El láser químico de HF y su utilización en el bombeo del CO2 puro y en mezclas con He a diferentes presiones y temperaturas

Abstract

Esta tesis sintetiza el trabajo de varios años en el Laboratorio de Láser de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires, en el curso de los cuales se han construido y utilizado láseres químicos, en particular de HF y de Iodo. En el primer capítulo se mencionan los aspectos más generales que caracterizan a los láseres químicos. En el segundo capítulo se trata en particular el láser de HF poniendo énfasis en aquellos que operan en modo pulsado, pues el construido en el Laboratorio es de este tipo. El diseño, y los aspectos operacionales de un láser de HF excitado por una descarga eléctrica transversal son descriptos en el capítulo tres. En particular, se destaca el tipo de electrodos utilizado -continuos, de grafito policristalino de alta pureza, tallados según un perfil de Rogowsky- que permiten obtener una descarga sin arcos y un rendimiento aceptable frente a otros dispositivos, algunos sumamente sofisticados. También en este capítulo se desarrolla un modelo de nuestro dispositivo a partir de datos experimentales de la descarga eléctrica. En el capítulo cuatro se describe el mecanismo de interacción de la radiación con la materia y se obtiene la expresión del coeficiente de absorción. Se pone de relieve, a partir del espectro de niveles de energía de la molécula de CO₂, la posibilidad de absorción de la radiación del láser de HF de 2.7 a partir del ensanchamiento de la línea de absorción del CO₂, ya sea por efecto Doppler o por el mecanismo colisional. Se describe también el dispositivo experimental con el que se determinó, en forma novedosa, el coeficiente de absorción del CO₂ puro y en mezclas con helio. La técnica de detección, para medir la transmitancia del gas a la radiación láser, se realizó mediante detec toros piroelée tricos. Los resultados experimentales del coeficiente de absorción se dan en el capítulo quinto. Se obtuvo dicho coeficiente para el CO₂ puro entre 1 y 8 atm de presión, a temperatura ambiente, para distintas líneas del láser de IIF. Estos valores obtenidos de la experiencia fueron aproximados por una curva con parámetros ajustablcs para cada línea del láser. Las determinaciones del coeficiente de absorción a presiones inferiores a 1 atm para algunas líneas del láser de IIF, realizadas a postcriori, coincidieron con los valores prcdichos por la curva. Para trabajar en las condiciones de operación de un láser de CO₂ bombeado ópticamente y sintonizable (con el medio activo a 10 atm de presión y a temperatura ambiente) se midió -para distintas líneas del láser de HF- la absorción de una mezcla de 1 atm de CO₂ y n atm, de He (n variable de 1 a 9 atm). Para todas las líneas del láser de HF relevadas, se obtuvo un comportamiento lineal del coeficiente de absorción, aumentando éste en la medida en que se aumentó la presión de He. Con la presión como parámetro se determinó el coeficiente de absorción del CO₂ puro para temperaturas entre 300 y 700 0 K y para diferentes líneas del láser de HF. A partir de estas medidas y con el modelo de la lorentziana para el ensanchamiento colisional de las transiciones de absorción estimulada del CO₂, se logró desarrollar un camino que permite estimar el valor del coeficiente de emisión espontánea de Einstein para la transición del CO₂ provocada por la línea láser incidente. Uno de los objetivos del trabajo realizado es encontrar, entre las transiciones vibro-rotacionalcs excitadas en el CO₂ por diferentes líneas del láser de HF, un sistema de “dos niveles” factible de ser saturado por la radiación incidente. Esto implica encontrar las líneas del HF que provoquen esencialmente transiciones de absorción que no tengan como nivel inferior al nivel fundamental del CO₂ y encontrar además las condiciones de presión y temperatura adecuadas. En estas condiciones sería posible utilizar al CO₂ para modular la salida del láser de HF.