Итак, стримеры развиваются слишком быстро и разрушают однородность плазмы. Для устранения этого эффекта применяются различные методы предионизации. В начальной стадии в межэлектродном пространстве образуется некоторое количество электронов, дающие начало перекрывающимся лавинам. Сильное перекрытие голов лавин не только выравнивает результирующую плотность плазмы, но и сглаживает локальные градиенты поля пространственного заряда, что полностью тормозит образование стримеров.

Данная модель достаточно груба, так как в ней не учитывается конечная скорость нарастания поля на электродах. В реальных устройствах она значительно меньше скорости образования стримеров. Тем не менее качественную картину эта модель описывает правильно.

Объемный разряд при повышенных давлениях формируется только при многоэлектронном инициировании. Условие формирования однородного разряда при повышенных давлениях можно сформулировать следующим образом. Во-первых, необходимо, чтобы начальная концентрация электронов, создаваемых внешним ионизатором была ne0>r1/3, где r критический радиус головки электронной лавины, при достижении которой начинает формироваться стример. Во-вторых, из-за того что предыонизатор обычно действует ограниченное время и начальные электроны из-за дрейфа уходят из слоя около катода толщиной х, необходимо, чтобы х < r. Тогда удается избежать формирования стримера из-за недостаточного перекрытия лавин в обедненном электронами слое у катода. Таким образом применение предыонизации позволяет создавать начальные электроны в газовом объеме и (или) на катоде, из которых развиваются электронные лавины а при перекрытии отдельных лавин (скорость развития лавин зависит от приложенного электрического поля) формируется однородный разряд при повышенных давлениях. Но даже в случае создания оптимальных условий (быстрое нарастание напряжения, достаточное количество электронов предионизации) самостоятельный разряд в плазме принципиально неустойчив из-за лавинообразного роста плотности носителей и сильной нелинейности вольт-амперной характеристики. Это обстоятельство ставит ряд проблем при создании конкретных систем возбуждения.

Длительность объемной стадии разряда при повышенных давлениях определяется многими факторами (удельный энерговклад, состав и давление смеси, профиль, материал и состояние поверхности электродов и т. д. ) однако причиной контракции разряда, как правило, является катодная неустойчивость [6].

1.4.Генерационные характеристики электроразрядных эксимерных лазеров с возбуждением LC–инвертора

В настоящее время получена на двухатомных эксимерных молекулах: XeF*, KrF*, ArF*,XeBr*, XeCl*, KrCl*, ArCl*, KrBr*, XeI*, а также на трехатомных. Диапазон длин волн, на которых получена генерация простирается от видимого спектра (500 нм), до вакуомного ультрофиолета (175 нм). Спонтанное излучение также наблюдалось на большом количестве двухатомных и трехатомных молекул галогенидов благородных газов: (NeF*, NeXeBr*, и др.). Некоторые из них также будут использованы для получения стимулированного излучения.

XeCl-лазер.впервые о получении генерации на эксимерных молекулах сообщалось еще в 80х годах [2]. Генерация наблюдалось при возбуждении пучком электронов с энергией 300 кэВ и плотностью тока пучка 150 А/см смеси Ar-Cl2-Xe, в лазерной камере с активной средой, длина которой, 15 см. Максимальная энергия излучения составила примерно 50 мкДж, при очень низкой эффективности. Использование более мощной установки с параметрами электронного пучка Т=1,2МэВ, i=142кА, t=50 нс, не дало существенного изменения энергии излучения. В тоже время, энергия излучения на молекулах KrF*и XeF*,полученная на этой установке, была на несколько порядков больше. Впервые высокая эффективность эксимерного лазера была показана после подбора хлорносителя как при вовозбуждении пучком электронов, так и при комбинированной накачке [17]. Наибольшие энергии излучения достигались в смеси Ar-Xe-CCl4.Были построены зависимости удельной энергии излучения (r), длительности излучения (t) и времени задержки импульса излучения относительно накачки (t) от давления рабочей смеси [6].А также зависимости удельной энергии излучения и КПД от плотности тока пучка. Была получена удельная энергия излучения до 10 нДж/см а КПД около 4%. Время запаздывания импульса излучения относительно накачки не превышало 5 нс, при давлении 4 атм Максимальные КПД достигались при плотности тока » 75А/см,а при дальнейшем ее увеличении, КПД лазера уменьшался. XeCl-лазер эффективно работает при возбуждении микросекундным электронным пучком смеси на длине волны 308 нм, при давлении 4 атм.;была получена удельная энергия излучения 3 мДж/с и КПД ~5%.

Эффективная генерация на молекулах XeCl* при накачке микросекундным электронным пучком достигается в смеси Ar-Xe-CCl.При использовании поперечной схемы накачки энергия излучения была равной 100Дж, удельная энергия до 10 нДж\см и КПД до 4%. А при использовании буферного газа аргона и широкоаппертурного резонатора при малых мощностях накачки , энергия излучения на атомарных переходах ксенонам может превышать энергию излучения XeCl*.

XeCl-лазер эффективно работает при комбинированной накачке. Это вытекает при изучении зависимости энерговклада, удельной энергии излучения и КПД относительно суммарной энергии, вложенной в газ пучком и разрядом от зарядного напряжения емкостного накопителя.

Основным каналом образования молекул XeCl* является ионная рекомбинация ионов Xe*, Xe*и отрицательных ионов Cl.

Отметим, что рабочие смеси XeCl-лазера с галогеноносителем HCl имеют наибольший ресурс работы из всех эксимерных лазеров.

2.Теоретический расчет схемы накачки электроразрядного эксимерного лазера, выполненной по типу LC-инвертора

2.1. Описание схемы LC-инвертора

Известно, что для эксимерных лазеров требуется относительно высокий уровень интенсивности накачки. В электроразрядных эксимерных лазерах интенсивность накачки составляет от нескольких десятых до нескольких единиц МВт/см3 причем, для различных типов эксимерных лазеров оптимальные значения этого параметра, определяемые с точки зрения максимальной эффективности накачки существенно различны.

При прочих равных условиях возбуждения эксимерных лазеров оптимальная мощность энерговклада может зависеть от типа используемой электрической схемы возбуждения (LC-инвертор, емкостная перезарядка, системы с высоковольтным предимпульсом и т. д.).

В настоящей работе рассмотрена схема возбуждения элекроразрядного эксимерного лазера, выполненная по типу LC-инвертора. Данная схема (рис.3) имеет ряд преимуществ. К ним относят возможность увеличение напряжения на разрядном промежутке, способствующего улучшению однородности разряда и повышения эффективности энерговклада в активную среду при небольших зарядных напряжениях, снижение нагрузки на коммутатор и повышение его срока службы, так как он не включается в цепь последовательно и через него не проходит вся запасаемая энергия.