88 фотонов на 100 прореагировавших молекул). Главной

79 s
СОВЕЩАНИЯ И КОНФЕРЕНЦИИ
В. Л. Тальрозе. Х и м и ч е с к и е
лазеры.
Современное состояние исследований и достигнутые результаты в области химических лазеров по сравнению с другими существующими типами лазеров довольно
скромны, хотя самой идее химических лазеров почти столько же лет, сколько лазерам вообще. Неравновесное возбуждение и связанная с ним хемилюмицесценция продуктов большого числа химических реакций являются давно известным и достаточно
подробно изученным фактом. Образование же инверсной заселенности колебательных
уровней, по-видимому, впервые было обнаружено Поляни в 1961 г. в молекуле НС1,
образующейся в реакции атомарного водорода с молекулой хлора. Именно эта реакция в конечном счете привела к созданию в 1965 г. Каспером и Пиментелом первого
химического лазера.
Что же привлекает исследователей в химических лазерах? По-видимому, следующее: 1) Большой запас энергии на единицу объема и веса реагирующего вещества.
2) Практическая неограниченность объема, в котором можно организовать процесс
такого выделения энергии. 3) Возможность прямого преобразования химической энергии в энергетически совершенную световую форму энергии и создание на этой основе
лазерной энергетики, которая пока, конечно, относится к области фантастики.
В СССР работы по химическим лазерам опубликованы четырьмя группами ученых: Н. Г. Басовым, А. Н. Ораевским и сотр. (ФИАН АН СССР), Долговым-Савельевым и сотр. (ИЯФ СО АН СССР), Р. В. Хохловым и сотр. (МГУ) и группой докладчика в Институте химической физики АН СССР. Пока все реально действующие химические лазеры основаны на химических реакциях, в которых имеются элементарные
акты, приводящие к образованию колебательно-возбужденных молекул HCl, DC1,
HF и DF. В 1963 г. автором были даны основы кинетической теории химического
лазера. Одним из выводов этой теории был вывод о преимуществах цепных и особенно
разветвленно-цепных химических реакций как рабочего процесса в химическом лазере. Имеются по крайней мере два таких преимущества: возможность перевода системы из относительно стабильного состояния в состояние быстрой реакции относительно·
небольшим изменением температуры или давления — ввод системы в область воспламенения — и спонтанное увеличение скорости реакции в этой области за счет разветвления цепи до значений скорости, при котором создание инверсии настолько обгоняет релаксацию, что становится возможной генерация со значительным к. п. д.
Впервые генерация на разветвленно-цепной химической реакции была осуществлена
в 1968 г. докладчиком совместно с Г. К. Васильевым и О. М. Батовским. Рабочейсмесью служила не использовавшаяся ранее смесь Н 2 + F 2 + О2. Разветвленно-ценной характер химической реакции в этой смеси был ранее открыт Η. Η. Семеновым,
А. Е. Шиловым и сотр. в Институте химической физики. Само разветвление является
здесь энергетическим (HF*-[-F 2 -*- HF + 2F). С помощью маломощного и короткого
электрического разряда удавалось вводить смесь в область самовоспламенения как
через первый, так и через второй пределы, причем получались короткие, длительностью в несколько микросекунд, импульсы генерации с пиковой мощностью порядка 10 кет и химическим к. п. д. до 2%.
Независимо были измерены константы скорости всех элементарных актов реакции, что дало возможность построить уже полуколичествснпую теорию данного лазера, выводы которой удовлетворительно согласуются с экспериментом.
В докладе были проанализированы литературные данные по χемилюминесценции
на электронных переходах, на основе которой пока никому не удалось создать химический лазер. В частности, были рассмотрены сильно люминесцирующие реакции
в жидкостях, особенно реакции того типа, которые определяют люминесценцию биологических объектов (например, окисление люциферина, где выход света достигает
88 фотонов на 100 прореагировавших молекул). Главной проблемой, пути решения
которой пока не известны, является проблема «быстрого» осуществления этих реакций.
В. В. Фадеев. У л ь т р а ф и о л е т о в ы е
ских
сцинтилляторах.
лазеры
на
органиче-
1. Одной из важных задач квантовой электроники является получение мощногоизлучения в УФ диапазоне, в конечном итоге — заполнение его целиком. Для решения этой задачи необходимо создание в УФ диапазоне источников с плавной перестройкой частоты. Одним из перспективных методов является метод преобразования
частот имеющихся источников (например, ультрафиолетовых гармоник излучения
рубинового и неодимового лазеров) в органических соединениях и генерации па таких
соединениях.
2. Этим методом была практически полностью решена проблема заполнения
видимого диапазона. Активными веществами здесь служат органические красители г.
Однако в УФ области спектра использование красителей не представлялось возможным, ибо органические соединения, пригодные для генерации в этом диапазоне, должны обладать следующими основными свойствами:
80
СОВЕЩАНИЯ И КОНФЕРЕНЦИИ
а) интенсивное поглощение в УФ диапазоне (коэффициент экстинкции должен
составлять десятки тысяч л/молъ-см);
б) высокий квантовый выход флуоресценции в УФ диапазоне;
в) высокая стойкость к воздействию мощного УФ излучения.
Всеми этими свойствами обладают органические соединения, традиционно
используемые для индикации ядерного излучения и электронных потоков,— сцинтилляторы. Указанные свойства органических сцинтилляторов находятся в согласии с современной теорией электронного строения молекул. Молекулы ароматических
и гетер о ароматических соединений, каковыми являются сцинтилляторы, характеризуются наличием хорошо сопряженной я-системы. Спектральные свойства таких
молекул (по крайней мере до вакуумного ультрафиолета) определяются исключительно π — л;*-переходами, что полностью объясняет их перечисленные выше свойства.
Этим они существенно отличаются от молекул большинства красителей, в которых
наряду с л — я;*-переходами возможны переходы других типов (например, η — it*).
3. Первым сцинтиллятором, испытанным нами
с целью получения генерации,
2 3
был пара-терфенил, растворенный в циклогексане i . При возбуждении 4-й гармоникой излучения неодимового лазера (λΗ = 265 нм) была получена генерация на длине
волны λ = 340 нм.
4. К настоящему времени генерация получена на целом ряде сцинтилляторов.
Для накачки использовались 4-я гармоника неодимового лазера 3 - 4 ; 3-я гармоника
неодимового или 2-ярубинового лазеров, λ Η AJ 350 нм 2» 3 . 5 ~ 7 ; излучение ультрафиолетового ^-лазера, работающего как
в режиме одиночных, так и в режиме с высокой
частотой повторения импульсов 4 ; излучение импульсных ламп 8 .
Из принципиально пригодных в настоящее время источников возбуждения лазеров на сцинтилляторах не испытаны, может быть, лишь источники радиационной
накачки.
5. Важным свойством лазеров на органических соединениях вообще и на сцинтилляторах, в частности, является возможность плавной перестройки частоты генерации в весьма широких пределах. Такая перестройка была осуществлена в лазере
на пара-терфениле 4 . Для этого в качестве одного из зеркал резонатора использовалась дифракционная решетка c i V - 200 штрихов/мм. Поворот решетки приводил к
перестройке длины волны генерации в пределах 330—360 нм, т. е. диапазон плавной
перестройки составил Δλ = 300 Α (Δν = 2500 см~г) при ширине линии генерации 7 А.
Возможно дальнейшее сужение линии генерации вплоть до сотых долей ангстрема 9 .
6. С учетом возможной перестройки лазеры на сцинтилляторах, реализованные
к настоящему времени, заполняют целиком область спектра от 330 до 420 нм. Не вызывает сомнения продвижение с помощью сцинтилляторов до 300 нм. Получение этим
методом еще более коротковолнового излучения не является в настоящее время очевидным. Однако ясен другой способ получения достаточно мощного перестраиваемого
излучения в области λ <_ 300 нм. Это — генерация суммарных частот, использующая
в качестве исходных излучений излучение лазера на органическом соединении и его
накачку.
Как показывает расчет, стандартные кристаллы нелинейной оптики (KDP, ADP)
и имеющиеся уже лазеры на органических соединениях позволяют получить излучение на любой длине волны в диапазоне 215—330 нм. Эксперименты, проведенные
в этом направлении, показали, что эффективность преобразования является такой же,
как и при генерации гармоник, т. е. излучение лазеров на органических соединениях
не обладает какими-либо особенностями, могущими привести к снижению эффективности смешения его, с излучением лазеров (или их гармоник), используемых
в качестве пакачки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Б. И. С τ е п а н о в, Α. Η. Ρ у б и н о в, УФН 95 (1), 45 (1968).
2. Г. А. А б а к у м о в, Л. Б. Р у б и н , А. П. С и м о н о в, В. В. Ф а д е е в ,
Л. А. Х а р и т о н о в , IV Всесоюзный симпозиум по нелинейной оптике, Киев,
1968.
3. Г. А. А б а к у м'о в, А. П. С и м о н о в, В. В. Φ а д е е в, Л. А. X а р и τ о н о в,
Р. В. Х о х л о в , Письма ЖЭТФ 9 (1), 15 (1969).
4. G. A. A b a k u m о ν, V. V. F a d е е ν, Μ. К a s у m d j а η ο ν, L. Α. К h а г it ο η ο ν, R. V. К h о к h 1 ο ν, Α. Ρ. S i m o n o v , Gonf. on Non-linear Optics (September 8—12, 1969), The Queen's University of Belfast, Great Britain.
5. R. G. Η u t h, G. I. F a r m e r , IEEE J. Quantum Electron. 4, 427 (1968).
6. В. Д. К о ц у б а н о в, Ю. В, Η а б о и κ и н, Л. А. О г у ρ ц о в а, А. П. П о д г о р н ы й , Ф. С. П о к р о в с к а я , Оптика и спектроскопия 25 (5), 727 (1968).
7. Т. F. D e u t s с н, М. B a s s , IEEE I. Quantum Electron. 5 (5), 260 (1969).
8. Η. F u r u r n о t o, II. G e e с o n , Appl. Phys. Lett. 40 (10), 4204 (1969).
9. D. J. B r a d l e y , A. F. D u r r a n t, G. M. G a 1 e, Μ. Μ ο r e, P. D. S m i t h ,
IEEE J. Quantum Electron. 4 (11), 707 (1968).