Laser chimique

« 1 / 2 1 1 ~ 1 ) 14 aoOt 1968 Série D-42 Fiche N• 2552 Laser chimique 1.

Le laser chimique a été présenté pour la première fois en 1964 au cours d'un symposium réuni à l'Université de Californie.

Son originalité est de produire un rayon laser cohérent à partir d'une réaction chimique.

11 présente sur les lasers classiques (laser solide et laser à gaz) l'avantage d'une grande simplicité.

Bien que ses possi­ bilités soient encore modestes, les recherches laissent penser que ce nouvel appareil pourrait atteindre les caractéristiques des autres lasers et même les dépasser.

2.

Un rayonnement cohérent est habituellement obtenu par une inversion de popu­ lations: on porte les atomes ou les molécules de l'émetteur à un niveau d'énergie supérieur à celui qu'ils occupent normalement, de sorte que ce niveau supérieur est plus " peuplé " que le niveau fondamental.

Cet état est instable et tend à revenir à un peuplement d'équilibre de plus faible énergie, en provoquant l'émission préfé­ rentielle d'un rayonnement entre le niveau le plus peuplé et un niveau inférieur.

La fréquence correspondante est fonction de l'énergie séparant ces deux niveaux, qui est constante pour une même espèce d'atome ou de molécule.

On amplifie ensuite le rayonnement en le faisant osciller entre de)lx miroirs.

3.

George G.

Pimenter et Jerome V.

Kasper ont montré qu'une telle inversion de populations pouvait être obtenue à l'aide d'une réaction chimique.

Ils construisirent dans leur laboratoire de Berkeley (Californie) un laser fonctionnant à partir de la combinaison du chlore à l'état atomique avec de l'hydrogène moléculaire.

En déclen­ chant cette réaction par le flash d'une lampe au xénon de forte puissance, ils créent l'inversion au sein des molécules d'acide chlorhydrique produites sous une forme excitée par la réaction.

L'émission se fait dans l'infrarouge de façon discontinue et brève (quelques microsecondes), avec une puissance d'une dizaine de watts.

4.

Ces résultats sont faibles en comparaison des possibilités des lasers classiques (le plus puissant, le laser moléculaire à C02, fournit plusieurs kilowatts en continu).

Une amélioration consiste à travailler à basse pression, pour diminuer les collisions entre molécules et retarder ainsi la désexcitation.

Le!! fortes énergies nécessaires pour porter les molécules dans un état de vibration correspondant à l'inversion limi­ tent le choix des réactions à celui de combustions vives ou même explosives.

Il est alors possible d'envisager un laser chimique alimenté par un courant gazeux continu dont l'émission serait entretenue par une flamme à basse pression, ou même un laser à explosion avec des mélanges qui réagissent spontanément.

Aucun apport énergé­ tique extérieur ne serait alors nécessaire.

5.

Ce type de laser apparaît en théorie d'une eHicacité remarquable et il devrait permettre d'atteindre de grandes puissances.

Pourtant les lasers chimiques expéri­ mentés jusqu'à présent nécessitent encore un apport extérieur d'énergie pour déclen­ cher l'émission.

Le grand problème reste le choix de la meilleure réaction chimique.

Sur· ce point, les connaissances sont insuffisantes.

Un effort de recherche théorique sur le mécanisme des réactions exothermiques et sur les transferts énergétiques au sein des molécules aux différents stades s'avère nécessaire.

Le laser chimiq.ue pour­ rait devenir ainsi un véritable microscope de la chimie. 2 / 2. »