Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения атомов йода

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке кислородно-йодных лазеров.

Кислородно-йодный лазер использует для генерации переход атомарного йода I(²Р_1/2)→I(²Р_3/2) с длиной волны излучения 1,315 мкм, который инвертируется в ходе передачи энергии от молекулы кислорода в синглетном состоянии O₂(¹Δ). Обычно атомы йода I образуются в результате диссоциации молекул I₂ синглетным кислородом непосредственно в активной среде лазера (Antonov I.O., Azyazov V.N., Mezhenin A.V., Popkov G.N., Ufimtsev N.I., "Chemical oxygen-iodine laser with CO₂ buffer gas", Appl. Phys. Lett., vol. 89, p. 051115 (2006)). В этой статье описаны механизмы генерации кислородно-йодного лазера, где энергоносителем служит электронно-возбужденная молекула кислорода в синглетном состоянии О₂(¹Δ). Но при ее получении путем хлорирования щелочного водного раствора перекиси водорода в газожидкостных генераторах возникает проблема дезактивации электронного возбуждения присутствующими в кислородном потоке парами воды. Авторы предлагают способ решения этой проблемы за счет увеличения длины усиления активной среды.

Наиболее близким к заявляемому является способ, при котором повышение эффективности кислородно-йодного лазера, а также расширение диапазона его рабочих параметров достигается за счет внешней наработки атомов йода (Bruzzese J.R., "Development of an Electric Discharge Oxygen-Iodine Laser", Dissertation, Ohio State University, 2011). Такая наработка атомов йода может осуществляться с помощью генератора, на вход которого подается смесь инертного газа (Rg) с небольшим (порядка единиц процентов) количеством йодсодержащих молекул (XI), и в плазме тлеющего разряда происходит диссоциация йодсодержащих молекул. Но часть атомов йода I теряется при их транспортировке с выхода генератора до места смешения с потоком синглетного кислорода, в рекомбинационном процессе:

А также в ходе транспортировки в процессе (1) нарабатывается молекулярный йод I₂, который деактивирует электронно-возбужденный атомарный йод I²(Р_1/2) в активной среде лазера в процессе

В потоке, идущем от электроразрядного генератора синглетного кислорода, содержится атомарный кислород, но он никак не может препятствовать убыли атомов йода в тракте транспортировки. Эти недостатки препятствует эффективному извлечению запасенной в активной среде кислородно-йодного лазера энергии.

Целью заявляемого изобретения является исключение потерь атомов йода при транспортировке от генератора к активной среде лазера. Достижение технического результата происходит за счет того, что способ включает последовательное прохождение через электроразрядный генератор и узел транспортировки газовой смеси, состоящей из инертного газа, йодсодержащих молекул и атомов йода и в газовую смесь на входе электроразрядного генератора добавляется молекулярный кислород в количестве, равном концентрации йодсодержащих молекул. Схема устройства для реакционного способа изображена на чертеже. Устройство содержит генератор атомов йода 1, тракт транспортировки 2, инжектор 3 и резонатор 4. При этом при прохождении газовой смеси по тракту транспортировки 2 (заштрихованный прямоугольник) в плазме разряда образуются атомы кислорода, которые реагируют с молекулярным йодом, образующимся в результате рекомбинации в процессе (1), в реакциях:

В последовательности этих реакций происходит регенерация атомов йода. Реакции (3) и (4) протекают с газокинетическими скоростями и способны поддерживать концентрацию атомов йода при давлениях, характерных для системы транспортировки йода в кислородно-йодном лазере, в течение нескольких миллисекунд. В дальнейшем газовая смесь Rg:I:I₂:O:O₂ подается в поток синглетного кислорода O₂(¹Δ) через инжектор 3. При смешении двух газовых потоков формируется активная среда, которая поступает в резонатор 4, где формируется лазерное излучение. В прототипе процессы (3) и (4) также участвуют в диссоциации молекулярного йода, но уже в зоне формирования активной среды лазера. В этом случае неизбежными становятся потери электронно-возбужденных частиц в процессе (2). В предлагаемом решении удается предотвратить потери в активной среде лазера.

Небольшое количество молекул кислорода, попадающих в активную среду вместе с йодом, не оказывает существенного влияния на работу лазера. Выбор йодсодержащей молекулы осуществляется таким образом, чтобы продукты ее диссоциации и плазмохимических реакций не являлись сильными тушителями активной среды кислородно-йодного лазера.