RU2519869C2 - Excimer laser system and method of generating radiation - Google Patents
Excimer laser system and method of generating radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519869C2 RU2519869C2 RU2012131324/28A RU2012131324A RU2519869C2 RU 2519869 C2 RU2519869 C2 RU 2519869C2 RU 2012131324/28 A RU2012131324/28 A RU 2012131324/28A RU 2012131324 A RU2012131324 A RU 2012131324A RU 2519869 C2 RU2519869 C2 RU 2519869C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- capacitors
- laser module
- discharge
- additional
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.FIELD OF TECHNOLOGY.
Изобретение относится к мощным импульсно-периодическим эксимерным лазерам с поперечным возбуждением и УФ предыонизацией. Область применений включает лазерную микрообработку материалов, отжиг аморфного кремния (α-Si) при производстве плоских дисплеев, производство высокотемпературных сверхпроводников методом импульсной лазерной абляции, производство интегральных схем методом лазерной УФ и ВУФ литографии и др.The invention relates to high-power pulse-periodic excimer lasers with transverse excitation and UV preionization. Applications include laser microprocessing of materials, annealing of amorphous silicon (α-Si) in the manufacture of flat displays, the production of high-temperature superconductors using pulsed laser ablation, the production of integrated circuits using laser UV and VUV lithography, etc.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Известна одна из наиболее мощных газоразрядных эксимерных лазерных систем для индустриальных применений - двухлучевой лазер VYPER, включающий в себя два идентичных компактный лазерных модуля, 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 предыонизатор, Coherent Inc. ExcimerProductGuide2011. Способ генерации излучения предусматривает одновременную накачку двух идентичных лазерных модулей 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, which includes two identical compact laser modules, 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 preionizer, Coherent Inc., are installed on the high voltage metal flange of the ceramic chamber. ExcimerProductGuide2011. The radiation generation method involves the simultaneous pumping of two identical laser modules and the combination of two parallel laser beams outside the laser.
Данная конструкция обеспечивает параметры лазерного излучения, оптимально соответствующие ряду технологических применений с уровнем энергии генерации 1 Дж/импульс при длине электродов около 1 м и мощностью лазерного УФ излучения 600 Вт с каждого лазерного модуля.This design provides laser radiation parameters that optimally correspond to a number of technological applications with a generation energy level of 1 J / pulse with an electrode length of about 1 m and a laser UV power of 600 W from each laser module.
Однако дальнейшее повышение энергии генерации лазерной системы затруднено из-за используемой боковой предыонизации слаботочным барьерным разрядом и ограниченных размеров разрядной камеры лазерных модулей, а поскольку в разрядной камере поток газа резко меняет направление, это не позволяет эффективно увеличивать скорость газа в межэлектродном промежутке, приводя к ограничению 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 lateral preionization used by the low-current barrier discharge and the limited size of the discharge chamber of the laser modules, and since the gas flow in the discharge chamber sharply changes direction, this does not allow an effective increase in the gas velocity in the interelectrode gap, leading to a limitation repetition rate of discharge pulses and average laser power.
Частично этих недостатков лишены способ генерации излучения и устройство мощного компактного эксимерного XeCl лазера, в котором импульсно заряжаемые конденсаторы, подключенные к электродам, размещены на наружной поверхности протяженного диэлектрического фланца, установленного на компактном сварном металлическом корпусе, выполненном на основе алюминиевой трубы диаметром 420 мм, Борисов В.М., Христофоров О.Б. Мощные импульсно-периодические эксимерные лазеры. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Том XI-4, стр.503-522 (2005). Способ генерации излучения включает в себя предыонизацию газа УФ излучением завершенного скользящего разряда через частично прозрачный электрод. При длине электродов лишь 0.8 м в вариантах устройства энергия генерации варьировалась от 4 до 2 Дж/импульс при стабилизированном уровне мощности лазерного УФ излучения 500 Вт. Для обеспечения высокого времени жизни газовой смеси лазера диэлектрический фланец выполняется керамическим и с целью предотвращения его хрупкого разрушения вводится присоединенная к нему дополнительная камера с электрически прочным газом для выравнивания внутреннего и наружного давлений на фланец.Partially these disadvantages are deprived of the method of radiation generation and the design of a powerful compact excimer XeCl laser in which pulse-charged capacitors connected to electrodes are placed on the outer surface of an extended dielectric flange mounted on a compact welded metal case made on the basis of an aluminum pipe with a diameter of 420 mm, Borisov V.M., Khristoforov O.B. Powerful repetitively pulsed excimer lasers. Encyclopedia of low-temperature plasma. Volume XI-4, pp. 503-522 (2005). A method for generating radiation includes preionizing the gas with UV radiation of a completed creeping discharge through a partially transparent electrode. With an electrode length of only 0.8 m, in the device variants, the generation energy varied from 4 to 2 J / pulse with a stabilized laser UV power level of 500 W. To ensure a high lifetime of the laser gas mixture, the dielectric flange is made of ceramic and, in order to prevent its brittle fracture, an additional chamber connected to it with an electrically strong gas is introduced to equalize the internal and external pressures on the flange.
Недостатком лазера и способа генерации излучения является то, что сварной фланец алюминиевого корпуса лазера, на который устанавливается керамический фланец лазера, деформируется при напуске в корпус лазера газовой смеси высокого, до 5 атм, давления. Все это обуславливает сложность конструкции корпуса и лазера в целом, его низкую надежность и сложность эксплуатации.The disadvantage of the laser and the method of generating radiation is that the welded flange of the aluminum laser housing, on which the ceramic laser flange is mounted, is deformed when a high pressure mixture of up to 5 atm is injected into the laser housing. All this determines the complexity of the design of the housing and the laser as a whole, its low reliability and complexity of operation.
Наиболее близким техническим решением, которое может быть выбрано в качестве прототипа, является эксимерная лазерная система, содержащая протяженный керамический корпус, в котором размещены система формирования газового потока, предыонизатор, первый электрод, размещенный со стороны стенки корпуса, второй электрод, размещенные снаружи корпуса конденсаторы, подсоединенные к первому электроду через высоковольтные токовводы корпуса и подсоединенные ко второму электроду через заземленные токовводы корпуса и расположенные по обе стороны электродов протяженные заземленные газопроницаемые токопроводы, и импульсный источник питания, выводы которого малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам, Patent WO 2004/013940, Int. Cl7 H01S 3/00, 28.07.2003.The closest technical solution that can be selected as a prototype is an excimer laser system containing an extended ceramic body, which contains a gas flow formation system, a preionizer, a first electrode placed on the side of the body wall, a second electrode placed on the outside of the body, capacitors, connected to the first electrode through high-voltage current leads of the housing and connected to the second electrode through grounded current leads of the housing and located on both sides extended gas permeable electrodes grounded conductors, and a pulse power source terminals of which are connected to a low-inductance capacitors, Patent WO 2004/013940, Int. Cl 7 H01S 3/00, 07/28/2003.
Керамический корпус эксимерного лазера изготовлен в виде трубы, выполненной из керамики Al2O3 высокой (>95%) чистоты, и снабжен торцевыми фланцами с оптическими окнами для вывода лазерного излучения.Ceramic body excimer laser is made as a tube made of ceramic Al 2 O 3 of high (> 95%) purity and is provided with end flanges with optical windows for the output laser radiation.
Способ генерации излучения посредством указанного устройства заключается в импульсной зарядке с помощью импульсного источника питания конденсаторов и предыонизации газа между первым и вторым электродами, осуществлении разряда между первым и вторым электродами и генерации лазерного излучения.A method for generating radiation by means of said device consists in pulsed charging with a pulsed power source of capacitors and preionizing the gas between the first and second electrodes, performing a discharge between the first and second electrodes, and generating laser radiation.
В прототипе в одном из вариантов реализации способа генерации излучения предыонизацию осуществляют через частично прозрачный электрод, что позволяет эффективно увеличивать энергию генерации и среднюю мощность лазерного излучения.In the prototype, in one embodiment of the method for generating radiation, preionization is carried out through a partially transparent electrode, which can effectively increase the generation energy and the average laser radiation power.
В указанном устройстве корпус лазера характеризуется высокой надежностью к воздействию механических нагрузок, обусловленных высоким давлением газа в лазере, и высоким временем жизни газовой смеси даже при наличии таких агрессивных компонент, как F2 или HCl. В лазере реализуется возможность увеличения объема активной газовой среды при обеспечении высокого однородного уровня ее предыонизации УФ излучением вспомогательного завершенного скользящего разряда. Лазер с керамическим корпусом также характеризуется малой индуктивностью разрядного контура и высокой скоростью прокачки газа между электродами. В результате достигаются высокие кпд и средняя мощность газоразрядного лазера при различных сочетаниях энергии генерации и частоты следования импульсов.In the specified device, the laser housing is characterized by high reliability against mechanical stresses caused by high gas pressure in the laser, and a high lifetime of the gas mixture even in the presence of aggressive components such as F 2 or HCl. The laser implements the possibility of increasing the volume of the active gas medium while ensuring a high uniform level of its preionization by UV radiation of an auxiliary complete sliding discharge. A laser with a ceramic body is also characterized by a low inductance of the discharge circuit and a high gas flow rate between the electrodes. As a result, high efficiency and average power of a gas-discharge laser are achieved with various combinations of the generation energy and pulse repetition rate.
Однако дальнейшее повышение энергии генерации лазера малоэффективно, поскольку требует увеличения межэлектродного расстояния и повышения разрядного напряжения, сопровождаемого необходимостью увеличения расстояния между высоковольтными и заземленными токовводами керамического корпуса лазера - для предотвращения паразитных пробоев, что ведет к увеличению индуктивности разрядного контура и падению кпд лазера.However, a further increase in the laser generation energy is ineffective, since it requires an increase in the interelectrode distance and an increase in the discharge voltage, accompanied by the need to increase the distance between the high-voltage and grounded current leads of the ceramic laser housing to prevent spurious breakdowns, which leads to an increase in the inductance of the discharge circuit and a drop in the laser efficiency.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является создание высокоэффективной двухмодульной лазерной системы, предпочтительно эксимерной, с более чем двукратным по отношению к одиночному модулю увеличением энергии генерации и средней мощности лазерного излучения.The objective of the invention is to provide a highly efficient two-module laser system, preferably excimer, with more than double the generation energy and average laser radiation power with respect to a single module.
Техническим результатом изобретения является увеличение энергии генерации и средней мощности излучения при повышении кпд лазерной системы и, в целом, снижение затрат на получение энергии генерации.The technical result of the invention is to increase the generation energy and average radiation power while increasing the efficiency of the laser system and, in General, reducing the cost of generating energy generation.
Указанные задачи могут быть осуществлены предлагаемой эксимерной лазерной системой, содержащей шасси, на котором размещены:These tasks can be carried out by the proposed excimer laser system containing a chassis on which are located:
первый лазерный модуль, включающий в себя, протяженный керамический корпус, в котором расположены система формирования газового потока, предыонизатор, первый электрод, размещенный со стороны стенки корпуса, второй электрод, расположенные снаружи корпуса конденсаторы, подсоединенные к первому электроду через высоковольтные токовводы корпуса,a first laser module including an extended ceramic housing in which a gas flow forming system, a preionizer, a first electrode located on the side of the housing wall, a second electrode located on the outside of the housing are capacitors connected to the first electrode through high-voltage current leads of the housing,
установленные в корпусе либо один, либо два протяженные керамические контейнеры, расположенные преимущественно с нерабочей стороны второго электрода так, что стенки каждого керамического контейнера, обращенные к разрядной области, образуют часть системы формирования газового потока в приэлектродной области, дополнительные конденсаторы, размещенные в каждом керамическом контейнере, при этом конденсаторы подключены ко второму электроду через заземленные токовводы корпуса, протяженные заземленные газопроницаемые токопроводы, расположенные по обе стороны электродов, токовводы каждого керамического контейнера, и дополнительные конденсаторы,either one or two extended ceramic containers installed in the housing, located mainly on the non-working side of the second electrode so that the walls of each ceramic container facing the discharge region form a part of the gas flow formation system in the near-electrode region, additional capacitors located in each ceramic container while the capacitors are connected to the second electrode through the grounded current leads of the housing, long grounded gas-permeable current leads, location married on both sides of the electrodes, the current leads of each ceramic container, and additional capacitors,
второй лазерный модуль, идентичный первому,a second laser module identical to the first
импульсный источник питания, выводы которого малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам каждого лазерного модуля,a switching power supply, the terminals of which are inductively connected to the capacitors of each laser module,
дополнительный источник питания с полярностью противоположной полярности источника питания, подключенный к дополнительным конденсаторам через торцы каждого керамического контейнера.an additional power source with a polarity of the opposite polarity of the power source connected to additional capacitors through the ends of each ceramic container.
В варианте изобретения между конденсаторами второго лазерного модуля и источником питания введена линия задержки, обеспечивающая задержку зажигания разряда во втором лазерном модуле на время, не превышающее длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазерном модуле, и введена система оптической связи между лазерными модулями, обеспечивающая инжекцию внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазерного модуля во второй лазерный модуль.In an embodiment of the invention, a delay line is introduced between the capacitors of the second laser module and the power source, which ensures a delay in the ignition of the discharge in the second laser module for a time not exceeding the length of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment the generation threshold is reached in the first laser module, and an optical communication system is introduced between laser modules, which provides injection of an external optical signal, which is a small part of the radiation of the first laser module in the second la grain module.
Способ генерации излучения заключается в быстрой импульсной зарядке с помощью импульсного источника питания конденсаторов, предыонизации газа и осуществлении разряда между первым и вторым электродами, и генерации лазерного излучения в каждом лазерном модуле,The radiation generation method consists in fast pulsed charging using a pulsed capacitor power source, gas preionization and discharge between the first and second electrodes, and laser radiation generation in each laser module,
при котором после зажигания разряда в первом лазерном модуле зажигают разряд во втором лазерном модуле с временной задержкой, не превышающей длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазерном модуле, и с помощью системы оптической связи производят инжекцию во второй лазерный модуль внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазерного модуля, снижая порог генерации во втором лазерном модуле.in which, after ignition of the discharge in the first laser module, the discharge in the second laser module is ignited with a time delay not exceeding the length of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment of reaching the generation threshold in the first laser module, and using the optical communication system, injection is performed into the second laser module external optical signal, which is a small part of the radiation of the first laser module, lowering the generation threshold in the second laser module.
В варианте реализации способа генрации излучения предварительно включают дополнительный источник питания и с торцов каждого керамического контейнера каждого лазерного модуля производят импульсную зарядку дополнительных конденсаторов, размещенных в керамических контейнерах, затем с временной задержкой, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов и конденсаторов, включают импульсный источник питания и осуществляют быструю импульсную зарядку конденсаторов напряжением, полярность которого противоположна полярности напряжения зарядки дополнительных конденсаторов, после момента одновременного окончания зарядки конденсаторов и дополнительных конденсаторов осуществляют разряд между высоковольтными первым и вторым электродами противоположной полярности по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы и дополнительные конденсаторы, последовательно соединенные между собой через газопроницаемые токопроводы.In an embodiment of the method for generating radiation, an additional power source is preliminarily included, and additional capacitors placed in ceramic containers are pulsed from the ends of each ceramic container of each laser module; then, with a time delay equal to the difference in the charging times of additional capacitors and capacitors, a pulse power source is turned on and carry out fast pulse charging of capacitors with voltage, the polarity of which is opposite to polarity and the charging voltage of the additional capacitors, after the moment of simultaneous termination of the charging of the capacitors and additional capacitors, discharge between the high-voltage first and second electrodes of the opposite polarity along a low-inductance discharge circuit, including capacitors and additional capacitors, connected in series through gas-permeable conductors.
Предложенная конструкция лазерной системы, в которой введен второй лазерный модуль, идентичный первому, позволяет удваивать энергию генерации и среднюю мощность лазерного излучения при использовании высокоэффективных лазерных модулей простой и надежной конструкции.The proposed design of the laser system, in which the second laser module is introduced, which is identical to the first, allows you to double the generation energy and the average laser radiation power using highly efficient laser modules of a simple and reliable design.
Использование единого импульсного источника питания упрощает работу двухмодульной лазерной системы, автоматически обеспечивая их синхронную работу.Using a single switching power supply simplifies the operation of a two-module laser system, automatically ensuring their synchronous operation.
Установка в каждом лазерном модуле керамических контейнеров с размещенными в них дополнительными конденсаторами, к которым через торцы дополнительных контейнеров подключен дополнительный источник питания, полярность которого противоположна полярности источника питания, позволяет увеличить энергию и мощность каждого лазерного модуля при снижении амплитуды напряжения на электродах, что позволяет увеличить энергию генерации и мощность лазерной системы при высоком кпд лазера и упрощает эксплуатацию лазерной системы.The installation in each laser module of ceramic containers with additional capacitors placed in them, to which an additional power source is connected through the ends of the additional containers, the polarity of which is opposite to the polarity of the power source, allows you to increase the energy and power of each laser module while reducing the voltage amplitude on the electrodes, which allows you to increase the generation energy and power of the laser system at high laser efficiency and simplifies the operation of the laser system.
Введение между конденсаторами второго лазерного модуля и источником питания линии задержки, обеспечивающей задержку зажигания разряда во втором лазерном модуле на время, не превышающее длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазерном модуле, позволяет с помощью системы оптической связи между лазерными модулями обеспечить инжекцию внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую (например, <4%) часть излучения первого лазерного модуля во второй лазерный модуль, и снизить порог генерации во втором лазерном модуле. Это позволяет увеличить энергию генерации во втором лазерном модуле на ~30%.The introduction of a delay line between the capacitors of the second laser module and the power source, which provides a delay in the ignition of the discharge in the second laser module for a time not exceeding the length of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment the generation threshold is reached in the first laser module, allows using an optical communication system between laser modules provide injection of an external optical signal, which is a small (for example, <4%) part of the radiation of the first laser module into the second laser the first module and to lower the lasing threshold of the second laser module. This makes it possible to increase the generation energy in the second laser module by ~ 30%.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а являются иллюстрирующими материалами частных случаев его выполнения.The invention is illustrated by the accompanying drawings, which do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of the options for implementing this technical solution, but are illustrative materials of particular cases of its implementation.
На чертежах совпадающие элементы устройства обозначены одинаковыми номерами позиций.In the drawings, matching device elements are denoted by the same reference numbers.
На фиг.1 показано поперечное сечение двухмодульной лазерной системы.Figure 1 shows a cross section of a two-module laser system.
На фиг.2 показана лазерная система с дополнительным источником питания.Figure 2 shows a laser system with an additional power source.
На фиг.3 схематично показан вид сверху устройства с системой оптической связи между лазерными модулямиFigure 3 schematically shows a top view of a device with an optical communication system between laser modules
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Данное описание служит для иллюстрации вариантов осуществления изобретения, но не объемов его реализации.This description serves to illustrate embodiments of the invention, but not the scope of its implementation.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения (фиг.1) лазерная система содержит шасси 1, на котором размещены: первый лазерный модуль 2 и второй лазерный модуль 3, идентичный первому лазерному модулю. Каждый лазерный модуль включает в себя керамический корпус 4, выполненный на основе керамической трубы, в котором размещены протяженные: система формирования газового потока, состоящая из вентилятора 5, направляющих газового потока 6 и трубок теплообменника 7, предыонизатор 8, первый электрод 9, расположенный со стороны стенки корпуса, второй электрод 10, размещенные снаружи корпуса конденсаторы 11, подсоединенные к первому электроду 9 через высоковольтные токовводы 12 корпуса и подсоединенные ко второму электроду 10 через заземленные токовводы 13 корпуса и расположенные по обе стороны электродов протяженные заземленные газопроницаемые токопроводы 14. На шасси 1 также размещен импульсный источник питания 15. Импульсный источник питания 15 включает в себя систему компрессии импульсов накачки лазерных модулей, содержащую два магнитных ключа, выводы которых совмещены с высоковольтными выводами 16a, 16b источника питания 15. Высоковольтные выводы 16a, 16b и заземленные выводы источника питания 15 малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам 11 каждого лазерного модуля 2, 3.In accordance with an embodiment of the invention (FIG. 1), the laser system comprises a chassis 1 on which are located: a
На фиг. 1 как вариант исполнения протяженный предыонизатор 8 выполнен в виде компактной системы зажигания скользящего разряда по поверхности диэлектрической пластины, преимущественно сапфировой, и установлен с тыльной стороны первого электрода 9, выполненного частично прозрачным за счет щелевых окон на его рабочей поверхности, перпендикулярных продольной оси электрода. Для осуществления автоматической предыонизации снаружи корпуса 4 каждого лазерного модуля размещены вспомогательные конденсаторы 17, электрически связанные через вспомогательные токовводы 18 корпуса 4 с предыонизатором 8. При этом емкость и объем вспомогательных конденсаторов 17 многократно (в 5-10 раз) меньше емкости и объема конденсаторов 11.In FIG. 1, as an embodiment, an
Между конденсаторами второго лазерного модуля и источником питания может быть введена линия задержки 19 (фиг.1), совмещенная с магнитным ключом на высоковольтном выводе 16b второго лазерного модуля 3.Between the capacitors of the second laser module and the power source, a delay line 19 (FIG. 1) can be introduced, combined with a magnetic key on the high-
В варианте устройства (фиг.2) в корпусе 4 каждого лазерного модуля 2, 3 установлены либо один, либо два протяженных керамических контейнера 20, размещенных преимущественно с нерабочей стороны второго электрода 10 так, что стенки каждого керамического контейнера 20, обращенные к разрядной области, образуют часть системы формирования газового потока в приэлектродной области между газопроницаемыми токопроводами. В каждом керамическом контейнере 20 размещены дополнительные конденсаторы 21, при этом конденсаторы 11 подключены ко второму электроду 10 через заземленные токовводы 13 корпуса, газопроницаемые токопроводы 14, токовводы 22, 23 каждого керамического контейнера 20 и дополнительные конденсаторы 21. При этом лазерная система содержит дополнительный источник питания 24, полярность которого противоположна полярности источника питания 15, и дополнительный источник питания 24 подключен к дополнительным конденсаторам 21 каждого лазерного модуля через торцы каждого дополнительного контейнера 20.In the embodiment of the device (Fig. 2), in the
В лазерной системе (фиг.1, 2) между конденсаторами второго лазерного модуля и источником питания предпочтительно введена линия задержки 19, обеспечивающая задержку импульса зарядки конденсаторов 11 второго лазерного модуля 3 и задержку зажигания разряда в нем на время, не превышающее длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазерном модуле 2. Линия задержки 19 может быть совмещена с магнитным ключом на высоковольтном выводе 16b второго лазерного модуля 3. При этом введена система оптической связи 25 (фиг.3) между лазерными модулями 2, 3, обеспечивающая инжекцию во второй лазерный модуль внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую, например ≈4%, часть излучения первого лазерного модуля. В качестве варианта реализации система оптической связи 20 между лазерными модулями 2, 3, размещенная либо внутри, либо снаружи (фиг.3) зеркал 26, 27 резонатора каждого лазерного модуля, может включать в себя пластины 28a, 28b, просветленные с одной стороны, то есть отклоняющие около 4% лазерного излучения, и зеркала 29a, 29b, обеспечивающие увеличение оптической связи между двумя лазерными модулями 2, 3. Совмещение двух параллельных лазерных лучей осуществляется вне шасси 1 лазерной системы в оптическом модуле 30.In the laser system (FIGS. 1, 2), a
Работа лазерной системы (фиг.1) осуществляется следующим образом. Включают установленный на шасси 1 импульсный источник питания 14, высоковольтные выводы 15a, 15b и заземленные выводы которого малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам 11 каждого лазерного модуля 2, 3. После автоматического включения магнитных ключей 16a, 16b на высоковольтных выводах источника питания 15 в каждом лазерном модуле осуществляют предыонизацию газа со стороны первого электрода 9, производя зарядку вспомогательных конденсаторов 17 через разрядный промежуток предыонизатора 8, выполненного, например, в виде компактной системы формирования скользящего разряда, расположенной за частично прозрачным электродом 9. Уровень предыонизации выбирают оптимальным за счет регулируемого энерговклада в скользящий разряд. Ток вспомогательного относительно низкоэнергетичного разряда предыонизатора 8 протекает по разрядной цепи, включающей в себя токовводы 12, 18 корпуса 4, первый электрод 9, разрядный промежуток предыонизатора 8, и вспомогательные конденсаторы 17, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов 11. Одновременно в каждом лазерном модуле осуществляют импульсную зарядку конденсаторов 11. После момента окончания зарядки конденсаторов 11 и одновременного достижения пробивного напряжения между электродами 9, 10 между ними осуществляют разряд по малоиндуктивному контуру, включающему в себя конденсаторы 11, токовводы 12, 13 корпуса 4 и заземленные протяженные газопроницаемые токопроводы 14, что позволяет получить генерацию в первом и втором лазерных модулях 2, 3.The operation of the laser system (figure 1) is as follows. They include a switching
После того, как система формирования газового потока, в которую входит диаметральный вентилятор 5, направляющие газового потока 6 и трубки теплообменника 7, сменит газ между электродами 9, 10 каждого лазерного модуля, цикл работы лазерной системы повторяют.After the gas flow formation system, which includes the diametral fan 5, the gas flow guides 6 and the heat exchanger tubes 7, changes gas between the
Способ генерации излучения посредством эксимерной лазерной системы (фиг.2) реализуют следующим образом. Предварительно включают дополнительный источник питания 24 и с торцов каждого керамического контейнера 20 каждого лазерного модуля 2, 3 производят импульсную зарядку дополнительных конденсаторов 21, размещенных в керамических контейнерах 20. Затем с временной задержкой, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов 21 и конденсаторов 11, включают импульсный источник питания 15 и осуществляют быструю импульсную зарядку конденсаторов 11 напряжением, полярность которого противоположна полярности напряжения зарядки дополнительных конденсаторов 21. После момента одновременного окончания зарядки конденсаторов 11 и дополнительных конденсаторов 21 в каждом лазерном модуле 2, 3 осуществляют разряд между высоковольтными первым и вторым электродами 9, 10 противоположной полярности по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы 11 и дополнительные конденсаторы 21, последовательно соединенные между собой через газопроницаемые токопроводы 14. В результате получают генерацию лазерного излучения в каждом лазерном модуле.The method of generating radiation by means of an excimer laser system (figure 2) is implemented as follows. Preliminarily include an additional power source 24 and from the ends of each ceramic container 20 of each
В варианте реализации способа генерации излучения посредством лазерной системы (фиг.1, 2) за счет линии задержки 19, введенной между конденсаторами 11 второго лазерного модуля 3 и источником питания 15, разряд во втором лазерном модуле 3 зажигают с временной задержкой, не превышающей длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазерном модуле 2. С помощью системы оптической связи 25 (фиг.3) производят инжекцию во второй лазерный модуль 3 внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть лазерного излучения первого лазерного модуля, выходящего из резонатора, образованного зеркалами 26, 27, снижая порог генерации во втором лазерном модуле 3. Инжекцию внешнего сигнала во второй лазерный модуль осуществляют, например, с помощью системы оптической связи, включающей в себя пластины 28a, 28b, просветленные с одной стороны, то есть отклоняющие около 4% лазерного излучения, и зеркала 29a, 29b, обеспечивающие увеличение оптической связи между двумя лазерными модулями 2, 3. Совмещение двух параллельных лазерных лучей осуществляют вне шасси 1 лазерной системы в оптическом модуле 30.In an embodiment of the method for generating radiation by a laser system (FIGS. 1, 2) due to a
При функционировании предложенным способом снижается порог генерации во втором лазерном модуле за счет инжекции сразу после зажигания в нем разряда внешнего оптического сигнала. Это может увеличивать энергию генерации во втором лазерном модуле более чем на 30%. С другой стороны, инжекция внешнего оптического сигнала из второго лазерного модуля в первый лазерный модуль увеличивает часть энергии генерации первого лазерного модуля на завершающем этапе разряда. Таким образом, в лазерной системе с простыми по конструкции лазерными модулями достигается более чем двукратное по сравнению с одномодульной лазерной системой увеличение энергии генерации.When operating by the proposed method, the generation threshold in the second laser module is reduced by injection of the discharge of an external optical signal immediately after ignition in it. This can increase the generation energy in the second laser module by more than 30%. On the other hand, injection of an external optical signal from the second laser module into the first laser module increases part of the generation energy of the first laser module at the final stage of the discharge. Thus, in a laser system with simple laser modules in design, an increase in the generation energy is achieved more than twofold in comparison with a single-module laser system.
Таким образом, предлагаемые устройство и способ позволяют увеличить энергию генерации и среднюю мощность излучения при повышении кпд лазерной системы и, в целом, снизить затраты на получение энергии генерации.Thus, the proposed device and method can increase the generation energy and the average radiation power while increasing the efficiency of the laser system and, in general, reduce the cost of generating the generation energy.
Claims (4)
установленные в корпусе либо один, либо два протяженные керамические контейнеры, расположенные преимущественно с нерабочей стороны второго электрода так, что стенки каждого керамического контейнера, обращенные к разрядной области, образуют часть системы формирования газового потока в приэлектродной области, дополнительные конденсаторы, размещенные в каждом керамическом контейнере, при этом конденсаторы подключены ко второму электроду через заземленные токовводы корпуса, протяженные заземленные газопроницаемые токопроводы, расположенные по обе стороны электродов, токовводы каждого керамического контейнера, и дополнительные конденсаторы,
второй лазерный модуль, идентичный первому,
импульсный источник питания, выводы которого малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам каждого лазерного модуля,
дополнительный источник питания с полярностью, противоположной полярности источника питания, подключенный к дополнительным конденсаторам через торцы каждого керамического контейнера.1. Excimer laser system containing the chassis on which are located: the first laser module, which includes an extended ceramic body, in which there is a gas flow formation system, a preionizer, the first electrode located on the side of the body wall, the second electrode, capacitors located outside the body connected to the first electrode through high-voltage current leads of the housing,
either one or two extended ceramic containers installed in the housing, located mainly on the non-working side of the second electrode so that the walls of each ceramic container facing the discharge region form a part of the gas flow formation system in the near-electrode region, additional capacitors located in each ceramic container while the capacitors are connected to the second electrode through the grounded current leads of the housing, long grounded gas-permeable current leads, location married on both sides of the electrodes, the current leads of each ceramic container, and additional capacitors,
a second laser module identical to the first
a switching power supply, the terminals of which are inductively connected to the capacitors of each laser module,
an additional power source with a polarity opposite to the polarity of the power source connected to additional capacitors through the ends of each ceramic container.
при котором после зажигания разряда в первом лазерном модуле зажигают разряд во втором лазерном модуле с временной задержкой, не превышающей длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазерном модуле, и с помощью системы оптической связи производят инжекцию во второй лазерный модуль внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазерного модуля, снижая порог генерации во втором лазерном модуле.3. The method of generating radiation by means of an excimer laser system according to claim 2, which consists in pulsed charging using a pulsed power source of capacitors and preionization in the laser gas modules between the first and second electrodes, performing a discharge between the first and second electrodes and generating laser radiation in each laser module
in which, after ignition of the discharge in the first laser module, the discharge in the second laser module is ignited with a time delay not exceeding the length of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment of reaching the generation threshold in the first laser module, and using the optical communication system, injection is performed into the second laser module external optical signal, which is a small part of the radiation of the first laser module, lowering the generation threshold in the second laser module.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012131324/28A RU2519869C2 (en) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Excimer laser system and method of generating radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012131324/28A RU2519869C2 (en) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Excimer laser system and method of generating radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012131324A RU2012131324A (en) | 2014-01-27 |
| RU2519869C2 true RU2519869C2 (en) | 2014-06-20 |
Family
ID=49956992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012131324/28A RU2519869C2 (en) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | Excimer laser system and method of generating radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2519869C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598142C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-09-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Powerful pulse-periodic excimer laser for technological applications |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004013940A2 (en) * | 2002-07-31 | 2004-02-12 | Lambda Physik Ag | Gas discharge laser |
| 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 |
| RU2306649C2 (en) * | 2001-08-29 | 2007-09-20 | Саймер, Инк. | Set of extremely narrow-band two-chamber gas-discharge lasers characterized in high pulse repetition frequency |
-
2012
- 2012-07-23 RU RU2012131324/28A patent/RU2519869C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6757315B1 (en) * | 1999-02-10 | 2004-06-29 | Lambda Physik Ag | Corona preionization assembly for a gas laser |
| RU2306649C2 (en) * | 2001-08-29 | 2007-09-20 | Саймер, Инк. | Set of extremely narrow-band two-chamber gas-discharge lasers characterized in high pulse repetition frequency |
| WO2004013940A2 (en) * | 2002-07-31 | 2004-02-12 | Lambda Physik Ag | Gas discharge laser |
| US20060222034A1 (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-05 | Cymer, Inc. | 6 Khz and above gas discharge laser system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2598142C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-09-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Powerful pulse-periodic excimer laser for technological applications |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012131324A (en) | 2014-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2446530C1 (en) | Pulse-periodic gas-discharge laser | |
| RU2519869C2 (en) | Excimer laser system and method of generating radiation | |
| Mikheev et al. | Multiterawatt hybrid (solid/gas) femtosecond systems in the visible | |
| RU2507654C1 (en) | Gas discharge laser, laser system and method of radiation generation | |
| Chen et al. | Long‐duration high‐efficiency operation of a continuously pulsed copper laser utilizing copper bromide as a lasant | |
| Zhang et al. | Segmented pulsed discharge for metastable argon lasing medium | |
| RU2531069C2 (en) | Gas-discharge laser system and method of generating radiation | |
| JP2017005130A (en) | Pulse type iodine laser device | |
| Sun et al. | Optically pumped terahertz lasers with high pulse repetition frequency: theory and design | |
| RU2510109C1 (en) | Gas discharge laser and method of radiation generation | |
| RU2510110C1 (en) | Gas discharge laser | |
| RU2557327C2 (en) | Gas-discharge excimer laser (versions) | |
| RU2503104C1 (en) | Gas-discharge laser | |
| RU2598142C2 (en) | Powerful pulse-periodic excimer laser for technological applications | |
| RU2548240C1 (en) | Discharge system of high-efficiency gas laser | |
| RU2477912C2 (en) | Pulse-periodic electric-discharge excimer laser | |
| RU2506671C1 (en) | Gas-discharge laser and method of generating radiation | |
| Panchenko et al. | UV, visible, and IR lasers pumped by the diffuse discharge formed by run-away electrons | |
| Tcheremiskine et al. | Amplification of femtosecond optical pulses in a photolytically driven XeF (CA) laser amplifier | |
| RU2519867C2 (en) | Gas-discharge laser | |
| RU2507653C1 (en) | Gas discharge laser | |
| RU2514159C2 (en) | Gas-discharge laser, laser system and method of generating radiation | |
| RU2559029C2 (en) | Gas laser discharge system | |
| RU2313872C2 (en) | Nitrogen laser | |
| Yu et al. | Study on the technology of the high power XeF (CA) laser with repetition mode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180724 |