Содержание

Введение 7

1 Особенности работы и применения электроразрядных эксимерных лазеров 10

1.1 Образование эксимерных молекул 10

1.2 Способы создания активной среды электроразрядных эксимерных лазеров и системы накачки рабочей смеси 19

1.2.1 LC – генератор с инвертированием напряжения 23

1.2.2 Схема с перезарядкой емкости на емкость и искровой предыонизацией 25

1.3 Источники предыонизации газа 29

1.3.1 УФ-предыонизация 29

1.3.2 Рентгеновская предыонизация 31

1.4 Системы прокачки рабочей смеси 33

2 Экспериментальные приборы и методики измерений 38

3 Экспериментальные результаты и их обсуждение 42

3.1 Расчет характеристик вентилятора и свойств газового тракта лазера 42

3.2 Экспериментальные установки и их характеристики 55

3.2.1 Исследование электроразрядных импульсно-периодических лазеров на модекуле KrF* 55

3.2.2 Исследование электроразрядных импульсно-периодических лазеров на модекуле XeCl* 67

4. Метод лазерной абляции 79

Заключение 84

Список использованных источников 86

Введение

Интенсивное развитие микроэлектроники и возможность эффективного применения в этой области электроразрядных импульсно-периодических эксимерных лазеров вызывает у исследователей интерес к дальнейшему изучению и совершенствованию таких типов лазеров. Основными требованиями предъявляемые к эксимерным лазерам являются: высокий КПД, надежность и компактность конструкции, а также продолжительное время работы в частотном режиме.

В настоящее время в литературе имеется большое количество экспериментальных и теоретических работ посвященных исследованиям импульсно-периодических электроразрядных лазеров. В этих работах отмечается: сложность достижения высокого КПД лазера, формирующееся низкокогерентное излучение в режиме свободной генерации, трудность удержания горения однородного объемного разряда в течение длительности накачки.

Эксимерные лазеры находят все более широкое при­менение в качестве мощных источников УФ излучения в научных исследованиях и различных технологиях.

Харак­теристики эксимерных лазеров, такие как диапазон длин волн 157 - 351 нм, высокие пиковая и средняя мощности, эффек­тивность порядка нескольких процентов и значительный ресурс, делают их весьма перспективными для использования в микротехнологиях, фотолитографии, лазерной медици­не и ряде других областей. Незаменимым инструментом оказываются эксимерные лазеры в системах дистанционного контроля состава атмосферы, в системе лазерного зондирования [1-5].

Увеличение энергии генерации и мощности лазеров этого класса открывает новые перспективы при их использовании в различных технологиях.

Система генератор-усилитель состоит из маломощного задающего генератора, в котором формируется излучение с определенными пространственными и спектральными характеристиками и усилителя усиливающего это излучение. Данные системы являются технически более сложными, но позволяют в широких пределах менять параметры выходного излучения, при сохранении высокой энергии в импульсе.

Использование таких лазерных систем существенно расширяет диапазон применения эксимерных лазеров, одним, из которых является создание лазерных лидарных систем.

Известно, что в настоящее время лазерные лидарные системы получили широкое распространение для дистанционного контроля и обнаружения различных веществ в атмосфере.

Таким образом, целью настоящей работы является разработка и исследование электроразрядных импульсно-периодических эксимерных лазеров с возможностью использования их в различных приложениях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач:

1. Экспериментальное исследование лазера на молекулах KrF* и XeCl*.

2. Проведение расчета характеристик вентилятора и магнитной муфты;

3. Исследование влияния параметров разряда накачки на характеристики лазерного излучения;

4. Разработка KrF лазерной системы, состоящей из двух лазерных модулей, для формирования высокоэнергетического качественного излучения;

5. Использование эксимерных лазеров в различных приложениях.

На защиту выносятся следующие положения:

1. В XeCl лазере при переходе от однородного объемного разряда к частично неоднородному разряду, состоящего из перекрывающихся диффузных каналов, привязанных к плазменным пятнам на катоде, эффективность работы эксимерного лазера увеличивается с 1.1 до 2.4 %;

2. При зажигании однородного объемного разряда без интенсивных плазменных пятен на катоде, вкладываемая удельная мощность накачки ограничена величиной 1,5 МВт/см³;

3. Изменение величин индуктивности и емкостей в цепи накачки двух отдельных KrF лазерных модулей позволяет использовать один коммутатор в объединенной цепи накачки данной лазерной системы и получить запаздывание срабатывания между ними с точностью в 20±0.5 нс;

4. При воздействии лазерным излучением с длиной волны 248 нм на поверхность материала АМГ, в диапазоне плотностей энергии от 2 до 8 мДж/мм² происходит очищение поверхности от грязевых отложений, масла и др., с повышением плотности энергии пучка более 10,5 мДж/мм² на поверхности образца начинают проявляться очаги оплавления поверхности мишени.