La possibilité de créer des lasers infrarouges basés sur les produits vibrationnellement excités d’une réaction chimique a été proposée pour la première fois par John Polanyi en 1961. Un laser chimique pulsé a été démontré par Jerome V. V. Kasper et George C. Pimentel en 1965. Tout d’abord, le chlore (Cl2) a été fortement photo-dissocié en atomes, qui ont ensuite réagi avec l’hydrogène, donnant du chlorure d’hydrogène (HCl) dans un état excité approprié pour un laser. Ensuite, le fluorure d’hydrogène (HF) et le fluorure de deutérium (DF) ont été mis en évidence. Pimentel a ensuite exploré un laser de transfert DF-CO2. Bien que ces travaux n’aient pas produit un laser à ondes continues purement chimique, ils ont ouvert la voie en montrant la viabilité de la réaction chimique en tant que mécanisme de pompage pour un laser chimique.
Le laser chimique à ondes continues (CW) a été démontré pour la première fois en 1969 et breveté en 1972 par D. J. Spencer, T. A. Jacobs, H. Mirels et R. W. F. Gross à la Aerospace Corporation à El Segundo, en Californie. Ce dispositif a utilisé le mélange de flux adjacents de H2 et de F, dans une cavité optique, pour créer du HF excité par vibration qui a explosé. Le fluor atomique a été fourni par dissociation du gaz SF6 à l’aide d’une décharge électrique à courant continu. Des travaux ultérieurs de l’Armée américaine, de l’Armée de l’air américaine et d’organisations sous-traitantes de la Marine américaine (par exemple, TRW) ont utilisé une réaction chimique pour fournir le fluor atomique, un concept inclus dans la divulgation de brevets de Spencer et al. Cette dernière configuration a évité le besoin d’énergie électrique et a conduit au développement de lasers de haute puissance pour les applications militaires.
L’analyse des performances du laser HF est compliquée en raison de la nécessité de considérer simultanément le mélange dynamique des fluides de flux supersoniques adjacents, de multiples réactions chimiques non équilibrées et l’interaction du milieu à gain avec la cavité optique. Les chercheurs de l’Aerospace Corporation ont développé la première solution analytique exacte (feuille de flamme), la première solution de code informatique numérique et le premier modèle simplifié décrivant les performances du laser chimique CW HF.
Les lasers chimiques ont stimulé l’utilisation de calculs d’optique ondulatoire pour l’analyse des résonateurs. Ce travail a été initié par E. A. Sziklas (Pratt& Whitney) et A. E. Siegman (Université de Stanford). La première partie de leur travail portait sur l’expansion Hermite-Gaussienne et a été peu utilisée par rapport à la deuxième partie, qui traitait de la méthode de transformée de Fourier rapide, qui est maintenant un outil standard chez United Technologies Corporation, Lockheed Martin, SAIC, Boeing, tOSC, MZA (Train d’ondes) et OPCI. La plupart de ces entreprises ont concouru pour des contrats de construction de lasers HF et DF pour la DARPA, l’US Air Force, l’US Army ou l’US Navy tout au long des années 1970 et 1980. General Electric et Pratt &Whitney ont abandonné la compétition au début des années 1980, laissant le champ à Rocketdyne (qui fait maintenant partie de Pratt&Whitney – bien que l’organisation laser reste aujourd’hui avec Boeing) et TRW (qui fait maintenant partie de Northrop Grumman).
Des modèles complets de laser chimique ont été développés à SAIC par R. C. Wade, à TRW par C.-C. Shih, par D. Bullock et M. E. Lainhart, et à Rocketdyne par D. A. Holmes et T. R. Waite. Parmi ceux-ci, le plus sophistiqué était peut-être le code CROQ de TRW, dépassant les premiers travaux de Aerospace Corporation.
