Исследование электроразрядных эксимерных лазеров

Этот факт заставил изучить возможность модификации способа измерения с

помощью делителя. К лазерным электродам присоединялись два делителя

напряжения с разными М - коэффициентами взаимной индукции. С этих делителей

снимался разностный сигнал и он интегрировался.

[pic] (43)

[pic] (44)

где К1- коэффициент интегрирующей цепи.

Для момента времени, когда ток I=0

[pic]

(45)

и мы определяем величину М2/М1. Тогда, если подавать на осциллограф

сигнал

[pic] (46)

то легко получить напряжение на межэлектродном промежутке IR. Кроме

того сигнал U1 (43) можно использовать для измерения относительной величины

силы тока I.

Нами также были рассмотрены некоторые особенности, связанные с

измерением напряжения на конденсаторах системы возбуждения. Разработанные

методики используются для оптимизации работы системы возбуждения XeCl-

лазера с энергией генерации 3Дж с целью ее дальнейшего существенного

повышения.

1.4.3 Моделирование систем возбуждения электроразрядных лазеров

Как правило системы возбуждения электроразрядных эксимерных лазеров

моделируют некоторой электрической схемой с сосредоточенными емкостями и

индуктивностями. Следует при этом отметить, что системы возбуждения обычно

выполняются конструктивно с распределенными индуктивностями. Поэтому

представляется целесообразным изучить более подробно вопрос о возможности

такого моделирования. На рис.27,а представлена схема системы возбуждения

лазера на основе несимметричного LC-контура. Этот рисунок отражает реальное

конструктивное расположение всех элементов системы возбуждения лазера. На

этой схеме изображены сосредоточенные емкости накопителя (С1) и обострителя

(С0). Тонкими линиями представлены шины токопроводов лазера. Все эти шины

представляют собой распределенные индуктивности. При этом возникает

довольно интересная ситуация. Система возбуждения имеет три контура:

- контур перезарядки накопителя на обостритель;

- контур разряда обострителя на межэлектродный промежуток;

- контур разряда накопителя на межэлектродный промежуток.

Мы можем ввести индуктивности всех этих контуров соответственно L1, L0 и

L2. Кроме того мы можем ввести коэффициенты взаимоиндукции между этими

контурами. М12 - коэффициент взаимоиндукции между контуром перезарядки

накопителя на обостритель (С1, L1, С0) и контуром разряда накопителя на

межэлектродный промежуток (С1, L2, R). М10 - между контуром раряда

обострителя на межэлектродный промежуток (С0, L0, R) и контуром

перезарядки накопителя на обостритель (С1, L1, С0). М20 - между контуром

(С1, L2, R) и контуром (С0, L0, R). Можно записать систему уравнений

для контурных токов, которая будет описывать работу системы возбуждения:

[pic]

(47)

[pic]

[pic]

I0, I1, I2, R - соответственно контурные тока и сопротивление

межэлектродного промежутка. Q0, Q1 - заряды на обострителе и накопителе. Но

мы не можем без дополнительных условий нарисовать эквивалентную

электрическую схему системы возбуждения в виде некотрой цепи с

сосредоточенными парметрами. Формально можно, конечно, преодолеть это введя

в цепь идеальный управляемый источник тока I0 (рис.26,б). Ток I0 этого

источника описывается третьим уравнением системы (47). Внутреннее

сопротивление этого источника бесконечно велико.

Теперь рассмотрим случай системы возбуждения продольные

размеры(длина), которой во много раз больше ее характерных поперечных

размеров, представленных на рис.26,а. В этом случае можно считать, что

L0=L1+L0, M10=0, M12=L1, M20=L0

(48)

При выполнении условий (48) система уравнений (47) может быть

представлена в следующем виде

[pic] (49)

[pic]

[pic]

Эта система уравнений может быть представлена в виде стандартной

эквивалентной электрической схемы (рис.26,в), так как третье уравнение

системы (49) становится следствием первых двух. LC- контур обычно

моделируют именно такой системой уравнений.

1.5. Система возбуждения широкоапертурного XeCl-лазера на с

двухконтурным обострителем

Энергетические характеристики электроразрядных эксимерных лазеров

определяются в первую очередь совершенством системы возбуждения и

предыонизации, а также временной согласованностью их совместной работы.

Характерной особенностью автоматической системы предыонизаци является

то, что она начинает действовать после того как система возбуждения

формирует импульс напряжения на лазерных электродах. Проведенные

теоретические исследования показали, что для оптимальной работы такой

системы предыонизации необходимо обеспечить совпадение частоты напряжения

на электродах лазера с собственной частотой контура автоматической

предыонизации. Только при выполнении этого требования ток протекающий через

цепь предыонизации будет сопоставим с током в автономной системе

предыонизации. Таким образом, при любом изменении временных характеристик

импульса напряжения на лазерных электродах вследствие изменения системы

возбуждения, необходимо заново проводить оптимизацию системы предыонизации.

Нами была теоретически исследована и реализована экспериментально

оригинальная система возбуждения типа LC-контур с двухконтурным

обострителем (рис.2). Эти два контура обострителя (L2C2 и L3C3) имеют

разные индуктивности цепи перезарядки с основной накопительной емкостью.

Емкость С2 имеет индуктивность перезарядки (L1), а С3 имеет индуктивность

перезарядки (L1+ L2+ L3). Теоретический расчет показывает, что в этом

случае могут быть реализованы различные режимы работы системы

возбуждения. При этом в отличии от систем возбуждения с одной

обострительной емкостью ( рис.1) напряжение на разрядном

промежутке - Uэл в режиме холостого хода может существенно отличаться от

напряжений на обострителях. На рис.3, рис.4 и рис.5 представлены

осциллограммы холостого хода соответственно для обычного LС-контура и с

двухконтурным обострителем. Причем для двухконтурного обострителя

рассмотрены два предельных случаев. В первом случае (рис.4) меньшая

обострительная емкость С2 (и с меньшей индуктивностью перезарядки)

заряжается до большего напряжения U2 и обеспечивает формирование объемного

разряда. Большая обострительная емкость С3 с большей индуктивностью цепи

перезарядки осуществляет основной энерговклад в разряд. Во втором случае

величины емкостей соизмеримы, но при этом вторая емкость заряжается до

напряжения U3, которое может существенно превышать пробойное (пробойное

напряжение определяется составом и парциальными давлениями компонент и

всегда подбирается меньшим, чем Uэл на холостом ходу). Такой режим работы в

системе возбуждения с одним обострителем невозможен.

Были проведены экспериментальные исследования с целью обеспечить,

описанный выше второй режим работы. Предварительные данные указывают как на

перспективность данной системы возбуждения, так и на практические трудности

при ее экспериментальной реализации. С помощью такой системы возбуждения

на широкоапертурном XeCl-лазере была получена энергия генерации ~ 3 Дж.

Список использованных источников

1. Serafetinides A.A. Papadopoulos A.D., Rickwood K.R.Investigation and

comparison of preionisation processes in gas laser systems // Opt.

Commun. – 1987. – Vol.63, №4. – P.264–268.

2. Luches A., Nassisi V., Perrone M.R. Output characteristics of an excimer

laser with delayed dauble preionisation // J.Phys. E: Sci. Instrum. –

1987. – Vol.20, №8. – P.1015–1018.

3. Geohhegan D.B., MeCown A.W., Eden J.G. XeCl laser power enhancement with

an external ultraviolet laser // IEEE J. Quant. Electron. – 1986. –

Vol22. №4. – P.501–504.

4. Мик Д., Крэгс Д. Электрический пробой в газах.: Пер. с англ./ Под ред.

В.С.Комелькова. – М.: Изд.-во иностр. лит., 1960.

5. Импульсные СО2-лазеры и их применение для разделения изотопов /

Е.П.Велихов, В.Ю.Баранов, В.С.Летохов и др. – М.: Наука, 1983. – 304 с.

6. Карнюшин В.Н., Солоухин Р.И. Макроскопические и молекулярные процессы в

газовых лазерах. / М.:Атомиздат, 1981. – 200 с.

7. Taylor R.S. Preionization and Discharge Stability Study of Long Optical

Pulse Duration UV-Preionized XeCl Lasers // Appl. Phys. – 1986. –

Vol.B41, №1. – P.1–24.

8. С.В. Мельченко, А.Н. Панченко, В.Ф. Тарасенко. Электроразрядный KrCl

лазер с энергией излучения 0.6 Дж. // Письма в ЖТФ. – 1986. – т.12,

вып.3. – С. 171–175.

9. Ануфрик С.С., Володенков А.П., Зноско К.Ф. Энергетические характеристики

XeCl-лазера с возбуждением LC-инвертором // ЖПС.–1999.–т.66,№5.–

С.702–707.

10. Вилл А.А. Принципы и технология эксимерных лазеров // Труды ИФ АН

ЭССР. – 1984. – Т.56. – С.18–37.

11. С.С. Ануфрик, А.П. Володенков, К.Ф. Зноско, А.Д. Курганский.

Исследование люминесценции активной среды XeCl-лазера. // Тезисы докладов

II Международной конференции по лазерной физике и спектроскопии.– Гродно:

ГрГУ.–1995.– С.120-121.

12. Клайн Л.Э., Дэл Л.Ж. Самостоятельные разряды с предыонизацией,

используемые для накачки лазерных сред // Газовые лазеры: Пер. с англ. /

Под ред. И.Мак-Даниэля и У.Нигэна.–М.: Мир. 1986.–гл.13.–С.461-502.

13. High-power XeCl discharge laser with a large active volume / T.Hasama,

K.Miyazaki, K.Yamada e.a. // J.Appl. Phys. – 1987. – Vol.61, №.9. –

P.4691–4693.

14. Верховский В.С., Мельченко С.В., Тарасенко В.Ф. Генерация на молекулах

XeCl при возбуждении быстрым разрядом // Квант. электрон. – 1981. – Т.8,

№2. – С.417–419.

15. Боровков В.В., Воронин В.В., Воронов С.Л. и др. Высокоэффективные

газовые лазеры на основе трехэлектродной схемы формирования двойного

разряда // Квант. электрон. – 1996. – Т.23, №1. – С.41–42.

16. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Христофоров О.Б. Эксимерный

электроразрядный лазер с плазменными электродами // Квант. электрон. –

1981. – Т.8, №1. – С.165–167.

17. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Курганский А.Д. Низкоимпендансный генератор

высоковольтных импульсов // ПТЭ. – 1990. – №3. – С.99–101.

18. Влияние параметров LC-инвертора на энергию генерации ХеС1-лазера /

С.С.Ануфрик, А.П.Володенков, К.Ф.Зноско, А.Д.Курганский // Межвуз. сб.

“Лазерная и оптико–электронная техника. – Минск: Университетское, 1992. –

С.91–96.

19. Влияние параметров LC-инвертора на выходноую энергию XeCl-лазера /

С.С. Ануфрик, А.П. Володенков, К.Ф. Зноско, А.Д. Курганский // Лазерная

физика и спектроскопия: Труды конференции под ред.

А.А. Афанасьева.–Минск: Институт физики НАНБ, 1997.–т.1,–С.200-203.

20. Ануфрик С.С., Володенков А.П., Зноско К.Ф. Энергетические

характеристики XeCl-лазера с возбуждением LC-инвертором //

ЖПС.–1999.–т.66,№5.– С.702–707.

21. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Курганский А.Д. Оптимизация двухконтурной

схемы возбуждения ХеС1-лазера. // Межвуз. сб. “Лазерная и

оптико–электронная техника. – Минск: Университетское, 1989. – С.87–91.

22. Anufrik S.S., Znosko K.F., Kurgansky A.D. XeCl-laser with LC-circuit

excitation research // Abstracts III-rd Symposium on Laser Technology.

Szcecin-Swinoujscie, 24–27 September 1990. – P.47–48.

23. Anufrik S.S., Znosko K.F., Kurgansky A.D. XeCl-laser with LC-circuit

excitation research // SPIE. – 1991. – Vol.1391. – P.87–92.

24. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Курганский А.Д. Влияние параметров контура

возбуждения на длительность и форму импульса генерации ХеС1-лазера. //

Межвуз. сб. “Лазерная и оптико-электронная техника. – Минск:

Университетское, 1992. – С.86–90.

25. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Володенков А.П., Исследование энергетических

и временных характеристик генерации XeCl-лазера // Программа и тезисы

докладов XIV Литовско-Белорусского семинара.– Прейла: Литва.–1999.–с.16.

26. Квазистационарный режим возбуждения электроразрядных лазеров /

Ю.И.Бычков, С.В.Мельченко, Г.А.Месяц и др. // Квант.электрон. – 1982. –

Т.9, №12. – С.2423–2431.

27. Бураков В.С., Бохонов А.Ф., Неделько М.И. Компактный электроразрядный

ХеС1-лазер // ЖПС. – 1994. – Т.61, №3–4. – С.287–301.

28. Польский Ю.Е., Ситенков Ю.Л., Хохлов Ю.М. Влияние индуктивности

разрядного контура на величину удельного энерговклада в импульсных

лазерах с несамостоятельным разрядом // Радиотехн. и электрон. – 1988. –

Т.33, №3. – С.564–568.

29. Hiramatsu M., Goto T. Compact and reliable discharge-pumped HeCl-laser

with automatic preionization // Rev.Sci. Instrum. – 1986. – Vol.57, №4. –

P.534–538.

30. Тарасенко В.Ф., Федоров А.Н. Характеристики электроразрядного ХеС1-

лазера // Изв. Вузов. Физ. – 1981. – Т.24, №2. – С.15–19.

31. Efficient and compact discharge XeCl-laser with automatic UV

preionization / K.Miyazaki, Y.Toda, T.Hasama, T.Sato // Rev.Sci.

Instrum. – 1985. – Vol.56, №2. – P.201–204.

32. Бураков В.С., Бохонов А.Ф., Титарчук В.А. Электроразрядный эксимерный

лазер с различными схемами питания и типами резонаторов. – Минск, 1987. –

42 с. – (Препринт / ИФ АН БССР; №457).

33. Long W.H., Plummer M.J., Stappaerts E.A. Efficient discharge pumping of

an XeCl-laser using a high-voltage prepulse // Appl.Phys. Lett. – 1983. –

Vol.43, №8. – P.735–737.

34. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф. Влияние состава активной среды ХеС1-лазера на

его энергию генерации // Тез.докл. VI Всесоюз. конф. “Оптика лазеров”. –

Ленинград, 2–7 марта 1990. – С.109.

35. Елецкий А.В. Эксимерные лазеры // УФН. – 1978. – Т.125. – Вып.2. –

С.279–314.

36. Hogar D.C., Kearsley A.J., Webb C.E. Resistive stabilisation of a

discharge-excitrd XeCl-laser // J.Phys.D: Appl.Phys. – 1980. – Vol.13,

№2. – P.225–228.

37. В.М.Багинский, П.М.Головинский, В.А.Данилычев и др. Динамика развития

разряда и предельные характеристики лазеров на смеси Не-Хе-НС1 // Квант.

электрон. – 1986. – Т.13, №4. – С.751–758.

38. Osborne M.R. and Hutchinson M.H.R. Long pulse operation and premature

termination of a high-power disharge pumped XeCl laser // J.Appl.Phys. –

1986. – Vol.59, №3. – P.711–715.

39. Sarjeant W.J., Alcoock A.J., Leopold K.E. Parametric Study of a

Constant E/N. Pumped High-Power KrF* Laser // IEEE J.Quant. Electron. –

1978. – Vol.14, №3. – P.177–184.

40. Sato I., Inone M., Haruta K., Nagai H., Murai Y.// Appl Phys Letts. 64,

679 (1994).

41. Басов В.А., Коновалов В.А. Электроразрядный ХеС1–лазер с КПД 4% и

энергией генерации 14 Дж // Квант. электрон. – 1996. – Т.23,№9 –

С.787–790.

42. Демьянов А.В., Кочетов И.В. Оптимизация параметров электроразрядного

ХеС1–лазера с двойным разрядом и магнитным ключом. // Квант. электрон. –

1995. – 22. – №5. – С.467–474.

43. С.С.Ануфрик, А.П.Володенков, К.Ф.Зноско, А.Д. Курганский. Система

возбуждения широкоапертурного электроразрядного XeCl-лазера.// Тезисы

докладов II Международной конференции по лазерной физике и спектроскопии.-

Гродно, с.115-116(1995).

44. С.С.Ануфрик, К.Ф.Зноско, А.Д. Курганский. Влияние параметров LC-контура

на энергию генерации XeCl-лазера.// Квантовая электроника, Т.16, №11,

с.2228-2231 (1989).

45. С.С.Ануфрик, А.П.Володенков, К.Ф.Зноско, А.Д. Курганский. Многоцелевая

лазерная система на основе эксимерных сред.// Тезисы докладов III

Международной конференции по лазерной физике и спектроскопии.-Гродно,

с.165-168(1997).

46. С.С. Ануфрик. Молекулярные лазеры на эксимерах и органических

красителях. Автореферат докторской диссертации. ИФНАН. Минск, 2000.

47. S.S. Anufrik,A.P. Volodenkov,K.F. Znosko. The systems of excitation of

discharge-pumped excimer lasers. Abstracts Belarusian-German Seminar “

Laser and Their Applications”, Grodno, September 5-9, 2000/ Minsk,

Institute of Phys., 2000-p.33-34.

48. Газовые лазеры: Пер. с англ. / Под ред. И.Мак–Даниеля и У.Нитэна. – М.:

Мир, 1986. – 548 с.

49. Taylor R.S. Preionization and discharge stability study of long optical

pulse duration UV–preionized XeCl–lasers.// Appl.Phys. – Vol.B41. –

P.1–24(1986).

50. Christov Ch.G., Chaltakova N.G. Simplified discharge model for excimer

lasers.// Bul. J.Phys. – Vol.15–5. – P.497–506(1988).

51. С.С. Ануфрик, К.Ф. Зноско,А.П. Володенков. Исследование энергетических

и временных характеристик XeCl-лазера.// Литовский физический журнал.

2000, №8.

52. С.С. Ануфрик,К.Ф. Зноско, А.П. Володенков. Типоряд экспериментальных

образцов эксимерных лазеров.// Тезисы белорусско-польского научно-

практического семинара. 14-16 ноября 2000 г., Гродно.

53. С.С.Ануфрик, А.П.Володенков, К.Ф.Зноско, А.Д.Курганский. Измерение

напряжения и тока в электроразрядных эксимерных лазерах. //Тез. докл.

Республ. научн.–техн. конф. “Электрофизические и прикладные вопросы

высоковольтных измерений”. – Запорожье, 18–20 сент., – С.5–6(1990).

54. С.С. Ануфрик,К.Ф. Зноско,А.П. Володенков. Влияние системы предыонизации

на энергию генерации XeCl-лазера.// Оптический журнал. 2000, т. 67, № 11,

с. 38-45.

55. А.П. Володенков. Методика измерений, используемых при оптимизации

электроразрядных эксимерных лазеров.//Материалы III Международной научно-

технической конференции. Квантовая электроника. Минск - Ноябрь 2000,

с.130-131.

56. Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы

применения. / М. Бейер, В. Бёк, К. Мёллер, В. Цаенгль.-М.-

Энергоатомиздат, 1989.

57. С.С. Ануфрик,К.Ф. Зноско,А.П. Володенков. Система возбуждения

электроразрядного эксимерного лазера с автоматической предыонизацией и

двухконтурным обострителем. // Материалы III Международной научно-

технической конференции. Квантовая электроника. Минск - Ноябрь 2000, с.99-

100.

Страницы: 1, 2, 3, 4