected to the inputs of the receiver, the output of which through a controlled valve is connected to the first input of the prechamber, the second input of which is connected to the output of the diluent gas source, the prechamber output through the reaction chamber is connected to the entrance of the cell, located in the optical cavity, and the third input of the prechamber is connected to the output of the gas-dynamic path, and the separator is made in the form of a filter of sulfur particles.

2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа-окислителя используют SF₆, в качестве горючего газа - водород, а в качестве газа-разбавителя - гелий.2. The laser according to claim 1, characterized in that SF _{6 is} used as an oxidizing gas, hydrogen is used as a combustible gas, and helium is used as a diluent gas.

3. Лазер по п. 2, отличающийся тем, что источник лазерного излучения выполнен с возможностью изменения мощности излучения в спектральном интервале около 10,6 мкм. 3. The laser according to claim 2, characterized in that the laser radiation source is configured to change the radiation power in a spectral range of about 10.6 microns.

4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в него введены два отсечных клапана, причем выход насоса связан с входом газодинамического тракта через первый отсечной клапан, а через второй отсечной клапан - с атмосферой. 4. The laser according to claim 1, characterized in that two shut-off valves are introduced into it, the pump outlet being connected to the gas-dynamic path inlet through the first shut-off valve, and through the second shut-off valve, to the atmosphere.

5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что срез сверхзвукового щелевого сопла сопряжен со стенкой кюветы. 5. The laser according to claim 1, characterized in that the slice of the supersonic slotted nozzle is paired with the wall of the cell.