Исследование электроразрядных эксимерных лазеров
При малых величинах обострительной емкости С0 (см. рис.12) основная её функция состоит в формировании объемного разряда. За время ~40 нс она заряжается от накопительной емкости С1 до напряжения порядка двойного зарядного, а затем разряжается на межэлектродный промежуток за время ~20 нс. При столь высоком перенапряжении (>70 кВ /3,5 см·4 атм.) и крутом фронте импульса возбуждения формируется однородный объемный разряд. Сама обострительная емкость С0 разряжается на стадии пробоя, когда сопротивление разрядной плазмы достаточно высоко. Основной энерговклад в разряд в этом случае осуществляется от накопительной емкости С1. На осциллограммах напряжения, на обострительной емкости (1) и тока разряда (2) видна незначительная колебательная структура, обусловленная наличием С0, однако на импульсе генерации она не сказывается. Аналогичная структура импульса разрядного тока наблюдалась в работе [39] при подключении к лазерным электродам обострительных конденсаторов величиной~1 нФ и возбуждении разряда с помощью формирующей линии.
Уменьшение С0 до нескольких нанофарад позволило разделить во времени формирование разряда и его возбуждение. Этот эффект достигнут благодаря тому, что разрядка С0 осуществляется при напряжении в ~2 раза большем, чем напряжение на С1 и длится ~20 нс, а разрядка С1 фактически начинается после того, как С0 разрядилась. Уменьшение L1 до 11 нГн позволило осуществить возбуждение активной среды непосредственно от накопительной емкости С1 импульсом длительностью ~240 нс, причем первые 200 нс разряд был однородным (см. рис.12,а) Это подтверждается длительностью импульса генерации, которая равнялась ~170 нс.
С увеличением обострительной емкости С0 ее роль изменяется. Наряду с формированием разряда она осуществляет и энерговклад в разряд. Мощность которого сравнима с мощностью энерговклада от С1. Кроме того, так как волновое сопротивление контура L0С0 превышает активное сопротивление плазмы в межэлектродном промежутке, то разряд С0 имеет колебательный характер. Так как L0С0<(L1+L0)С1, то наложение токов разряда обострительной и накопительной емкостей приводит к колебательному суммарному энерговкладу. При С0=15 нФ на импульсе тока от С1 видна колебательная структура, а при С0=37 нФ наблюдается явный колебательный разряд (см. рис.12,б и в). Колебательный характер энерговклада отрицательно сказывается на однородности и длительности объемной стадии разряда.
Для описания данного нестационарного разряда могут быть использованы формулы (16-19), но только до момента времени, когда ток достигает максимальной величины [12]. При колебательном характере импульса тока напряжение возрастает от нуля до некоторого максимального значения. В этом случае 
и при 
быстрое падение разрядного напряжения связано с влиянием собственной индуктивности разряда, приводящей к неустойчивости и его контрагированию.
Рассмотренные выше процессы объясняют падение энергии генерации ХеСl- лазера с ростом величины обострительной емкости до ~30 нФ. Максимальная энергия генерации достигается при минимальных С0 и L1. При С0>15 нФ колебательный энерговклад отражается на импульсах генерации. При С0>30 нФ изменяется режим возбуждения разряда. Мощность энерговклада в течение первого импульса разрядного тока значительно возрастает (см. рис.12, в и г). Этот рост обусловлен разрядом обострительной емкости, в которую, за время задержки разряда в межэлектродном промежутке, переходит значительная доля энергии, запасенной в С1. Генерация или срывается после первого импульса тока разряда или на втором импульсе возбуждения интенсивность ее значительно ниже (см. рис.12,г). Таким образом, рост энергии генерации с увеличением С0 при L1=23 и 33 нГн (см. рис.12,б,в) происходит благодаря росту мощности энерговклада в течение первого импульса тока разряда. Отсутствие роста энергии генерации с увеличением С0 при L1=11нГн (рис.10, а) можно объяснить следующим образом. При L1=11 нГн время зарядки С0 от С1 сравнимо с временем разряда С0 на межэлектродный промежуток. После пробоя межэлектродного промежутка при напряжении на С0, близком к максимальному, Со разряжается как на него, так и обратно на С1. Этот процесс приводит к уменьшению энерговклада во время первого импульса разрядного тока и отсутствию роста энергии генерации. При С1=300 и 225 нФ выходная энергия при одной и той же величине обострительной емкости все же больше при L1=11 нГн, чем при L1=23 и 33 нГн, вследствие большей мощности энерговклада от накопительной емкости. При С1=75 нФ и L1=23 и 33 нГн энергия генерации значительно больше, чем при L1=11 нГн вследствие уменьшения энерговклада от С1 и обратной переразрядки на нее С0 (см. рис.11,б).
На рис.13 представлены зависимости энергии генерации ХеСl- лазера от величины накопительной емкости С1 при L1=11 нГн и C0=3,6 нФ (кр. 1), 25 нФ (кр. 2), 70 нФ (кр. 3), без C0–кр. 4. Использовалась рабочая смесь того же состава при общем давлении 4 атм. и зарядном напряжении 40 кВ. Как видно, с увеличением С1 выходная энергия лазера возрастает и имеет тенденцию к насыщению при всех значениях С0 (кр. 1-3). Аналогичные зависимости были получены при L1=23нГн, однако энергия генерации в этом случае была в 1,5 раза меньше. Такое поведение кривых связано в первую очередь с конечной длительностью однородного объемного разряда. Как только длительность объемной стадии разряда становиться меньше времени разряда накопительных емкостей, крутизна кривых уменьшается, так как не вся запасенная энергия идет на полезный энерговклад. Дальнейший слабый рост энергии генерации обусловлен возрастанием мощности энерговклада за счет увеличения С1.
Исследовалась также зависимость работы лазера от величины зарядного напряжения при L1=11 нГн, С1=300 нФ и С0=3,6 нФ (кр.1), 25 нФ (кр.2), 37 нФ (кр.3), 70 нФ (кр.4), без С0 (кр.5) (см. рис.14). Во всех случаях наблюдается рост энергии генерации ХеС1-лазера с возрастанием U0. Причем максимальная энергия генерации – 1,7 Дж (кр. 1) достигается при минимальном значении обострительной емкости С0=3,6 нФ. Без обострительной ёмкости эффективность генерации значительно меньше (кр.5).
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19