Системы возбуждения эксимерных лазеров
Требуемого для увеличения энергии генерации значительного повышения С/о, сопровождаемого снижением КПД, можно избежать при дополнительном сжатии импульса накачки. Анализ полученных результатов показывает, что введение дополнительного звена сжатия на основе магнитного ключа позволит получить при d = 10.6 см энергию генерации Е = 14 Дж с ц « 2.3% при С/о = 27.5 кВ. Это является одной из задач программы реализации долговременной устойчивой работы XeCl-лазера со средней мощностью излучения 1 кВт.
Таким образом, нами исследованы характеристики широкоапертурного XeCl-лазера киловаттного уровня средней мощности (10 Дж, 100 Гц) с модернизированной системой питания в виде последовательно соединенных LC-инверторов и магнитного звена сжатия импульса, отличающейся пониженными зарядными напряжениями (С/о < 30 кВ). На основе анализа условий возбуждения активной среды лазера рассмотрена возможность реализации режима с выходной мощностью 1 кВт, обеспечивающего поддержание неизменного уровня мощности лазера при долговременной работе.
2. Эффективная предионизация в ХеС1-лазерах.
Предыонизация в ТЕА-лазерах является ключевым фактором, определяющим такие характеристики, как энергия генерации, ее стабильность от импульса к импульсу, время жизни газовой смеси. Использованная еще в первых моделях TEA CO-лазеров и эксимерных лазеров предыонизация газа УФ излучением от рядов искр, расположенных по обеим сторонам разрядного объема, остается в настоящее время широко распространенной для лазеров с малой апертурой. Так, в коммерческих эксимерных лазерах, выпускаемых фирмой «Лямбда-Физик», для апертур разряда порядка 1 см2 при оптимально малом энерговкладе искровая УФ предыонизация обеспечивает относительную нестабильность энергии импульсов генерации менее 1 % при времени жизни газовой смеси 20 млн. импульсов [1]. Однако при увеличении апертуры разряда искровая предыонизация становится неэффективной [2], т.к. не обеспечивает однородности предыонизации газового объема и, как следствие, требуемой однородности объемного разряда.
Активный объем можно увеличить, осуществляя предионизацию через полупрозрачный электрод. В работе [3] в качестве источника УФ предионизации в ХеС1-лазере использовался коронный (барьерный) разряд, однако малая интенсивность его УФ излучения не позволила увеличить сечение разряда свыше 4 х 2.5 см даже при сравнительно низком удельном энергосъеме ~0.8 Дж/л. Импульсно-периодический XeCl-лазер, обладающий энергией генерации 2.6 Дж и рекордной на сегодняшний день средней мощностью 2.1 кВт [3], состоял из трех модулей с суммарной длиной основного разряда порядка 3 м, так что один из габаритных размеров лазера равнялся 5.2 м.
Для ХеС1-лазеров с большим объемом активной среды одним из эффективных способов предыонизации является применение рентгеновского излучения. Однако сложность устройства рентгеновского источника преионизации и необходимость биологической защиты ограничивают возможности широкого внедрения лазеров с предыонизацией данного вида. Кроме того, нам неизвестны данные о ресурсе газовой смеси в лазерах с рентгеновской предыонизацией при высокой частоте повторения импульсов. Этот ресурс может быть невысок, т. к. рентгеновское излучение может способствовать эффективному образованию в рабочей газовой смеси лазера химических соединений, отрицательно сказывающихся на лазерных параметрах.
В [4] был развит альтернативный способ предварительной ионизации широкоапертурных газовых лазеров - ионизация УФ излучением скользящего разряда (СР) по поверхности диэлектрика. В [5] было показано, что такая предионизация, осуществляемая через полупрозрачный электрод, обеспечивает получение объемного разряда с апертурой d х Ъ и 12 х 10 см (d — межэлектродное расстояние, Ъ — ширина разряда) и энергию генерации до 20 Дж в импульсном ХеС1-лазере. В [6] мы, используя пред-ыонизацию СР, впервые получили среднюю мощность электроразрядных эксимерных лазеров 1 кВт (10 Дж, 100 Гц) в импульсно-периодическом режиме.
В настоящей работе при помощи УФ излучения вспомогательного СР исследуются наиболее эффективные режимы предионизации в XeCl-лазерах. Определены характеристики излучения компактного XeCl-лазера в импульсно-периодическом режиме при различных комбинациях энергии и длительности импульса генерации.
Электродная система широкоапертурных лазеров с УФ предыонизацией излучением СР
Поиск эффективных условий предыонизации проводился для ряда импульсно-периодических XeCl-лазеров с предыонизацией УФ излучением СР. На рис.1 показана
Эффективная предыонизация в XeCl-лазерах
205
Рис.1. Электродная система лазера с УФ предыонизацией излучением СР:
1 — высоковольтный электрод; 2—заземленный щелевой электрод; 3 — ножевой электрод; 4 — сапфировая пластина; 5 — охлаждаемая металлическая подложка.
Компактная электродная система широкоапертурного ХеС1-лазера. Основной объемный разряд формировался между двумя электродами, профилированными по модифицированному профилю Чанга. Позади полупрозрачного электрода располагался источник УФ предионизации в виде вспомогательного СР по поверхности диэлектрика. В качестве диэлектрика использовалась сапфировая пластина, расположенная на охлаждаемой металлической подложке, служившей электродом, на который подавалось импульсное отрицательное напряжение. Ножевой электрод системы формирования СР соединялся с заземленным полупрозрачным электродом дискретными параллельными проводниками. СР развивался с ножевого электрода в обе стороны и замыкался на грани металлической подложки. УФ излучение слоя плазмы СР, который однородно покрывал поверхность диэлектрика, обеспечивало предионизацию активного объема лазера, распространяясь через полупрозрачный электрод. Сравнительное исследование показало, что для ХеС1-лазеров с объемом активной среды ~ 1 л эффективность использования энергии, затрачиваемой на предионизацию, в случае применения СР в 5 раз выше, чем при боковой предионизации искровыми разрядами. При этом преимущества УФ предионизации излучением СР наиболее полно проявляются с увеличением поперечного сечения активной среды лазера.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9