СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Условия возбуждения широкоапертурного ХеС1-лазера со средней мощностью излучения 1 кВт

2. Эффективная предыонизация в ХеС1-лазерах

3.Возбуждение эсимерного KrF-лазера оптическим разрядом в поле ИК лазерного излучения

Заключение Список использованных источников

1. Условия возбуждения широкоапертурного ХеС1-лазера со средней мощностью излучения 1 кВт.

Для ряда перспективных применений эксимерных лазеров требуются как высокая средняя мощность, так и значительная энергия в импульсе. В частности, созда­ние ХеС1-лазера мощностью 1 кВт является одной из задач Европейской программы EUREKA. В рамках этой программы немецкой фирмой Лямбда Физик был создан XeCl-лазер со средней мощ­ностью излучения ~750 Вт при энергии в импульсе ~ 1.5 Дж. Система питания лазера включала в себя LC-инвертор и звено магнитного сжатия. Недавно был сделан XeCl-лазер, в котором средняя мощность 1 кВт была достигнута при энергии в импульсе 10 Дж. Позже такой же уровень средней мощности был получен в ХеС1-лазере, созданном французской компанией Сопра при практически аналогичных параметрах лазерного излу­чения (энергия в импульсе 10 Дж при частоте повторения ~ 100 Гц).

Ранее накачка лазера осуществлялась с по­мощью LC-инвертора, но без цепи магнитного сжатия. В коммутатором LC-инвертора служили 6 тиратронов, работающих параллельно. Высокие (свыше 10 Дж) энергии в схеме с классическим LC-инвертором можно получить лишь при увеличении как давления, так и зарядных напряжений LC-инвертора. Однако повышать давление в газодинамическом контуре лазера крайне невыгодно из-за резко возрастающих требований к прочностным характеристикам лазера и системе прокачки газа. Ис­пользовать слишком высокие напряжения (свыше 30 кВ) также невыгодно, поскольку в этом случае необходимо применять дорогие и не отличающиеся высокой надеж­ностью высоковольтные коммутаторы.

В этом пункте определены условия накачки мощного XeCl-лазера, при которых высокая энергия (~ 10 Дж) при частоте следования ~ 100 Гц, может быть достигнута при умеренных давлениях (до 5 атм.) и за­рядных напряжениях (~ 30 кВ).

Модернизированная система накачки лазера содер­жала два параллельно соединенных генератора импульс­ных напряжений, состоящих из двух последовательно соединенных LC-инверторов. Такая система накачки позволяет получать импульсное напряжение с амплиту­дой 100 кВ при зарядных напряжениях лишь 25 кВ и использовать для коммутации импульсов с частотой повторения ~ 100 Гц недорогие, надежно работающие тиратроны. Система также включает в себя звено сжатия импульса на основе магнитного ключа и импульсно заряжаемые конденсаторы, подключенные к электро­дам лазера с минимальной индуктивностью L к 25 нГн. Суммарная емкость конденсаторов равна суммарной емкости генератора импульсных напряжений «в ударе» и составляет 100 нФ. Магнитный ключ выполнен в виде насыщаемого малоиндуктивного цилиндрического одновиткового дросселя с сечением сердечника ПО см2, изготовленного на основе ленты шириной 20 мкм из металлоаморфного сплава 2НСР с индукцией насыщения Bs= 1.4Тл.

Поскольку при длительной работе эксимерного ла­зера в импульсно-периодическом режиме энергия гене­рации снижается из-за выработки НС1, неизменная сред­няя мощность эксимерного лазера обычно поддержи­вается за счет повышения зарядного напряжения U схе­мы накачки. Затем, при достижении максимально допу­стимого значения uq, производится регенерация газовой смеси и долговременный цикл работы повторяется. Таким образом, для поддержания средней мощности излучения лазера неизменной необходимо иметь запас по энергии генерации лазера при максимально допусти­мом £0. В связи с этим был предпринят поиск условий, обеспечивающих получение энергии генерации свыше 10 Дж в широком диапазоне зарядных напряжений, не пре­вышающих 30 кВ и соответствующих надежному долго­временному режиму работы тиратронов.

На рис.1 представлены зависимости разрядного напряжения С/2 (кривые 1, 2) и амплитуды напряжения С/1 (кривая 3) на выходе генераторов импульсного напря­жения от С/о. Прямая 6 показывает величину 4 С/о, которая соответствует максимально возможным значениям C/i и С/2. Кривыми 4 и 5 обозначены зависимости коэффи­циента k передачи запасенной в генераторах импульс­ного напряжения энергии в импульсно заряжаемую емкость С. На рис.1 видно, что с ростом С/о амплитуда генератора U сохраняет максимально возможное значе­ние 4С/о вплоть до С/о ~ 23.5 кВ. Однако при этом ампли­туды С/2 напряжения на разряде существенно отличаются от максимально возможного значения 4С/о (кривые 1, 2). Для d = 8 см это обуславливает достаточно малый коэф­фициент передачи энергии k = 0.56 (кривая 4), которому соответствует энергия генерации Е = 5.3 Дж и КПД ц = 1.3% (рис.4, кривые 2). Увеличение d до 9 см приводит к возрастанию амплитуды разрядного напряжения (кривые 1, 2) и повышению коэффициента передачи энергии до k = 0.7 (кривая 5), что влечет за собой рост энергии генерации до 7.5 Дж и КПД до 1.65% (рис.4, кривые 3).

Экстраполяция полученных результатов показывает, что если дальше увеличивать межэлектродное расстоя­ние лазера d до 10.6 см, то энергия генерации Е « 10 Дж может быть получена с ц = 2.2% и k = 0.9 при зарядном напряжении всего лишь 23.5 кВ, что существенно расши­ряет возможности поддержания киловаттного уровня мощности излучения при длительной работе лазера.

k

Рис.1. Зависимости амплитуд напряжения на разрядном промежутке лазера (1, 2) и генератора импульсных напряжений (3), а также коэффициента передачи энергии генератора в импульсно заряжае­мую емкость С (4, 5) от зарядного напряжения для d = 8 (1, 4) и 9 см (2,5);б-4£/0. сокращается с 240 до 190 не. Таким образом, энергия генерации существенно повышается при увеличении ско­рости перекачки энергии в импульсно заряжаемую ем­кость С. Однако поскольку время полной перекачки энергии из генераторов импульсного напряжения в ем­кость С фиксировано и равно 300 не, это сопровождается уменьшением k (кривая 5, рис.5) и соответственно ц (кривая 3, рис.4,6).

Требуемого для увеличения энергии генерации значи­тельного повышения С/о, сопровождаемого снижением КПД, можно избежать при дополнительном сжатии импульса накачки. Анализ полученных результатов по­казывает, что введение дополнительного звена сжатия на основе магнитного ключа позволит получить при d = 10.6 см энергию генерации Е = 14 Дж с ц « 2.3% при С/о = 27.5 кВ. Это является одной из задач про­граммы реализации долговременной устойчивой работы XeCl-лазера со средней мощностью излучения 1 кВт.

Таким образом, нами исследованы характеристики широкоапертурного XeCl-лазера киловаттного уровня средней мощности (10 Дж, 100 Гц) с модернизированной системой питания в виде последовательно соединенных LC-инверторов и магнитного звена сжатия импульса, отличающейся пониженными зарядными напряжениями (С/о < 30 кВ). На основе анализа условий возбуждения активной среды лазера рассмотрена возможность реали­зации режима с выходной мощностью 1 кВт, обеспечи­вающего поддержание неизменного уровня мощности лазера при долговременной работе.