Характеристики режима с высокой частотой следования импульсов
Простой и надежный предыонизатор на базе СР хорошо вписывается в конструкцию импульсно-периоди-ческого эксимерного лазера. Используя предыонизатор этого типа, мы создали компактный универсальный ХеС1-лазер со средней мощностью излучения 500 Вт. Электроразрядная система лазера, показанная на рис.1, и обеспечивающая скорость газа ~ 25 м/с при межэлектродном расстоянии d = 5 — 1 см система прокачки, подобная использованной в [10] для создания KrF-лазера мощностью 600 Вт, размещались в алюминиевой трубе длиной 1.2 м с внутренним диаметром 42 см. Некоторые зависимости, характеризующие универсальный XeCl-лазер, приведены на рис.5. Зависимость средней мощности лазерного излучения Р от частоты следования импульсов/при длительности генерации 120 не (кривая 1 на рис.5) была получена при использовании схемы накачки с высоковольтным предымпульсом, характеристики которой приведены на рис.4. Зависимости P ( f ) при длительности импульса генерации 70 и 45 не (кривые 2,3 на рис.5) были получены для схем возбуждения, использующих LC-инвертор и две ступени магнитного сжатия. На рис.5 показано также поведение относительной нестабильности энергии генерации а в зависимости от частоты следования импульсов (кривые 4—6). Из рассмотрения этих кривых видно, что относительная нестабильность энергии генерации не превышает 1 %, что свидетельствует о высокой эффективности используемого режима предыонизации. Анализ результатов Для характеристики и сравнения режимов предыонизации на временном интервале роста напряжения на разряде введем параметр nf 0 [9]: f's Г Г - 4(0 ехр- 0; J /с I J tc ос /Рг(?) - скорость производства фотоэлектронов в единице разрядного объема, пропорциональная интенсивности УФ излучения предыонизатора; tc - момент времени достижения ионизационно-прилипательного равновесия: Vi ( tc ) = va(?c); ts - момент времени, к которому произошел существенный (в 3 —10 раз) рост числа электронов в лавинах, при этом J,s(v; — va ) dt ~ 1 — 2. Параметр nf 0 эквивалентен обычной начальной плотности электронов иео, т. к. при t ^ ts Л* (О ft л^ехр vidt '. Jtc Из расчетов с привлечением количественных данных по константам скоростей ионизации и прилипания [5] следует, что для газовой смеси HCl:Xe:Ne = 0.35:2.5:400 кПа отношение (£/-/V)c«2.3-10~17 В-см2 (рис.2). При этом, если в случае рис.2,а к моменту времени tc и 20 не фотоэлектроны еще не производились предионизатором, то в случае рис.2,6 к моменту времени tc их наработано достаточно большое число (~ (1/3)и^), причем они почти не гибли, т. к. уагс < 0.2. В итоге для случая рис.2,а nf 0 в 3.5 раза меньше, чем для случая рис.2,6. Более того, при меньшей скорости роста напряжения (рис.2,6) коэффициент размножения электронов в лавинах К= \п(пе/п^} при t ^ ts + 40нс во много (значительно больше 1.6) раз меньше, что отдаляет во времени наступление критических условий потенциального перехода в стример (К и 20) и приводит к большему диффузионному расплыванию лавин и их более полному перекрытию. На осциллограммах рис.2 видна общая качественная особенность временного режима предионизации: сохранение значительной интенсивности фотоионизации до момента существенного роста числа электронов в лавине ts . Из этого можно заключить, что в обоих случаях нет условий для образования обедненной электронами зоны вблизи катода из-за их дрейфа до момента ts . Из приведенного рассмотрения следует, что эффективной является предыонизация на определенном оптимальном временном интервале роста напряжения на разрядном промежутке. Данный интервал находится в окрестности момента достижения ионизационно-прилипательного равновесия tc , и его верхняя граница соответствует моменту существенного роста электронов в лавинах ts . При этом качество разряда и, соответственно, интенсивность генерации будут высокими, если к моменту ts будет достигаться некая пороговая для данных условий возбуждения разряда концентрация электронов nf 0 . Эффективность предионизации, понимаемая как минимальность энергетических затрат на предионизацию при максимальной энергии генерации лазера, определяется оптимальностью способа достижения требуемой пороговой концентрации nf 0 к моменту времени t $. Кривая 7 рис.3,6 подтверждает сказанное выше, т. к. при минимизированном энерговкладе в СР предыонизатора максимум энергии генерации получен именно тогда, когда импульс УФ излучения СР реализовался на временном интервале tc < t < ts . Если импульс УФ излучения СР реализуется позже оптимального момента времени, показанного на рис.3,а, энергия генерации резко падает (отрицательная область задержек та на рис. 3,6), поскольку фотоэлектроны, созданные после момента времени ts , уже не дают начало дополнительным лавинам с большим числом электронов и большими размерами, способным эффективно (с точки зрения однородности разряда) перекрыться, т. е. не повышают уровень предионизации nf 0 . В случае, когда импульс УФ излучения осуществляется раньше оптимального момента времени (положительная область задержек та на рис.3,6), энергия генерации также падает, т. к. к моменту ts нарабатывается и сохраняется меньшая концентрация фотоэлектронов из-за их прилипания. Однако, если увеличить энерговклад в СР, энергия генерации сохраняется высокой и в области положительных задержек та (кривые 2,3 на рис.3,6), поскольку к моменту ts еще сохраняется требуемая концентрация фотоэлектронов. При использовании схем накачки с предимпульсом высокая скорость нарастания напряжения на предпробойной стадии разряда снижает требования к пороговой концентрации фотоэлектронов, обеспечивающей высокое качество основного разряда и максимальную энергию генерации XeCl-лазера (рис.4). В то же время, поскольку предыонизация осуществляется на начальном участке фронта импульса напряжения с малой скоростью нарастания, то интервал времени от tc до ts (Т = tc — ts ) увеличивается. Соответственно увеличивается и диапазон задержек та, при которых высокая энергия генерации сохраняется (рис.4,6). Заключение Обоснован режим эффективной предыонизации в эк-симерных XeCl-лазерах, заключающийся в ее осуществлении на оптимальном временном интервале роста разрядного напряжения с оптимально сформированным фронтом. Показано, что длительность временного интервала, соответствующего максимальной эффективности предионизации, возрастает при снижении скорости роста разрядного напряжения dU / dt , когда отношение E / N находится в определенной окрестности значения, соответствующего ионизационно-прилипательному равновесию (v; = va) в разрядном объеме. В то же время увеличение dU / dt на этапе лавинного размножения фотоэлектронов резко снижает уровень предионизации, необходимый для достижения максимального КПД лазера, существенно повышая ее эффективность. Показано, что предыонизация УФ излучением СР, осуществляемая в оптимальном режиме, позволяет при очень малом энерговкладе в СР (~ 100 мДж) добиваться высоких энергий генерации ХеС1-лазеров с различными условиями ввода энергии в основной разряд. Этот факт имеет важное значение для импульсно-периодического режима работы лазеров, поскольку при таком малом энерговкладе в источник предионизации, во-первых, не вносится существенных возмущений в газовую среду лазера и, во-вторых, обеспечивается приемлемо малое распыление электродов системы формирования вспомогательного разряда. Таким образом, предионизатор не является препятствием для повышения ресурса использования как газовой смеси, так и оптических окон лазера при его долговременной работе, что является необходимым условием использования лазеров в технологии. Кроме того, при снижении энерговклада в СР ресурс самого предыонизатора также увеличивается. При использовании предыонизатора на базе СР в компактных импульсно-периодических ХеС1-лазерах со средней мощностью излучения 500 Вт не отмечено случаев разрушения диэлектрика предыонизатора при наработке, превышающей 108 импульсов.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (203)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |