- •Эффективные импульсно-периодические эксимерные лазеры
- •1. Введение
- •2. Кинетика
- •2.1 Эксимерные молекулы
- •2.2 Плазмо-химические реакции.
- •3.Упрощенная моделькинетики образования XeCl молекулы.
- •3. Система возбуждения.
- •3.1 Механизмы возбуждения эксимерных лазеров
- •3.2 Возбуждение эксимерного лазера элекронным пучком
- •3.3 Возбуждение зксимерного лазера разрядом
- •3.4 Общая характеристика систем предыонизации
- •3.5 Основные схемы возбуждения ээл
- •3.6 Использование lc-контура для возбужденияэлектроразрядных эксимерных лазеров
- •3.7 Описание схемы lc-инвертора
- •4. Системы прокачки рабочей смеси
- •5. Резонатор лазера
- •5.1 Формирование лазерного излучения
- •5.2 Формирование расходимости выходного излучения при использовании различных типов резонаторов
- •5.3 Формирование узкой спектральной линии излучения в селективных резонаторах, включающих в себя дифракционные решетки и эталоны Фабри-Перо
- •6. Экспериментальные приборы и методики измерений
- •6.1 Приборы и методы измерения
- •6.2 Погрешности измерений
- •6.3. Экспериментальные установки и их характеристики
- •7. Исследования формирования качественного излучения
- •7.1 Расходимость выходного излучения сформированного в плоско-параллельном резонаторе.
- •7.2 Формирование излучения с узкой спектральной линии в селективном резонаторе.
- •Литература
4. Системы прокачки рабочей смеси
В отличие от режима одиночных импульсов, импульсно периодический режим работы (ИПР) имеет свои особенности обусловленные влиянием возмущений, вызванные предыдущими разрядными импульсами на последующие. Согласно [11] данное влияние вызывается следующими явлениями:
Адиабатического расширения пробки нагретого газа
Влияния пограничных слоев на электродах
Ударных волн
Акустических колебаний
Изменение состава рабочей смеси
Наличие возмущений плотности газа при ИПР, приводит к неоднородному распределению плотности газа в разрядном объеме, и как следствие происходит контрагирование разряда, приводящее к неоднородности распределения выходного излучения по сечению пучка, уменьшения выходной мощности излучения, к механическим повреждениям электродов и т.д. Для избежания выше перечисленных последствий, необходимо осуществлять смену газа в разрядном промежутке.
В работе [11] проводится теоретическая оценка скорости прокачки газа в разрядном промежутке. Расчет показывает что, скорость прокачки должна быть таковой, чтобы к моменту начала следующего импульса успевала происходить смена газа в промежутке в полтора раза больше чем размер электродов в направлении прокачки. В этом случае влияние адиабатического расширения пробки нагретого газа от предыдущих разрядных импульсов на последующие, будет незначительно.
В работе [19] исследовались различные конструкции камер прокачки изображенных на Рис.10. Газовый поток, в обеих камерах создавался диаметральным вентилятором, который приводился в движение электродвигателем через магнитную муфту. Скорость потока в камере ,а у заземленного электрода составляла 3 м/с ,а у высоковольтного электрода 4-5 м/с (при 1500 об/мин). Рост мощности лазера при увеличении частоты прекращался при достижении частоты повторения импульсов 175 Гц. Авторы связывают это с тем, что пробка нагретого газа не успевает выйти из разрядного промежутка. В камере изображенной на рис 3б граничная частота составила порядка 400 Гц (скорость прокачки 24 м/с), а уменьшение мощности объяснялось влиянием акустических колебаний, для подавления которых необходимо устанавливать глушители.
а
1 2 3
б
1 2 3
Рис.10 -Схемы прокачки рабочей смеси
1- охлаждающий элемент; 2- диаметральный вентилятор; 3- электроды
Кроме скорости прокачки важным параметром является профиль газового потока в разрядном промежутке. В лазере, работающем в ИПР скорость прокачки в центре разрядного промежутка составляла 30 м/с и плавно спадала к краям [11]. При этом мощность генерации, линейно возрастающая при увеличении частоты следования импульсов, спадала до нуля уже при частоте 20 Гц. При применении сглаживающей решетки (с прозрачностью 0.6) скорость потока составляла 6 м/с, а неоднородность не превышала 10%. При таких условиях частота следования импульсов без уменьшения мощности составляла 100 Гц.
Кроме наличия сглаживающей сетки на однородность газового потока влияет также форма конструкции камеры прокачки и плавность сопряжения электродов со стенками газового канала. В работе [20], была разработана камера прокачки изображенная на Рис 11. В отличие от обычной системы прокачки, эта схема содержит вихреобразователь, в выходном патрубке. Аэродинамическая характеристика такого вентилятора имеет примерно в 3 раза большее относительное давление в области малых производительностей. Следует отметить что при, скорости прокачки газа 24 м/с (частота вращения вентилятора 5800 об/мин) при частоте повторения импульсов 6.1 кГц наблюдалось резкое падение мощности. Уменьшение мощности авторы связывают с образованием высокоионизированной плазмы (вследствие меньшей скорости прокачки у электродов), в приэлектродных слоях, которая искажает поле, формируемое электродами.
Рис. 11 - Схема прокачки газа азотного лазера:1- катод, 2- анод, 3- обостряющая емкость, 4- ножевой предыонизатор, 5- диффузор, 6- вихреобразователь, 7- направляющие потока, 8- диаметральный вентилятор, 9- радиаторы охлаждения, 10- электростатический фильтр, 11- вход газа в электростатический фильтр.
Камера подвергалась усовершенствованию, был введен дополнительный канал шириной 1.5 мм через который осуществлялась дополнительная продувка газовой смеси проходящей через электростатический фильтр. Что позволило повысить частоту до 11 кГц.