Исследование системы возбуждения электроразрядного эксимерного лазера выполненной по типу LC-инвертора
He+ + 2He ® He2+ + He (5)
Ne* + Ne + Ne ® Ne2* + Ne (6)
3.Реакции с HCl, например:
e + HCl ® HCl(v) +e (7)
e + HCl ® H + Cl- (8)
e + HCl ® HCl+ +2e (9)
4. Реакции с потерями электронов и положительно заряженных ионов: а) диссоциативная рекомбинация:
HeXe+ +e ® Xe* + He (10)
б) тройная рекомбинация, например:
He2+ + e + He ® He* + 2He (11)
в) прилипание электрона к нейтральным частицам, например:
e + HCl ® H + Cl- (13)
Cl +e + Ne ® Cl- +e + Ne (14)
отрицательный и положительный ионы могут рекомбинировать как бинарно (перезарядка):
Cl- + Xe+ ® Xe* + Cl (15)
так и в тройных соударениях:
Xe+ + Cl- + Ne ® XeCl* + Ne (16)
Реакции (13) и (14) протекают достаточно быстро. Следует заметить необычайную зависимость скорости этих реакций от давления. При давлении ниже одной атмосферы константа скорости этих реакций имеет достаточно большое значение. Реакция типа (14) вносит существенный вклад в образование возбужденных молекул галогенидов инертных газов. Это предположение основано на высоких КПД лазеров, наблюдаемых на молекулах ХеСl. Теоретическим обоснаванием эффективности такого процесса является то, что кривая кулоновской потенциальной энергии вдоль которой происходит движение ионов, пересекает большую часть ковалентных кривых на довольно больших межьядерных расстояниях. Это затрудняет переход электрона от отрицательного к положительному иону, препятсвуя образованию ковалентной связи [5].
5. Реакции, в результате которых образуются молекулы ХеСl* . Помимо рекции (15) наиболее важными являются реакции:
Xe* + HCl(v) ® XeCl* + H (17)
NeXe* + Cl- ® XeCl* + Nе (18)
Реакциия (14) наиболее существенна, и основной канал образования ХеСl* проходит именно через нее. Данная реакция аналогична взаимодействию между ионом щелочного металла и ионом галогена.
Реакция (15) не вносит существенного вклада в образование ХеСl* (около 5%), тем не мение представляет интерес в других лазерах данного класса. Это так называемая гарпунная реакция [6].
Реакция (16) протекает только в присутсвии неона либо при использование его как буферного газа. Посредством данной реакции образуется 30% молекул ХеСl* и неудивительно, что замена гелия на неон вкачестве буферного газа повышает энергию в импульсе реальных устройств почти вдвое.
6. Реакции, обуславливающие процессы тушения, протекающие в плазме. К ним, например, относятся реакции:
XeCl* + He ® Xe + He + Cl (19)
XeCl* + Xe ® 2Xe + Cl (20)
XeCl* + HCl(v) ® Xe + HCl + Cl (21)
Наиболее важной, по крайней мере, при низком давлении, является прямое тушение в столкновениях с галогеносодержащими молекулами (19). Константа скорости такой реакции достаточно высока, т. е. тушение происходит при каждом столкновении. Для типичной газовой смеси время тушения 10 нс. Столь быстрое тушение электронно-возбужденных молекул наблюдается давольно часто и связано с передачей энергии тушащей молекуле [7].
Прямое тушение молекул ХеСl* в столкновениях с атомами инертных газов (9) представляет собой значитель более медленный процесс. Однако при высоком давлении возбужденные галогениды эффективно тушаться при столкновениях с атомами инертных газов с образованием трехатомных молекул.
7.Реакции с излучением. Вот некоторые из них:
XeCl* + hn ® Xe + 2hn (22)
Cl- + hn ® Cl +e (23)
He* + hn ® He+ + e (24)
HeXe + hn ® Xe+ + He (25)
8.Реакции с примесями, например:
HCl + O2 ® 4ClO2 + 2H2O (26)
Xe* + O2 ® XeO (27)
Xe* + H2O ® XeO + H2 (28)
Они обусловлены тем, что несмотря на строгие требования к чистоте газов, газовая смесь может содержать до 1% О2,N2 H2,CO2,H2O. Вода является главной вредной примесью в газовых смесях эксимерных лазеров. Из одной молекулы фтора получается 4 молекулы агрессивного фтороводорода:
F2 + 2H2O ® 4HF + O2 (29)
Кроме вышеприведенных реакций в плазме протекает еще значительное количество побочных, которые в основном уводят энергию из основного канала. Все полезные возбужденные состояния достаточно короткоживущие, дополнительно тушатся при взаимных столкновениях и столкновениях с другими образованиями в плазме. Тем не менее, можно считать, что основные реакции, приводящие к образованию возбужденных галогенидов инертных газов, протекают достаточно быстро и эффективно. Учитывая все эти процессы, а так же потери в схеме возбуждения, можно оценить, что в реальных устройствах в образованиe молекул ХеСl, в лучшем случае вкладывается только 8-10% энергии, запасенной первоначально в накопительных емкостях [7].
1.3. Формирование объемного однородного
разряда в активной среде ЭЭЛ
В образовании эксимерных молекулы ХеСl участвуют атомы Хе, молекулы НСl на возбужденных колебательных уровнях и ион Сl.- Возбуждаются и образуются все эти компоненты в электрическом разряде, в балластном газе Не или Ne при высоком давлении. Оптимальная напряженность поля при давлениях 1-5 атм составляет 103-105 В/см. Длина же активного объема должна быть порядка 10-100 см для получения эффективного усиления. Чтобы обойти эту проблему создания устройств с рабочим напряжением более 1000 КВ применяется поперечный разряд, при котором излучение распространяется поперек возбуждающего тока. Наиболее перспективными для накачки эксимерных лазеров является поперечный разряд, при котором в объемной стадии реализуются мощности накачки порядка 1 МВт/см3, при давлении рабочей смеси порядка одной атмосферы [1].
При разрядке емкостного накопителя на разрядный промежуток можно выделить на осциллограмме напряжения три характерных участка:
1. Предпробойная стадия, длительность которой составляет обычно 50-100 нс. В этой стадии напряжение на промежутке увеличивается и перед пробоем в несколько раз превышает статическое пробивное. За счет предварительной ионизации на этой стадии начинает формироваться объемный разряд .
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10