Системы возбуждения эксимерных лазеров
Из приведенного рассмотрения следует, что эффективной является предыонизация на определенном оптимальном временном интервале роста напряжения на разрядном промежутке. Данный интервал находится в окрестности момента достижения ионизационно-прилипательного равновесия tc, и его верхняя граница соответствует моменту существенного роста электронов в лавинах ts. При этом качество разряда и, соответственно, интенсивность генерации будут высокими, если к моменту ts будет достигаться некая пороговая для данных условий возбуждения разряда концентрация электронов nf0. Эффективность предионизации, понимаемая как минимальность энергетических затрат на предионизацию при максимальной энергии генерации лазера, определяется оптимальностью способа достижения требуемой пороговой концентрации nf0 к моменту времени t$.
Кривая 7 рис.3,6 подтверждает сказанное выше, т. к. при минимизированном энерговкладе в СР предыонизатора максимум энергии генерации получен именно тогда, когда импульс УФ излучения СР реализовался на временном интервале tc < t < ts. Если импульс УФ излучения СР реализуется позже оптимального момента времени, показанного на рис.3,а, энергия генерации резко падает (отрицательная область задержек та на рис. 3,6), поскольку фотоэлектроны, созданные после момента времени ts, уже не дают начало дополнительным лавинам с большим числом электронов и большими размерами, способным эффективно (с точки зрения однородности разряда) перекрыться, т. е. не повышают уровень предионизации nf0. В случае, когда импульс УФ излучения осуществляется раньше оптимального момента времени (положительная область задержек та на рис.3,6), энергия генерации также падает, т. к. к моменту ts нарабатывается и сохраняется меньшая концентрация фотоэлектронов из-за их прилипания. Однако, если увеличить энерговклад в СР, энергия генерации сохраняется высокой и в области положительных задержек та (кривые 2,3 на рис.3,6), поскольку к моменту ts еще сохраняется требуемая концентрация фотоэлектронов.
При использовании схем накачки с предимпульсом высокая скорость нарастания напряжения на предпробойной стадии разряда снижает требования к пороговой концентрации фотоэлектронов, обеспечивающей высокое качество основного разряда и максимальную энергию генерации XeCl-лазера (рис.4). В то же время, поскольку предыонизация осуществляется на начальном участке фронта импульса напряжения с малой скоростью нарастания, то интервал времени от tc до ts (Т = tc — ts) увеличивается. Соответственно увеличивается и диапазон задержек та, при которых высокая энергия генерации сохраняется (рис.4,6).
Заключение
Обоснован режим эффективной предыонизации в эк-симерных XeCl-лазерах, заключающийся в ее осуществлении на оптимальном временном интервале роста разрядного напряжения с оптимально сформированным фронтом. Показано, что длительность временного интервала, соответствующего максимальной эффективности предионизации, возрастает при снижении скорости роста разрядного напряжения dU/dt, когда отношение E/N находится в определенной окрестности значения, соответствующего ионизационно-прилипательному равновесию (v; = va) в разрядном объеме. В то же время увеличение dU/dt на этапе лавинного размножения фотоэлектронов резко снижает уровень предионизации, необходимый для достижения максимального КПД лазера, существенно повышая ее эффективность.
Показано, что предыонизация УФ излучением СР, осуществляемая в оптимальном режиме, позволяет при очень малом энерговкладе в СР (~ 100 мДж) добиваться высоких энергий генерации ХеС1-лазеров с различными условиями ввода энергии в основной разряд. Этот факт имеет важное значение для импульсно-периодического режима работы лазеров, поскольку при таком малом энерговкладе в источник предионизации, во-первых, не вносится существенных возмущений в газовую среду лазера и, во-вторых, обеспечивается приемлемо малое распыление электродов системы формирования вспомогательного разряда. Таким образом, предионизатор не является препятствием для повышения ресурса использования как газовой смеси, так и оптических окон лазера при его долговременной работе, что является необходимым условием использования лазеров в технологии. Кроме того, при снижении энерговклада в СР ресурс самого предыонизатора также увеличивается. При использовании предыонизатора на базе СР в компактных импульсно-периодических ХеС1-лазерах со средней мощностью излучения 500 Вт не отмечено случаев разрушения диэлектрика предыонизатора при наработке, превышающей 108 импульсов.
3. Возбуждение эксимернго KrF-лазера оптическим разрядом в поле ИК лазерного излучения.
В настоящее время экеимерные лазеры (ЭЛ) являются мощными и эффективными источниками когерентного излучения в УФ области спектра. Для их возбуждения широко применяются пучки электронов высокой энергии и электрический разряд. При этом КПД по вложенной энергии многих ЭЛ достигает 10 %. Известны эксперименты по эффективному возбуждению ЭЛ СВЧ разрядом в поле импульсного СВЧ излучения в сходящихся конусообразных волноводах [1]. В связи с этим представляет несомненный интерес возможность возбуждения лазеров на эксимерах (например, KrF, ArF и др.) мощным ИК лазерным излучением, когда в средах этих лазеров развивается оптический разряд.
Эффективными источниками ИК лазерного излучения являются импульсные химические лазеры на цепной реакции водорода со фтором. В результате ранее проведенных нами исследований была показана возможность создания чисто химических HF- и DF - СО2-лазеров на так называемой фотонно-разветвленной реакции. На их основе возможно создание многокаскадных систем химических лазеров, где импульс выходного излучения каждого предыдущего лазера инициирует работу последующего, излучающего импульс с энергией, большей в 10-20 раз [2]. Таким образом, для трехкаскадной системы выходная энергия ИК лазерного излучения будет превышать энергию входного импульса в 103 - 104 раз. Если конечным каскадом служит ЭЛ, возбуждаемый оптическим разрядом в поле ИК излучения импульсного химического лазера с КПД ~ 10 %, то возможно получение импульса УФ лазерного излучения с энергией, в 102 - 103 раз превышающей затраченную на инициирование химического трехкаскадного лазера.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9