Laser a iodio in fase totalmente gassosa

Il laser a iodio in fase totalmente gassosa, noto con l'acronimo AGIL (All Gas-phase Iodine Laser), è un laser chimico, cioè un laser che sfrutta l'energia prodotta da una reazione chimica esotermica per ottenere la necessaria inversione di popolazione, anziché basarsi su un pompaggio ottico o elettrico come avviene nei laser tradizionali. Come nel laser ossigeno-iodio (COIL), anche nell'AGIL la radiazione laser è emessa nel vicino infrarosso a 1315 nm, ed è dovuta ad una transizione tra stati elettronici dello iodio atomico I:

I (²P_1/2) (stato eccitato) → I (²P_3/2) (stato fondamentale)

AGIL può funzionare in modo pulsato oppure continuo. Rispetto al sistema COIL, che richiede la presenza di reattivi chimici in due fasi (liquido/gas), l'AGIL richiede solo reattivi gassosi, ed è quindi considerato più promettente per applicazioni aerospaziali per motivi di peso.

Il primo AGIL è stato descritto nella letteratura scientifica nel 2003, e ha anche ottenuto brevetti.

Principio di funzionamento

Nell'AGIL il meccanismo di formazione dello iodio atomico eccitato è diverso rispetto al COIL, e tutte le reazioni avvengono in fase gassosa. I composti utilizzati sono trifluoruro di azoto (NF₃), cloruro di deuterio (DCl), ioduro di idrogeno (HI) e acido azotidrico (HN₃). Molti dettagli del meccanismo sono ancora da chiarire, ma lo schema di principio è il seguente.

NF₃ è usato per produrre fluoro atomico F, in genere tramite una scarica elettrica. Il fluoro atomico formato F reagisce con DCl formando cloro atomico Cl, che a sua volta reagisce con HI formando iodio atomico allo stato fondamentale, I (²P_3/2):

F + DCl → DF + Cl

Cl + HI → HCl + I (²P_3/2)

Il cloro atomico reagisce anche con HN₃ per formare cloronitrene (NCl) nello stato elettronicamente eccitato, NCl (¹Δ):

Cl + HN₃ → HCl + N₃

Cl + N₃ → N₂ + NCl (¹Δ)

Gli atomi di iodio allo stato fondamentale reagiscono con il cloronitrene eccitato in una reazione di trasferimento di energia, formando cloronitrene allo stato fondamentale NCl (³Σ) e atomi di iodio eccitati I (²P_1/2):

I (²P_3/2) + NCl (¹Δ) → I (²P_1/2) + NCl (³Σ)

Tutto il sistema va ottimizzato con attenzione in modo che lo iodio eccitato si formi nella cavità ottica, dove si ha emissione laser da emissione stimolata di I (²P_1/2):

I (²P_1/2) + hν → I (²P_3/2) + 2hν

Sono stati presi in esame anche altri reagenti gassosi in grado di far funzionare un sistema AGIL.

Bibliografia

• C. B. Cooper, G. C. Manke, G. D. Hager e T. J. Madden, Supersonic all gas-phase iodine laser, su Brevetto US 7453917 B1, 2005. URL consultato il 16 settembre 2014.
• (EN) S. J. Davis, W. E. McDermott e M. C. Heaven, Atomic Iodine Lasers, in M. Endo, R. F. Walter (a cura di), Gas Lasers, CRC Press, 2006, ISBN 978-1-4200-1880-6.
• T. L. Henshaw, G. D. Hager, M. R. Berman e T. J. Madden, Continuous wave all gas phase iodine laser (AGIL), su Brevetto US 6459717 B1, 2000. URL consultato il 16 settembre 2014.
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• G. C. Manke, C. B. Cooper, S. C. Dass, T. J. Madden, e G. D. Hager, A multiwatt all gas-phase iodine laser (AGIL), in IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 39, n. 8, 2003, pp. 995-1002, DOI:10.1109/JQE.2003.814381.