Для описания данного нестационарного разряда могут быть использованы формулы (16-19), но только до момента времени, когда ток достигает максимальной величины [12]. 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 (см. рис.12, в и г). 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 (см. рис.12,г). Таким образом, рост энергии генерации с увеличением С0 при L1=23 и 33 нГн (см. рис.12,б,в) происходит благодаря росту мощности энерговклада в течение первого импульса тока разряда. Отсутствие роста энергии генерации с увеличением С0 при L1=11нГн (рис.10, а) 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 (см. рис.11,б).

На рис.13 представлены зависимости энергии генерации ХеСl- лазера от величины накопительной емкости С1 при L1=11 нГн и C0=3,6 нФ (кр. 1), 25 нФ (кр. 2), 70 нФ (кр. 3), без C0–кр. 4. Использовалась рабочая смесь того же состава при общем давлении 4 атм. и зарядном напряжении 40 кВ. Как видно, с увеличением С1 выходная энергия лазера возрастает и имеет тенденцию к насыщению при всех значениях С0 (кр. 1-3). Аналогичные зависимости были получены при L1=23нГн, однако энергия генерации в этом случае была в 1,5 раза меньше. Такое поведение кривых связано в первую очередь с конечной длительностью однородного объемного разряда. Как только длительность объемной стадии разряда становиться меньше времени разряда накопительных емкостей, крутизна кривых уменьшается, так как не вся запасенная энергия идет на полезный энерговклад. Дальнейший слабый рост энергии генерации обусловлен возрастанием мощности энерговклада за счет увеличения С1.

Исследовалась также зависимость работы лазера от величины зарядного напряжения при L1=11 нГн, С1=300 нФ и С0=3,6 нФ (кр.1), 25 нФ (кр.2), 37 нФ (кр.3), 70 нФ (кр.4), без С0 (кр.5) (см. рис.14). Во всех случаях наблюдается рост энергии генерации ХеС1-лазера с возрастанием U0. Причем максимальная энергия генерации – 1,7 Дж (кр. 1) достигается при минимальном значении обострительной емкости С0=3,6 нФ. Без обострительной ёмкости эффективность генерации значительно меньше (кр.5).

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.

Анализ публикаций последнего времени показывает, что полученные результаты имеют практическую реализацию в мощных электроразрядных эксимерных лазерах, где энергия генерации ≥10 Дж и КПД ~ 4% достигается при возбуждении лазера сдвоенным разрядом [15,40-42].

1.3. Система возбуждения широкоапертурного XeCl-лазера

1.3.1. Описание экспериментальной установки.

Конструкция лазерной камеры и электрическая схема системы возбуждения лазера [43] представлена на рис.15. Лазерный излучатель 5 изготовлен из фторопластовой трубы с внутренним диаметром 180 мм и толщиной стенок 10 мм. Оба конца трубы снабжены герметичными фланцами из нержавеющей стали, на которых расположены зеркало с Al-покрытием и кварцевая пластина, образующие лазерный резонатор. Внутри лазерного излучателя находятся два основных электрода 1 и 2. Эти электроды идентичны, изготовлены из нержавеющей стали и перфорированы с прозрачностью 50%. Для предыонизации активной среды в межэлектродном промежутке используется УФ-излучение разряда, ограниченного поверхностью диэлектрика. Для этого служат одинаковые электроды 3 и 4, изготовленные из металла и покрытые восемью слоями лавсановой пленки толщиной 50 мкм каждый.

Эквивалентная схема системы возбуждения состоит из двух последовательно соединенных LC-контуров. Первый контур содержит конденсатор С11 и разрядник РУ1, а второй контур - конденсатор С12 и разрядник РУ2. Емкости контуров заряжаются от разнополярного источника питания соответственно до напряжений (+U0) и (-U0) через балластные сопротивления R1 и R2. При этом величина накопительных емкостей составляет С11 = С12 = 300 нФ, а величина обострительной емкости С2 = 160 нФ. При срабатывании разрядников РУ1 и РУ2 два последовательно соединенных LC-контура перезаряжаются на обострительную емкость С2. Так как ударная емкость двух последовательно соединенных LC-контуров составляет С1 = С11/2 = С12/2 = 150 нФ, то при С1 ~ С2 система возбуждения может работать в режиме полной перезарядки накопительных емкостей С11 и С12 на обострительную емкость С2. При этом между лазерными электродами 1 и 2 на холостом ходу формируется импульс напряжения с амплитудой U = 2U0. Предыонизация межэлектродного промежутка при работе лазера осуществляется автоматически за счет ультрафиолетового излучения емкостных разрядов, происходящих соответственно между электродами 1-3 и 2-4, вспомогательные электроды 3 и 4 покрыты диэлектриком и заземлены.

Накопительные емкости С11 и С12 выполнены на частотных конденсаторах КМЧ 50-01 (емкость 100 нФ; 50 кВ), а обострительная емкость С2 набиралась из конденсаторов серии К15-10 (3,3 нФ; 30 кВ) и равномерно распределялась вдоль лазерных электродов. Конструктивно емкости С11 и С12 представляют собой каждая по три параллельно соединенных конденсатора КМЧ, и они расположены вдоль лазерного излучателя. Коммутаторы РУ1 и РУ2 представляют собой соответственно по три параллельно соединенных разрядника РУ65, каждый из которых коммутирует один из конденсаторов КМЧ. Такая компановка системы возбуждения обеспечивает минимальные индуктивности ее токоподводящих шин и облегчает проведение исследования различных режимов ее работы.