LASER EMISSIONS FROM CO₂ VIBRATIONAL TRANSITIONS IN A LOW TEMPERATURE SUPERSONIC FLOW EXCITED BY A PULSED ELECTRON BEAM STABILIZED DISCHARGE

Résumé
Des émissions laser infrarouge de grande puissance en régime d'impulsions longues ont été obtenues au moyen d'un dispositif permettant l'excitation par une décharge stabilisée par faisceau d'électrons d'un milieu gazeux à basse température et densité élevée en écoulement supersonique ([MATH] [MATH] 2 amagats, T [MATH] 60 - 150 K). Une émission laser à [MATH] = 10,6 µ a été obtenue lorsque une cavité résonnante étant placée soit dans la zone d'excitation, soit à 3 cm en aval de celle-ci. Dans le ca de mélanges Ar/CO₂, Ar/CO₂/H₂, He/CO₂ et He/CO₂/N₂, la puissance et l'énergie de l'émission laser étaient très notablement plus élevées à basse température. L'évolution dans le temps de l'émission laser était très différente à basse température et à température ambiante. Lorsque la cavité résonnante était placée en aval, en dehors de la décharge, une émission laser infrarouge était observée pendant plusieurs dizaines de microsecondes pour des mélanges He/CO₂/N₂ en écoulement supersonique. Des résultats expérimentaux sont présentés en ce qui concerne les caractéristiques de l'émission laser à 10,6µ et la recherche d'émissions laser à partir de la molécule CO₂, à de plus grandes longueurs d'onde généralement favorisées par de très basses températures de translation (14µ (100-010), 16µ (020-010) ; 18 µ (03 0-10 0)). Les implications des résultats de l'I.M.F.M. pour le développement de sources laser infrarouges de puissance moyenne et de taux de répétition élevés, particulièrement utiles en photochimie, sont discutées.

Abstract
High power long pulse infrared laser emission has been achieved on CO₂ molecule with the high density and very low temperature supersonic flow-electron beam-stabilized discharge excitation device developped at I.M.F.M. ([MATH] [MATH] 2 amagats, T [MATH] 70 - 150 K). Laser emission at [MATH] = 10.6 µ has been achieved for a resonant cavity set at the discharge location and also 3 cm downstream of the discharge location. With Ar/CO₂, Ar/CO₂/H₂, He/CO₂, and He/CO₂/N₂ mixtures, lasing energy and power were several times higher at low temperature when experiments were performed at the discharge location. Time variation of laser power was very different compared to the room temperature, no flow, case for the same density and excitation energy. When the resonant cavity was set 3 cm downstream, outside of the discharge, lasing in the infrared was observed during several tens of microseconds for He/CO₂/N₂ mixtures in supersonic flow. Experimental results are presented for both characterisation of 10.6 µ laser emissions and research of lasing at longer wavelength on CO₂ molecule, on the 14µ (100-010) and 16µ (020-010) cascade transitions and 18.4 µ (03 0-10 0) transition which are generally favored by very low translational temperature. Implications of I.M.F.M. results for development of high average power high repetition rate infrared laser sources useful for photochemistry are discussed.