В процессе проведения исследований энергия лазерного излучения измерялась калориметром ИМО-2Н. Для регистрации формы и длительности лазерного излучения использовался вакуумный фотодиод ФЭК-22 СПУ. Напряжение на обострительной емкости С2 измерялось с помощью резистивного делителя напряжения, собранного на сопротивлениях серии ТВО. Ток через обострительную емкость С2 регистрировался при помощи пояса Роговского. Сигналы с фотодиода, делителя напряжения и пояса Роговского подавались посредством кабелей на шестиканальный осциллографический измеритель 6ЛОР-04 и фотографировались.

1.3.2. Экспериментальное исследование зависимости параметров генерации щирокоапертурного ХеС1-лазера от величин обострительной и накопительной емкостей LC-контура

В данной части работы приведены результаты экспериментальных исследований зависимости энергии и длительности импульса генерации от величин обострительной и накопительной емкостей. Все измерения проводились при зарядном напряжении U0 = 30 кВ. В качестве буферного газа использовался как гелий, так и неон. При использовании гелия была выбрана смесь НС1 : Xe : Не = 1 : 6 : 2000 (при общем давлении 2,6 атм), а при использовании неона — НС1 : Xe :Ne = 1 : 6 : 2900 (при общем давлении 3,8 атм). При проведении экспериментов величина обострительной емкости изменялась в пределах 27-160 нФ. А величина накопительной емкости С11 = С12 бралось равной 100, 200 и 300 нФ.

Следует отметить, что, LC-контур как система возбуждения поперечного разряда в эксимерных лазерах привлекает внимание исследователей прежде всего вследствие своей простоты и высокой технологичности. При возбуждении разряда LC-контуром с импульсной зарядкой накопительных конденсаторов была получена выходная энергия ХеС1-лазера порядка десятков джоулей. Эти же исследования показали, что энерговклад в разряд до момента прекращения генерации (т.е. полезный энерговклад) составляет менее 1/3 от запасенной в накопителе энергии. Это указывает на неоптимальный выбор параметров цепи возбуждения и делает актуальной задачу исследования влияния параметров цепи возбуждения на характристики генерации.

Из рассмотрения электрической схемы на рис.15,а можно выделить два характерных режима работы лазера с возбуждением LC-контуром [44]. При равных или близких к друг другу величинах С11 = С12 и С2 после срабатывания коммутаторов РУ1 и РУ2 емкости С11 и С12 почти полностью перезаряжаются на С2. Возбуждения разряда в этом случае осуществляется в основном обострительной емкостью С2. Вторым характерным режимом является случай, когда возбуждение разряда осуществляется от накопительных емкостей С11 и С12, т.е. при этом обострительная емкость С2 отсутствует или на порядок меньше накопительной. Следует сразу отметить, что на нашей установке при использовании второго характерного режима работы LC-контура генерацию получить не удалось. Разряд визуально имел явно выраженный контрагированный характер. Это, по-видимому, обусловлено большой собственной индуктивностью конденсаторов КМЧ. Поэтому в работе основное внимание было уделено исследованию первого и промежуточного режимов работы системы возбуждения, построенной по схеме LC-контура.

На рис.15,б приведены типичные осциллограммы напряжения на обострительной емкости С2 в режиме холостого хода–1, в рабочем режиме 2, тока через обострительную емкость – 3 и импульса генерации 4. На рис.16 представлена зависимость энергии генерации лазера от величины накопительной и обострительной емкостей при использовании различных буферных газов.

Из рис.16,а видно, что максимальная энергия генерации наблюдается при определенном соотношении между величинами обострительной емкости и накопительных емкостей, а именно С2 = С11/2 = С12/2.

На рис.16,б максимум энергии генерации имеет место при С2 = 0,45 С11=0,45 С12 (в случае использования буферного газа неона).

Из анализа представленных на рис.16 результатов можно сделать следующие выводы. Существуют оптимальные соотношения между величинами обострительной емкости С2 и накопительной С11 = С12, т.е. оптимальная величина С2/С11, при которой достигается максимум энергии генерации при фиксированной величине накопительной емкости С11 = С12. При этом С2/С11 = 0,5 для буферного газа гелия и С2/С11 = 0,45 для буферного газа неона. Энергия генерации растет при увеличении емкости накопителя и максимальна при С11 = С12 = 300 нФ. А наибольшее значение КПД лазера достигает при значении накопительной емкости С11 = С12 = 50 нФ, и оно примерно в 1,5 раза выше, чем при С11 = С12.= 300 нФ. Это легко определить из рис.16. При переходе от кривых 1 к кривым 3 максимум энергии генерации падает примерно в 2 раза, а величина накопительной емкости уменьшается в 3 раза. Значит, КПД возрастает в 2 раза.

На рис.17 представлены типичные осциллограммы импульсов напряжения на обострительной емкости С2 , импульсов тока через обострительную емкость С2 и импульсов генерации, полученных при использовании буферного газа гелия на смеси НС1 : Xe : Не = 1 : 6 : 2000 при общем давлении 2,6 атм. и зарядном напряжении U0 = 30 кВ. На всех рисунках приводятся осциллограммы импульса тока, начиная с момента пробоя межэлектродного промежутка, так как именно этот участок используется при анализе работы системы возбуждения лазера.

Максимальная длительность импульса генерации по полувысоте составляла 60 нс и была получена при С11 = С12 = 300 нФ и С2 =79 нФ , а минимальная длительность генерируемого импульса равнялась 25 нс при С11 = С12 = 300 нФ и С2 = 160 нФ. Таким образом, при фиксированном значении накопительной емкости и уменьшении величины обострительной емкости длительность импульса генерации возрастает.

Из осциллограмм тока и напряжения видно, что полезный энерговклад в разряд осуществляет в основном обострительная емкость С2. Например, на рис.3. при переходе от С2 = 133 нФ к С2 = 160нФ энергия генерации растет от 0,39 Дж до 0,44 Дж. Из осциллограммы напряжения следует, что энергия, запасенная в обострителе в момент пробоя, растет в 1,13 раза. Рост энергии генерации происходит примерно во столько же раз: 0,44/0,39 = 1,13. Однако, такие простые рассуждения не всегда приводят к верным результатам. Так, при переходе от С2 = 79 нФ к С2 = 160 нФ энергия генерации растет от 0,26 Дж до 0,44 Дж. Из осциллограмм напряжения определяем, что энергия, запасенная в обострителе, наоборот, падает, примерно в 1,25 раза. Рост энергии генерации в этом случае обусловлен не увеличением энергии, запасенной в обострителе. Он вызван тем, что уменьшается волновое сопротивление контура разрядки обострителя на межэлектродный промежуток вследствие увеличения С2. А значит, улучшается согласование волнового сопротивления с сопротивлением межэлектродной плазмы. Об этом свидетельствуют осциллограммы токов. При С2 = 160 нФ колебания тока быстро затухают и основной вклад дает первый импульс тока. При С2 = 79 нФ затухание импульсов тока меньше и энерговклад дают и последующие импульсы тока, а это происходит уже после окончания генерации.