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化學激光器是另一類特殊的氣體激光器，其泵浦源為化學反應所釋放的能量。這類激光器大部分以分子躍遷方式工作，典型波長范圍為近紅外到中紅外譜區(qū)。最主要的有氟化氫（HF）和氟化氘（DF）兩種裝置。前者可以在2.6～3.3微米之間輸出15條以上的譜線；后者則約有25條譜線處于3.5～4.2微米之間。這兩種器件目前均可實現(xiàn)數(shù)兆瓦的輸出。其他化學分子激光器包括波長為4.0～4.7微米的溴化氫（HBr）激光器，波長4.9～5.8微米的一氧化碳（CO）激光器等。迄今唯一已知的利用電子躍遷的化學激光器是氧碘激光器，它具有高達40％的能量轉(zhuǎn)換效率，而其1.3微米的輸出波長則很容易在大氣中或光纖中傳輸。

化學激光器有脈沖和連續(xù)兩種工作方式。脈沖裝置首先于1965年發(fā)明，連續(xù)器件則于4年后問世。其中氟化氫和氟化氘激光器由于可以獲得非常高的連續(xù)功率輸出，其潛在軍事應用很快引起人們的興趣。在“星球大戰(zhàn)”計劃的推動下，美國于80年代中期以3.8微米波長、2.2兆瓦功率的氟化氘激光器為基礎，研制出“中紅外先進化學激光裝置”，在戰(zhàn)略防御倡議局1988年提交國會的報告中，稱其為當時“自由世界能量最大的高能激光系統(tǒng)”。而氧碘激光器則在材料加工中得到應用，并可望用于受控熱核聚變反應。化學激光器最近的發(fā)展方向包括以數(shù)十兆瓦為目標進一步增加連續(xù)器件的輸出功率；努力提高氟化氫激光的光束質(zhì)量和亮度；并探索由氟化氫激光器獲得1.3微米左右短波長輸出的可能性。