Исследование электроразрядных эксимерных лазеров
Была проведена также оптимизация состава лазерной смеси. Результаты оптимизации представлены на рис.19 и 20. Установлено, что наиболее оптимальной является смесь, содержащая 1 тор НС1 и 6 тор Хе, как в случае гелия, так и в случае неона. Максимальная величина энергии генерации при использовании в качестве буферного газа неона равна 1,5 Дж и достигается при общем давлении смеси Р~3,8 атм. дополнительно по теме на сайте newsprom.ru
Максимальная энергия генерации при использовании гелия составляет 0,44 Дж при общем давлении смеси 2,6 атм. При увеличении зарядного напряжения наблюдается возрастание общего оптимального давления смеси и соответствующего ему максимума энергии генерации. Так в условиях соответствующих рис.6, но при зарядном напряжении U0 = 35 кВ и при использовании в качестве буферного газа неона, при общем давлении смеси Р = 4,8 атм энергия генерации достигает уже значения 3 Дж. Такое увеличение энергии генерации обусловлено, во-первых, ростом пробойного напряжения разрядного промежутка, а следовательно увеличением энергии передаваемой в обостритель. Во-вторых, происходит улучшение согласования волнового сопротивления контура разряда обострителя на межэлектродный промежуток с сопротивлением плазмы.
Полученные в результате экспериментальных исследований данные позволяют разрабатывать электроразрядные эксимерные лазеры с энергией генерации ≥ 3 Дж [45-47]. Дальнейшее повышение энергии генерации можно достичь увеличением зарядного напряжения U0 до 40-50 кВ (42,5 кВ напряжение самопробоя разрядников РУ-65 используемых в лазере в качестве коммутаторов), варьированием общего давления лазерной смеси и параметров системы возбуждения. Используемая в нашей схеме конструкция обострителя не позволяет работать при импульсах напряжения на ней свыше 60 кВ. Значит, необходим переход на новую конструкцию обострителя с новой элементной базой.
К существенному росту энергии генерации может привести также и дальнейшая оптимизация работы системы предыонизации. Поэтому проведение расчетов по оптимизации системы возбуждения лазера является целесообразным и может привести к росту величины энергии генерации до 5 Дж.
1.3.3. Расчёт параметров системы возбуждения широкоапертурного XeCl-лазера на основе LC-контура
Эквивалентная схема LC-контура, используемого для возбуждения ХеС1-лазера, представлена на рис 21. Здесь С1 ударная емкость накопителя, а С2 – емкость обострителя. Величины емкостей С1 и С2 определяются путем стандартных измерений в мостовых схемах. Однако, следует отметить, что эти данные являются точными при низких напряжениях, а при высоких их достоверность нуждается в проверке. Исследования показали, что конденсаторы типа К15-10, используемые в обострителе, имеют постоянную величину емкости примерно до 20 кВ. В пределах 20-27 кВ их емкость уменьшается на 10%. При напряжении свыше 27 кВ конденсаторы этого типа становятся существенно нелинейными, что приводит к снижению энергии запасаемой в обострительной емкости и соответственно уменьшает энерговклад в разряд.
Далее при помощи делителя напряжения и пояса Роговского регистрируют импульсы напряжения и тока на емкости С2, при отсутствии разряда в лазерной камере, то есть в режиме холостого хода. Для обеспечения режима холостого хода лазерная камера наполнялась азотом при давлении несколько атмосфер. Из полученных осциллограмм определяют величины индуктивности L1 и сопротивления R1 контура перезарядки накопительной емкости на обострительную.
По осциллограммам тока через разрядный промежуток I2 и напряжения U2 на обострительной емкости, величины L2 и R2 измеряют по следующей методике. По осциллограммам напряжения на обострительной емкости определяется период колебаний и величину затухания. Далее разрядному контуру сопоставляется C2L2R2-цепочка с постоянным значением R2. Зная затухание и период колебаний напряжения на обострителе можно определить L2 и R2 по хорошо известным формулам. Аналогичным способом эти величины можно получить и по осциллограмме тока. Следует отметить, что такой способ определения L2 и R2 является приближенным и его точность растет по мере уменьшения отношения L2/L1. Как показывают результаты приведенных ниже расчетов, при L2/L1
10 ошибка составляет ~10%, при L2/L13 ошибка может достигать уже 30%. Объяснить этот факт можно из простых физических соображений. После пробоя разрядного промежутка система возбуждения лазера представляет собой систему из двух связанных LCR-контуров. В обозначениях рис.21 первый контур образован элементами C1, L1, R1, L2, R2, а второй контур элементами C2, L2, R2. Коэффициент связи между контурами зависит от величины L2 и R2 (общих элементов контуров). По мере роста величины L2 коэффициент связи увеличивается. В результате взаимодействия контуров происходит расщепление собственной комплексной частоты каждого контура на две. Например, собственная частота второго контура ν2 расщепляется на ν22=ν2+Δν2 и на ν11=ν1+Δν1 (ν1–собственная комплексная частота первого контура, Δν1 и Δν2 – частоты смещения). При этом, чем больше величина коэффициента связи тем больше смещение. Для используемой системы возбуждения, как показывают расчеты, практически всегда можно пренебречь величиной Δν1, но величину Δν2 надо учитывать.
Поэтому для более точного определения величин L2 и R2 была использована следующая система уравнений, описывающая процессы возбуждения лазера после пробоя межэлектродного промежутка
(20)
Эта система уравнений решается аналитически стандартными методами решения линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами при следующих начальных условиях:
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19