Instituto Nacional de Astrofisica , Optica y Electronica

Laseres Quimicos

Presentado por:

Elsa G. Ordoñez Casanova

Abril 2002

ContenidoDescripción general

Reacción Quimica

Estructura del láser

Operación de láser

Láseres químicos particulares(CO2, MIRACL, COIL,HF,DF)

Aplicaciones

Conclusiones.

Bibliografia

Descripción general

Los láseres químicos , son laseres en los cuales la energía de bombeo de obtiene de una reaccion quimica.

El láser quimico pertenece a la familia de laseres de gas dinamico.

Los láseres químicos más conocidos operan en transiciones vibracionales , dependiendo del gas en que se este operando.

El primer láser químico , funcionando , fue desarrollado en 1965 por J.V.. Kasper y G.C. Pimental.

Los laseres quimicos se han desarrollado para que emitan potencias en megawatts para la defensa antimísil de países desarrollados.

Son laseres Autónomos que no necesitan de una fuente de alimentacion externa.

Reacción Química

Para explicar la reaccion quimica de los laseres, usaremos uno de los mas comunes de la familia el fluoruro de hidrogeno (HF).

La reaccion entre el hidrógeno y el flúor se puede encender por una chispa electrica o por medios químicos. En la reacción entre las moleculas del hidrogeno y los átomos del flúor , el fluor es altamente activo y reacciona conla molecula del hidrogeo (H2) para crear el hidrogeno libre mas una molecula de HF.

H2 + F HF* + H

H + F2 HF* + F

Estructura del láser

Los láseres químicos son dispositivos en los cuales el gas químico se mezcla y fluye a tráves de una región de ganancia en dirección transversal ( perpendicular al eje optico)

Operación de un láser químico

Algunos láseres utilizan la radiación ultravioleta (UV) antes de la descarga eléctrica para ionizar el gas y para aumentar la eficiencia de la reacción química.

 Si controlamos la eficacia de la entrada de información eléctrica contra la salida del láser, podemos conseguir más de 100%, debido a la energía química liberada por la reacción entre el flúor y el hidrógeno libres.

 En laseres químicos comerciales, la eficacia eléctrica es menos de el 1%, mientras que la eficiencia química es el cerca de 20%

Láseres particulares

Laser de gas dinamico CO2

La diferencia fundamental entre un láser de gas dinámico y un láser convencional de CO2 radica en el método de bombeo.

Funcionamiento de un láser de gas dinámico de CO2

Las transiciones energéticas vibracionales de la molécula de CO2 que son utilizadas para la emisión en el láser de gas dinámico de CO2 son las mismas que se usan para el laser convencional de CO2.

Un requisito esencial de estos láseres es que el tiempo de paso de la mezcla gaseosa a través de la tobera debe ser menor que el tiempo de vida del CO2 y del N2 en sus estados excitados .

Estructura de un laser CO2

Láseres HF/ DF

Los láseres de hidrógeno flurido (HF) emiten en un rango de longitud de onda de 2.6 a 3.3 micras , en una región de alta absorción en la atmósfera.

Usando Deuterion en lugar de Hidrógeno (DF) , este rango cambia a 3.5 a 4.2 micras, región donde la absorción atmosferica es baja.

Mid Infra-Red Advanced Chemical Laser (MIRACL)

Es el láser químico utilizado en pruebas de sistema de la alta energía

Se diseño para destruir a los mísiles enemigos por aire . Es la primera clase de láser químico de onda continua que trabaja en megavoltios ,construido alrededor de los años 80’

   Su principal elemento químico es el fluoruro del deuterio (DF) abarca una longitud de onda de entre 3.6 y 4.2 micras .

Estructura del MIRACL

Caracteristicas

Potencia variable en Megawatts

Operación de onda continúa (3.8 micras)

70 segundos de duracion maxima de laseo

Chemical Oxygen Iodine Láser (COIL)

Otro láser del producto químico se basa en la reacción complicada entre el yodo y el oxígeno .

 Este láser fue inventado en el laboratorio de armas de la fuerza aerea de los E.E.U.U. en 1977.

Se prueba en el laboratorio Phillips de la fuerza aérea , como sistema de potencial de alto grado en armas.

Su uso principal está para los mísiles con objetivo destruirse en el aire.

COIL Energía Característica

potencia:1 kilowatt a 40 kilowatt

Lngitud de onda:1.315 m

Fuente de Energíaa:reacción quimica

Tipo de operación:onda continua o de pulsos

CHEMICAL OXYGEN-IODINE LASER (COIL)

En virtud de las altas potencias que se pueden alcanzar con estos láseres, sus aplicaciones son importantes y variadas, aunque limitadas a campos en los cuales se requieren muy altas potencias láser. Entre éstas destacan aplicaciones en la industria metal-mecánica para soldadura, corte y tratamiento de materiales. Por ejemplo, en la industria naval y aeroespacial es utilizado para el corte de placas metálicas con alta precisión, en donde la manipulación y control del láser se realiza por medio de robots y computadoras. Debido a su alta potencia, las aplicaciones militares de estos láseres también han sido objeto de estudio. Destruir objetivos militares en movimiento en tierra o aire ha sido ya exitosamente realizado.

Aplicaciones

Conclusiones

Los laseres químicos son laseres en los cuales la energía de bombeo se obtiene de una reacción química.

La mayoría de los laseres químicos operan en el cercano y mediano infrarrojo del espectro.

Tiene una Potencia muy alta de la salida aunque de duracion es limitada , es según la alimentacion de los reactivos

Los laseres de HF se pueden usar en el espacio por sus rangos de longitudes de onda, mientras que los laseres DF se pueden usar en tierra donde se pueden propagar por la atmósfera.

Bibliografia

http://www.phys.ksu.edu/perg/vqm/laserweb/Ch-2/F2s1p1.htmAboites Vicente, laseres, R/T N. 3029 A36 , 1986.http://www.fas.org/spp/military/program/asat/miracl.htm