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말 그대로 화학 반응을 이용해서 밀도반전과 유도방출을 일으키는 레이저다. 대량의 화학약품을 반응시킬 수 있기 때문에 연속발진 형으로 MW급 고출력도 가능하며, 주로 미사일 요격 용도의 군용 레이저로도 연구되고 있다. 하지만 사용되는 화학약품 자체가 워낙 독성도 강하고 상당히 위험하다. (삼불화 질소, 불화수소, 불화중수소, 염소, 요오드 전부 다 독성물질이고, 수소는 고폭발성, 중수소도 고폭발성 물질이다.) 크게 다음 세 가지 화학레이저가 있다.
불화수소 레이저
에틸렌과 삼불화질소를 반응시켜 불소 라디칼 생성물을 만든다음 불소 라디칼을 수소 혼합가스와 반응시켜 높은 에너지 준위를 가지는 불화수소를 생성하고, 불화수소가 유도방출이 이루어지면서 2.8µm 파장의 강력한 빔을 얻는다. 대기중에서 빔이 잘 감쇠되므로 주로 대기권 외부에서의 사용에 적합하다.
불화중수소 레이저
불화수소 레이저와 비슷하지만 수소 혼합가스 대신에 중수소 혼합가스를 반응시킨다. 불화중수소의 유도방출로 레이저가 발진되는데 발생되는 빔의 파장은 3.8µm이며 대기중에서 빔이 잘 감쇠되지 않기 때문에 공기중에서 사용이 유효하다.
화학 산소 요오드 레이저
수산화칼륨, 과산화 수소를 염소가스와 반응시켜 높은 에너지준위를 가지는 산소를 생성시킨 후, 산소를 요오드 가스와 반응시켜 에너지를 요오드 원자에 전달한 후 요오드가 유도방출을 하면서 1.315µm의 강력한 빔을 발진하는 원리다.

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