Системы возбуждения эксимерных лазеров
На начальном этапе развития широкоапертурных лазеров с УФ предыонизацией излучением СР полупрозрачный электрод изготавливался перфорированным с диаметром отверстий 1 мм и прозрачностью 50 %. Перфорация выполнялась в рабочей части электрода толщиной 1.0-1.2 мм [6,7]. Использование перфорированных электродов приводило к коллимации потока УФ излучения от СР, поступающего в активный объем лазера через туннелеобразные отверстия перфорированного электрода, и, соответственно, к неоднородности основного разряда, проявляющейся в его протекании в виде диффузных каналов, привязанных к отверстиям перфорации [7]. Для устранения этого эффекта был разработан новый тип полупрозрачного профилированного электрода, в котором УФ излучение от СР проходит в разрядный объем не через отверстия, а через щели, ориентированные перпендикулярно продольной оси электрода (рис.1). Ширины щелей и перегородок были равны 1 мм, так что прозрачность рабочей части электрода составляла 50 %. С использованием таких щелевых полупрозрачных электродов повышается КПД лазера и достигаются высокие однородность разряда и качество лазерного пучка [8].
Экспериментальное исследование оптимальных условий предыонизации
Первый эксперимент, показавший нам важность правильного выбора условий предыонизации [9], проводился на ХеС1-лазере с апертурой d х Ъ = 7.8 х 4.4 см. Для возбуждения основного объемного разряда и вспомогательного СР использовались две отдельные С-С-схемы питания, коммутируемые одновременно. При варьировании времени зарядки импульсного конденсатора, подсоединенного к электродам основного объемного разряда, было замечено, что при близких временных режимах ввода электрической энергии в разряд и неизменном импульсе УФ излучения СР энергия генерации значительно увеличивалась при уменьшении скорости роста разрядного напряжения.
На рис.2 показаны рост приведенной напряженности электрического поля E(f)/N (N- плотность частиц газа) на разрядном промежутке лазера и осциллограмма импульса /рг(г) УФ излучения предыонизатора. При условиях предыонизации, представленных на рис. 2,6, энергия генерации оказалась в 3 раза выше, чем в случае рис.2,а, характеризующегося большей скоростью нарастания E/N.
В вышеописанном эксперименте положение импульса разрядного напряжения было фиксировано по отношению к импульсу предыонизации, и для лучшего понимания столь резкого увеличения энергии генерации был проведен второй эксперимент на XeCl-лазере с апертурой d х Ъ = 5 х 3 см. В этом лазере ввод энергии в основной разряд осуществлялся электрической схемой с LC-инвертором и двумя ступенями магнитного сжатия импульса накачки, подобной описанной в [10]. Энерговклад в СР проводился с помощью независимой схемы импульсного питания, позволявшей варьировать как энергию, вводимую в СР, так и момент его включения.
На рис.3,а представлено взаимное положение импульсов напряжения £/(?), подаваемого на электроды лазера, и интенсивности УФ излучения СР /pr(?)- Этому соответствует временная задержка между ними, равная нулю. Нулевая задержка (та = 0) выбрана так, что начало импульса излучения предыонизатора Ipr(t) соответ-
10 8 6 4
В-см2); /рг (отн. ед.)
О tc ts 100
200 \Л (не) О
100
200 t (не)
Рис.2. Положение импульса УФ излучения предыонизатора /рг(<) относительно импульса приведенной напряженности электрического поля E(f)/Ntia. разрядном промежутке лазера при длительностях 140 (а) и 280 не (б) фронта нарастания E/N, соответствующих энергии генерации 2 (а) и 6 Дж (б) для смеси HCl:Xe:Ne = 0.35:2.5:400 кПа.
1/(кВ); /рг (отн. ед.)
30
20
10
О
-10
-400 -200 0 200 <(нс)
2.5 2.0 1.5 1.0
0.5 -100 0 100 200 300 400 та(нс)
Рис.3. Оптимальное положение импульса разрядного напряжения U(t) относительно импульса предыонизации Ipr(t) (а) и зависимости энергии генерации E\3S от времени задержки tj между импульсами U(t) и /рг(<) при энерговкладах во вспомогательный СР 0.17 (7), 0.42 (2) и 1 Дж (5) (б).
соответствует моменту достижения на разрядном промежутке лазера приведенной напряженности электрического поля (E/N)C, при которой реализуется ионизационно-прилипательное равновесие в газе на предпробойной стадии развития объемного разряда: Vi(E/N) = va(E/N), где v;, va - частоты ионизации и прилипания электронов.
В эксперименте импульс разрядного напряжения U(t) неизменной формы можно было сдвигать по времени относительно его положения, показанного на рис.3,а, изменяя таким образом время та задержки импульса напряжения на разряде относительно импульса предионизации.
При минимизированном энерговкладе в СР предионизатора (кривая 7 на рис.3,6) зависимость £1ias(td) имеет четко выраженный максимум при та и 0. Это означает, что предыонизация наиболее эффективно осуществляется именно с момента достижения ионизационно-прилипательного равновесия в разрядном промежутке лазера. Рассмотрение зависимостей на рис.3,6 показывает, что увеличение энергии, затрачиваемой на предионизацию, значительно расширяет диапазон временной задержки (—15 ^ та ^ 200 не), при которой предыонизация максимально эффективна. При этом для лазера с магнитной компрессией импульса накачки и характерной скоростью нарастания разрядного напряжения dU/dt ~ 2- 10П В/с увеличение энерговклада во вспомогательный СР свыше Ерг и 0.42 Дж нецелесообразно, т. к. не приводит к повышению энергии генерации лазера или к заметному изменению зависимости £ias от та (кривые 2,3 на рис.3,6).
Третий эксперимент был проведен на XeCl-лазере с размерами разряда 5 х 3 х 70 см. Отличительной особенностью этого лазера является использование для накачки основного разряда схемы с предимпульсом [2], обеспечивающей энергию импульса генерации E\as ^ 3 Дж при КПД ц к 3.6 % и длительность импульса генерации ~ 120 не.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9