Исследование системы возбуждения электроразрядного эксимерного лазера выполненной по типу LC-инвертора
1.4.Генерационные характеристики электроразрядных эксимерных лазеров с возбуждением LC–инвертора
В настоящее время получена на двухатомных эксимерных молекулах: XeF*, KrF*, ArF*,XeBr*, XeCl*, KrCl*, ArCl*, KrBr*, XeI*, а также на трехатомных. Диапазон длин волн, на которых получена генерация простирается от видимого спектра (500 нм), до вакуомного ультрофиолета (175 нм). Спонтанное излучение также наблюдалось на большом количестве двухатомных и трехатомных молекул галогенидов благородных газов: (NeF*, NeXeBr*, и др.). Некоторые из них также будут использованы для получения стимулированного излучения.
XeCl-лазер.впервые о получении генерации на эксимерных молекулах сообщалось еще в 80х годах [2]. Генерация наблюдалось при возбуждении пучком электронов с энергией 300 кэВ и плотностью тока пучка 150 А/см смеси Ar-Cl2-Xe, в лазерной камере с активной средой, длина которой, 15 см. Максимальная энергия излучения составила примерно 50 мкДж, при очень низкой эффективности. Использование более мощной установки с параметрами электронного пучка Т=1,2МэВ, i=142кА, t=50 нс, не дало существенного изменения энергии излучения. В тоже время, энергия излучения на молекулах KrF*и XeF*,полученная на этой установке, была на несколько порядков больше. Впервые высокая эффективность эксимерного лазера была показана после подбора хлорносителя как при вовозбуждении пучком электронов, так и при комбинированной накачке [17]. Наибольшие энергии излучения достигались в смеси Ar-Xe-CCl4.Были построены зависимости удельной энергии излучения (r), длительности излучения (
t) и времени задержки импульса излучения относительно накачки (t) от давления рабочей смеси [6].А также зависимости удельной энергии излучения и КПД от плотности тока пучка. Была получена удельная энергия излучения до 10 нДж/см 
а КПД около 4%. Время запаздывания импульса излучения относительно накачки не превышало 5 нс, при давлении 4 атм.Максимальные КПД достигались при плотности тока » 75А/см
,а при дальнейшем ее увеличении, КПД лазера уменьшался. XeCl-лазер эффективно работает при возбуждении микросекундным электронным пучком смеси на длине волны 308 нм, при давлении 4 атм.;была получена удельная энергия излучения 3 мДж/с и КПД ~5%.
Эффективная генерация на молекулах XeCl* при накачке микросекундным электронным пучком достигается в смеси Ar-Xe-CCl
.При использовании поперечной схемы накачки энергия излучения была равной 
100Дж, удельная энергия до 10 нДж\см и КПД до 4%. А при использовании буферного газа аргона и широкоаппертурного резонатора при малых мощностях накачки , энергия излучения на атомарных переходах ксенонам может превышать энергию излучения XeCl*.
XeCl-лазер эффективно работает при комбинированной накачке. Это вытекает при изучении зависимости энерговклада, удельной энергии излучения и КПД относительно суммарной энергии, вложенной в газ пучком и разрядом от зарядного напряжения емкостного накопителя.
Основным каналом образования молекул XeCl* является ионная рекомбинация ионов Xe*, Xe
*и отрицательных ионов Cl.
Отметим, что рабочие смеси XeCl-лазера с галогеноносителем HCl имеют наибольший ресурс работы из всех эксимерных лазеров.
2.Теоретический расчет схемы накачки электроразрядного эксимерного лазера, выполненной по типу LC-инвертора
2.1. Описание схемы LC-инвертора
Известно, что для эксимерных лазеров требуется относительно высокий уровень интенсивности накачки. В электроразрядных эксимерных лазерах интенсивность накачки составляет от нескольких десятых до нескольких единиц МВт/см3 причем, для различных типов эксимерных лазеров оптимальные значения этого параметра, определяемые с точки зрения максимальной эффективности накачки существенно различны.
При прочих равных условиях возбуждения эксимерных лазеров оптимальная мощность энерговклада может зависеть от типа используемой электрической схемы возбуждения (LC-инвертор, емкостная перезарядка, системы с высоковольтным предимпульсом и т. д.).
В настоящей работе рассмотрена схема возбуждения элекроразрядного эксимерного лазера, выполненная по типу LC-инвертора. Данная схема (рис.3) имеет ряд преимуществ. К ним относят возможность увеличение напряжения на разрядном промежутке, способствующего улучшению однородности разряда и повышения эффективности энерговклада в активную среду при небольших зарядных напряжениях, снижение нагрузки на коммутатор и повышение его срока службы, так как он не включается в цепь последовательно и через него не проходит вся запасаемая энергия.
Расчет производился для эксимерного электроразряного лазера, описанного в [10]. На рис.3 представлена его принципиальная электрическая схема. Излучатель представляет собой диэлектрическую разрядную камеру, внутри которой располагается профилированный цельнометаллический анод (А), сетчатый катод (К) и электрод предыонизации (Э). Предыонизация активной среды в межэлектродном промежутке (МП) осуществлялась излучением емкостного разряда из-под сетчатого катода при подаче импульса высокого напряжения на электрод предыонизации. Такое расположение системы предыонизации позволяет максимально приблизить источник ионизирующего излучения к зоне основного разряда и достичь однородного распределения начальных электронов в МП. Основной разрядный объем составляет 90х3,5х2 см3 (ширина разряда 2 см). На торцах разрядной камеры располагается резонатор лазера, который образован плоским зеркалом с Al-покрытием и плоскопараллельной кварцевой пластиной. Возбуждение поперечного разряда осуществляется системой, выполненной по типу LC-инвертора, принципиальная схема которой также представлена на рис.3. Она включает НЕ С1 и С2, которые от источника постоянного высокого напряжения через резистор R заряжались до напряжения Uo. После срабатывания коммутатора РУ, в качестве которого используется управляемые разрядники РУ-65, через L2 происходит инверсия напряжения на С2, и через индуктитвность L1 осуществляется зарядка обострительной емкости (ОЕ) Со до напряжения, близкого к двойному зарядному. ОЕ Со подключена к электродам лазера с минимально возможной для данной конструкции индуктивностью Lо. Разряд предыонизации возбуждаетя от отдельного LC-контура включающего Спр – накопительную емкость, Lпр – индуктивность в контуре предыонизации, РУ1 – коммутатор. Спр заряжается от источника постоянного высокого напряжения через резисторы R3 и R4 до напряжения Uo. Энергия генерации измерялась калориметром ИМО-2Н, а напряжение на Со, ток разряда, форма и длительность импульса генерации - осциллографом 6ЛОР-04 с помощью резистивного делителя Д (R1-R2), поясов Роговского ПР1 и ПР2 и вакуумного фотодиода ФЭК-22СПУ. Эксперименты, результаты которых представлены ниже, проведены на рабочей смеси Nе: Хе: НС1 (3040:22,5:1,5) при давлении 4 атм. и зарядном напряжении Uо = 38 кВ.
 |
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10