Исследование электроразрядных эксимерных лазеров
(6)
где 
. Выражение (6) хорошо иллюстрирует зависимость энергии генерации от Cпр, Lпр и U0 (рис.5). После первого же импульса предыонизации диэлектрик зарядится до напряжения UCд=U0Cпр/(Cпр+Cд). Эти заряды могут стекать с диэлектрика, но могут и оставаться на нем. Предположим, что заряды не стекли и к началу следующего импульса предыонизации остались. Тогда решаем (5) при следующих начальных условиях.
2. Начальный ток I(0)=0; начальное напряжение на диэлектрике, то есть UCд(0)= U0Cпр/(Cпр+Cд). Тогда решение имеет вид
(7)
В этом случае амплитуда тока имеет максимум при Спр=Сд/2, где Сд ~ 2 нФ. Так как Cпр ~ 6 нФ, а Cд ~ 2 нФ, то этот случай не соответствует действительности. Предположим, что с диэлектрика стекает часть заряда. Тогда к началу следующего импульса предыонизации на нем остается некоторое напряжение и надо решать (5) при следующих начальных условиях.
3. Начальный ток I(0)=0; начальное напряжение на диэлектрике, то есть UCд(0)= KU0Cпр/(Cпр+Cд). Где К- коэффициент меньший единицы. Тогда решение имеет вид
I=
(8)
В этом случае амплитуда тока имеет максимум при Спр=Сд/(3К-1). Обратим внимание на то, что амплитуда тока имеет максимум в зависимости от Спр лишь при значении параметра K > 1/3. Если K < 1/3, то максимума нет и с ростом Спр амплитуда тока монотонно увеличивается. В наше случае максимум энергии генерации в зависимости от Спр не наблюдался, а имела место монотонная зависимость, значит величина K < 1/3 при интервале между импульсами генерации ~ 5 секунд. Величина K имеет некоторое конечное значение, так как при работе с емкостной предыонизацией часто наблюдалось резкое превышение энергии первого импульса генерации над последующими. Кроме того регистрировалось очень сильное падение величины энергии генерации при уменьшении интервала между импульсами до 1 с. Полученные данные надо учитывать при оптимизации генерационных характеристик эксимерных лазеров с емкостной предыонизацией, работающих в частотном режиме. По осциллограмме тока предыонизации можно определить величину затухания δ, а по ней сопротивление плазмы в цепи предыонизации Rпр. В нашем случае Rпр=0,2 Ом. Это соответствует концентрации электронов nе ~ 10 14 см-3. Значит концентрация электронов в плазме разряда предыонизации на порядок меньше, чем в цепи основного разряда. Емкостный разряд с такими параметрами плазмы представляет сам по себе большой интерес с точки зрения физики высокочастотных разрядов высокого давления.
На рис.6,а представлены осциллограммы тока разряда искровой предыонизации (1), напряжения на обострительной емкости (2), тока через разрядный промежуток (3) и импульса генерации (4) с взаимной временной привязкой. После срабатывания разрядника РУ1 (осц.1), УФ-излучение разряда предыонизации из-под сетчатого катода облучает активную среду в основном разрядном промежутке. За время задержки основного разряда происходит зарядка обострительной емкости. После достижения пробойного напряжения в межэлектродном промежутке формируется объемный разряд и происходит разрядка обострительной и накопительной емкостей (осц. 3). Импульс генерации длительностью ~70 нс по основанию наблюдается на первом пике разрядного тока (осц.4).
Зависимость энергии генерации от задержки между началом тока основного разряда и началом импульса тока предыонизации представлена на рис.6,б. Резонатор был образован "глухим" зеркалом с алюминиевым (кр.1) или диэлектрическим (кр.2) покрытием и плоскопараллельной кварцевой пластиной. Напряжение питания предыонизации изменялось от 15 до 25 кВ. Как видно, величина задержки τ от 0 до 100 нс оказывает сильное влияние на выходную энергию генерации. Максимальное значение энергии генерации 0,8 Дж, соответствует τ=100-200 нс. В интервале τ=300-600нс энергия генерации постепенно снижается. Такое поведение энергии генерации XeCl-лазера можно объяснить следующим образом. При малых временах задержки концентрация фотоэлектронов в основном разрядном промежутке к моменту начала основного разряда мала, что приводит к нестабильности разряда и малой энергии генерации. Оптимальная предыонизация среды осуществляется в течении первых 100-150 нс после пробоя разрядника РУ1, т.е. во время формирования и развития искровых разрядов. В это время излучается жесткое УФ и мягкое рентгеновское излучение, наблюдается наибольшее проникновение электронов сквозь сетчатый катод в основной разрядный промежуток. Полная длительность тока предыонизации составляла несколько микросекунд, а устойчивая генерация наблюдалась при задержках до 700 нс. Это говорит о том, что хотя разряд предыонизации существует длительное время, эффективная предыонизация осуществляется в течение короткого временного промежутка. Некоторое расширение диапазона оптимальных задержек при использовании искровой предыонизации по сравнению с емкостной обусловлено более длительным существованием ионизирующего фактора за счет роста тока искр.
Зависимость энергии генерации от задержки при ее значениях, больших оптимального, можно объяснить, исходя из двух механизмов. Во-первых, по истечении нескольких сотен наносекунд ионизирующий фактор ослабевает, во-вторых, при таких задержках кроме ионизации среды происходят также фотохимические реакции с участием молекул примесей, продукты которых могут поглощать ионизирующее излучение, а также накапливаться и отрицательно влиять на разряд, его стабильность и энергию генерации. Подтверждением данного вывода может служить [3], в которой предварительное облучение активной среды XeCl-лазера осуществляется излучением другого XeCl-лазера. Показано, что при задержках основного разряда в диапазоне 100-150 нс относительно разряда предыонизации происходит нейтрализация частиц, обладающих сильным поглощением генерируемого излучения. Наличие поглощающих примесей в виде ионов 
и радикалов OH- обнаружено в активной среде лазера методом флуоресцентной спектроскопии [11].
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19