XeCl* + He ® Xe + He + Cl (19)

XeCl* + Xe ® 2Xe + Cl (20)

XeCl* + HCl(v) ® Xe + HCl + Cl (21)

Наиболее важной, по крайней мере, при низком давлении, является прямое тушение в столкновениях с галогеносодержащими молекулами (19). Константа скорости такой реакции достаточно высока, т. е. тушение происходит при каждом столкновении. Для типичной газовой смеси время тушения 10 нс. Столь быстрое тушение электронно-возбужденных молекул наблюдается давольно часто и связано с передачей энергии тушащей молекуле [7].

Прямое тушение молекул ХеСl* в столкновениях с атомами инертных газов (9) представляет собой значитель более медленный процесс. Однако при высоком давлении возбужденные галогениды эффективно тушаться при столкновениях с атомами инертных газов с образованием трехатомных молекул.

7.Реакции с излучением. Вот некоторые из них:

XeCl* + hn ® Xe + 2hn (22)

Cl- + hn ® Cl +e (23)

He* + hn ® He+ + e (24)

HeXe + hn ® Xe+ + He (25)

8.Реакции с примесями, например:

HCl + O2 ® 4ClO2 + 2H2O (26)

Xe* + O2 ® XeO (27)

Xe* + H2O ® XeO + H2 (28)

Они обусловлены тем, что несмотря на строгие требования к чистоте газов, газовая смесь может содержать до 1% О2,N2 H2,CO2,H2O. Вода является главной вредной примесью в газовых смесях эксимерных лазеров. Из одной молекулы фтора получается 4 молекулы агрессивного фтороводорода:

F2 + 2H2O ® 4HF + O2 (29)

Кроме вышеприведенных реакций в плазме протекает еще значительное количество побочных, которые в основном уводят энергию из основного канала. Все полезные возбужденные состояния достаточно короткоживущие, дополнительно тушатся при взаимных столкновениях и столкновениях с другими образованиями в плазме. Тем не менее, можно считать, что основные реакции, приводящие к образованию возбужденных галогенидов инертных газов, протекают достаточно быстро и эффективно. Учитывая все эти процессы, а так же потери в схеме возбуждения, можно оценить, что в реальных устройствах в образованиe молекул ХеСl, в лучшем случае вкладывается только 8-10% энергии, запасенной первоначально в накопительных емкостях [7].

1.3. Формирование объемного однородного

разряда в активной среде ЭЭЛ

В образовании эксимерных молекулы ХеСl участвуют атомы Хе, молекулы НСl на возбужденных колебательных уровнях и ион Сl.- Возбуждаются и образуются все эти компоненты в электрическом разряде, в балластном газе Не или Ne при высоком давлении. Оптимальная напряженность поля при давлениях 1-5 атм составляет 103-105 В/см. Длина же активного объема должна быть порядка 10-100 см для получения эффективного усиления. Чтобы обойти эту проблему создания устройств с рабочим напряжением более 1000 КВ применяется поперечный разряд, при котором излучение распространяется поперек возбуждающего тока. Наиболее перспективными для накачки эксимерных лазеров является поперечный разряд, при котором в объемной стадии реализуются мощности накачки порядка 1 МВт/см3, при давлении рабочей смеси порядка одной атмосферы [1].

При разрядке емкостного накопителя на разрядный промежуток можно выделить на осциллограмме напряжения три характерных участка:

1. Предпробойная стадия, длительность которой составляет обычно 50-100 нс. В этой стадии напряжение на промежутке увеличивается и перед пробоем в несколько раз превышает статическое пробивное. За счет предварительной ионизации на этой стадии начинает формироваться объемный разряд .

2. Стадия быстрого спада напряжения - ее длительность порядка 10 нс. Во время этой стадии ток через промежуток увеличивается на несколько порядков, а напряжение уменьшается (от превышающего статически пробивное, до напряжения в несколько раз меньшего статического пробивного). В течение этой стадии заканчивается формирование объемного разряд.

3. Квазистационарная стадия, длительность которой зависит от многих параметров и может превышать 1 мкс. При разряде в инертных газах из-за влияния процессов ступенчатой ионизации напряжение в квазистационарной стадии существенно ниже статического пробивного, тогда как в азоте это напряжение приблизительно равно статическому пробивному [1] .

На практике, первая трудность с которой мы сталкиваемся – создание однородного разряда вдоль всей длинны электродов. Неоднородность, стримеры в разряде, во-первых, вносят искажения в оптическую плотность газа и в таких условиях очень затруднительно получить лазерный луч хорошего качества. Во-вторых, в точках пространственной неоднородности очень быстро достигается высокая температура плазмы, нарушаются условия образования эксимерных молекул и инверсной заселенности. В-третьих, проводимость каналов стримеров очень высока и растет лавинообразно. Поэтому рассогласование импедансов схемы возбуждения и нагрузки, т. е. плазма разряда, достигается значительно раньше, чем энергия будет вложена в эту плазму. Даже в случае успешного поджига разряда, идеальной его однородности характер разряда таков, что ведет к лавинообразному образованию носителей заряда и далее к резкому падению сопротивления. Поэтому в лазерах с самостоятельным зарядом пытаются создать условия, при которых энергия вкладывается в плазму в течении очень коротких времен, порядка 10-20 нс., пока сопротивление плазмы достаточно велико.

Существует два механизма превращающих непроводящий газ между электродами в хорошо проводящую плазму. Это классический пробой Таунсенда и стримерный пробой.

Время установления самостоятельного разряда по Таунсенду равно времени пробега ионов от анода к катоду. Для 4-х сантиметрового промежутка это время составляет порядка 10-4 с., т. е. за это время разряд становится самостоятельным за счет ионной бомбардировке катода. Если же положительную связь устанавливает фотоэмиссия с катода, то это время составляет величину порядкa 10-6 с.

Стримерный пробой развивается значительно быстрее. Стример развивается под действием сильного поля объемного разряда из одной или нескольких лавин, локализованных в пространстве. Объемный заряд образуется вследствие относительно низкой подвижности положительных ионов по сравнению с электронами. В некоторой критической точке, где поле пространственного заряда становится сравнимым с приложенным, начинает формироваться стример. После коллапса отрицательного заряда на аноде в прилегающей области остается положительный пространственный заряд, который дает начало стримеру, направленному к катоду. Оба стримера движутся значительно быстрее, чем электроны в поле, приложенном к разрядному промежутку. Увеличение скорости происходит вследствие усилeния поля пространственным зарядом, напряженность поля которого значительно больше приложенного к электродам. Электроны, образованные в окружающем газе сильным полем хвоста стримера, втягиваются в ствол начальной лавины, что ведет к еще большему росту числа носителей. Когда отрицательно заряженная голова движется к аноду, она оставляет за собой положительно заряженный хвост, который тоже растет и ускоряется, пока анод и катод не окажутся соединенными плазменным шнуром. Теоретически время установления самостоятельного разряда благодаря стримерному пробою составляет 2*10-6 для 4-х сантиметрового промежутка. На практике стримерный пробой развивается за время порядка 10-9 с. из-за нелинейного роста числа носителей в каналах лавин [7].