Системы возбуждения эксимерных лазеров
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Условия возбуждения широкоапертурного ХеС1-лазера со средней мощностью излучения 1 кВт
2. Эффективная предыонизация в ХеС1-лазерах
3.Возбуждение эсимерного KrF-лазера оптическим разрядом в поле ИК лазерного излучения
Заключение Список использованных источников
1. Условия возбуждения широкоапертурного ХеС1-лазера со средней мощностью излучения 1 кВт.
Для ряда перспективных применений эксимерных лазеров требуются как высокая средняя мощность, так и значительная энергия в импульсе. В частности, создание ХеС1-лазера мощностью 1 кВт является одной из задач Европейской программы EUREKA. В рамках этой программы немецкой фирмой Лямбда Физик был создан XeCl-лазер со средней мощностью излучения ~750 Вт при энергии в импульсе ~ 1.5 Дж. Система питания лазера включала в себя LC-инвертор и звено магнитного сжатия. Недавно был сделан XeCl-лазер, в котором средняя мощность 1 кВт была достигнута при энергии в импульсе 10 Дж. Позже такой же уровень средней мощности был получен в ХеС1-лазере, созданном французской компанией Сопра при практически аналогичных параметрах лазерного излучения (энергия в импульсе 10 Дж при частоте повторения ~ 100 Гц).
Ранее накачка лазера осуществлялась с помощью LC-инвертора, но без цепи магнитного сжатия. В коммутатором LC-инвертора служили 6 тиратронов, работающих параллельно. Высокие (свыше 10 Дж) энергии в схеме с классическим LC-инвертором можно получить лишь при увеличении как давления, так и зарядных напряжений LC-инвертора. Однако повышать давление в газодинамическом контуре лазера крайне невыгодно из-за резко возрастающих требований к прочностным характеристикам лазера и системе прокачки газа. Использовать слишком высокие напряжения (свыше 30 кВ) также невыгодно, поскольку в этом случае необходимо применять дорогие и не отличающиеся высокой надежностью высоковольтные коммутаторы.
В этом пункте определены условия накачки мощного XeCl-лазера, при которых высокая энергия (~ 10 Дж) при частоте следования ~ 100 Гц, может быть достигнута при умеренных давлениях (до 5 атм.) и зарядных напряжениях (~ 30 кВ).
Модернизированная система накачки лазера содержала два параллельно соединенных генератора импульсных напряжений, состоящих из двух последовательно соединенных LC-инверторов. Такая система накачки позволяет получать импульсное напряжение с амплитудой 100 кВ при зарядных напряжениях лишь 25 кВ и использовать для коммутации импульсов с частотой повторения ~ 100 Гц недорогие, надежно работающие тиратроны. Система также включает в себя звено сжатия импульса на основе магнитного ключа и импульсно заряжаемые конденсаторы, подключенные к электродам лазера с минимальной индуктивностью L к 25 нГн. Суммарная емкость конденсаторов равна суммарной емкости генератора импульсных напряжений «в ударе» и составляет 100 нФ. Магнитный ключ выполнен в виде насыщаемого малоиндуктивного цилиндрического одновиткового дросселя с сечением сердечника ПО см2, изготовленного на основе ленты шириной 20 мкм из металлоаморфного сплава 2НСР с индукцией насыщения Bs= 1.4Тл.
Поскольку при длительной работе эксимерного лазера в импульсно-периодическом режиме энергия генерации снижается из-за выработки НС1, неизменная средняя мощность эксимерного лазера обычно поддерживается за счет повышения зарядного напряжения U схемы накачки. Затем, при достижении максимально допустимого значения uq, производится регенерация газовой смеси и долговременный цикл работы повторяется. Таким образом, для поддержания средней мощности излучения лазера неизменной необходимо иметь запас по энергии генерации лазера при максимально допустимом £0. В связи с этим был предпринят поиск условий, обеспечивающих получение энергии генерации свыше 10 Дж в широком диапазоне зарядных напряжений, не превышающих 30 кВ и соответствующих надежному долговременному режиму работы тиратронов.
На рис.1 представлены зависимости разрядного напряжения С/2 (кривые 1, 2) и амплитуды напряжения С/1 (кривая 3) на выходе генераторов импульсного напряжения от С/о. Прямая 6 показывает величину 4 С/о, которая соответствует максимально возможным значениям C/i и С/2. Кривыми 4 и 5 обозначены зависимости коэффициента k передачи запасенной в генераторах импульсного напряжения энергии в импульсно заряжаемую емкость С. На рис.1 видно, что с ростом С/о амплитуда генератора U сохраняет максимально возможное значение 4С/о вплоть до С/о ~ 23.5 кВ. Однако при этом амплитуды С/2 напряжения на разряде существенно отличаются от максимально возможного значения 4С/о (кривые 1, 2). Для d = 8 см это обуславливает достаточно малый коэффициент передачи энергии k = 0.56 (кривая 4), которому соответствует энергия генерации Е = 5.3 Дж и КПД ц = 1.3% (рис.4, кривые 2). Увеличение d до 9 см приводит к возрастанию амплитуды разрядного напряжения (кривые 1, 2) и повышению коэффициента передачи энергии до k = 0.7 (кривая 5), что влечет за собой рост энергии генерации до 7.5 Дж и КПД до 1.65% (рис.4, кривые 3).
Экстраполяция полученных результатов показывает, что если дальше увеличивать межэлектродное расстояние лазера d до 10.6 см, то энергия генерации Е « 10 Дж может быть получена с ц = 2.2% и k = 0.9 при зарядном напряжении всего лишь 23.5 кВ, что существенно расширяет возможности поддержания киловаттного уровня мощности излучения при длительной работе лазера.
k
Рис.1. Зависимости амплитуд напряжения на разрядном промежутке лазера (1, 2) и генератора импульсных напряжений (3), а также коэффициента передачи энергии генератора в импульсно заряжаемую емкость С (4, 5) от зарядного напряжения для d = 8 (1, 4) и 9 см (2,5);б-4£/0. сокращается с 240 до 190 не. Таким образом, энергия генерации существенно повышается при увеличении скорости перекачки энергии в импульсно заряжаемую емкость С. Однако поскольку время полной перекачки энергии из генераторов импульсного напряжения в емкость С фиксировано и равно 300 не, это сопровождается уменьшением k (кривая 5, рис.5) и соответственно ц (кривая 3, рис.4,6).
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9