2.2 Исследование характеристик электроразрядного XeCl лазера

В экспериментах использовался электроразрядный XeClлазер серииEL-500-100 разработанный в ЛГЛ ИСЭ СО РАН. Частота включения лазера до 100 Гц и энергией в импульсе 500 мДж, при КПД 2.8 %. Принципиальная схема лазера представлена на рис 5.

Рисунок 5. Принципиальная электрическая схема лазера

Для накачки лазера использована типичная двухконтурная схема. Предыонизация разрядного промежутка осуществлялась УФ–излучением, которое возникало при срабатывании искровых промежутков установленных в электрической цепи. Конденсатор С₁ = 107.2нФ (состоит из конденсаторовTDKUHV-6A, 2700pF& 30kV) заряжается от источника постоянного напряжения доU₀=4кВ. В качестве коммутатора используется тиратрон ТПИ3-10k/25. Оптимальное значение индуктивности первого контураL₁ = 100 нГ позволяет обеспечить эффективную перезарядку первого конденсатора на второй за сравнительно большое время ~150 нс. Конденсатор во втором контуре С₂=72нФ (состоит из конденсаторовTDKUHV-6A, 2700pF& 30kV) разряжается через плазму и обеспечивает накачку активной среды. Компоновка лазерной камеры и конденсаторов С₂позволяет достигнуть малой индуктивностиL₂= 4нГ, что обеспечивает малую длительность импульса накачки и большой ток в плазме до 65 кА.

Электроды, длина которых составляет 65 см, выполнены с радиусом закругления 4 см. Расстояние между ними - 2.5 см. Эффективная ширина разряда - 1 см. Использовалась газовая смесь Ne/Xe/HCl= 800/8/1, при полном давлении 3,8 атм.

Энергия генерируемого импульса излучения составляет 50050 мДж, длительность импульса на уровне половины его мощности - 30 нс. Размеры лазерного пучка в поперечном сечении 10х26 мм. Длина волны излучения  308 нм.

Длина резонатора 100 см, зеркало отражающее R₁ = 0,99, выходное зеркало R₂ = 0,08.

Рисунок 6. Фотография лазера EL-500-100

Технические характеристики эксимерного лазера EL-500-100

Наибольшая потребляемая мощность 5 кВт.

Зарядное напряжение на накопительной емкости

составляет 22-24 кВ.

Лазер работает на смеси Ne:Xe:HCl - 800:8:1,

находящейся под абсолютным давлением 3.8 атм.

Энергия генерируемого импульса излучения

составляет 500±50 мДж

Длительность импульса на уровне половины

его мощности - 30 нс.

Размеры лазерного пучка в поперечном сечении 10х26 мм.

Длина волны излучения  ~308 нм.

Экспериментальные временные зависимости напряжения на конденсаторе С₂, тока текущего через конденсатор и мощность лазерного излучения представлены на рис. 7.

Рис. 7 Временные зависимости напряжений на конденсаторах, тока текущего через конденсаторы и мощность лазерного излучения

Рис.8 Зависимость энергии излучения от частоты следования импульсов.

В работе производились исследования энергии излучения лазера, в зависимости от: давления смеси, зарядного напряжения, а также измерялась зависимость энергии излучения от частоты срабатывания лазера для разных скоростей прокачки газа через разрядный промежуток.

Полученные в результате измерений зависимости представлены на графиках. В результате анализа полученных данных сделаны следующие выводы:

Из графиков зависимости энергии от частоты, представленных на рис.8 видно, что зависимости различаются для разных скоростей прокачки смеси через газоразрядный промежуток. Это объясняется тем, что при увеличении частоты, при малой скорости прокачки не происходит полной смены смеси перед последующим импульсом, это способствует «старению» смеси и уменьшению выходной энергии в импульсе.

При увеличении давления в смеси(см. рис.9), увеличивается выходная энергия излучения из-за влияния двух факторов: увеличивается эффективность передачи энергии из накопительной емкости в обострительную емкость, а также повышается сопротивления плазмы разряда, что увеличивает ее согласование с волновым сопротивлением контура накачки.

Рисунок 9. Зависимость энергии излучения от давления смеси для состава «старой» смеси Ne:Xe:HCl=952:8,6:1 при U=22 кВ

На рис.10 приведены экспериментальные зависимости поведения энергии излучения и КПД лазера от зарядного напряжения.

Рисунок 10. Зависимость КПД лазера и энергии излучения от зарядного напряжения. Смесь Ne:Xe:HCl=900:8,6:1 при общем давлении p=3,9 атм.

Основной причиной снижения полного КПД лазера является уменьшение эффективности передачи энергии из емкости С₁в С₂. Снижение внутренней эффективности при зарядном напряжении менее 18 кВ обусловлено малой удельной мощностью накачки