RU2507653C1 - Gas discharge laser - Google Patents

Gas discharge laser Download PDF

Info

Publication number
RU2507653C1
RU2507653C1 RU2012131318/28A RU2012131318A RU2507653C1 RU 2507653 C1 RU2507653 C1 RU 2507653C1 RU 2012131318/28 A RU2012131318/28 A RU 2012131318/28A RU 2012131318 A RU2012131318 A RU 2012131318A RU 2507653 C1 RU2507653 C1 RU 2507653C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
ceramic
laser chamber
gas
ceramic pipe
Prior art date
Application number
RU2012131318/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012131318A (en
Inventor
Олег Борисович Христофоров
Original Assignee
Олег Борисович Христофоров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Борисович Христофоров filed Critical Олег Борисович Христофоров
Priority to RU2012131318/28A priority Critical patent/RU2507653C1/en
Publication of RU2012131318A publication Critical patent/RU2012131318A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2507653C1 publication Critical patent/RU2507653C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: gas discharge laser comprises the following: a laser chamber filled with a gas mixture, which comprises the first and second long electrodes that are distant from each other, a pre-ionisation unit, a system of gas circulation, a set of capacitors arranged outside the laser chamber and connected to electrodes via electric inputs of the laser chamber and gas permeable reverse current conductors, arranged in the laser chamber at both sides of electrodes, a source of power supply connected to capacitors and designed for their pulse charging to breakthrough voltage, and a resonator for generation of a laser beam. The laser chamber comprises a ceramic pipe with two end flanges rigidly fixed to each other by means of a fastening system stretched along the ceramic pipe. Each of end flanges is sealed with a ceramic pipe by means of a circular gasket placed on the outer surface of the end part of the ceramic pipe. Each end flange has a circular niche on the inner side, where the end of the ceramic pipe is placed, and the end flange closely adjoins the ceramic pipe only on its outer surface in place of installation of a sealing circular gasket.
EFFECT: provision of the possibility to increase capacity of lasers and simplification of their design.
9 cl, 4 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к устройству мощных газоразрядных, в частности эксимерных, лазеров.The invention relates to a device for powerful gas-discharge, in particular excimer, lasers.

Уровень техникиState of the art

Эксимерные лазеры являются наиболее мощными источниками направленного излучения в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. В зависимости от состава газа эксимерные лазеры излучают на переходах различных молекул: ArF (193 нм), KrCl (222 нм), KrF (248 нм), ХеВr (282 нм), ХеСl (308 нм), XeF (351 нм). Лазеры на молекулярном фторе F2 (157 нм) близки к эксимерным лазерам по составу газа и способу накачки. Наиболее эффективными, с кпд около 3%, высокоэнергетичными, до ~1 Дж/импульс, и мощными, до 600 Вт, являются KrF и ХеСl лазеры, нашедшие наибольшее применение в различных технологиях. К ним относятся производство плоских LCD и OLED дисплеев, 3D-микрообработка материалов, производство высокотемпературных сверхпроводников методом лазерной абляции, мощные УФ лидары. ArF лазеры благодаря оптимально короткой длине волны, позволяющей использовать надежную кварцевую оптику, широко применяются в крупномасштабном литографическом производстве интегральных схем с характерным размером элементов лишь в несколько десятков нм.Excimer lasers are the most powerful sources of directional radiation in the ultraviolet (UV) range of the spectrum. Depending on the composition of the gas, excimer lasers emit at the transitions of various molecules: ArF (193 nm), KrCl (222 nm), KrF (248 nm), XeBr (282 nm), XeCl (308 nm), XeF (351 nm). Molecular fluorine lasers F 2 (157 nm) are similar to excimer lasers in terms of gas composition and pumping method. The most effective, with an efficiency of about 3%, high-energy, up to ~ 1 J / pulse, and powerful, up to 600 W, are KrF and XeCl lasers, which have found the greatest application in various technologies. These include the production of flat LCD and OLED displays, 3D microprocessing of materials, the production of high-temperature superconductors by laser ablation, and powerful UV lidars. ArF lasers, due to their optimally short wavelength, which makes it possible to use reliable quartz optics, are widely used in large-scale lithographic production of integrated circuits with a characteristic element size of only a few tens of nm.

В соответствии с потребностями современных высокопроизводительных технологий с использованием эксимерных лазеров их мощность постоянно возрастает. Однако повышение энергии и мощности излучения газоразрядных эксимерных лазеров имеет фундаментальные физические ограничения, которые при превышении оптимальных значений энергии генерации и частоты повторения импульсов обусловливают уменьшение эффективности лазера, снижение надежности и стабильности его работы и, в конечном счете, увеличение затрат на эксплуатацию лазера.In accordance with the needs of modern high-performance technologies using excimer lasers, their power is constantly increasing. However, an increase in the energy and radiation power of gas-discharge excimer lasers has fundamental physical limitations, which, when the optimal values of the generation energy and pulse repetition rate are exceeded, cause a decrease in the laser efficiency, a decrease in the reliability and stability of its operation, and, ultimately, an increase in the cost of operating the laser.

Все это определяет актуальность поиска решений, позволяющих оптимизировать конструкцию и метод работы эксимерных лазеров, повысить их мощность и снизить затраты на получение энергии генерации при различных сочетаниях энергии генерации и частоты повторения импульсов.All this determines the relevance of finding solutions to optimize the design and method of operation of excimer lasers, increase their power and reduce the cost of generating lasing energy for various combinations of lasing energy and pulse repetition rate.

Известен импульсно-периодический газоразрядный лазер с предыонизацией слаботочным коронным разрядом, United States Patent 6782030, в котором с целью уменьшения индуктивности разрядного контура, что обеспечивает высокую эффективность лазера, конденсаторы, подсоединенные к электродам, размещены вблизи высоковольтного электрода, размещенного со стороны стенки лазерной камеры. Для совместимости с агрессивной средой лазера предложено использовать конденсаторы с покрытием из инертного материала.A known repetitively pulsed gas-discharge laser with preionization by low-current corona discharge, United States Patent 6782030, in which, in order to reduce the inductance of the discharge circuit, which ensures high laser efficiency, capacitors connected to the electrodes are located near a high-voltage electrode placed on the side of the laser chamber wall. For compatibility with an aggressive laser environment, it is proposed to use capacitors coated with an inert material.

Недостатком данного технического решения является то, что в состав керамических конденсаторов входят компоненты, например припой, которые в случае нарушения защитного слоя при воздействии на них F2 или НСl приведут к выходу конденсатора и затем лазера из строя. Кроме этого, в газовой среде лазера паразитный пробой по поверхности существующих керамических конденсаторов, предназначенных для работы в электрически прочной среде, не позволяет заряжать их до номинального напряжения. Это резко снижает энергозапас конденсаторов при их размещении в газовой среде лазера, не позволяя достичь высоких уровней энергии генерации и мощности лазера.The disadvantage of this technical solution is that the composition of ceramic capacitors includes components, for example, solder, which in case of violation of the protective layer when exposed to F2 or Hcl will lead to the output of the capacitor and then the laser out of order. In addition, in a laser gas environment, parasitic breakdown on the surface of existing ceramic capacitors designed to operate in an electrically robust medium does not allow them to be charged to rated voltage. This sharply reduces the energy storage of the capacitors when they are placed in the gas medium of the laser, not allowing to achieve high levels of generation energy and laser power.

Этого недостатка лишен газоразрядный эксимерный лазер с рентгеновской предыонизацией киловаттного уровня средней мощности излучения, в котором высоковольтный электрод размещен на протяженном керамическом фланце металлической лазерной камеры, к которому подсоединена дополнительная камера с электрически прочным газом, Laser Focus World, 25, N10, 23, 1989. Устройство лазера и способ генерации лазерного излучения позволяют увеличивать апертуру разряда и соответственно энергию генерации, и среднюю мощность излучения лазера. Малая индуктивность разрядного контура, необходимая для высокой эффективности лазера, достигается за счет минимизации толщины диэлектрического фланца в результате уменьшения механической нагрузки на нем при выравнивании внутреннего и наружного давлений.This disadvantage is deprived of a gas-discharge excimer laser with X-ray preionization of a kilowatt average radiation power level, in which a high-voltage electrode is placed on an extended ceramic flange of a metal laser chamber, to which an additional chamber with an electrically strong gas is connected, Laser Focus World, 25, N10, 23, 1989. The laser device and the method of generating laser radiation can increase the discharge aperture and, accordingly, the generation energy and the average laser radiation power. The low inductance of the discharge circuit, which is necessary for high laser efficiency, is achieved by minimizing the thickness of the dielectric flange as a result of reducing the mechanical load on it when equalizing the internal and external pressures.

Недостатками указанного устройства и способа генерации лазерного излучения являются сложность его эксплуатации и большие габариты, так как наличие рентгеновского блока предыонизации обусловливает применение слишком сложной лазерной камеры, поперечное сечение которой имеет трековую конфигурацию. Кроме этого, деформация лазерной камеры сложной формы при ее заполнении газом высокого давления может приводить к разрушению жестко закрепленного на нем керамического фланца.The disadvantages of this device and the method of generating laser radiation are the complexity of its operation and large dimensions, since the presence of an X-ray preionization unit causes the use of too complex a laser camera, the cross section of which has a track configuration. In addition, deformation of a laser chamber of complex shape when it is filled with high-pressure gas can lead to the destruction of a ceramic flange rigidly fixed to it.

Известна одна из наиболее мощных газоразрядных эксимерных лазерных систем для индустриальных применений - двухлучевой лазер VYPER, Coherent Inc. Excimer Product Guide 2011, включающий размещенные на общем шасси два идентичных компактный лазера, аналогичных описанным в United States Patent 6757315, каждый из которых содержит корпус в виде металлической трубы, на которой крепится компактная керамическая разрядная камера с протяженным металлическим фланцем. На высоковольтном металлическом фланце керамической камеры установлены высоковольтный электрод и блок предыонизации. Способ генерации лазерного излучения предусматривает одновременную синхронизированную накачку двух идентичных лазеров и совмещение двух параллельных лазерных лучей вне лазера.One of the most powerful gas-discharge excimer laser systems for industrial applications is known - the VYPER double-beam laser, Coherent Inc. Excimer Product Guide 2011, which includes two identical compact lasers located on a common chassis, similar to those described in United States Patent 6757315, each of which contains a metal tube housing on which a compact ceramic discharge chamber with an extended metal flange is mounted. A high-voltage electrode and a preionization unit are installed on the high-voltage metal flange of the ceramic chamber. The method of generating laser radiation involves the simultaneous synchronized pumping of two identical lasers and the combination of two parallel laser beams outside the laser.

Данные устройство и способ обеспечивают параметры лазерного излучения, оптимально соответствующие ряду технологических применений при уровне энергии генерации 1 Дж/импульс и мощности лазерного УФ-излучения 600 Вт на каждый лазер с длиной электродов около 1 м.These device and method provide laser radiation parameters that are optimal for a number of technological applications at a generation energy level of 1 J / pulse and a laser UV power of 600 W for each laser with an electrode length of about 1 m.

Однако дальнейшее повышение энергии генерации лазерной системы затруднено из-за использования в каждом из ее лазеров предыонизации слаботочным коронным разрядом и ограниченных размеров керамической разрядной камеры, установленной на металлическом корпусе с системой циркуляции газа. Поскольку в разрядной камере поток газа резко меняет направление, это не позволяет эффективно увеличивать скорость газа в межэлектродном промежутке, приводя к ограничению дальнейшего повышения частоты повторения разрядных импульсов и средней мощности лазерного излучения.However, a further increase in the generation energy of the laser system is difficult due to the use of preionization in each of its lasers with a low-current corona discharge and the limited size of the ceramic discharge chamber mounted on a metal case with a gas circulation system. Since the gas flow in the discharge chamber sharply changes direction, this does not allow to effectively increase the gas velocity in the interelectrode gap, limiting the further increase in the repetition rate of discharge pulses and the average laser radiation power.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть выбрано в качестве прототипа, является газоразрядный, в частности эксимерный, лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерного камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации для предыонизации газа между первым и вторым электродами; систему циркуляции газа для обновления газа в области разряда между очередными разрядными импульсами; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны от электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам и предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами для возбуждения газовой смеси лазера, и резонатор для генерации луча лазера, Patent ЕР 1525646 В1. Способ генерации лазерного излучения включает в себя осуществление предыонизации газа между первым и вторым электродами, импульсную зарядку конденсаторов, осуществление разряда между первым и вторым электродами и генерацию луча лазера.The closest technical solution that can be selected as a prototype is a gas discharge, in particular an excimer, laser or molecular fluorine laser, which includes: a laser chamber filled with a gas mixture, consisting at least partially of a ceramic material and having spaced elongated first and second electrodes, defining a discharge region between them, with a first electrode located near or directly on the inner surface of the laser chamber, from at least one n elongated preionization unit for preionization of gas between the first and second electrodes; a gas circulation system for updating gas in the discharge region between successive discharge pulses; a set of capacitors located outside the laser chamber and connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the laser chamber and gas-permeable return conductors located in the laser chamber on both sides of the electrodes; a power supply connected to the capacitors and intended for their pulse charging to a breakdown voltage that provides a gas discharge between the first and second electrodes to excite the laser gas mixture, and a resonator for generating a laser beam, Patent EP 1525646 B1. The method of generating laser radiation includes the implementation of preionization of the gas between the first and second electrodes, pulse charging of capacitors, the implementation of the discharge between the first and second electrodes and the generation of a laser beam.

В лазере реализуются возможность увеличения объема активной газовой среды при обеспечении высокого однородного уровня ее предыонизации и высокая скорость прокачки газа между электродами. В результате достигается возможность увеличения энергии генерации и мощности импульсно-периодического эксимерного лазера. Протяженная камера лазера включает в себя круглую цилиндрическую трубу, выполненную из керамики. Для формирования высокоскоростного потока газа в зоне разряда по обе стороны от первого электрода, расположенного на внутренней стенке цилиндрической трубы камеры, заподлицо с ним размещены протяженные керамические направляющие газового потока. Выполнение лазерной камеры преимущественно керамической определяет возможность достижения высокого времени жизни газовой смеси эксимерного лазера, содержащей такие чрезвычайно химически активные компоненты, как F2 или НСl.The laser implements the possibility of increasing the volume of the active gas medium while ensuring a high homogeneous level of its preionization and a high gas pumping rate between the electrodes. As a result, it is possible to increase the generation energy and power of a repetitively pulsed excimer laser. The extended laser chamber includes a circular cylindrical tube made of ceramic. To form a high-speed gas flow in the discharge zone, on both sides of the first electrode located on the inner wall of the cylindrical tube of the chamber, extended ceramic gas flow guides are flush with it. The implementation of the laser chamber predominantly ceramic determines the possibility of achieving a high lifetime gas mixture of an excimer laser containing extremely chemically active components such as F 2 or Hcl.

Однако к настоящему времени не удалось реализовать изготовление цельных высококачественных труб больших размеров (например, диаметром 0,45 м в и длиной 1,4 м) из керамики Al2O3 высокой (>95%) чистоты с высокими физико-химическими свойствами и необходимой точностью обработки, требуемыми для камер эксимерного лазера. Реализация технологии их изготовления требует слишком больших вложений. В прототипе предусмотрены различные варианты снижения вызываемой давлением газа радиальной составляющей механической нагрузки на керамическую трубу камеры, однако возможности снижения продольной составляющей этой нагрузки не предложено.However, to date, it has not been possible to realize the manufacture of solid high-quality large-sized pipes (for example, 0.45 m in diameter and 1.4 m long) from Al 2 O 3 ceramics of high (> 95%) purity with high physicochemical properties and the necessary precision machining required for excimer laser cameras. The implementation of their manufacturing technology requires too much investment. The prototype provides various options for reducing the radial component of the mechanical load caused by the gas pressure on the ceramic tube of the chamber, however, the possibility of reducing the longitudinal component of this load is not proposed.

Раскрытие изобретения Disclosure of invention

Задачей изобретения является преодоление физических и технологических ограничений, связанных с созданием более мощных по сравнению с существующими газоразрядных, в частности эксимерных, лазеров с различным сочетанием длины волны излучения энергии генерации и частоты следования импульсов.The objective of the invention is to overcome the physical and technological limitations associated with the creation of more powerful compared to existing gas-discharge, in particular excimer, lasers with a different combination of the radiation wavelength of the generation energy and pulse repetition rate.

Техническим результатом изобретения является создание мощных газоразрядных лазеров, в частности эксимерных лазеров, характеризующихся различным сочетанием длины волны излучения, энергии генерации и частоты следования импульсов, с едиными принципами построения металлокерамической лазерной камеры и высокоэффективной системой накачки лазерной среды. Обеспечение на этой основе возможности увеличения частоты следования импульсов, энергии генерации, средней мощности излучения при высоком кпд лазера и, в целом, уменьшение затрат на получение энергии генерации.The technical result of the invention is the creation of high-power gas-discharge lasers, in particular excimer lasers, characterized by a different combination of radiation wavelength, generation energy and pulse repetition rate, with the same principles for the construction of a ceramic-metal laser chamber and a highly efficient laser medium pumping system. Providing on this basis the possibility of increasing the pulse repetition rate, the generation energy, the average radiation power at a high laser efficiency, and, in general, reducing the cost of generating the generation energy.

Для решения указанной задачи предлагается газоразрядный, в частности эксимерный, лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации для предыонизации газа между первым и вторым электродами; систему циркуляции газа для обновления газа в области разряда между очередными разрядными импульсами; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам и предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами для возбуждения газовой смеси лазера, и резонатор для генерации луча лазера, при этом лазерная камера включает в себя керамическую трубу с двумя торцевыми фланцами, каждый из торцевых фланцев герметизирован с керамической трубой посредством уплотнительной кольцевой прокладки, и два торцевых фланца жестко скреплены между собой посредством протяженной вдоль керамической трубы крепежной системы.To solve this problem, a gas-discharge, in particular an excimer, or molecular fluorine laser is proposed, including: a laser chamber filled with a gas mixture, consisting at least partially of a ceramic material and having elongated first and second electrodes spaced apart from each other, defining a discharge region between them, with the first electrode located near or directly on the inner surface of the laser chamber, at least one extended preionization unit for gas preionization and between the first and second electrodes; a gas circulation system for updating gas in the discharge region between successive discharge pulses; a set of capacitors located outside the laser chamber and connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the laser chamber and gas-permeable return conductors located in the laser chamber on both sides of the electrodes; a power source connected to the capacitors and designed to pulse charge them to a breakdown voltage that provides a gas discharge between the first and second electrodes to excite the laser gas mixture, and a resonator for generating a laser beam, while the laser chamber includes a ceramic tube with two end flanges , each of the end flanges is sealed with a ceramic pipe by means of a sealing ring gasket, and the two end flanges are rigidly fastened together by means of a lengthwise ramicheskoy pipe fastening system.

Предпочтительно, что кольцевая прокладка, посредством которой торцевой фланец герметизирован с керамической трубой, размещена на наружной поверхности концевой части керамической трубы.It is preferable that the annular gasket, through which the end flange is sealed with a ceramic pipe, is placed on the outer surface of the end portion of the ceramic pipe.

Предпочтительно, что каждый торцевой фланец имеет на внутренней стороне круговую нишу, в которой размещен торец керамической трубы, и торцевой фланец близко примыкает к керамической трубе только на ее наружной поверхности в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки.It is preferable that each end flange has a circular niche on the inner side in which the end of the ceramic pipe is located, and the end flange is adjacent to the ceramic pipe only on its outer surface at the installation location of the sealing ring gasket.

Предпочтительно, что наружная поверхность концевой части керамической трубы лазерной камеры имеет форму прямого круглого цилиндра.Preferably, the outer surface of the end portion of the ceramic tube of the laser chamber is in the form of a straight circular cylinder.

Предпочтительно, что каждый из двух торцевых фланцев скреплен с одним из двух ответных фланцев, установленных на наружной поверхности концевых частей керамической трубы для сжатия кольцевой прокладки, посредством которой осуществляется герметизация лазерной камеры.Preferably, each of the two end flanges is fastened to one of the two mating flanges mounted on the outer surface of the end parts of the ceramic pipe to compress the annular gasket, through which the laser chamber is sealed.

В вариантах реализации изобретения керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, содержащим, по меньшей мере, одну кольцевую уплотняющую прокладку из галогеностойкого эластомера.In embodiments of the invention, the ceramic tube of the laser chamber consists of either two or three ceramic modules with a tight connection of each joint between the ceramic modules containing at least one annular sealing gasket of a halogen-resistant elastomer.

В вариантах реализации изобретения керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, обеспечиваемым парой скрепленных между собой фланцев, между которыми размещена, по меньшей мере, одна кольцевая прокладка из галогеностойкого эластомера, фланцы выполнены из диэлектрического материала, и каждый диэлектрический фланец установлен на части наружной поверхности одного из керамических модулей, примыкающей к стыку и имеющей форму прямого круглого цилиндра.In embodiments of the invention, the ceramic tube of the laser chamber consists of either two or three ceramic modules with a tight connection of each joint between the ceramic modules, provided by a pair of flanges fastened together, between which at least one annular gasket of a halogen-resistant elastomer is placed, flanges made of a dielectric material, and each dielectric flange is mounted on a part of the outer surface of one of the ceramic modules adjacent to the joint and having the shape at a straight round cylinder.

Предпочтительно, что каждая пара скрепленных между собой диэлектрических фланцев имеет либо плотную, либо скользящую посадку по наружной поверхности керамических модулей, выполняя роль бандажного кольца в области стыка модулей составной керамической трубы лазерной камеры.It is preferable that each pair of dielectric flanges bonded to each other has either a tight or sliding fit on the outer surface of the ceramic modules, acting as a retaining ring in the joint area of the modules of the composite ceramic tube of the laser chamber.

Вышеупомянутые объекты, особенности и преимущества изобретения станут более очевидными из последующего описания и формулы изобретения.The above objects, features and advantages of the invention will become more apparent from the following description and claims.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, которые представлены в виде, достаточном для понимания принципов изобретения, и ни в коей мере не ограничивают объема настоящего изобретения.The invention is illustrated by the accompanying drawings, which are presented in a form sufficient to understand the principles of the invention, and in no way limit the scope of the present invention.

На чертежах совпадающие элементы устройства имеют одинаковые номера позиций.In the drawings, matching device elements have the same item numbers.

Фиг.1 - схематичное изображение поперечного сечения газоразрядного лазера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a gas-discharge laser in accordance with an embodiment of the present invention.

Фиг.2 - схематичное изображение продольного сечения лазера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в уменьшенном, по сравнению с фиг.1, масштабе.Figure 2 - schematic representation of a longitudinal section of a laser in accordance with an embodiment of the present invention in a reduced, compared with figure 1, scale.

Фиг.3 - продольное сечение лазера с трехмодульной керамической трубой лазерной камеры в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.Figure 3 is a longitudinal section of a laser with a three-module ceramic tube of a laser chamber in accordance with an embodiment of the present invention.

Фиг.4 - поперечное сечение лазера с трехмодульной керамической трубой лазерной камеры в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.4 is a cross-sectional view of a laser with a three-module ceramic tube of a laser chamber in accordance with an embodiment of the present invention.

Варианты осуществления изобретения.Embodiments of the invention.

В соответствии с изобретением газоразрядный лазер, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, поперечное сечение которого схематично показано на фиг.1, содержит лазерную камеру, заполненную газовой смесью. Для эксимерных лазеров газ, заполняющий лазерную камеру при характерном давлении в диапазоне от 2,5 до 5 атм, представляет собой смесь инертных газов с галогенами, обычно F2 или НСl. Лазерная камера включает в себя керамическую трубу 1, в которой размещены отстоящие друг от друга протяженные первый электрод 2 и второй электрод 3, определяющие область разряда 4 между ними. Первый электрод 2 расположен вблизи или непосредственно на внутренней поверхности керамической трубы 1 лазерной камеры. В лазерной камере также размещен, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации 5 для предыонизации газа между первым и вторым электродами 2, 3. В варианте реализации лазера, показанном на фиг.1, один блок предыонизации 5, расположенный сбоку от второго электрода 3, выполнен в виде системы формирования скользящего разряда по поверхности диэлектрической (сапфировой) пластины 6, покрывающей инициирующий электрод 7, с поджигающим электродом 8, расположенным на поверхности диэлектрической пластины 6. Для обновления газа в области разряда между очередными разрядными импульсами в керамической трубе 1 лазерной камеры также размещена система циркуляции газа, содержащая диаметральный вентилятор 9, охлаждаемые водой трубки 10 теплообменника, два керамических спойлера 11, 12 и направляющие лопасти 13 для формирования газового потока. Вне лазерной камеры расположен набор распределенных вдоль керамической трубы 1 конденсаторов 14, соединенных с первым и вторым электродами 2, 3 через токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 1 лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы 19, расположенные в лазерной камере по обе стороны от электродов 2, 3. К конденсаторам 14 подключен импульсный источник питания 20, предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами для возбуждения газовой смеси лазера.According to the invention, a gas-discharge laser, in particular an excimer laser or a molecular fluorine laser, the cross section of which is schematically shown in FIG. 1, comprises a laser chamber filled with a gas mixture. For excimer lasers, the gas filling the laser chamber at a characteristic pressure in the range of 2.5 to 5 atm is a mixture of inert gases with halogens, usually F 2 or Hcl. The laser chamber includes a ceramic tube 1, in which are spaced apart from each other extended first electrode 2 and the second electrode 3, defining the discharge region 4 between them. The first electrode 2 is located near or directly on the inner surface of the ceramic tube 1 of the laser chamber. At least one extended preionization unit 5 for preionizing gas between the first and second electrodes 2, 3 is also located in the laser chamber. In the laser embodiment shown in FIG. 1, one preionization unit 5 is located on the side of the second electrode 3, made in the form of a system for the formation of a sliding discharge on the surface of the dielectric (sapphire) plate 6, covering the initiating electrode 7, with an ignition electrode 8 located on the surface of the dielectric plate 6. To update the gas in the region of the discharge waiting for the next discharge pulses in the ceramic tube 1 of the laser chamber, there is also a gas circulation system containing a diametrical fan 9, water-cooled heat exchanger tubes 10, two ceramic spoilers 11, 12 and guide vanes 13 for forming a gas stream. Outside the laser chamber, there is a set of capacitors distributed along the ceramic tube 1, connected to the first and second electrodes 2, 3 through current-carrying buses 15, 16, electrical inputs 17, 18 of the ceramic tube 1 of the laser chamber and gas-permeable return conductors 19 located in the laser chamber along both sides of the electrodes 2, 3. A pulse power supply 20 is connected to the capacitors 14, intended for pulse charging to a breakdown voltage that provides a gas discharge between the first and second electrodes to excite laser gas mixture.

Продольное сечение газоразрядного лазера схематично показано на фиг.2. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения лазерная камера включает в себя керамическую трубу 1 с двумя торцевыми фланцами 21. Каждый из торцевых фланцев 21 герметизирован с керамической трубой 1 посредством уплотнительной кольцевой прокладки 22. Кольцевая прокладка 22 размещена на наружной поверхности концевой части 23 керамической трубы 1. Два торцевых фланца 21 жестко скреплены между собой посредством протяженной крепежной системы 24.A longitudinal section of a gas discharge laser is shown schematically in FIG. According to a preferred embodiment of the invention, the laser chamber includes a ceramic tube 1 with two end flanges 21. Each of the end flanges 21 is sealed with the ceramic tube 1 by a sealing ring gasket 22. The ring gasket 22 is located on the outer surface of the end portion 23 of the ceramic pipe 1 Two end flanges 21 are rigidly fastened together by means of an extended mounting system 24.

Крепежная система 24 может быть выполнена, например, в виде металлической трубы, охватывающей керамическую трубу 1 лазерной камеры и имеющей два торцевых фланца для жесткого крепления к торцевым фланцам 21 лазерной камеры, имеющей также окно/вырез для установки набора конденсаторов 14, фиг.1, 2. В других вариантах крепежная система выполнена в виде стяжных балок 23, фиг.3, 4.The fastening system 24 can be made, for example, in the form of a metal pipe, covering a ceramic tube 1 of the laser chamber and having two end flanges for rigid fastening to the end flanges 21 of the laser chamber, which also has a window / cutout for mounting a set of capacitors 14, FIG. 1, 2. In other embodiments, the mounting system is made in the form of tie beams 23, Figs. 3, 4.

Каждый торцевой фланец 21 имеет на внутренней стороне круговую нишу 25, в которой размещен торец керамической трубы, и торцевой фланец близко примыкает к керамической трубе 1 только на ее наружной поверхности в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки 22.Each end flange 21 has on its inner side a circular niche 25 in which the end of the ceramic pipe is placed, and the end flange is adjacent to the ceramic pipe 1 only on its outer surface at the installation location of the sealing ring gasket 22.

На каждом торцевом фланце 21 установлены оптические окна 26 для вывода лазерного луча 27. Для генерации луча лазера снаружи камера размещен резонатор, включающий в себя, по меньшей мере, два зеркала 28, 29.Optical windows 26 are mounted on each end flange 21 for outputting the laser beam 27. To generate a laser beam, a cavity is placed outside the camera, which includes at least two mirrors 28, 29.

Газоразрядный лазер работает следующим образом. Включается источник импульсного питания 20, подсоединенный к конденсаторам 14, расположенным снаружи протяженной газонаполненной лазерной камеры, включающей в себя керамическую трубу 1, на концевых частях 23 которой установлены фланцы 21, скрепленные между собой посредством протяженной крепежной системы, например, в виде стяжных балок 25. Между поджигающим электродом 8 и инициирующим электродом 7 системы формирования блока предыонизации 5 зажигается завершенный скользящий разряд по поверхности протяженной сапфировой пластины 6, фиг.1. УФ- излучение вспомогательного разряда блока предыонизации 5 осуществляет предварительную ионизацию газовой смеси в области разряда 4 между первым и вторым электродами лазера 2, 3. Одновременно осуществляется импульсная зарядка конденсаторов 14 до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд в области 4 между первым и вторым электродами 2, 3. Энергия, запасенная в конденсаторах 14, вкладывается в разряд по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя набор конденсаторов 14, токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 1 лазерной камеры и обратные токопроводы 19, расположенные по обе стороны электродов 2, 3. Разряд обеспечивает возбуждение газовой смеси в области разряда 4, что с помощью окон 26 и резонатора, включающего зеркала 28, 29, позволяет получить генерацию луча 27 лазера, фиг.2. Когда охлаждаемый трубками теплообменника 10 высокоскоростной поток газа, обеспечиваемый диаметральным вентилятором 9 и направляющими газового потока, к которым относятся спойлеры 11, 12 и лопасти 13, сменит газ в области разряда 4 между электродами 2, 3, цикл работы лазера повторяется. Для обеспечения газового потока в области разряда 4 обратные токопроводы 19 выполнены газопроницаемыми.A gas discharge laser operates as follows. The switching power supply 20 is turned on, connected to the capacitors 14 located outside the long gas-filled laser chamber, which includes a ceramic tube 1, on the ends of which 23 are installed flanges 21, fastened together by means of an extended mounting system, for example, in the form of tie beams 25. Between the ignition electrode 8 and the initiating electrode 7 of the system for forming the preionization unit 5, a completed sliding discharge is ignited over the surface of the extended sapphire plate 6, Fig. 1. UV radiation of the auxiliary discharge of the preionization unit 5 carries out preliminary ionization of the gas mixture in the discharge region 4 between the first and second electrodes of the laser 2, 3. Simultaneously, the capacitors 14 are pulsedly charged to a breakdown voltage providing gas discharge in the region 4 between the first and second electrodes 2, 3. The energy stored in the capacitors 14 is invested in a discharge along a low-inductance discharge circuit, which includes a set of capacitors 14, current-carrying buses 15, 16, ceramic electrical inputs 17, 18 laser tube 1 of the laser chamber and return current conductors 19 located on both sides of the electrodes 2, 3. The discharge excites the gas mixture in the region of discharge 4, which, using windows 26 and a resonator including mirrors 28, 29, makes it possible to obtain laser beam 27, figure 2. When the high-speed gas flow cooled by the tubes of the heat exchanger 10 provided by the diametrical fan 9 and gas flow guides, which include spoilers 11, 12 and blades 13, changes gas in the region of discharge 4 between the electrodes 2, 3, the laser operation cycle repeats. To ensure gas flow in the discharge region 4, the return conductors 19 are made gas permeable.

В процессе работы лазера каждый из фланцев 21 герметизирован с керамической трубой 1 посредством уплотнительной кольцевой прокладки 22.In the process of laser operation, each of the flanges 21 is sealed with a ceramic pipe 1 by means of a sealing ring gasket 22.

В варианте реализации лазера с применением цельной керамической трубы 1 уплотнительные кольцевые 22 прокладки лазерной камеры могут выполняться либо из металла, либо из галогеностойкого эластомера, например витона, в соответствии с двумя принятыми для герметизации эксимерных лазеров технологиями.In an embodiment of a laser using an integral ceramic pipe 1, the sealing ring 22 of the laser chamber gaskets can be made of either metal or a halogen-resistant elastomer, for example Viton, in accordance with two technologies adopted for sealing excimer lasers.

Протяженная вдоль керамической трубы лазерной камеры крепежная система 24 обеспечивает крепление торцевых фланцев 21, каждый из которых нагружен многотонной (в характерном диапазоне от 4 до 8 т) силой давления газа, содержащегося в лазерной камере.The fastening system 24 extended along the ceramic tube of the laser chamber provides fastening of the end flanges 21, each of which is loaded with a multi-ton (in a characteristic range from 4 to 8 tons) pressure of the gas contained in the laser chamber.

Применение крепежной системы 24 торцевых фланцев 21 снимает с керамической трубы 1 продольную составляющую механической нагрузки, обусловленную давлением газа на торцевые фланцы. Это обеспечивает более высокую надежность металлокерамической лазерной камеры, определяя существенное преимущество предложенной конструкции.The use of the mounting system 24 of the end flanges 21 removes from the ceramic pipe 1 the longitudinal component of the mechanical load due to gas pressure on the end flanges. This provides higher reliability of the ceramic-metal laser camera, determining the significant advantage of the proposed design.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения торцевой фланец 21 имеет на внутренней стороне круговую нишу 25, в которой размещен торец керамической трубы 1, и торцевой фланец 21 близко примыкает к керамической трубе 1 только на наружной поверхности ее концевой части 23 в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки 22. При этом путь паразитного пробоя по поверхности керамической трубы 1 с расположенного на ее внутренней поверхности высоковольтного первого электрода 2 на заземленный торцевой фланец 21 завершается на наружной поверхности керамической трубы 1 лазерной камеры. В результате обеспечивается увеличение пути паразитного пробоя и достигается высокоэффективная электрическая изоляция между электродом 2 и торцевыми фланцами 21. Это позволяет либо минимизировать длину керамической трубы лазерной камеры, что упрощает ее конструкцию, либо позволяет увеличить длину электродов и соответственно повысить энергию генерации и мощность лазера.In a preferred embodiment of the present invention, the end flange 21 has on the inner side a circular recess 25 in which the end of the ceramic pipe 1 is placed, and the end flange 21 is adjacent to the ceramic pipe 1 only on the outer surface of its end portion 23 at the installation location of the sealing ring 22 In this case, the path of parasitic breakdown along the surface of the ceramic pipe 1 from the high-voltage first electrode 2 located on its inner surface to the grounded end flange 21 ends at the outer surface of the ceramic tube 1 of the laser chamber. The result is an increase in the path of parasitic breakdown and a highly efficient electrical insulation between the electrode 2 and the end flanges 21. This either minimizes the length of the ceramic tube of the laser chamber, which simplifies its design, or allows to increase the length of the electrodes and, accordingly, increase the generation energy and laser power.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждый из двух торцевых фланцев 21 скреплен с одним из двух ответных фланцев 30, установленных на наружной поверхности концевых частей 23 керамической трубы 1 для сжатия кольцевой прокладки 22 из эластомера, посредством которой осуществляется герметизация лазерной камеры.In a preferred embodiment of the present invention, each of the two end flanges 21 is fastened to one of two mating flanges 30 mounted on the outer surface of the end parts 23 of the ceramic pipe 1 to compress the elastomer ring 22 by means of which the laser chamber is sealed.

В результате обеспечивается простота и надежная герметизация лазерной камеры, а также с керамической трубы лазерной камеры полностью снимается продольная составляющая механической нагрузки.As a result, the simplicity and reliable sealing of the laser chamber is ensured, and the longitudinal component of the mechanical load is completely removed from the ceramic tube of the laser chamber.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения керамическая труба 1 лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей 1a, 1b, 1с. Фиг.3, 4 иллюстрируют один из реализованных вариантов выполнения лазера с составной керамической трубой лазерной камеры. Как показано на фиг.3, 4, герметичное соединение каждого стыка 32 между керамическими модулями 1a, 1b, 1с содержит, по меньшей мере, одну кольцевую прокладку 31 из галогеностойкого эластомера, в частности из витона.In a preferred embodiment of the present invention, the ceramic tube 1 of the laser chamber consists of either two or three ceramic modules 1a, 1b, 1c. Figures 3, 4 illustrate one of the realized laser embodiments with a composite ceramic tube of the laser chamber. As shown in FIGS. 3, 4, the hermetic connection of each joint 32 between the ceramic modules 1a, 1b, 1c contains at least one annular gasket 31 made of a halogen-resistant elastomer, in particular of Viton.

Это обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции, технологии изготовления лазерной камеры и ее удешевление.This provides a further simplification of the design, manufacturing technology of the laser camera and its cost.

Как иллюстрируется фиг.3, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения герметичное соединение каждого стыка 32 между керамическими модулями 1a, 1b, 1с обеспечивается парой скрепленных между собой фланцев 33, 34, между которыми размещена, по меньшей мере, одна кольцевая прокладка 31 из галогеностойкого эластомера. Фланцы 33, 34 выполнены из диэлектрического материала, в частности из стеклотекстолита. Каждый из диэлектрических фланцев 33, 34 установлен на части 35 наружной поверхности одного из керамических модулей 1a, 1b, 1с, примыкающей к стыку 32 и имеющей форму прямого круглого цилиндра с равномерным внешним диаметром. Это обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции и технологии изготовления лазерной камеры.As illustrated in FIG. 3, in a preferred embodiment of the present invention, the tight connection of each joint 32 between the ceramic modules 1a, 1b, 1c is provided by a pair of interconnected flanges 33, 34, between which at least one annular gasket 31 of a halogen-resistant elastomer is placed . Flanges 33, 34 are made of dielectric material, in particular fiberglass. Each of the dielectric flanges 33, 34 is mounted on part 35 of the outer surface of one of the ceramic modules 1a, 1b, 1c adjacent to the junction 32 and having the shape of a straight circular cylinder with a uniform outer diameter. This provides a further simplification of the design and manufacturing technology of the laser camera.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждый из скрепленных между собой диэлектрических фланцев 33, 34 имеет либо плотную посадку, либо скользящую посадку по части 35 наружной поверхности одного из керамических модулей 1a, 1b, 1 с, примыкающей к стыку модулей и имеющей форму прямого круглого цилиндра. При этом каждая пара скрепленных между собой диэлектрических фланцев 33, 34 играет роль бандажного кольца в области стыка керамических модулей 1a, 1b, 1с составной керамической трубы 1 лазерной камеры.In a preferred embodiment of the present invention, each of the dielectric flanges 33, 34 bonded together has either a tight fit or a sliding fit along part 35 of the outer surface of one of the ceramic modules 1a, 1b, 1 s adjacent to the junction of the modules and shaped like a straight round cylinder . Moreover, each pair of dielectric flanges 33, 34 fastened together plays the role of a retaining ring in the joint region of the ceramic modules 1a, 1b, 1c of the composite ceramic tube 1 of the laser chamber.

В данном варианте реализации настоящего изобретения в процессе работы лазера обеспечивают герметизацию стыков между модулями 1a, 1b, 1с керамической трубы 1 лазерной камеры посредством уплотняющих прокладок 31 из галогеностойкого эластомера.In this embodiment, during the operation of the laser, the joints between the modules 1a, 1b, 1c of the ceramic tube 1 of the laser chamber are sealed by means of gaskets 31 made of a halogen-resistant elastomer.

Предложенное выполнение керамической трубы лазерной камеры из двух, либо трех керамических модулей, герметизируемых с помощью кольцевых прокладок, выполненных из галогеностойкого эластомера, что является принятой для эксимерных лазеров технологией герметизации, упрощает изготовление керамической трубы лазерной камеры мощного газоразрядного лазера и удешевляет его. Выполнение наружной поверхности концевой части каждого керамического модуля в форме прямого круглого цилиндра и применение для герметизации диэлектрических, в частности стеклотекстолитовых, фланцев устраняет необходимость осевого сжатия модулей для уплотнения их стыков, что еще более упрощает конструкцию составной лазерной камеры, обеспечивает ее механическую и электрическую прочность. При такой герметизации стыков отсутствует продольная механическая нагрузка на керамические модули, несмотря на высокое давление газовой смеси в лазерной камере. Количество модулей, либо два, либо три, наиболее целесообразно. При таком количестве модулей длина каждого керамического модуля близка к его диаметру или не превосходит его по величине. Керамические модули могут быть обработаны с гораздо большей точностью, чем цельная керамическая труба большой длины. Это упрощает конструкцию элементов электроразрядной системы, размещаемых в лазерной камере, позволяет минимизировать индуктивность разрядного контура.The proposed implementation of the ceramic tube of the laser chamber from two or three ceramic modules, sealed with ring gaskets made of a halogen-resistant elastomer, which is the sealing technology adopted for excimer lasers, simplifies the manufacture of the ceramic tube of the laser chamber of a high-power gas-discharge laser and makes it cheaper. The execution of the outer surface of the end part of each ceramic module in the form of a straight round cylinder and the use of sealing dielectric, in particular fiberglass, flanges eliminates the need for axial compression of the modules to seal their joints, which further simplifies the design of the composite laser chamber, provides its mechanical and electrical strength. With such joint sealing, there is no longitudinal mechanical load on the ceramic modules, despite the high pressure of the gas mixture in the laser chamber. The number of modules, either two or three, is most appropriate. With so many modules, the length of each ceramic module is close to its diameter or does not exceed it in magnitude. Ceramic modules can be machined with much greater precision than a long ceramic pipe. This simplifies the design of the elements of the electric discharge system placed in the laser chamber, and minimizes the inductance of the discharge circuit.

В целом, выполнение камеры из отдельных керамических модулей позволяет увеличить размеры металлокерамической лазерной камеры до оптимально больших размеров, повысить частоту повторения лазерных импульсов, энергию генерации и среднюю мощность газоразрядного, в частности эксимерного, лазера.In general, the implementation of the chamber from separate ceramic modules allows increasing the size of the cermet laser chamber to optimally large sizes, increasing the repetition rate of laser pulses, the generation energy, and the average power of a gas-discharge, in particular, excimer, laser.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения блок предыонизации содержит систему формирования протяженного однородного скользящего разряда по поверхности диэлектрика.In a preferred embodiment of the present invention, the preionization unit comprises a system for generating an extended uniform sliding discharge over the surface of the dielectric.

Применение для предыонизации УФ-излучения скользящего разряда (фиг.1, 3) в виде протяженного плазменного листа/листов на поверхности диэлектрика (сапфира) 6 позволяет реализовать однородный по области разряда 4 оптимально высокий уровень предыонизации за счет возможности регулировки энерговклада во вспомогательный скользящий разряд. Это обеспечивает высокие: эффективность лазера, качество лазерного луча и стабильность работы лазера в долговременном режиме, что является преимуществом предыонизации данного типа.The use for the preionization of UV radiation of a sliding discharge (Figs. 1, 3) in the form of an extended plasma sheet / sheets on the surface of the dielectric (sapphire) 6 allows to realize an optimally high level of preionization uniform in the region of the discharge 4 due to the possibility of adjusting the energy input into the auxiliary sliding discharge. This ensures high: laser efficiency, laser beam quality and stability of the laser in the long-term mode, which is the advantage of this type of preionization.

Блок предыонизации может содержать систему формирования коронного разряда При ограничении амплитуды напряжения разряд по поверхности диэлектрика может быть коронным, фиг.1, 3. В блоке предыонизации может применяться и другая система формирования коронного разряда, аналогичная применяемой, например, в United States Patent 6757315 (не показано).The preionization unit may include a corona discharge forming system. When limiting the voltage amplitude, the discharge over the surface of the dielectric may be corona, Figs. 1, 3. In the preionization block, another corona discharge formation system similar to that used, for example, in United States Patent 6757315 (not shown).

В вариантах устройства либо первый электрод 2, как показано на фиг.3, 4, либо второй электрод выполнен частично прозрачным за счет щелевых окон 36 на его рабочей поверхности, перпендикулярных продольной оси электрода, и блок предыонизации 5 установлен с обратной стороны электрода. Как вариант исполнения, блок предыонизации выполнен в виде компактной симметричной системы зажигания скользящего разряда по поверхности диэлектрической, преимущественно сапфировой пластины 6, покрывающей инициирующий электрод 7, на поверхности которой установлен поджигающий электрод 8.In embodiments of the device, either the first electrode 2, as shown in FIGS. 3, 4, or the second electrode is partially transparent due to slotted windows 36 on its working surface perpendicular to the longitudinal axis of the electrode, and a preionization unit 5 is mounted on the back of the electrode. As an embodiment, the preionization unit is made in the form of a compact symmetrical ignition system for a sliding discharge on the surface of a dielectric, mainly sapphire plate 6, covering the initiating electrode 7, on the surface of which an ignition electrode 8 is installed.

Данный вариант реализации изобретения позволяет реализовать широкоапертурный однородный объемный разряд при компактной малоиндуктивной разрядной системе лазера и высокой эффективности смены газа в области разряда 4.This embodiment of the invention makes it possible to realize a wide-aperture uniform volume discharge with a compact low-inductance discharge laser system and high gas change efficiency in the region of discharge 4.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения лазер содержит электрически связанные с блоком предыонизации и одним из электродов вспомогательные конденсаторы (на фиг.1-4 для упрощения не показаны), емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов.In a preferred embodiment of the present invention, the laser comprises auxiliary capacitors (not shown in FIGS. 1-4 for simplicity) electrically connected to the preionization unit and one of the electrodes, the capacitance of which is many times smaller than the capacitance of the capacitors.

Пример 1 осуществления изобретения.Example 1 of the invention.

Примером практического осуществления изобретения является мощный эксимерный лазер с возможностью генерации на молекулярном фторе, характеризующийся высокой, до 5,5 кГц, частотой следования импульсов. Разрядная система лазера аналогична показанной на фиг.1. Лазерная камера выполнена на основе трехмодульной керамической трубы диаметром 420 мм. Герметичное соединение стыков трех модулей керамической трубы лазерной камеры осуществлялось двумя парами скрепленных между собой стеклотекстолитовых фланцев, имеющих скользящую посадку по концевой части наружной поверхности керамических модулей и выполняющих роль бандажного кольца в области стыка модулей. Длина электродов была 0.8 м. Источник питания 20 был выполнен полностью твердотельным с использованием полупроводниковых коммутаторов типа IGBT с системой магнитной компрессии импульса накачки. Для случая генерации лазера на ArF при частоте следования импульсов f=4 кГц энергия генерации составляла более 52 мДж/импульс при малой, не более 1%, относительной нестабильности энергии генерации. Мощный высокостабильный 200 Вт - ArF лазер, выполненный в соответствии с вариантом изобретения, характеризовался также высокой для данного типа лазеров эффективностью 2%. При генерации на KrF мощность лазера была примерно в два раза выше.An example of a practical implementation of the invention is a powerful excimer laser with the possibility of generation on molecular fluorine, characterized by a high pulse repetition rate up to 5.5 kHz. The laser discharge system is similar to that shown in FIG. The laser camera is based on a three-module ceramic pipe with a diameter of 420 mm. The joints of the joints of the three modules of the ceramic tube of the laser chamber were sealed by two pairs of glass-fiber laminate flanges fastened together, having a sliding fit along the end part of the outer surface of the ceramic modules and acting as a retaining ring in the joint area of the modules. The length of the electrodes was 0.8 m. The power supply 20 was made completely solid-state using semiconductor switches of the IGBT type with a magnetic pulse pump compression system. For the case of generation of an ArF laser at a pulse repetition rate of f = 4 kHz, the generation energy was more than 52 mJ / pulse for a small, not more than 1%, relative instability of the generation energy. A powerful highly stable 200 W ArF laser, made in accordance with an embodiment of the invention, was also characterized by a high efficiency of 2% for this type of laser. When generating on KrF, the laser power was approximately two times higher.

Пример 2 осуществления изобретения.Example 2 of the invention.

Другим примером практического осуществления изобретения является мощный широкоапертурный эксимерный лазер ХеСl лазер. В лазере с лазерной камерой на основе трехмодульной керамической трубы использовались электродная система, аналогичная показанной на фиг.4. ХеСl лазер был протестирован на одной заправке газовой смеси в течение 60 млн импульсов со стабилизированным уровнем средней мощности излучения 450 Вт при f=300 Гц. В процессе длительной непрерывной работы лазера в течение 53 часов снижение эффективности лазера из-за выгорания галогена и загрязнения быстросменных окон лазера автоматически компенсировалось небольшим (не более чем на 12% по величине) повышением зарядного напряжения источника питания и инжекцией галогена. Относительная нестабильность энергии генерации σ в течение всего теста была на низком уровне: от 0,7 до 1%, что свидетельствует о высокой стабильности энергии генерации лазера.Another example of the practical implementation of the invention is a powerful wide-aperture excimer XeCl laser. In a laser with a laser camera based on a three-module ceramic tube, an electrode system similar to that shown in FIG. 4 was used. The XeCl laser was tested at a single refueling of the gas mixture for 60 million pulses with a stabilized average radiation power level of 450 W at f = 300 Hz. During long-term continuous operation of the laser for 53 hours, the decrease in laser efficiency due to burnout of halogen and contamination of quick-change laser windows was automatically compensated by a small (not more than 12% in magnitude) increase in the charging voltage of the power source and halogen injection. The relative instability of the generation energy σ during the entire test was at a low level: from 0.7 to 1%, which indicates a high stability of the laser generation energy.

Приведенные примеры и другие экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что предложенная в соответствии с настоящим изобретением конструкция лазеров с использованием лазерной камеры на основе керамической трубы позволяет реализовать серию мощных высокоэффективных высокостабильных эксимерных лазеров с различными сочетаниями длины волны излучения, энергии генерации и частоты следования импульсов при большом времени жизни газовой смеси. В варианте реализации изобретения с модульной конструкцией керамической трубы упрощается технология изготовления лазерной камеры, что удешевляет лазер в целом и позволяет уменьшить расходы на получение энергии генерации.The above examples and other experimental results indicate that the design of the lasers proposed in accordance with the present invention using a ceramic-tube laser camera makes it possible to realize a series of powerful highly efficient highly stable excimer lasers with various combinations of the radiation wavelength, generation energy, and pulse repetition rate at high the lifetime of the gas mixture. In an embodiment of the invention with a modular design of the ceramic pipe, the manufacturing technology of the laser chamber is simplified, which reduces the cost of the laser as a whole and allows to reduce the cost of generating energy.

1) керамическая труба, 1a, 1b, 1с - модули керамической трубы1) ceramic pipe, 1a, 1b, 1c - ceramic pipe modules

2) первый электрод2) the first electrode

3) второй электрод3) second electrode

4) область разряда4) discharge region

5) блок предыонизации5) preionization unit

6) диэлектрической (сапфировой) пластины6) dielectric (sapphire) plate

7) инициирующий электрод7) initiating electrode

8) поджигающий электрод8) ignition electrode

9) диаметральный вентилятор9) diametral fan

10) трубки теплообменника10) heat exchanger tubes

11) спойлер11) spoiler

12) спойлер12) spoiler

13) направляющие лопасти13) guide vanes

14) конденсаторы14) capacitors

15) токоведущие шины15) live tires

16) токоведущие шины16) live tires

17) электрические вводы17) electrical inputs

18) электрические вводы18) electrical inputs

19) обратные токопроводы19) reverse current leads

20) импульсный источник питания20) switching power supply

21) торцевой фланец21) end flange

22) уплотнительная прокладка22) gasket

23) наружная поверхность концевой части керамической трубы23) the outer surface of the end of the ceramic pipe

24) стяжные балки24) tie beams

25) круговая ниша25) circular niche

26) оптические окна26) optical windows

27) лазерный луч27) laser beam

28) зеркало резонатора28) resonator mirror

29) зеркало резонатора29) resonator mirror

30) ответный фланец30) counter flange

31) уплотнительная кольцевая прокладка из эластомера31) elastomer o-ring

32) стык между керамическими модулями32) junction between ceramic modules

33) диэлектрический фланец33) dielectric flange

34) диэлектрический фланец34) dielectric flange

35) диэлектрический фланец35) dielectric flange

36) щелевые окна на рабочей поверхности электрода36) slotted windows on the working surface of the electrode

Claims (9)

1. Газоразрядный, в частности эксимерный, лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам, и резонатор, при этом лазерная камера включает в себя керамическую трубу с двумя торцевыми фланцами, скрепленными между собой посредством протяженной вдоль керамической трубы крепежной системы, каждый из торцевых фланцев герметизирован с керамической трубой посредством уплотнительной кольцевой прокладки, размещенной на наружной поверхности концевой части керамической трубы, имеющей форму прямого круглого цилиндра, причем каждый торцевой фланец имеет на внутренней стороне круговую нишу, в которой размещен торец керамической трубы, и торцевой фланец близко примыкает к керамической трубе только на ее наружной поверхности в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки, кроме этого каждый из двух торцевых фланцев скреплен с одним из двух ответных фланцев, установленных на наружной поверхности концевых частей керамической трубы для сжатия уплотнительной кольцевой прокладки. 1. A gas-discharge, in particular an excimer, or molecular fluorine laser, including: a laser chamber filled with a gas mixture, consisting at least partially of a ceramic material and having spaced apart first and second electrodes that define a discharge region between them, with the first electrode located near or directly on the inner surface of the laser chamber, at least one extended preionization unit; gas circulation system; a set of capacitors located outside the laser chamber and connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the laser chamber and gas-permeable return conductors located in the laser chamber on both sides of the electrodes; a power source connected to the capacitors and a resonator, wherein the laser chamber includes a ceramic pipe with two end flanges fastened together by means of a fastening system extended along the ceramic pipe, each of the end flanges is sealed with a ceramic pipe by means of a sealing ring located on the outer surface of the end of the ceramic pipe having the shape of a straight circular cylinder, with each end flange having a circular niche on the inside where the end of the ceramic pipe is located, and the end flange is adjacent to the ceramic pipe only on its outer surface at the place of installation of the sealing ring gasket, in addition, each of the two end flanges is fastened to one of two mating flanges mounted on the outer surface of the end parts ceramic pipe for compressing the sealing ring gasket. 2. Лазер по п.1, в котором керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, содержащим, по меньшей мере, одну кольцевую уплотняющую прокладку из галогеностойкого эластомера.2. The laser according to claim 1, in which the ceramic tube of the laser chamber consists of either two or three ceramic modules with a tight connection of each joint between the ceramic modules containing at least one annular sealing gasket of a halogen-resistant elastomer. 3. Лазер по п.1, в котором керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, обеспечиваемым парой скрепленных между собой фланцев, между которыми размещена, по меньшей мере, одна кольцевая прокладка из галогеностойкого эластомера, фланцы выполнены из диэлектрического материала, и каждый диэлектрический фланец установлен на части наружной поверхности одного из керамических модулей, примыкающей к стыку и имеющей форму прямого круглого цилиндра.3. The laser according to claim 1, in which the ceramic tube of the laser chamber consists of either two or three ceramic modules with a tight connection of each joint between the ceramic modules, provided by a pair of flanges fastened together, between which at least one annular a halogen-resistant elastomer gasket, the flanges are made of a dielectric material, and each dielectric flange is mounted on a part of the outer surface of one of the ceramic modules adjacent to the joint and having the shape of a straight edge Glogow cylinder. 4. Лазер по п.1, в котором каждая пара скрепленных между собой диэлектрических фланцев имеет либо плотную, либо скользящую посадку по наружной поверхности керамических модулей, выполняя роль бандажного кольца в области стыка модулей составной керамической трубы лазерной камеры.4. The laser according to claim 1, in which each pair of interconnected dielectric flanges has either a tight or sliding fit on the outer surface of the ceramic modules, acting as a retaining ring in the joint area of the modules of the composite ceramic tube of the laser chamber. 5. Лазер по п.1, в котором блок предыонизации содержит систему формирования протяженного однородного скользящего разряда по поверхности диэлектрика.5. The laser according to claim 1, in which the preionization unit comprises a system for forming an extended uniform sliding discharge over the surface of the dielectric. 6. Лазер по п.1, в котором блок предыонизации содержит систему формирования коронного разряда.6. The laser according to claim 1, in which the preionization unit contains a corona discharge forming system. 7. Лазер по п.1, в котором либо первый электрод, либо второй электрод выполнен частично прозрачным, и блок предыонизации установлен с обратной стороны частично прозрачного электрода.7. The laser according to claim 1, in which either the first electrode or the second electrode is made partially transparent, and the preionization unit is mounted on the back side of the partially transparent electrode. 8. Лазер по п.1, в котором первый электрод и второй электрод выполнены сплошными, и, по меньшей мере, один блок предыонизации установлен сбоку одного из двух указанных электродов.8. The laser according to claim 1, in which the first electrode and the second electrode are solid, and at least one preionization unit is installed on the side of one of the two indicated electrodes. 9. Лазер по п.1, содержащий электрически связанные с блоком предыонизации и одним из электродов вспомогательные конденсаторы, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов. 9. The laser according to claim 1, containing auxiliary capacitors electrically connected to the preionization unit and one of the electrodes, the capacitance of which is many times less than the capacitance of the capacitors.
RU2012131318/28A 2012-07-23 2012-07-23 Gas discharge laser RU2507653C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131318/28A RU2507653C1 (en) 2012-07-23 2012-07-23 Gas discharge laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131318/28A RU2507653C1 (en) 2012-07-23 2012-07-23 Gas discharge laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012131318A RU2012131318A (en) 2014-01-27
RU2507653C1 true RU2507653C1 (en) 2014-02-20

Family

ID=49956989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131318/28A RU2507653C1 (en) 2012-07-23 2012-07-23 Gas discharge laser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2507653C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155421C1 (en) * 1998-12-25 2000-08-27 Центр физического приборостроения ИОФ РАН Electrode device with preliminary ionization by ultraviolet light produced by corona discharge
US6757315B1 (en) * 1999-02-10 2004-06-29 Lambda Physik Ag Corona preionization assembly for a gas laser
US20060222034A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Cymer, Inc. 6 Khz and above gas discharge laser system
US7257144B2 (en) * 2004-02-11 2007-08-14 Photomedex Rare gas-halogen excimer lasers with baffles
EP1525646B1 (en) * 2002-07-31 2009-12-23 Coherent GmbH Gas discharge laser

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155421C1 (en) * 1998-12-25 2000-08-27 Центр физического приборостроения ИОФ РАН Electrode device with preliminary ionization by ultraviolet light produced by corona discharge
US6757315B1 (en) * 1999-02-10 2004-06-29 Lambda Physik Ag Corona preionization assembly for a gas laser
EP1525646B1 (en) * 2002-07-31 2009-12-23 Coherent GmbH Gas discharge laser
US7257144B2 (en) * 2004-02-11 2007-08-14 Photomedex Rare gas-halogen excimer lasers with baffles
US20060222034A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-05 Cymer, Inc. 6 Khz and above gas discharge laser system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012131318A (en) 2014-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101493807B1 (en) Single-chamber dual-electrode discharge chamber and excimer laser
JP3978385B2 (en) Apparatus and method for generating extreme ultraviolet radiation based on gas discharge
RU2446530C1 (en) Pulse-periodic gas-discharge laser
EP0463815B1 (en) Vacuum ultraviolet light source
RU2507653C1 (en) Gas discharge laser
RU2507654C1 (en) Gas discharge laser, laser system and method of radiation generation
RU2510110C1 (en) Gas discharge laser
RU2557327C2 (en) Gas-discharge excimer laser (versions)
RU2514159C2 (en) Gas-discharge laser, laser system and method of generating radiation
RU2503104C1 (en) Gas-discharge laser
JP2659730B2 (en) Metal vapor laser device
RU2510109C1 (en) Gas discharge laser and method of radiation generation
RU2506671C1 (en) Gas-discharge laser and method of generating radiation
RU2519867C2 (en) Gas-discharge laser
RU2519869C2 (en) Excimer laser system and method of generating radiation
RU2557325C2 (en) Discharge system for excimer laser (versions)
RU2593147C1 (en) Device and method for producing high-temperature plasma and euv radiation
RU2467442C1 (en) Excimer laser
RU2531069C2 (en) Gas-discharge laser system and method of generating radiation
RU2598142C2 (en) Powerful pulse-periodic excimer laser for technological applications
Atezhev et al. Nitrogen laser with a pulse repetition rate of 11 kHz and a beam divergence of 0.5 mrad
RU2064720C1 (en) Gas laser
CN116093716A (en) Slat type excimer laser
JP2829118B2 (en) Metal vapor laser device
Andramanov et al. Scaling of pulsed-periodical electric-discharge wide-aperture lasers

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150724

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160420

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180724