Исследование электроразрядных эксимерных лазеров
Таким образом, в результате проведенных исследований показано, что уменьшение обострительной емкости С0 до значений (0,01-0,02) С1, при одновременном уменьшении индуктивности L1 в цепи зарядки С0 от С1 до минимально возможной величины, позволяет сформировать для возбуждения активной среды лазера сдвоенный импульс: короткий высоковольтный (~2U0) для формирования разряда и длинный (~U0) для энерговклада в него, получать с применением емкостной предыонизации однородный объемный разряд длительностью ~200 нс и увеличить энергию генерации лазера в 1,5-2 раза.
Анализ публикаций последнего времени показывает, что полученные результаты имеют практическую реализацию в мощных электроразрядных эксимерных лазерах, где энергия генерации ≥10 Дж и КПД ~ 4% достигается при возбуждении лазера сдвоенным разрядом [15,40-42].
1.3. Система возбуждения широкоапертурного XeCl-лазера
1.3.1. Описание экспериментальной установки.
Конструкция лазерной камеры и электрическая схема системы возбуждения лазера [43] представлена на рис.15. Лазерный излучатель 5 изготовлен из фторопластовой трубы с внутренним диаметром 180 мм и толщиной стенок 10 мм. Оба конца трубы снабжены герметичными фланцами из нержавеющей стали, на которых расположены зеркало с Al-покрытием и кварцевая пластина, образующие лазерный резонатор. Внутри лазерного излучателя находятся два основных электрода 1 и 2. Эти электроды идентичны, изготовлены из нержавеющей стали и перфорированы с прозрачностью 50%. Для предыонизации активной среды в межэлектродном промежутке используется УФ-излучение разряда, ограниченного поверхностью диэлектрика. Для этого служат одинаковые электроды 3 и 4, изготовленные из металла и покрытые восемью слоями лавсановой пленки толщиной 50 мкм каждый.
Эквивалентная схема системы возбуждения состоит из двух последовательно соединенных LC-контуров. Первый контур содержит конденсатор С11 и разрядник РУ1, а второй контур - конденсатор С12 и разрядник РУ2. Емкости контуров заряжаются от разнополярного источника питания соответственно до напряжений (+U0) и (-U0) через балластные сопротивления R1 и R2. При этом величина накопительных емкостей составляет С11 = С12 = 300 нФ, а величина обострительной емкости С2 = 160 нФ. При срабатывании разрядников РУ1 и РУ2 два последовательно соединенных LC-контура перезаряжаются на обострительную емкость С2. Так как ударная емкость двух последовательно соединенных LC-контуров составляет С1 = С11/2 = С12/2 = 150 нФ, то при С1 ~ С2 система возбуждения может работать в режиме полной перезарядки накопительных емкостей С11 и С12 на обострительную емкость С2. При этом между лазерными электродами 1 и 2 на холостом ходу формируется импульс напряжения с амплитудой U = 2U0. Предыонизация межэлектродного промежутка при работе лазера осуществляется автоматически за счет ультрафиолетового излучения емкостных разрядов, происходящих соответственно между электродами 1-3 и 2-4, вспомогательные электроды 3 и 4 покрыты диэлектриком и заземлены.
Накопительные емкости С11 и С12 выполнены на частотных конденсаторах КМЧ 50-01 (емкость 100 нФ; 50 кВ), а обострительная емкость С2 набиралась из конденсаторов серии К15-10 (3,3 нФ; 30 кВ) и равномерно распределялась вдоль лазерных электродов. Конструктивно емкости С11 и С12 представляют собой каждая по три параллельно соединенных конденсатора КМЧ, и они расположены вдоль лазерного излучателя. Коммутаторы РУ1 и РУ2 представляют собой соответственно по три параллельно соединенных разрядника РУ65, каждый из которых коммутирует один из конденсаторов КМЧ. Такая компановка системы возбуждения обеспечивает минимальные индуктивности ее токоподводящих шин и облегчает проведение исследования различных режимов ее работы.
В процессе проведения исследований энергия лазерного излучения измерялась калориметром ИМО-2Н. Для регистрации формы и длительности лазерного излучения использовался вакуумный фотодиод ФЭК-22 СПУ. Напряжение на обострительной емкости С2 измерялось с помощью резистивного делителя напряжения, собранного на сопротивлениях серии ТВО. Ток через обострительную емкость С2 регистрировался при помощи пояса Роговского. Сигналы с фотодиода, делителя напряжения и пояса Роговского подавались посредством кабелей на шестиканальный осциллографический измеритель 6ЛОР-04 и фотографировались.
1.3.2. Экспериментальное исследование зависимости параметров генерации щирокоапертурного ХеС1-лазера от величин обострительной и накопительной емкостей LC-контура
В данной части работы приведены результаты экспериментальных исследований зависимости энергии и длительности импульса генерации от величин обострительной и накопительной емкостей. Все измерения проводились при зарядном напряжении U0 = 30 кВ. В качестве буферного газа использовался как гелий, так и неон. При использовании гелия была выбрана смесь НС1 : Xe : Не = 1 : 6 : 2000 (при общем давлении 2,6 атм), а при использовании неона — НС1 : Xe :Ne = 1 : 6 : 2900 (при общем давлении 3,8 атм). При проведении экспериментов величина обострительной емкости изменялась в пределах 27-160 нФ. А величина накопительной емкости С11 = С12 бралось равной 100, 200 и 300 нФ.
Следует отметить, что, LC-контур как система возбуждения поперечного разряда в эксимерных лазерах привлекает внимание исследователей прежде всего вследствие своей простоты и высокой технологичности. При возбуждении разряда LC-контуром с импульсной зарядкой накопительных конденсаторов была получена выходная энергия ХеС1-лазера порядка десятков джоулей. Эти же исследования показали, что энерговклад в разряд до момента прекращения генерации (т.е. полезный энерговклад) составляет менее 1/3 от запасенной в накопителе энергии. Это указывает на неоптимальный выбор параметров цепи возбуждения и делает актуальной задачу исследования влияния параметров цепи возбуждения на характристики генерации.
Из рассмотрения электрической схемы на рис.15,а можно выделить два характерных режима работы лазера с возбуждением LC-контуром [44]. При равных или близких к друг другу величинах С11 = С12 и С2 после срабатывания коммутаторов РУ1 и РУ2 емкости С11 и С12 почти полностью перезаряжаются на С2. Возбуждения разряда в этом случае осуществляется в основном обострительной емкостью С2. Вторым характерным режимом является случай, когда возбуждение разряда осуществляется от накопительных емкостей С11 и С12, т.е. при этом обострительная емкость С2 отсутствует или на порядок меньше накопительной. Следует сразу отметить, что на нашей установке при использовании второго характерного режима работы LC-контура генерацию получить не удалось. Разряд визуально имел явно выраженный контрагированный характер. Это, по-видимому, обусловлено большой собственной индуктивностью конденсаторов КМЧ. Поэтому в работе основное внимание было уделено исследованию первого и промежуточного режимов работы системы возбуждения, построенной по схеме LC-контура.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19