В экзотермической реакции часть теплоты реакции перейдет в энергию колебательно-вращательного или электронного возбуждения молекулы АВ. Таким образом, если достичь инверсии населенностей, то на основе реакции ассоциативного типа можно в принципе создать лазеры на колебательно-вращательных или вибронных переходах. Однако несмотря на то, что были приложены большие усилия, до сих пор удалось создать лишь химические лазеры на колебательно-вращательных переходах. Генерация в этих лазерах была получена в диапазоне длин волн 3-10 мкм, причем наиболее примечательными примерами являются лазеры на HF и DF. Реакция диссоциативного типа в общем виде записывается следующим образом:

ABC → A + BC.

Если реакция экзотермическая, то часть теплоты реакции может выделиться в виде электронной энергии атомов А или в виде внутренней энергии молекул ВС. Наиболее замечательным примером данного типа лазеров следует считать лазер на атомарном иоде, в котором атомарный иод в возбужденном состоянии образуется в результате диссоциации соединения СН₃I (или CF₃I, или C₃F₇I) под воздействием УФ-излучения (λ ~ 300 нм) мощной импульсной лампы. Этот лазер, таким образом, принадлежит категории лазеров с фотохимической диссоциацией (или фотодиссоциацией). Генерация с λ = 1,315 мкм происходит на переходе атомарного иода из возбужденного состояния ²P_1/2 на основной уровень ²Р_3/2.

Общая схема химического фтор-водородного (дейтериевого) лазера представлена на рисунке 1.

 

 

Активные центры - атомы фтора - нарабатываются в камере сгорания в результате тепловой диссоциации избыточного F₂, который одновременно служит окислителем горючего. В качестве горючего используют такие вещества, чтобы продукты сгорания не тушили возбужденные молекулы, образующиеся в активной зоне и генерирующие лазерное излучение. Из камеры сгорания 1 атомарный фтор выпускается через сопловую решетку 2, в которой он разгоняется до сверхзвуковых скоростей и разбивается на мелкие струи для эффективного смешения с Н₂, который подается в активную зону лазера. Реакция между атомарными фтором и водородом приводит к образованию колебательно возбужденных молекул HF^*, которые генерируют излучение с длиной волны в диапазоне 2,7-3,2 мкм. Замена водорода дейтерием дает возможность получить когерентное излучение в диапазоне длин волн 3,8-4,2 мкм. Высокая температура в камере сгорания (~1800 К) позволяет создать высокоскоростной сверхзвуковой поток реагентов, что увеличивает мощность лазера. Гелий выполняет роль газа-разбавителя, препятствующего катастрофическому повышению температуры в лазерной зоне, которое могло бы привести к срыву генерации и тепловому запиранию сверхзвукового потока. При непрерывной подаче и откачке компонентов такие лазеры работают в непрерывном режиме. Решающим обстоятельством при их создании является разделение в пространстве процессов наработки химически активных центров и получения возбужденных частиц, генерирующих излучение. Высокотемпературную камеру сгорания можно заменить низкотемпературной, если использовать цепную реакцию фтора с дейтерием. Атомарный фтор для инициирования цепного процесса нарабатывается при низкотемпературной реакции, начинающейся сразу при смешении их потоков. Истечение газов из камеры инициирования в лазерную зону происходит с дозвуковой скоростью, хотя возможны и сверхзвуковые варианты этого лазера. Генерирующая молекула - СО2, которая возбуждается путем передачи колебательной энергии от DF^*. Возбужденная молекула СО₂ релаксирует медленнее, чем DF^*, что обеспечивает большую хемолазерную длину цепи. Замена дейтерия на водород приводит к снижению генерируемой мощности, так как HF^* передает энергию СО₂ менее эффективно, чем DF^*. По своим мощностным и энергетическим показателям фторводородные лазеры импульсного и непрерывного действия пока не имеют равных.