Исследование систем возбуждения электроразрядных эксимерных лазеров
Проанализируя полученные учёными результаты, делаем выводы, что существующие способы предыонизации активной среды эксимерных лазеров позволяют получать начальную концентрацию электронов до 1010см-3, при их плотности в момент начала генерации ~1015-1016см-3. Это значит, в разряде существует стадия его формирования, в течение которой концентрация электронов возрастает на несколько порядков. В течение этой стадии, преимущественно за счет прямой ионизации, в условиях высокой напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке, происходит экспоненциальный рост концентрации электронов. При этом, время поддержания высокой напряженности электрического поля должно быть ограничено 10-20наносекундами. Его затягивание приводит к “взрывному” росту концентрации электронов за счет ступенчатой ионизации и быстрому контрагированию разряда. По этой причине у большинства эксимерных лазеров длительность фазы объемного однородного разряда, а, следовательно, и импульса генерации составляет 30-60 нс. Для того, чтобы продлить существование однородного объемного разряда необходимо разделить его возбуждение на две стадии: стадию формирования и стадию энерговклада в разряд, на которой необходимо принять меры, препятствующие развитию ступенчатой ионизации и росту концентрации электронов. Это можно сделать, путем значительного уменьшения напряженности электрического поля на стадии энерговклада, т.е. уменьшения E/N до значения (E/N)*. Уменьшение напряженности электрического поля можно достичь путем последовательного включения стабилизирующих элементов (балластных резисторов, нелинейных индуктивностей), а также созданием систем возбуждения с изменяющимся во времени по определенному закону импульсом напряжения.
При малых величинах обострительной емкости С0 основная её функция состоит в формировании объемного разряда. За короткое время она заряжается от накопительной емкости С1 до напряжения порядка двойного зарядного, а затем разряжается на межэлектродный промежуток за вдвое меньшее время. 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. 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 ~20нс, а разрядка С1 фактически начинается после того, как С0 разрядилась. 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 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. 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. Таким образом, рост энергии генерации с увеличением С0 при L1=23 и 33 нГн происходит благодаря росту мощности энерговклада в течение первого импульса тока разряда. Отсутствие роста энергии генерации с увеличением С0 при L1=11нГн 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 .
Исследовалась также зависимость работы лазера от величины зарядного напряжения при L1=11 нГн, С1=300 нФ и С0=3,6 нФ , 25 нФ , 37 нФ , 70 нФ, без С0. Во всех случаях наблюдается рост энергии генерации ХеС1-лазера с возрастанием U0. Причем максимальная энергия генерации – 1,7 Дж достигается при минимальном значении обострительной емкости С0=3,6 нФ. Без обострительной ёмкости эффективность генерации значительно меньше .
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.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8