В работе осуществлялась одновременная регистрация энергии, длительности и формы импульса генерации, временного поведения разрядного тока и напряжения, спектрального состава излучения. Излучение лазера с помощью двух кварцевых пластинок делилось на три пучка (рис. 2.). Основной пучок, содержащий 85% энергии генерации направлялся в калориметр ИМО-2Н. Так как сечение лазерного пучка (3,5 х 2) см2 было больше диаметра входного окна ИМО-2Н, то лазерный пучок подфокусировался кварцевой линзой (Л) с фокусным расстоянием 600 мм. В некоторых экспериментах регистрировалось распределение энергии по сечению пучка генерации и суммированием определялась полная энергия излучения. Для контроля калориметров ИМО-2Н применялось образцовое средство измерения энергии и мощности ОСИЭМ. Измерение энергии генерации проводилось путем усреднения 10 экспериментальных значений. Для исключения ошибок каждая серия повторялась дважды. Во избежание старения рабочей смеси эксперименты проводились с ограниченным числом импульсов генерации, после чего смесь менялась. Второй пучок, отделенный кварцевой пластинкой (П1), направлялся в спектрограф СТЭ-1. Третий пучок, от кварцевой пластинки (П2), попадал на вакуумный фотодиод ФЭК-22 СПУ, сигнал с которого подавался на осциллограф. Перед фотодиодом устанавливались ослабители (О). Измерение электрических и оптических сигналов производилось шестилучевым осциллографом 6ЛОР-04. Он позволял одновременно регистрировать до шести однократных быстропротекающих процессов с их взаимной временной привязкой. Погрешность осциллографа как по оси времени, так и по оси процесса составляла ±5% на диапазон. Большинство измерений было произведено при развертках 250 нс и 500 нс, при этом погрешность составляла ±12,5 нс и ±25 нс соответственно.

Напряжение на обострительной емкости регистрировалось с помощью резистивного делителя, содержащего высоковольтное R5 и измерительное R6 плечо (см. рис.1.). Измерительное плечо равнялось 75 Ом. Высоковольтное плечо выбиралось таким, чтобы амплитуда исследуемого сигнала, поступающего на отклоняющие пластины осциллографа, соответствовала диапазону линейного изменения чувствительности.

Измерения разрядного тока проводились в основном поясом Роговского, хотя применялись в отдельных случаях и шунты. Пояс Роговского представлял собой торроидальную катушку внешним диаметром 40 мм и внутренним 6 мм, калиброванную на образцовом разрядном контуре. Пояс располагался на одном из вводов излучателя у заземленной шины.

Разработанная экспериментальная установка, позволяла проводить исследование систем возбуждения и предыонизации эксимерных лазеров и их макетирование, оптимизацию их параметров и поиск эффективных режимов возбуждения, а также исследовать влияние компонентного состава активной среды и ее давления на выходные характеристики генерации. Используемый в установке макет эксимерного лазера, благодаря секционированию элементов, позволял производить оперативную смену типа системы возбуждения и регулировку их параметров, изменять условия и режимы коммутации, управлять задержкой между основным разрядом и предыонизацией. Это позволило провести сравнительные исследования влияния различных факторов на работу эксимерных лазеров при одинаковых условиях.

Следует отметить, что система регистрации, созданная для исследования описанного выше макета электроразрядного эксимерного лазера, является универсальной. Она использовалась для работы с рядом других макетов и экспериментальных образцов электроразрядных эксимерных лазеров. Причем это осуществлялось путем простого переключения датчиков системы регистрации на исследуемый объект. Обработка результатов исследований осуществлялась с использованием компьютеров.

Эксперименты, результаты которых представлены ниже, проведены на рабочей смеси Nе:Хе:НС1 (3040:15:1) при давлении 4 атм и зарядном напряжении Uо = 34 кВ. Состав рабочей смеси и ее давление были выбраны после предварительной оптимизации.

1.1.3. Исследование влияния типа предыонизации активной среды на генерационные характеристики ХеС1-лазера

1.1.3.1. Предыонизация с отдельным контуром возбуждения

В настоящем разделе представлены результаты исследования влияния задержки между основным разрядом и разрядом предыонизации на энергию генерации мощного XeCl-лазера, а также результаты оптимизации параметров контуров возбуждения разряда с емкостной и искровой предыонизацией.

В лазерах на галогенидах инертных газов предыонизация разрядом, ограниченным диэлектриком, имеет потенциальные преимущества, поскольку по сравнению с предыонизацией искрой или скользящим разрядом, она в меньшей степени разлагает активную смесь и тем самым продлевает срок ее службы [10]. Кроме того, обеспечивается более однородная подсветка УФ-излучением основного разрядного промежутка по сравнению с искровой предыонизацией. Однако меньшая по сравнению с сильноточной искрой эффективность образования УФ-излучения и ограниченный ресурс работы диэлектрика, сдерживают широкое применение этого вида предыонизации. Это приводит к тому, что в большинстве электроразрядных эксимерных лазеров, выпускаемых серийно, применяется, как правило, искровая предыонизация. Таким образом, увеличение эффективности и ресурса работы предыонизации за счет разряда, ограниченного поверхностью диэлектрика, является актуальной задачей при разработке и создании мощных электроразрядных эксимерных лазеров.

На рис.4,а представлены типичные осциллограммы тока разряда емкостной предыонизации (1) напряжения на обострительной емкости С0 (2), тока основного разряда (3) и импульса генерации (4) с взаимной временной привязкой. Анализ осциллограмм тока в цепи предыонизации показывает, что разряд Спр на емкость, образованную диэлектриком на поверхности ЭП - Сд через разрядный промежуток сетчатый катод-поверхность пленки ЭП носит колебательный характер с периодом Т~ ~ 70 нс. Это указывает на то, что активное сопротивление разрядного контура LпрCпр значительно меньше волнового сопротивления. При таком режиме ввода энергии максимальная амплитуда напряжения Uд, возникающего на диэлектрике электрода предыонизации, близка к удвоенному зарядному напряжению на Спр, что накладывает жесткие требования на материал диэлектрика.

На рис.4,б приведены зависимости энергии генерации XeCl-лазера от величины задержки между началом основного разряда и началом разряда предыонизации. Кр. 1 соответствует резонатору с зеркалом с А1 покрытием, а кр. 2 – с многослойным диэлектрическим (Rотр ~100%) и были получены на системе возбуждения типа LC-инвертор (рис.1б). Кр.3 соответствует системе возбуждения типа LC-контур (рис.1а). Параметры контура возбуждения предыонизации: Lпр = 50 нГн, Спр = 6 нФ. Как видно оптимальная задержка начала тока основного разряда составляет ~100 нс. Ее уменьшение приводит к резкому снижению эффективности генерации и значительному росту неоднородности разряда. При малых задержках концентрация свободных электронов в межэлектродном промежутке к моменту начала основного разряда мала, что является причиной неоднородного разряда, низкой энергии генерации и ее нестабильности. Увеличение задержки выше оптимального значения, также сопровождается резким снижением энергии генерации, что обусловлено следующими процессами. Во-первых, предыонизация осуществляется наиболее жесткой составляющей излучения емкостного разряда, которая обладает относительно высокой интенсивностью в течение первых 100-150 нс, т.е. на стадии формирования и развития разряда. Во-вторых, поток проникающих электронов генерируется при наличии высокой напряженности электрического поля, которая существует только на стадии формирования разряда предыонизации. В третьих, разряд предыонизации существует до тех пор, пока потенциалы на поверхности пленки и на Спр не сравняются. Из осциллограмм (рис.4,а) следует, что через ~ 0,5 мкс потенциалы Спр и поверхности пленки выравниваются и разряд фактически прекращается. В четвертых, происходит уменьшение концентрации электронов из-за рекомбинации и прилипания.