Рефераты по Физике

Исследование систем возбуждения электроразрядных эксимерных лазеров

Страница 4

ne > (4De Xкр/uдр)-3/2, (15)

где De и uдр – коэффициент диффузии и дрейфовая скорость электронов, а Xкр– критическое расстояние. Оценка минимальной концентрации начальных электронов дает значение ~106-108см-3. Причем, повышение начального уровня предыонизации и напряжения на электродах, а также увеличение скорости его нарастания всегда способствует улучшению однородности разряда.

Учёными исследовалась зависимость энергии генерации ХеС1-лазера от уровня предыонизации. Показано, что выходная энергия не зависит от уровня предыонизации, когда ne > 108см-3. При ne~107см-3 она уменьшается на 10%, а при ne ~106см-3 наполовину. Данное снижение уровня предыонизации приводит к значительному нарушению однородности разряда и уменьшению энергии генерации. Концентрация электронов предыонизации при отсутствии напряжения между лазерными электродами может быть представлена

, (16)

где ne - концентрация электронов предыонизации; nHCl - концентрация молекул НCl; b – эффективная скорость диссоциативного прилипания электронов к НС1; S0 - скорость образования электронов под действием внешнего ионизатора. Тогда

. (17)

Из (3) видно, что концентрация электронов выходит на насыщение при ne = S0/bnHCl c постоянной времени t0 = 1/bnHCl. Оценим порядок величин определяющих величину выражения (15). Рассмотрим два случая.

1. Осутствует внешнее электрическое поле Е/N=0. В этом случае величина β ~ 10-10 -10-11 см-3/с . Концентрация молекул HCl в основном колебательном состоянии ~ 1016 см-3. Тогда t0 = 1/bnHCl ~ 10-6 c. Если S0 = 1015 см-3/с, то концентрация электронов возрастает до ne ~ 109 см-3 за время порядка t0.

2. На электроды лазера подается импульс напряжения. В этом случае Е/N отлично от нуля, что приводит к тому, что электроны начинают приобретать энергию от электрического поля, а электронная температура Те начинает расти и отрываться от температуры нейтральных частиц. Электронная температура Те ~ E/N. Поэтому по мере роста E/N увеличивается вероятность возбуждения нейтральных атомов электронами. Процессы прилипания еще полностью доминируют над процессами ионизации, то есть нет развития электронных лавин, но уже идет накопление нейтральных атомов в возбужденных состояниях. Это приводит к тому, что увеличивается величина S0, так как теперь ионизироваться УФ- подсветкой могут частицы не только из основного, но и возбужденного состояния (при этом предыонизация вкладывает в активную среду туже энергию, что и ранее, но увеличивается концентрация электронов). Тогда концентрация электронов описывается выражением

, (18)

γne - увеличение выхода электронов. Можно показать, что уменьшение порога пробоя основного лазерного промежутка под действием предыонизации обусловлено действием именно этого механизма. Таким образом, предыонизация активной среды осуществляется не мгновенно, а в течение определенного времени t. В этой связи важно определить оптимальное время действия предыонизации и установить взаимосвязь τ с энергетическими характеристиками XeCl-лазера при различных типах предыонизации. Поэтому представляется целесообразным провести комплексное исследование влияния параметров и режима работы контура предыонизации на генерационные характеристики

2.Основные схемы возбуждения ЭЭЛ

Системы возбуждения электроразрядных эксимерных лазеров, использующие сосредоточенные емкости, можно классифицировать на выполненные по типу LC-контура или LC-инвертора. В равной мере оба типа систем возбуждения используются не только в лабораторных лазерах, но и в серийно выпускаемых. Вместе с тем они имеют и существенные отличия. Системы возбуждения на основе LC-контура позволяют получать энергии генерации ³1 Дж, а при импульсной зарядке накопительной емкости до 20 Дж , формировать длинные импульсы генерации, успешно управлять их формой и длительностью, иметь высокую генерационную эффективность. Однако такие требования к LC-контуру как минимальная индуктивность, использование специальных конденсаторов и низкоимпедансных коммутаторов ограничивает их применение, особенно когда необходимы высокие мощности генерации (>50 МВт) и большая частота повторения импульсов. В таких случаях чаще всего используются системы возбуждения на основе LC-инвертора. Во-первых, у них снижены требования к коммутатору и индуктивности в его цепи и во-вторых, они позволяют вдвое увеличить напряжение, прикладываемое к лазерным электродам.

В технике возбуждения газоразрядных лазеров в основном используется три типа электрических схем: так называемая схема Блюмляйна (рис. 2а), схема с перезарядкой емкостей (рис.2б) и генератор Маркса(рис. 2в).

Недостатком схемы Блюмляйна является трудность согласования импедансов нагрузки и контура возбуждения. Но зато существует

Подпись: Рис.2.типичные схемы

теоретическая возможность удвоения напряжения на нагрузке. Кро­ме того, при оптимальных параметрах согласования нагрузка на коммутатор низка, т. к. коммутируется только емкость С1, которая в большинстве случаев в 2-3 раза меньше С2.

Схема с перезарядкой емкостей (рис. 2б) наиболее сильно нагружает. коммутатор (тиратрон), т. к. коммутируемая емкость С1 больше С2. Кроме того, в случае согласованной нагрузки напряже­ние на ней падает более чем вдвое по сравнению с начальным на­пряжением на накопительной емкости С1.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8