中国科学院大连化学物理研究所研制的燃烧驱动HBr化学激光器首次实现了连续波千瓦级输出,创造了4.0~5.0μm波段HBr激光输出功率国际最高记录,该成果也大大高于同波段固态激光器的功率水平。所研制的激光器输出波长丰富,可为长波中红外激光的应用提供良好的高能激光光源。

在该激光器中,NF₃和D₂高温燃烧产生F原子;F原子与H₂发生反应,产生振动激发态的HF和H原子;H原子与Br₂发生反应,产生振动激发态的HBr,HBr受激辐射发出3.8~4.7μm的激光。激光器采用拉法尔喷管结构,高温气体在燃烧室中膨胀加速并降温,同时在超音速低温气流中注入H₂和Br₂预混气体,通过连锁反应生成的HBr增益介质经由光学谐振腔发出激光。

激光器最大出光功率为1042W,功率曲线如图1所示,单发出光时间大于5s。激光光谱组成丰富(图2),主要谱线包括HBr P₁(8~10) 、P₂(9~11)、 P₃(8~10)、 P₄(8)等,通过控制激光增益发生器结构和组态,可以调控输出激光的光谱组成。输出激光的光斑大小约为75mm×15mm,烧蚀光斑如图3所示。该工作为4~5μm高性能激光的应用奠定了良好基础。

激光器输出功率曲线

Laser output power curve

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图1 激光器输出功率曲线Fig. 1Laser output power curve

激光器出光光谱

Laser output spectrum

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图2 激光器出光光谱Fig. 2Laser output spectrum

激光烧蚀斑

Laser ablated spot

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图3 激光烧蚀斑Fig. 3Laser ablated spot