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-H2-Laser chimique H2-
Un laser chimique est un laser qui obtient son énergie à partir d’une réaction chimique. Les lasers chimiques peuvent atteindre une puissance d’onde continue pouvant atteindre des niveaux de mégawatts. Ils sont utilisés dans l’industrie pour la découpe et le perçage.
Des exemples courants de lasers chimiques sont le laser chimique à oxygène et à iode (COIL), le laser à iode entièrement en phase gazeuse (AGIL) et les lasers à fluorure d’hydrogène (HF) et à fluorure de deutérium (DF), qui fonctionnent tous dans le domaine de l’infrarouge moyen. Il existe également un laser DF-CO 2 (fluorure de deutérium – dioxyde de carbone) qui, comme le COIL, est un » laser de transfert « . Les lasers HF et DF sont inhabituels, car il y a plusieurs transitions d’énergie moléculaire avec une énergie suffisante pour franchir le seuil requis pour le laser. Comme les molécules ne se heurtent pas assez fréquemment pour redistribuer l’énergie, plusieurs de ces modes laser fonctionnent soit simultanément, soit en succession extrêmement rapide, de sorte qu’un laser HF ou DF semble fonctionner simultanément sur plusieurs longueurs d’onde, à moins qu’un dispositif de sélection de longueur d’onde ne soit incorporé au résonateur .
La possibilité de créer des lasers infrarouges basés sur les produits d’une réaction chimique excités par les vibrations a été proposée pour la première fois par John Polanyi en 1961. Tout d’abord, le chlore (Cl 2 ) a été vigoureusement photodissocié en atomes, qui ont ensuite réagi avec l’hydrogène, donnant du chlorure d’hydrogène (HCl) dans un état excité approprié pour un laser. Ensuite, le fluorure d’hydrogène (HF) et le fluorure de deutérium (DF) ont été mis en évidence. Pimentel a ensuite exploré un laser de transfert DF-CO 2. Bien que ce travail n’ait pas permis de produire un laser à onde continue purement chimique, il a ouvert la voie en montrant la viabilité de la réaction chimique comme mécanisme de pompage pour un laser chimique.
Le laser HF chimique à onde continue a été démontré pour la première fois en 1969. Cette dernière configuration a permis d’éviter le recours à l’énergie électrique et a conduit à la mise au point de lasers de forte puissance pour des applications militaires.
L’analyse des performances du laser HF est compliquée par la nécessité de considérer simultanément le mélange dynamique fluide des courants supersoniques adjacents, les multiples réactions chimiques hors équilibre et l’interaction du milieu de gain avec la cavité optique. Les chercheurs de The Aerospace Corporation ont développé la première solution analytique exacte (feuille de flamme), décrivant la performance du laser chimique HF CW.
Les lasers chimiques ont stimulé l’utilisation des calculs d’optique d’onde pour l’analyse des résonateurs. Ces travaux ont été lancés par E. A. Sziklas (Pratt & Whitney) et A. E. Siegman (Université Stanford). La première partie de leurs travaux portait sur l’expansion gaussienne et a été peu utilisée par rapport à la deuxième partie, qui portait sur la méthode de la transformée de Fourier rapide, qui est maintenant un outil standard chez United Technologies Corporation, Lockheed Martin, SAIC, Boeing, tOSC, MZA (Wave Train) et OPCI. La plupart de ces sociétés ont été en concurrence pour des contrats de construction de lasers HF et DF pour la DARPA, l’US Air Force, l’US Army ou l’US Navy tout au long des années 1970 et 1980. General Electric et Pratt & Whitney se sont retirées de la compétition au début des années 1980, laissant le champ libre à Rocketdyne (qui fait maintenant partie de Pratt & Whitney – bien que l’organisation des lasers reste aujourd’hui chez Boeing) et TRW (qui fait maintenant partie de Northrop Grumman).
Des modèles complets de lasers chimiques ont été développés à la SAIC par R. C. Wade,
Les premiers modèles d’analyse étaient couplés à des études sur les taux de produits chimiques qui ne reposaient pas sur la consommation continue de réactifs chimiques.
Le groupe TRW Systems de Redondo Beach, en Californie, a par la suite obtenu des contrats de l’US Air Force pour la construction de lasers HF/DF CW de plus grande puissance. En utilisant une version à l’échelle d’une conception de l’Aerospace Corporation, TRW a atteint des niveaux de puissance de 100 kW. General Electric, Pratt & Whitney, & Rocketdyne ont construit divers lasers chimiques sur des fonds de la société en prévision de recevoir des contrats du DoD pour construire des lasers encore plus grands. Seul Rocketdyne a reçu des contrats d’une valeur suffisante pour continuer à concurrencer TRW. TRW a produit le dispositif MIRACL pour la marine américaine qui a atteint des niveaux de puissance de l’ordre du mégawatt. Ce dernier est considéré comme le laser continu de plus haute puissance, de tout type, développé à ce jour (2007).
TRW a également produit un laser chimique cylindrique (le laser Alpha) pour le DARPA, qui avait l’avantage théorique d’être extensible à des puissances encore plus grandes. Cependant, en 1990, l’intérêt pour les lasers chimiques s’était déplacé vers des longueurs d’onde plus courtes, et c’est le laser chimique à oxygène et à iode (COIL) qui a suscité le plus d’intérêt, produisant un rayonnement à 1,315 μm. Le laser COIL présente un autre avantage : il produit généralement un rayonnement à une seule longueur d’onde, ce qui est très utile pour former un faisceau très bien focalisé. Ce type de laser à COIL est utilisé aujourd’hui dans l’ABL (Airborne Laser, le laser lui-même étant construit par Northrop Grumman) et dans l’ATL (Advanced Tactical Laser) produit par Boeing. Parallèlement, un laser HF de plus faible puissance a été utilisé pour le THEL (Tactical High Energy Laser) construit à la fin des années 1990 pour le Ministère israélien de la Défense en coopération
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