RU2548622C1 - Method of obtaining population inversion on iodine atoms - Google Patents

Method of obtaining population inversion on iodine atoms Download PDF

Info

Publication number
RU2548622C1
RU2548622C1 RU2013151433/28A RU2013151433A RU2548622C1 RU 2548622 C1 RU2548622 C1 RU 2548622C1 RU 2013151433/28 A RU2013151433/28 A RU 2013151433/28A RU 2013151433 A RU2013151433 A RU 2013151433A RU 2548622 C1 RU2548622 C1 RU 2548622C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iodine
oxygen
molecules
gas stream
wavelength
Prior art date
Application number
RU2013151433/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013151433A (en
Inventor
Марсель Вакифович Загидуллин
Валерий Николаевич Азязов
Михаил Сергеевич Малышев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет") (СГАСУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет") (СГАСУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет") (СГАСУ)
Priority to RU2013151433/28A priority Critical patent/RU2548622C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2548622C1 publication Critical patent/RU2548622C1/en
Publication of RU2013151433A publication Critical patent/RU2013151433A/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method of obtaining population inversion on iodine atoms includes optical pumping of a gas stream. Optical pumping is carried out in two steps, where at the first step a gas stream is irradiated with light with wavelength of 490±10 nm, resulting in partial 1-10% dissociation of iodine molecules, followed by irradiation of the gas stream with radiation with wavelength of 1315 nm until full dissociation of iodine molecules and then carrying out gas-dynamic cooling.
EFFECT: avoiding the need to use hazardous reagents and enabling continuous pumping of the working medium.
1 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для создания кислородно-йодных лазеров.The invention relates to quantum electronics and can be used to create oxygen-iodine lasers.

Широко известен способ создания инверсной населенности на переходе тонкой структуры атомов йода в активной среде кислородно-йодном лазере, в котором поток газа с молекулами синглетного кислорода, полученный в результате реакции хлорирования щелочного раствора перекиси водорода, смешивается с потоком газа, содержащим молекулы йода [US 4267526 C, опубл. 12.05.1981, МПК Н018 3/095]. В результирующем газовом потоке происходит цепочка химических и энергообменных реакций, которые приводят к образованию атомов йода и образованию инверсной населенности на переходе тонкой структуры атома йода. Для получения синглетного кислорода в таком случае используются опасные химические реагенты - хлор, перекись водорода, щелочь. Организовать замкнутую прокачку активной среды в данном случае не представляется возможным.A widely known method of creating an inverse population at the transition of the fine structure of iodine atoms in the active medium of an oxygen-iodine laser, in which a gas stream with singlet oxygen molecules obtained by chlorination of an alkaline solution of hydrogen peroxide, is mixed with a gas stream containing iodine molecules [US 4267526 C, publ. 05/12/1981, IPC Н018 3/095]. A chain of chemical and energy-exchange reactions takes place in the resulting gas stream, which lead to the formation of iodine atoms and the formation of an inverse population at the transition of the fine structure of the iodine atom. To obtain singlet oxygen, in this case, dangerous chemicals are used - chlorine, hydrogen peroxide, alkali. It is not possible to organize a closed pumping of the active medium in this case.

Инверсную населенность на атомах йода в активной среде кислородно-йодном лазере можно создать при смешении йодосодержащего потока газа с кислородосодержащим потоком газа, в котором высокое содержание молекул синглетного кислорода O2(a1Δ) можно сделать различными физическими и химическими способами. Поток газа с молекулами синглетного кислорода O2(a1Δ) можно получить путем поглощения излучения около длины волны 634 нм димолями кислорода [US 6658038, опубл. 02.12.2003, МПК H01S 3/095] или в результате поглощения излучения около длины волны 762 нм молекулами кислорода [US 6570903, опубл. 27.05.2003, МПК H01S 3/095]. В данном способе не допускается примесей атомов и молекул йода в исходном кислородосодержащем потоке, что не позволяет осуществить замкнутую прокачку рабочей среды в кислородно-йодном лазере.The inverse population on iodine atoms in the active medium of an oxygen-iodine laser can be created by mixing an iodine-containing gas stream with an oxygen-containing gas stream, in which a high content of singlet oxygen molecules O 2 (a 1 Δ) can be made by various physical and chemical methods. A gas stream with molecules of singlet oxygen O 2 (a 1 Δ) can be obtained by absorbing radiation at a wavelength of 634 nm with oxygen dimoles [US 6658038, publ. 12/02/2003, IPC H01S 3/095] or as a result of absorption of radiation at a wavelength of 762 nm by oxygen molecules [US 6570903, publ. May 27, 2003, IPC H01S 3/095]. In this method, impurities of atoms and iodine molecules are not allowed in the initial oxygen-containing stream, which does not allow for closed pumping of the working medium in an oxygen-iodine laser.

Поток газа с молекулами синглетного кислорода O2(a1Δ) можно получить в плазме высокочастотного самостоятельного разряда [RU 2369950, опубл. 27.05.2009, МПК H01S 3/095], постоянного тока [Ivanov V.V., Klopovsky K.S., Lopaev D.V. et al., (1999) IEEE Transactions of plasma science, V.27, p.1279], несамостоятельного электрического разряда [RU 2206495, опубл. 20.06.2003, МПК С01В 13/00]. Электрический разряд осуществляется в кислородсодержащем потоке, в котором до смешения не допускается примесей атомов или молекул йода. Для замкнутой рециркуляции рабочей среды в кислородно-йодном лазере необходимо тщательно очищать отработанную среду от следов йодосодержащих веществ, что представляет значительную техническую проблему и усложняет эксплуатацию лазерной системы. В противном случае в послеразрядной смеси образуются примеси, которые разрушают инверсную населенность. Энергетическая эффективность кислородно-йодных лазеров с электроразрядным способом получения синглетного кислорода находится на довольно низком уровне.The gas flow with molecules of singlet oxygen O 2 (a 1 Δ) can be obtained in a plasma of a high-frequency independent discharge [RU 2369950, publ. 05.27.2009, IPC H01S 3/095], direct current [Ivanov VV, Klopovsky KS, Lopaev DV et al., (1999) IEEE Transactions of plasma science, V.27, p.1279], non-self-sustained electric discharge [RU 2206495 publ. 06/20/2003, IPC С01В 13/00]. An electric discharge is carried out in an oxygen-containing stream, in which impurities of atoms or iodine molecules are not allowed to mix. For closed recirculation of the working medium in an oxygen-iodine laser, it is necessary to thoroughly clean the waste medium from traces of iodine-containing substances, which is a significant technical problem and complicates the operation of the laser system. Otherwise, impurities are formed in the post-discharge mixture, which destroy the inverse population. The energy efficiency of oxygen-iodine lasers with an electric-discharge method for producing singlet oxygen is at a rather low level.

Поток газа с молекулами синглетного кислорода O2(a1Δ) можно получить путем передачи энергии молекулам кислорода от частиц (роза бенгальская, порфирин, фуллерен), возбуждаемых светом [RU 2290364, опубл. 27.08.2004, МПК С01В 13/02], [Н.В. Шинкаренко, В.Б. Алесковский. Синглетный кислород, методы получения и обнаружения. Успехи химии, 1981, Том 50, Номер 3, Страницы 406-428].The gas flow with singlet oxygen molecules O 2 (a 1 Δ) can be obtained by transferring energy to oxygen molecules from particles (rose Bengal, porphyrin, fullerene), excited by light [RU 2290364, publ. 08/27/2004, IPC СВВ 13/02], [N.V. Shinkarenko, V.B. Aleskovsky. Singlet oxygen, production and detection methods. Advances in Chemistry, 1981, Volume 50, Number 3, Pages 406-428].

Наиболее близким к заявляемому является способ создания инверсной населенности на переходе тонкой структуры атомов йода в активной среде кислородно-йодном лазере, в котором поток газа с молекулами синглетного кислорода получают путем передачи энергии от молекул фуллерена, возбуждаемых светом [RU 2181224, опубл. 10.04.2002, МПК H01S 3/095].Closest to the claimed is a method of creating an inverse population at the transition of the fine structure of iodine atoms in the active medium of an oxygen-iodine laser, in which a gas stream with singlet oxygen molecules is obtained by transferring energy from fullerene molecules excited by light [RU 2181224, publ. 04/10/2002, IPC H01S 3/095].

В данном способе получения молекул O2(a1Δ) не допускается наличие следов атомов и молекул йода в исходном кислородосодержащем потоке, что не позволяет осуществить замкнутую прокачку рабочей среды в кислородно-йодном лазере. Данный факт является основным недостатком прототипа.In this method of producing O 2 molecules (a 1 Δ), traces of atoms and iodine molecules in the initial oxygen-containing stream are not allowed, which does not allow for closed pumping of the working medium in an oxygen-iodine laser. This fact is the main disadvantage of the prototype.

Цель изобретения заключается в создании способа получения инверсной населенности на переходе тонкой структуры атома йода при помощи двухэтапной оптической накачки, осуществляемой, например, при помощи световых диодов.The purpose of the invention is to provide a method for producing an inverse population at the transition of the fine structure of the iodine atom using two-stage optical pumping, carried out, for example, using light diodes.

Данная задача решается за счет того, что в способе получения инверсной населенности на атомах йода, заключающемся в оптической накачке газового потока, согласно изобретению оптическую накачку производят в два этапа, на первом этапе газовый поток облучают светом с длиной волны 490±10 нм, осуществляя частичную 1-10% диссоциацию молекул йода, с последующим облучением газового потока излучением с длиной волны 1315 нм до полной диссоциации молекул йода, а затем производят газодинамическое охлаждение.This problem is solved due to the fact that in the method for producing an inverse population on iodine atoms, which consists in optical pumping a gas stream, according to the invention, optical pumping is carried out in two stages, at the first stage the gas stream is irradiated with light with a wavelength of 490 ± 10 nm, partially 1-10% dissociation of iodine molecules, followed by irradiation of the gas stream with radiation with a wavelength of 1315 nm until complete dissociation of iodine molecules, and then gas-dynamic cooling is performed.

Основными достоинствами предлагаемого способа являются отсутствие необходимости использования опасных реагентов (таких как хлор) и возможность осуществления непрерывной прокачки рабочей среды.The main advantages of the proposed method are the absence of the need to use hazardous reagents (such as chlorine) and the possibility of continuous pumping of the working medium.

Инверсная населенность и лазерный эффект на переходе тонкой структуры атома йода наступают только при выполнении соотношения Y>Yпор, где Y - отношение концентрации кислорода в состоянии a1Δ к его суммарной концентрации в состояниях a1Δ и Х3Σ, а величина Yпор (T)=(1+1,5ехр(401/T))-1 есть пороговое содержание синглетного кислорода при температуре Т. Величина порогового содержания Yпор следует из равновесия обратимой реакции обмена электронной энергии между атомами кислорода и йода: I(2P1/2)+O23Σ)↔I(2P3/2)+O2(a1Δ). При T=300K пороговое содержание Yпор=0.15, а при T=150K пороговое содержание Yпор=0.044. Таким образом, создание инверсной населенности на переходе тонкой структуры атомов йода заключается в создании газовой среды с атомами йода и молекулами кислорода с относительной долей синглетного кислорода O2(a1Δ), большей порогового значения Yпор.The inverse population and the laser effect at the transition of the fine structure of the iodine atom occur only when the ratio Y> Y then , where Y is the ratio of the oxygen concentration in the state a 1 Δ to its total concentration in the states a 1 Δ and X 3 Σ, and the value of Y then (T) = (1 + 1.5 exp (401 / T)) -1 is the threshold content of singlet oxygen at a temperature T. The threshold content of Y pores follows from the equilibrium of the reversible reaction of the exchange of electronic energy between oxygen and iodine atoms: I ( 2 P 1/2 ) + O 2 (X 3 Σ) ↔I ( 2 P 3/2 ) + O 2 (a 1 Δ). At T = 300K, the threshold content of Y then = 0.15, and at T = 150K the threshold content of Y then = 0.044. Thus, the creation of an inverse population at the transition of the fine structure of iodine atoms consists in creating a gaseous medium with iodine atoms and oxygen molecules with a relative fraction of singlet oxygen O 2 (a 1 Δ) greater than the threshold value of Y pores .

Сущность изобретения можно понять из кинетической схемы физико-химических процессов в кислородно-йодной среде и схемы устройства для реализации предложенного способа получения инверсной населенности, представленного на чертеже. Газ, содержащий молекулы йода и молекулы кислорода, поступает в камеру 1, в которой облучается светом с длиной волны 490 нм, под действием которого молекулы йода диссоциируют. Фотодиссоциацию схематично можно описать реакцией I2+фотон (λ≈490 нм)=>I(2P3/2)+I(2P3/2). Из камеры 1 кислородно-йодный поток поступает в камеру 2, где он облучается светом с длиной волны 1315 нм, под действием которого атомы йода возбуждаются в состояние 2P1/2, что схематично можно представить реакцией I(2P3/2)+фотон (λ≈1315 нм)→I(2P1/2). Возбужденные атомы йода передают энергию молекулам кислорода в состояние а1Δ, что можно схематично представить реакцией I(2P1/2)+O23Σ)→I(2P3/2)+O2(a1Δ). После этого в результате взаимодействия молекул O2(a1Δ) и атомов йода I(2P1/2) образуются молекулы кислорода O2(b1Σ), что можно схематично представить реакцией I(2P1/2)+O2(a1Δ)→I(2P3/2)+O2(b1Σ). Столкновение молекул кислорода в состоянии b1Σ с молекулами йода приводит к их дальнейшей диссоциации в реакции I2+O2(1Σ)→I(2Р3/2)+I(2Р3/2)+O2(3Σ). Описанная цепочка реакций в кислородно-йодной среде, облучаемой излучением с длиной волны 1315 нм, продолжается до практически полной диссоциации молекул йода. В конце камеры 2 практически все молекулы йода диссоциируют на атомы, среда приобретает температуру T1, а содержание синглетного кислорода Y доводится до значения, близкого к величине Y(T1)=Yпор(T1). Оптимальные размеры камер 1 и 2, при которых в кислородно-йодной среде будет достигнута полная диссоциация молекул йода и содержание молекул, равное Y(T1), определяется скоростью, давлением, составом, температурой исходной среды и плотностью потока излучений. Затем кислородно-йодная среда вытекает в камеру 4 со сверхзвуковой скоростью, которая создается с помощью устройства 3, например сопла Лаваля или решетки сопел Лаваля. В камере 4 температура кислородно-йодной среды понижается до температуры T2, меньшей температуры T1, реализуется неравенство Y(T1)>Yпор(T2) и в кислородно-йодной среде образуются инверсная населенность. Полученная активная кислородно-йодная среда может быть использована в кислородно-йодном лазере. В предлагаемом способе отработанная активная среда кислородно-йодного лазера не претерпевает изменения химического состава, не содержит никаких посторонних вредных примесей и может повторно быть использована для создания инверсной населенности.The essence of the invention can be understood from the kinetic diagram of physicochemical processes in an oxygen-iodine medium and the diagram of a device for implementing the proposed method for producing an inverse population shown in the drawing. A gas containing iodine molecules and oxygen molecules enters the chamber 1, in which it is irradiated with light with a wavelength of 490 nm, under the influence of which iodine molecules dissociate. Photodissociation can be schematically described by the reaction I 2 + photon (λ≈490 nm) => I ( 2 P 3/2 ) + I ( 2 P 3/2 ). From chamber 1, the oxygen-iodine stream enters chamber 2, where it is irradiated with light with a wavelength of 1315 nm, under the influence of which iodine atoms are excited into the 2 P 1/2 state, which can be schematically represented by the reaction I ( 2 P 3/2 ) + photon (λ≈1315 nm) → I ( 2 P 1/2 ). Excited iodine atoms transfer energy to oxygen molecules in the state a 1 Δ, which can be schematically represented by the reaction I ( 2 P 1/2 ) + O 2 (X 3 Σ) → I ( 2 P 3/2 ) + O 2 (a 1 Δ ) After that, as a result of the interaction of O 2 (a 1 Δ) molecules and iodine atoms I ( 2 P 1/2 ), oxygen molecules O 2 (b 1 Σ) are formed, which can be schematically represented by the reaction I ( 2 P 1/2 ) + O 2 (a 1 Δ) → I ( 2 P 3/2 ) + O 2 (b 1 Σ). The collision of oxygen molecules in the state b 1 Σ with iodine molecules leads to their further dissociation in the reaction I 2 + O 2 ( 1 Σ) → I ( 2 P 3/2 ) + I ( 2 P 3/2 ) + O 2 ( 3 Σ). The described chain of reactions in an oxygen-iodine medium irradiated by radiation with a wavelength of 1315 nm continues until almost complete dissociation of iodine molecules. At the end of chamber 2, almost all iodine molecules dissociate into atoms, the medium acquires a temperature T 1 , and the content of singlet oxygen Y is brought to a value close to Y (T 1 ) = Y pores (T 1 ). The optimal sizes of chambers 1 and 2, in which complete dissociation of iodine molecules and a content of molecules equal to Y (T 1 ) are achieved in an oxygen-iodine medium, are determined by the speed, pressure, composition, temperature of the initial medium, and radiation flux density. Then the oxygen-iodine medium flows into the chamber 4 at a supersonic speed, which is created using the device 3, for example, a Laval nozzle or a lattice of Laval nozzles. In chamber 4, the temperature of the oxygen-iodine medium decreases to a temperature T 2 below the temperature T 1 , the inequality Y (T 1 )> Y then (T 2 ) is realized, and an inverse population is formed in the oxygen-iodine medium. The obtained active oxygen-iodine medium can be used in an oxygen-iodine laser. In the proposed method, the spent active medium of the oxygen-iodine laser does not undergo a change in the chemical composition, does not contain any extraneous harmful impurities, and can be reused to create an inverse population.

В качестве источника света с длиной волны излучения около 490 нм могут быть использованы световые диоды. Интенсивное излучение с длины волны около 1315 нм может быть получено при помощи диодных лазеров. Кислородно-йодный лазер, основанный на таком способе получения инверсной населенности и усиления света, в данном случае будет преобразовывать излучение многих некогерентных источников в однопучковое когерентное излучение. Пространственно зоны облучения кислородно-йодной среды светом около 490 нм и 1315 нм могут частично перекрываться.Light diodes can be used as a light source with a radiation wavelength of about 490 nm. Intense radiation with a wavelength of about 1315 nm can be obtained using diode lasers. An oxygen-iodine laser, based on such a method for producing an inverse population and amplifying light, in this case will convert the radiation of many incoherent sources into single-beam coherent radiation. Spatially, the zones of irradiation of the oxygen-iodine medium with light of about 490 nm and 1315 nm can partially overlap.

Поясним работоспособность способа предлагаемого получения инверсной населенности на конкретном примере. В камеру 1 длиной Х1=1 см втекает газовый поток химического состава Не:O2:I2=2:1:0.02 со скоростью U=110 м/с при полном давлении 37 мм рт.ст. и начальной температуре 450K. В камере 1 газовый поток освещается излучением с плотностью мощности J490=20 Вт/см2 около длины волны 490 нм в пределах спектральной полосы шириной 20 нм. В результате облучения на выходе из камеры 1 будет диссоциирована доля молекул йода, равная J490σ490t1/(4·10-19 Дж)≈0.01, и концентрация атомов йода будет равна 1014 см-3. Здесь 4·10-19 Дж - энергия фотона с длиной волны 490 нм, σ490=2.7·10-18 см2 [Окабе X. Фотохимия малых молекул: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. - 504 с.] - сечение фото диссоциации молекул йода, t1=X1/U - время облучения. Далее газовый поток поступает в камеру 2 длиной Х2=10 см по потоку, в которой он облучается излучением с плотностью мощности 104 Вт/см2 в спектральном диапазоне 300 МГц в пределах длины волны оптического перехода в тонкой структуре атома йода. Под действием этого излучения атомы йода возбуждаются в состояние 2P1/2, передают энергию возбуждения молекулам кислорода в состоянии a1Δ. В процессе взаимодействия возбужденных атомов йода и молекул кислорода в состоянии a1Δ образуются молекулы кислорода в состоянии b1Σ. Столкновение молекул кислорода в состоянии b1Σ с молекулами йода вызывает их диссоциацию. Незначительная часть образующихся молекул кислорода в состоянии b1Σ дезактивируется. В результате расчеты показывают, что на выходе из камеры 2 температура кислородно-йодной смеси составит значение примерно Т1=500 K, более чем 99% йода будет разложено на атомы. Доля молекул кислорода в состоянии a1Δ на выходе камеры 2 составит значение Y=0.21, которое несколько меньше значения Y(T1=500 K)=(1+1.5exp(401/T1))-1=0.23. При этом более 60% энергии излучения на длине волны 1315 нм, поглощенной кислородно-йодной средой, переходит в энергию молекул синглетного кислорода. На выходе камеры 2 установлено устройство типа сопла Лаваля, создающее в камере 4 сверхзвуковой поток газа с числом Маха М=3. В результате в камере 4 температура кислородно-йодной смеси будет равна Т2=175 K, при которой пороговая доля синглетного кислорода Yпор=0.063, а концентрация атомов йода будет равна 7.5·1014 см-3. В камере 4 выполняется условие Y>Yпор, поэтому на переходе тонкой структуры атома йода образуется инверсная населенность и коэффициент усиления ~4.5·10-4 см-1.Let us explain the performance of the method of the proposed inverse population by a specific example. A gas stream of the chemical composition He: O2: I2 = 2: 1: 0.02 flows into chamber 1 with a length of X 1 = 1 cm at a speed of U = 110 m / s at a total pressure of 37 mm Hg. and an initial temperature of 450K. In chamber 1, the gas stream is illuminated by radiation with a power density of J 490 = 20 W / cm 2 near a wavelength of 490 nm within a spectral band of a width of 20 nm. As a result of irradiation, the fraction of iodine molecules equal to J 490 σ 490 t 1 / (4 · 10 -19 J) ≈0.01 and the concentration of iodine atoms will be 10 14 cm -3 will be dissociated at the exit from chamber 1. Here 4 · 10 -19 J is the photon energy with a wavelength of 490 nm, σ 490 = 2.7 · 10 -18 cm 2 [Okabe X. Photochemistry of small molecules: Trans. from English - M .: Mir, 1981. - 504 p.] - photo dissociation cross-section of iodine molecules, t 1 = X 1 / U - irradiation time. Then the gas stream enters chamber 2 with a length of X 2 = 10 cm through the stream in which it is irradiated with radiation with a power density of 10 4 W / cm 2 in the spectral range of 300 MHz within the wavelength of the optical transition in the fine structure of the iodine atom. Under the influence of this radiation, iodine atoms are excited in the state 2 P 1/2 , transfer the excitation energy to oxygen molecules in the state a 1 Δ. In the process of interaction of excited iodine atoms and oxygen molecules in the state a 1 Δ, oxygen molecules are formed in the state b 1 Σ. The collision of oxygen molecules in the state b 1 Σ with iodine molecules causes their dissociation. An insignificant part of the formed oxygen molecules in the state b 1 Σ is deactivated. As a result, the calculations show that at the exit from chamber 2, the temperature of the oxygen-iodine mixture will be approximately T 1 = 500 K, more than 99% of the iodine will be decomposed into atoms. The fraction of oxygen molecules in the state a 1 Δ at the outlet of chamber 2 will be Y = 0.21, which is slightly less than Y (T 1 = 500 K) = (1 + 1.5exp (401 / T 1 )) -1 = 0.23. Moreover, more than 60% of the radiation energy at a wavelength of 1315 nm, absorbed by the oxygen-iodine medium, passes into the energy of singlet oxygen molecules. At the outlet of chamber 2, a device such as a Laval nozzle was installed, which creates a supersonic gas flow in chamber 4 with a Mach number M = 3. As a result, in chamber 4, the temperature of the oxygen-iodine mixture will be equal to T 2 = 175 K, at which the threshold fraction of singlet oxygen is Y pore = 0.063, and the concentration of iodine atoms will be 7.5 · 10 14 cm -3 . In chamber 4, the condition Y> Y pores is satisfied, therefore, an inverse population and a gain of ~ 4.5 · 10 -4 cm -1 are formed at the transition of the fine structure of the iodine atom.

Камера 4 может быть активной зоной резонатора кислородно-йодного лазера. После экстракции части энергии, запасенной в молекулах синглетного кислорода, в лазерное излучение и выхода газового потока из камеры 4 содержание молекул синглетного кислорода упадет до нуля, атомы йода рекомбинируют в молекулы йода. Отработанная лазерная среда будет иметь химический состав, как и на входе в камеру 1, но с более высокой температурой и пониженным давлением. Поэтому отработанный поток кислородно-йодной среды после сжатия в компрессоре, охлажденный в теплообменнике, может вновь быть возвращен в камеру 1 и использован для создания инверсной населенности. Эффективность преобразования излучения накачки в энергию возбуждения молекул синглетного кислорода составляет величину ~60%.The chamber 4 may be the active zone of the resonator of an oxygen-iodine laser. After the extraction of part of the energy stored in the molecules of singlet oxygen into laser radiation and the gas stream exits chamber 4, the content of singlet oxygen molecules drops to zero, iodine atoms recombine into iodine molecules. The spent laser medium will have a chemical composition, as at the entrance to the chamber 1, but with a higher temperature and lower pressure. Therefore, the exhausted stream of oxygen-iodine medium after compression in a compressor, cooled in a heat exchanger, can again be returned to chamber 1 and used to create an inverse population. The conversion efficiency of pump radiation into the excitation energy of singlet oxygen molecules is ~ 60%.

Claims (1)

Способ получения инверсной населенности на атомах йода, заключающийся в оптической накачке газового потока, отличающийся тем, что оптическую накачку производят в два этапа, на первом этапе газовый поток облучают светом с длиной волны 490±10 нм, осуществляя частичную 1-10% диссоциацию молекул йода, с последующим облучением газового потока излучением с длиной волны 1315 нм до полной диссоциации молекул йода, а затем производят газодинамическое охлаждение. A method of producing an inverse population on iodine atoms, which consists in optical pumping of a gas stream, characterized in that the optical pumping is carried out in two stages, at the first stage, the gas stream is irradiated with light with a wavelength of 490 ± 10 nm, performing a partial 1-10% dissociation of iodine molecules , followed by irradiation of the gas stream with radiation with a wavelength of 1315 nm until complete dissociation of iodine molecules, and then gas-dynamic cooling is performed.
RU2013151433/28A 2013-11-19 2013-11-19 Method of obtaining population inversion on iodine atoms RU2548622C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151433/28A RU2548622C1 (en) 2013-11-19 2013-11-19 Method of obtaining population inversion on iodine atoms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151433/28A RU2548622C1 (en) 2013-11-19 2013-11-19 Method of obtaining population inversion on iodine atoms

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2548622C1 true RU2548622C1 (en) 2015-04-20
RU2013151433A RU2013151433A (en) 2015-05-27

Family

ID=53284814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013151433/28A RU2548622C1 (en) 2013-11-19 2013-11-19 Method of obtaining population inversion on iodine atoms

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2548622C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357832A (en) * 1999-06-03 2000-12-26 Trw Inc Chemical oxygen iodine laser system
RU2181224C2 (en) * 2000-06-20 2002-04-10 Научно-исследовательский институт лазерной физики Method for generating stimulated radiation across iodine atoms
US6690707B1 (en) * 2002-11-14 2004-02-10 Scientific Applications And Research Associates, Inc. Plasma assisted oxygen-iodine laser
RU2248652C2 (en) * 2003-02-17 2005-03-20 Григорьев Владимир Александрович Method for generating stimulated radiation on iodine atoms

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357832A (en) * 1999-06-03 2000-12-26 Trw Inc Chemical oxygen iodine laser system
RU2181224C2 (en) * 2000-06-20 2002-04-10 Научно-исследовательский институт лазерной физики Method for generating stimulated radiation across iodine atoms
US6690707B1 (en) * 2002-11-14 2004-02-10 Scientific Applications And Research Associates, Inc. Plasma assisted oxygen-iodine laser
RU2248652C2 (en) * 2003-02-17 2005-03-20 Григорьев Владимир Александрович Method for generating stimulated radiation on iodine atoms

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013151433A (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3642572B2 (en) Ozone generator and ozone generation method
Eliasson et al. Ozone generation with narrow–band UV radiation
RU2388525C2 (en) Method and device for oxygen isotope concentration
US20110094873A1 (en) Oxygen isotope concentration method
Davis et al. Optically pumped Iodine monofluoride B3Π (O+)→ X1Σ+ laser
Bulychev Experimental studies on hydrogen production in plasma discharge in a liquid-phase medium flow
Baranov High repetition rate pulsed gas lasers and their applications in chemistry and isotope separation
RU2548622C1 (en) Method of obtaining population inversion on iodine atoms
CN100396364C (en) Method for concentrating oxygen isotope
Chernyak et al. Plasma catalysis of chemical reactions
JPH07256056A (en) Treatment of waste substance
Mezhenin et al. Analysis of cw oxygen-iodine laser performance using similarity criteria
Shuler et al. Nonequilibrium chemical excitation and chemical pumping of lasers
Zagidullin et al. Kinetics of an oxygen–iodine active medium with iodine atoms optically pumped on the transition
Chen et al. Oxides yield comparison between DBD and APPJ in water–gas mixture
Luvita et al. Characterization of dielectric barrier discharge reactor with nanobubble application for industrial water treatment and depollution
RU2131396C1 (en) Method of producing sulfur and hydrogen from hydrogen sulfide
RU2649025C2 (en) Method for iodine atom production
Schmiedberger et al. Novel concept of electric discharge oxygen-iodine laser
Irion et al. UV-laser induced photo-oxidation of aqueous benzene solutions: Formation of phenol
RU2572413C2 (en) Method for obtaining molecular singlet oxygen
RU2558648C2 (en) Electric-discharge oxygen-iodine laser with buffer gas
MANKE II et al. Advanced COIL--physics, chemistry and uses
Shmelev et al. Plasma chemical reactor with exploding water jet
Carroll et al. Recent work on the development of an electric discharge oxygen iodine laser

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151120