I nstituto N acional de A strofisica , O ptica y E lectronica

1. Instituto Nacional de Astrofisica , Optica y Electronica Laseres Quimicos Presentado por: Elsa G. Ordoñez Casanova Abril 2002

2. Contenido • Descripción general • Reacción Quimica • Estructura del láser • Operación de láser • Láseres químicos particulares(CO2, MIRACL, COIL,HF,DF) • Aplicaciones • Conclusiones. • Bibliografia

3. Descripción general • Los láseres químicos , son laseres en los cuales la energía de bombeo de obtiene de una reaccion quimica. • El primer láser químico , funcionando , fue desarrollado en 1965 por J.V.. Kasper y G.C. Pimental. • 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.

4. Son laseres Autónomos que no necesitan de una fuente de alimentacion externa. • Los laseres quimicos se han desarrollado para que emitan potencias en megawatts para la defensa antimísil de países desarrollados.

5. 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

6. 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)

7. 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%

8. 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.

9. Estructura de un laser CO2

10. 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.

11. 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 .

12. Estructura del MIRACL Caracteristicas Potencia variable en Megawatts Operación de onda continúa (3.8 micras) 70 segundos de duracion maxima de laseo

13. 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 mm Fuente de Energíaa:reacción quimica Tipo de operación:onda continua o de pulsos

14. CHEMICAL OXYGEN-IODINE LASER (COIL)

15. Aplicaciones 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.

16. 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.

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