RU2732999C1 - Laser-pumped light source and plasma ignition method - Google Patents

Laser-pumped light source and plasma ignition method Download PDF

Info

Publication number
RU2732999C1
RU2732999C1 RU2020109782A RU2020109782A RU2732999C1 RU 2732999 C1 RU2732999 C1 RU 2732999C1 RU 2020109782 A RU2020109782 A RU 2020109782A RU 2020109782 A RU2020109782 A RU 2020109782A RU 2732999 C1 RU2732999 C1 RU 2732999C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
plasma
light source
laser beam
chamber
Prior art date
Application number
RU2020109782A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Борисович Абраменко
Роберт Рафилевич Гаязов
Владимир Михайлович Кривцун
Александр Андреевич Лаш
Юрий Борисович Кирюхин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН"
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
Priority to RU2020109782A priority Critical patent/RU2732999C1/en
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН"
Priority to JP2020076580A priority patent/JP6885636B1/en
Priority to US16/986,424 priority patent/US10964523B1/en
Publication of RU2732999C1 publication Critical patent/RU2732999C1/en
Application granted granted Critical
Priority to US17/180,063 priority patent/US11191147B2/en
Priority to KR1020227029891A priority patent/KR20220133979A/en
Priority to IL294983A priority patent/IL294983A/en
Priority to CN202180018909.8A priority patent/CN115210849A/en
Priority to PCT/RU2021/050049 priority patent/WO2021177859A1/en
Priority to EP21721647.2A priority patent/EP4115441A1/en
Priority to CA3166712A priority patent/CA3166712A1/en
Priority to US17/514,178 priority patent/US11503696B2/en
Priority to US17/962,148 priority patent/US11875986B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: lighting engineering.
SUBSTANCE: light source has gas-filled chamber (1) with a region of radiating plasma (2) maintained in the chamber by focused beam (3) of continuous laser (4). Plasma igniter is a pulsed laser system (9) which generates the first and second laser beams (10), (11) focused into the chamber. Plasma ignition method is characterized by the fact that the first laser beam is used to perform optical breakdown, after which a second laser beam is used to ignite a plasma whose volume and density are sufficient for steady-state plasma maintenance by a continuous laser beam. Preferably, the first laser beam is generated in mode with modulated Q of the resonator and the second laser beam is generated in the free generation mode using the solid-state laser system. In contrast to sources using electrodes for starting ignition of plasma, it is possible to optimize the geometry of the chamber, reducing convective gas flows turbulence in it and minimizing optical aberrations, as well as increasing spatial angle of plasma radiation collection.
EFFECT: creation of the most high-brightness broadband light sources with high spatial and energy stability and collection of plasma radiation in spatial angle of more than 9 cp.
22 cl, 5 dwg

Description

Область изобретенияScope of invention

Изобретение относится к широкополосным источникам света с непрерывным оптическим разрядом, а также к способу стартового зажигания плазмы, поддерживаемой излучением непрерывного лазера.The invention relates to broadband light sources with a continuous optical discharge, as well as to a method for starting plasma ignition, supported by continuous laser radiation.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИPRIOR ART

Стационарный газовый разряд, поддерживаемый лазерным излучением в уже имеющейся относительно плотной плазме, называют непрерывным оптическим разрядом (НОР). НОР, поддерживаемый сфокусированным пучком непрерывного лазера реализуется в различных газах, в частности, в Xe при высоком давлении, до 200 атм (Carlhoff et al., “Continuous Optical Discharges at Very High Pressure,” Physica 103C, 1981, pp. 439-447). Источники света на основе НОР с температурой плазмы около 20000 К (Raizer, “Optical Discharges,” Sov. Phys. Usp. 23(11), Nov. 1980, pp. 789-806) являются одними из самых высокояркостных источников непрерывного излучения в широком спектральном диапазоне от ~100 нм до ~1000 нм. A stationary gas discharge sustained by laser radiation in an already existing relatively dense plasma is called a continuous optical discharge (CWD). COD supported by a focused cw laser beam is realized in various gases, in particular, in Xe at high pressures, up to 200 atm (Carlhoff et al., “Continuous Optical Discharges at Very High Pressure,” Physica 103C, 1981, pp. 439-447 ). COD light sources with a plasma temperature of about 20,000 K (Raizer, “Optical Discharges,” Sov. Phys. Usp. 23 (11), Nov. 1980, pp. 789-806) are among the highest brightness continuous radiation sources in a wide spectral range from ~ 100 nm to ~ 1000 nm.

С целью дальнейшего повышения яркости для поддержания НОР также находят применение импульсные лазеры с высокой частотой повторения, в том числе, совместно с применением непрерывного лазера, мощность которого не ниже пороговой мощности, необходимой для устойчивого поддержания НОР, как известно, например, из патента RU 2571433, опубл. 20.12.2015. In order to further increase the brightness to maintain the NR, pulsed lasers with a high repetition rate are also used, including in conjunction with the use of a continuous laser, the power of which is not lower than the threshold power required to sustainably maintain the NR, as is known, for example, from patent RU 2571433 , publ. 12/20/2015.

По сравнению с дуговыми лампами, источники на основе НОР обладают не только более высокой яркостью, но и большим временем жизни, что делает их предпочтительными для многочисленных применений. Compared to arc lamps, COD sources not only have a higher brightness, but also a longer lifetime, which makes them preferable for numerous applications.

Одна из проблем, связанных с созданием высокояркостных высокостабильных источников света на основе НОР, относится к формированию начальной плазмы, обеспечивающей надежное стартовое зажигание НОР. One of the problems associated with the development of high-brightness, highly stable COD-based light sources relates to the formation of the initial plasma, which provides reliable starting ignition of the COD.

Как известно, например, из патента US 9368337, опубл. 14.06.2016, в высокояркостных широкополосных источниках света на основе НОР для стартового зажигания плазмы находят применение два штыревых электрода, размещенных на оси прозрачной колбы, между которыми на короткое время формируют дуговой разряд. При этом лазерный пучок, поддерживающий НОР, фокусирован в центре колбы, в промежутке между двумя электродами. Источник характеризуется высокой яркостью при достаточно простой конструкции. Последнее в значительной степени обусловлено тем, что кварцевые колбы с двумя электродами, содержащие газ, в частности, Xe высокого давления (10 атм и более) являются коммерчески доступными изделиями.As is known, for example, from US patent 9368337, publ. 06/14/2016, in high-brightness broadband light sources based on NOR for starting plasma ignition, two pin electrodes are used, located on the axis of a transparent bulb, between which an arc discharge is formed for a short time. In this case, the laser beam supporting the NOD is focused in the center of the bulb, in the gap between the two electrodes. The source is characterized by high brightness with a fairly simple design. The latter is largely due to the fact that quartz flasks with two electrodes containing gas, in particular, high pressure Xe (10 atm or more), are commercially available products.

Однако относительно холодные электроды, расположенные вблизи области высокотемпературной излучающей плазмы, вызывают возмущение конвективных потоков газа в колбе и, как результат, ухудшают пространственную и энергетическую стабильность источника света. Наряду с этим, наличие электродов вблизи области излучающей плазмы характеризуется наличием «мертвых» углов, ограничивающих выход полезного излучения плазмы. Кроме этого, распыление материала электродов, может приводить к снижению прозрачности стенок колбы и, соответственно, к деградации источника света со временем. However, relatively cold electrodes located near the high-temperature emitting plasma region disturb the convective gas flows in the bulb and, as a result, degrade the spatial and energy stability of the light source. Along with this, the presence of electrodes near the region of the emitting plasma is characterized by the presence of "dead" angles that limit the output of useful plasma radiation. In addition, the sputtering of the electrode material can lead to a decrease in the transparency of the walls of the bulb and, accordingly, to the degradation of the light source over time.

Этого недостатка в значительной степени лишен широкополосный источник света, известный из US Patent 9357627, опубл. 31.05.2016, в варианте реализации которого после зажигания НОР область фокусировки лазерного пучка и, соответственно, область излучающей плазмы перемещают из промежутка между поджигающими электродами к стенке колбы. За счет выбора взаимного расположения оси лазерного пучка, колбы и области излучающей плазмы обеспечивают высокую энергетическую и пространственную стабильность широкополосного источника света. This drawback is largely devoid of a broadband light source known from US Patent 9357627, publ. 05/31/2016, in the embodiment of which, after the ignition of the NOD, the focusing region of the laser beam and, accordingly, the region of the emitting plasma is moved from the gap between the igniting electrodes to the flask wall. Due to the choice of the relative position of the axis of the laser beam, the bulb and the region of the emitting plasma, high energy and spatial stability of the broadband light source is provided.

Однако необходимость передвижения области излучающей плазмы усложняет конструкцию источника света и его эксплуатацию. Кроме этого, затрудняется использование максимально острой фокусировки лазерного пучка, что может ограничивать достижение максимально возможной яркости источника света. К недостаткам колбы, содержащей электроды, можно также отнести сложную технологию герметизации соединения металл-стекло и сложную форму колбы, обусловливающую наличие концентрации напряжений, ведущих к повреждению герметичного соединения металл-стекло и снижению прочности лампы в процессе эксплуатации источника света при высоких давлениях газа.However, the need to move the region of the emitting plasma complicates the design of the light source and its operation. In addition, it is difficult to use the sharpest focusing of the laser beam, which can limit the achievement of the maximum possible brightness of the light source. The disadvantages of the flask containing electrodes can also be attributed to the complex technology of sealing the metal-glass connection and the complex shape of the flask, which leads to the presence of stress concentrations leading to damage to the sealed metal-glass connection and a decrease in the strength of the lamp during operation of the light source at high gas pressures.

От указанных недостатков свободен известный из патентной заявки JPS61193358, опубликованной 27.08.1986, безэлектродный источник света на основе НОР, в котором лазер используется как для стартового зажигания плазмы, так и для поддержания НОР в безэлектродной колбе. Known from the patent application JPS61193358, published on 08/27/1986, an electrodeless light source based on a COP, in which a laser is used both for starting plasma ignition and for maintaining an COP in an electrodeless flask, is free from these disadvantages.

Однако пороговая мощность лазерного излучения, необходимая для стартового зажигания плазмы обычно составляет от примерно десяти до нескольких сотен кВт и выше. В то же время, интенсивность лазерного излучения, достаточная для поддержания НОР, обычно составляет лишь несколько десятков Ватт. Таким образом, использование одного мощного лазера, как для зажигания, так и для поддержания плазмы, ведет либо к сокращению времени жизни источника света (при использовании полной мощности лазера для поддержания НОР), либо является избыточным, дорогостоящим и непрактичным в случае поддержания НОР с помощью очень малой доли от полной мощности лазера. However, the threshold power of laser radiation required for starting plasma ignition is usually from about ten to several hundred kW and more. At the same time, the intensity of laser radiation sufficient to maintain COD is usually only a few tens of watts. Thus, the use of a single high-power laser, both for ignition and for maintaining the plasma, either leads to a reduction in the lifetime of the light source (when using the full laser power to maintain the COD), or is redundant, expensive and impractical in the case of maintaining the COD with the help of a very small fraction of the total laser power.

Для решения этой проблемы в патенте US 10057973, опубл. 21.08.2018, предлагается использовать единственный непрерывный лазер с мощностью ниже 250 Ватт и длиной волны менее 1100 нм. Зажигание и поддержания НОР предлагается обеспечивать за счет острой фокусировки, при которой поперечный размер фокальной области менее 1-15 микрон, а ее длина- 6 микрон или меньше.To solve this problem in US patent 10057973, publ. 08/21/2018, it is proposed to use a single CW laser with a power below 250 watts and a wavelength of less than 1100 nm. It is proposed to ignite and maintain the NRD by means of sharp focusing, at which the transverse size of the focal region is less than 1-15 microns, and its length is 6 microns or less.

Однако такое решение не является универсальным, поскольку требования к фокусировке лазера очень высоки и не гарантируют высокой надежности функционирования предложенного источника света. Кроме того, подводимая к источнику мощность на уровне около 250 Вт может быть слишком высока для целого ряда применений.However, this solution is not universal, since the requirements for focusing the laser are very high and do not guarantee high reliability of the proposed light source. In addition, a power input of about 250 watts to the power supply may be too high for a variety of applications.

Этих недостатков лишен источник света, известный из патента FR2554302, опубликованного 03.05.1985, в котором в качестве средства для стартового зажигания плазмы используется сфокусированный пучок импульсного лазера, предназначенный для начального зажигания плазмы или оптического пробоя. Для поддержания НОР используется непрерывный лазер. В указанном устройстве решается проблема долговечности источника излучения на основе НОР.The light source known from patent FR2554302 published on 05/03/1985 does not have these drawbacks, in which a focused pulsed laser beam is used as a means for starting plasma ignition, designed for initial plasma ignition or optical breakdown. A continuous laser is used to maintain the NOR. The specified device solves the problem of the durability of the radiation source based on COD.

Однако для стартового зажигания плазмы и для обеспечения высокой яркости НОР необходима острая фокусировка обоих лазеров. Таким образом, требуется очень точное сведение областей фокусировки пучков импульсного и непрерывного лазеров. Это усложняет осуществление лазерного зажигания и снижает его надежность, делая устойчивое зажигание НОР в высокояркостном источнике света проблематичным.However, for the starting plasma ignition and to ensure a high COD brightness, a sharp focusing of both lasers is required. Thus, a very precise alignment of the focusing regions of pulsed and cw lasers is required. This complicates the implementation of laser ignition and reduces its reliability, making stable ignition of the COP in a high-brightness light source problematic.

Частично этих недостатков лишен источник света, известный из US Patent 10244613, опубл. 25.05.2017, в варианте реализации которого пучки одного или нескольких лазеров, предназначенных для стартового зажигания плазмы, и один или несколько пучков непрерывных лазеров, предназначенных для поддержания НОР, введены в оптическое волокно, используемое для доставки излучения указанных лазеров к системе фокусировки их излучения в область излучающей плазмы. В указанном устройстве достигается совмещение областей фокусировки импульсных поджигающих и непрерывных лазеров, если длины волн указанных лазеров близки.The light source known from US Patent 10244613, publ. 05/25/2017, in the embodiment of which the beams of one or more lasers intended for starting plasma ignition and one or more beams of cw lasers intended to maintain the NDT are inserted into an optical fiber used to deliver the radiation of these lasers to the system for focusing their radiation in region of emitting plasma. In the specified device, the focusing regions of pulsed igniting and continuous lasers are achieved if the wavelengths of these lasers are close.

Однако в случае различия длин волн импульсных и непрерывных лазеров области их фокусировки не совпадают из-за хроматических аберраций. Кроме этого, передача по оптоволокну лазерных импульсов высокой мощности (в сотни кВт), используемой для надежного стартового зажигания НОР, может приводить к разрушению оптоволокна, что обусловливает недостатки этого решения. However, if the wavelengths of pulsed and cw lasers are different, their focusing regions do not coincide due to chromatic aberrations. In addition, the transmission of high-power laser pulses (hundreds of kW) through the optical fiber, used for reliable starting ignition of the RCD, can lead to the destruction of the optical fiber, which causes the disadvantages of this solution.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является создание свободных от указанных недостатков способов и устройств высоконадежного лазерного зажигания плазмы непрерывного оптического разряда, разработка на этой основе высокояркостных высокостабильных источников света с лазерной накачкой.The objective of the invention is to create methods and devices, free from the indicated drawbacks, of highly reliable laser ignition of continuous optical discharge plasma, development on this basis of high-brightness highly stable laser-pumped light sources.

Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой надежности зажигания плазмы, поддерживаемой излучением непрерывного лазера, создание на этой основе безэлектродных высокояркостных широкополосных источников света с максимально высокой пространственной и энергетической стабильностью и возможностью сбора излучения плазмы в пространственном угле более 9 ср. The technical result of the invention is to ensure high reliability of plasma ignition, supported by continuous laser radiation, to create on this basis electrodeless high-brightness broadband light sources with the highest possible spatial and energy stability and the ability to collect plasma radiation in a spatial angle of more than 9 sr.

Выполнение поставленной задачи возможно с помощью предлагаемого источника света с лазерной накачкой, содержащего: заполненную газом камеру, по меньшей мере, часть которой оптически прозрачна; область излучающей плазмы, поддерживаемой в указанной камере сфокусированным пучком непрерывного лазера; по меньшей мере, один пучок полезного излучения плазмы, выходящий из камеры, и средство для зажигания плазмы. The task can be accomplished using the proposed laser-pumped light source, comprising: a gas-filled chamber, at least part of which is optically transparent; a region of emitting plasma supported in said chamber by a focused beam of a continuous laser; at least one beam of useful plasma radiation exiting the chamber and means for igniting the plasma.

Отличие источника света состоит в том, что средством для зажигания плазмы является импульсная лазерная система, генерирующая первый и второй лазерные пучки, сфокусированные в камеру, при этом первый лазерный пучок предназначен для оптического пробоя газа, а второй лазерный пучок предназначен для зажигания плазмы после оптического пробоя.The difference between the light source is that the means for plasma ignition is a pulsed laser system that generates the first and second laser beams focused into the chamber, while the first laser beam is intended for optical breakdown of the gas, and the second laser beam is intended for plasma ignition after optical breakdown ...

В предпочтительных вариантах реализации изобретения первый лазерный пучок имеет пиковую мощность излучения более 104 Вт и длительность импульса менее 0,1 мкс.In preferred embodiments of the invention, the first laser beam has a peak radiation power of more than 10 4 W and a pulse duration of less than 0.1 μs.

Предпочтительно второй лазерный пучок имеет, по меньшей мере, в три раза большую энергию и, по меньшей мере, на порядок величины меньшую пиковую мощность лазерного импульса по сравнению с первым лазерным пучком.Preferably, the second laser beam has at least three times the energy and at least an order of magnitude less peak laser pulse power than the first laser beam.

В вариантах реализации изобретения объем плазмы, зажигаемой вторым лазерным пучком на порядок величины или более превосходит объем плазмы, созданной при оптическом пробое первым лазером.In embodiments of the invention, the volume of plasma ignited by the second laser beam is an order of magnitude or more greater than the volume of plasma generated by optical breakdown by the first laser.

Предпочтительно объем и плотность плазмы, зажигаемой вторым лазерным пучком, достаточны для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера.Preferably, the volume and density of the plasma ignited by the second laser beam is sufficient to steady the plasma with the focused CW laser beam.

В вариантах реализации изобретения второй лазерный пучок обеспечивает размер плазмы, достигающий около 1 мм, и плотность плазмы, достигающую 1018 см-3 или более.In embodiments of the invention, the second laser beam provides a plasma size of about 1 mm and a plasma density of 10 18 cm −3 or more.

В вариантах реализации изобретения выходная мощность непрерывного лазера не превышает 300 Вт.In embodiments of the invention, the output power of the cw laser does not exceed 300 W.

Предпочтительно импульс излучения второго лазерного пучка заканчивается не раньше чем через 50 мкс после окончания импульса излучения первого лазерного пучка.Preferably, the radiation pulse of the second laser beam ends not earlier than 50 μs after the end of the radiation pulse of the first laser beam.

Предпочтительно области фокусировки первого и второго лазерных пучков, по меньшей мере, частично перекрываются.Preferably, the focusing regions of the first and second laser beams overlap at least partially.

Предпочтительно импульсная лазерная система включает в себя два лазера с общими зеркалами резонатора, первый и второй лазерные пучки параллельны и введены в камеру через одну общую фокусирующую оптическую систему.Preferably, the pulsed laser system includes two lasers with common cavity mirrors, the first and second laser beams are parallel and introduced into the chamber through one common focusing optical system.

Предпочтительно импульсная лазерная система твердотельная.Preferably the pulsed laser system is solid state.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения импульсная лазерная система предназначена для генерации первого лазерного пучка в режиме с модулированной добротностью резонатора или в режиме генерации гигантского импульса.In preferred embodiments of the invention, the pulsed laser system is designed to generate a first laser beam in a Q-switched resonator mode or in a giant pulse mode.

Предпочтительно импульсная лазерная система предназначена для генерации второго лазерного пучка в режиме свободной генерации.Preferably, the pulsed laser system is designed to generate a second laser beam in a free mode.

Предпочтительно только непрерывный лазер имеет оптоволоконный вывод излучения.Preferably, only the CW laser has a fiber optic output.

Длина волны излучения непрерывного лазера может быть отлична от длин волн излучения первого и второго лазерных пучков.The wavelength of the CW laser can be different from the wavelengths of the first and second laser beams.

Предпочтительно ось сфокусированного пучка непрерывного лазера направлена вертикально вверх или близко к вертикали.Preferably, the axis of the focused CW laser beam is directed vertically upward or close to vertical.

В вариантах реализации изобретения наружная поверхность и внутренняя поверхность прозрачных частей камеры имеют форму концентрических сфер, либо их частей, и область излучающей плазмы расположена в центре указанных концентрических сфер.In embodiments of the invention, the outer surface and the inner surface of the transparent parts of the chamber are in the form of concentric spheres, or parts thereof, and the region of the emitting plasma is located in the center of these concentric spheres.

Предпочтительно пучок полезного излучения плазмы выходит из камеры по всем азимутам.Preferably, the useful plasma radiation beam exits the chamber in all azimuths.

В вариантах реализации изобретения пучок полезного излучения плазмы выходит из камеры в пространственный угол не менее 9 ср.In embodiments of the invention, a beam of useful plasma radiation exits the chamber into a spatial angle of at least 9 sr.

В варианте реализации изобретения источник света с лазерной накачкой характеризуется тремя или более пучками полезного излучения плазмы.In an embodiment of the invention, the laser pumped light source has three or more beams of useful plasma radiation.

В другом аспекте изобретение относится к способу зажигания плазмы в источнике света с лазерной накачкой. Способ включает в себя: направление сфокусированного пучка непрерывного лазера в камеру с газом высокого давления, стартовое зажигание плазмы и стационарное поддержание излучающей плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера.In another aspect, the invention relates to a method for igniting a plasma in a laser pumped light source. The method includes: directing a focused cw laser beam into a chamber with a high-pressure gas, starting plasma ignition, and stationary maintenance of the emitting plasma with a focused cw laser beam.

Способ зажигания плазмы непрерывного оптического разряда характеризуется тем, что стартовое зажигание плазмы осуществляют импульсной лазерной системой, генерирующей первый и второй лазерные пучки, сфокусированные в камеру, причем первым лазерным пучком, осуществляют оптический пробой, после которого вторым лазерным пучком зажигают плазму, объем и плотность которой достаточны для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера.The method of plasma ignition of a continuous optical discharge is characterized in that the initial plasma ignition is carried out by a pulsed laser system that generates the first and second laser beams focused into the chamber, with the first laser beam performing an optical breakdown, after which the second laser beam ignites the plasma, the volume and density of which are sufficient for stationary plasma maintenance by a focused cw laser beam.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения с помощью импульсной твердотельной лазерной системы генерируют первый лазерный пучок в режиме с модулированной добротностью резонатора и генерируют второй лазерный пучок в режиме свободной генерации. In preferred embodiments of the invention, a pulsed solid-state laser system generates a first laser beam in a Q-switched resonator mode and generates a second laser beam in a free-running mode.

При выполнении источника света в предложенном виде за счет соответствующего выбора энергии, длительности и, соответственно, импульсной мощности первого и второго лазерных пучков достигается надежное зажигание непрерывного оптического разряда за счет следующих факторов. Надежный оптический пробой обеспечивается первым лазерным пучком. Однако зажигание НОР только одним лазерным пучком является проблематичным. Одна из причин - трудность совмещения области фокусировки непрерывного лазера с областью оптического пробоя, размер которой обычно очень мал и не превышает величину около 50 мкм. Даже если области фокусировки импульсного и непрерывного лазерного пучков совмещены, зажигание НОР только одним лазерным пучком все равно является труднодостижимым. Это связано с тем, что оптический пробой, генерируемый лазерным излучением, обладает свойствами взрыва. Процессы взрывного типа, в частности, ударные волны могут приводить к тушению оптического разряда, поддерживаемого непрерывным лазером небольшой мощности, обычно не превышающей 300 Вт. В соответствии с изобретением эта проблема решается тем, что второй импульсный лазерный пучок обеспечивает зажигание плазмы после оптического пробоя первым лазерным пучком. Параметры второго лазерного пучка выбраны так, что поддерживаемый им оптический разряд сам по себе свободен от явлений взрывного типа и при этом устойчив к возмущениям, вызванным предшествующим оптическим пробоем. Наряду с этим, второй лазерный пучок обеспечивает объем и плотность плазмы, достаточные для ее надежного стационарного поддержания непрерывным лазером относительно малой мощности после выключения второго лазера. When performing the light source in the proposed form due to the appropriate choice of energy, duration and, accordingly, the pulsed power of the first and second laser beams, reliable ignition of a continuous optical discharge is achieved due to the following factors. Reliable optical breakdown is provided by the first laser beam. However, the ignition of a COD with only one laser beam is problematic. One of the reasons is the difficulty in aligning the focusing region of a cw laser with an optical breakdown region, the size of which is usually very small and does not exceed about 50 μm. Even if the focusing regions of the pulsed and continuous laser beams are aligned, the ignition of the COD with only one laser beam is still difficult to achieve. This is due to the fact that the optical breakdown generated by laser radiation has explosion properties. Explosive processes, in particular shock waves, can quench an optical discharge supported by a low-power cw laser, usually not exceeding 300 W. According to the invention, this problem is solved in that the second pulsed laser beam ignites the plasma after optical breakdown by the first laser beam. The parameters of the second laser beam are chosen so that the optical discharge it supports is itself free from explosive phenomena and, at the same time, is resistant to perturbations caused by the preceding optical breakdown. Along with this, the second laser beam provides the volume and density of the plasma sufficient for its reliable stationary maintenance by a cw laser of relatively low power after the second laser is switched off.

Таким образом, достигается надежное безэлектродное зажигание непрерывного оптического разряда. Устранение электродов снижает возмущения конвективных потоков газа вблизи области излучающей плазмы, упрощает камеру, позволяя оптимизировать ее конструкцию для уменьшения турбулентности конвективных газовых потоков и минимизировать оптические аберрации, в частности, при выводе излучения плазмы через прозрачные части камеры, а также увеличить пространственный угол сбора излучения плазмы. Это позволяет создать наиболее высокояркостные широкополосные источники света с большим пространственным углом сбора излучения плазмы, характеризующиеся максимально высокой пространственной и энергетической стабильностью.Thus, a reliable electrodeless ignition of the continuous optical discharge is achieved. Elimination of electrodes reduces disturbances of convective gas flows near the region of emitting plasma, simplifies the chamber, making it possible to optimize its design to reduce the turbulence of convective gas flows and minimize optical aberrations, in particular, when plasma radiation is extracted through transparent parts of the chamber, and also to increase the spatial angle of collection of plasma radiation ... This makes it possible to create the most high-brightness broadband light sources with a large spatial angle of collection of plasma radiation, characterized by the highest possible spatial and energy stability.

Указанные объекты, особенности и преимущества изобретения, а также само изобретение будет более понятным из последующего описания вариантов реализации изобретения, иллюстрируемых прилагаемыми чертежами.These objects, features and advantages of the invention, as well as the invention itself will be more clear from the following description of embodiments of the invention illustrated by the accompanying drawings.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых:The technical essence and principle of operation of the proposed device are illustrated by drawings, in which:

Фиг. 1 - схематичное изображение источника света с импульсной лазерной системой для зажигания плазмы в соответствии с вариантом реализации изобретения,FIG. 1 is a schematic diagram of a light source with a pulsed laser system for plasma ignition in accordance with an embodiment of the invention,

Фиг. 2 - диаграмма временных зависимостей мощности излучения импульсной лазерной системы и непрерывного лазера в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения,FIG. 2 is a diagram of time dependences of the radiation power of a pulsed laser system and a cw laser in accordance with one embodiment of the invention,

Фиг. 3 - схематичное изображение источника света с твердотельной импульсной лазерной системой для зажигания плазмы,FIG. 3 is a schematic representation of a light source with a solid state pulsed laser system for plasma ignition,

Фиг. 4 - схематичное изображение источника света с трехканальным выводом полезного излучения плазмы,FIG. 4 is a schematic representation of a light source with a three-channel output of useful plasma radiation,

Фиг. 5 - диаграмма временных зависимостей мощности излучения в лазерных пучках в соответствии с вариантом реализации изобретения.FIG. 5 is a diagram of time dependences of the radiation power in laser beams in accordance with an embodiment of the invention.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION

Данное описание служит для иллюстрации осуществления изобретения и ни в коей мере объема настоящего изобретения.This description serves to illustrate the implementation of the invention and in no way the scope of the present invention.

В соответствии с примером осуществления изобретения (Фиг. 1) источник света с лазерной накачкой содержит камеру 1, заполненную газом высокого давления, обычно 10 атм или более. По меньшей мере, часть камеры 1 оптически прозрачна. На Фиг 1. показан вариант с полностью прозрачной камерой, выполненной из оптически прозрачного материала, например, из плавленого кварца. В камере 1 расположена область излучающей плазмы 2, поддерживаемой в камере сфокусированным пучком 3 непрерывного лазера 4. По меньшей мере, один пучок 5 полезного излучения плазмы, направленный на оптическую систему сбора излучения 6 и предназначенный для дальнейшего использования, выходит из камеры 1. Оптическая система сбора излучения 6 формирует пучок излучения плазмы 7, транспортируемый, например, по оптоволокну или системой зеркал к оптической системе 8, использующей широкополосное излучение плазмы.In accordance with an exemplary embodiment of the invention (Fig. 1), the laser pumped light source comprises a chamber 1 filled with a high pressure gas, typically 10 atm or more. At least part of the camera 1 is optically transparent. Fig. 1 shows a variant with a completely transparent chamber made of optically transparent material, for example, from fused silica. In the chamber 1 there is a region of emitting plasma 2, supported in the chamber by a focused beam 3 of a continuous laser 4. At least one beam 5 of useful plasma radiation directed to the optical radiation collection system 6 and intended for further use comes out of the chamber 1. Optical system collection of radiation 6 forms a beam of plasma radiation 7, transported, for example, by optical fiber or a system of mirrors to the optical system 8 using broadband plasma radiation.

Подробнее оптические системы сбора излучения описаны, например, в патенте U.S. 9357627, опубликованном 31 мая 2016 и включенном сюда посредством ссылки.Optical radiation collection systems are described in more detail, for example, in U.S. 9357627 published May 31, 2016 and incorporated herein by reference.

Источник света также содержит средство для зажигания плазмы, в качестве которого используется импульсная лазерная система 9, генерирующая первый лазерный пучок 10 и второй лазерный пучок 11, сфокусированные в камеру 1, а именно в область камеры, предназначенную для поддержания излучающей плазмы. Для фокусировки первого и второго лазерных пучков 10, 11 используются оптические элементы, например, в виде собирающих линз, не ограничиваясь только этим вариантом. Первый лазерный пучок 10 предназначен для начального зажигания плазмы или оптического пробоя в камере 1. Второй лазерный пучок 11 предназначен для зажигания плазмы после оптического пробоя, осуществляемого первым лазерным пучком 10. The light source also contains a means for igniting the plasma, which is a pulsed laser system 9, which generates a first laser beam 10 and a second laser beam 11, focused into the chamber 1, namely, into the region of the chamber intended for maintaining the emitting plasma. To focus the first and second laser beams 10, 11, optical elements are used, for example, in the form of collecting lenses, but are not limited to this option. The first laser beam 10 is intended for initial plasma ignition or optical breakdown in chamber 1. The second laser beam 11 is intended for plasma ignition after optical breakdown performed by the first laser beam 10.

При выполнении источника света в предложенном виде за счет соответствующего выбора энергии, длительности и, соответственно, импульсной мощности двух лазерных пучков достигается надежное зажигание непрерывного оптического разряда. Это позволяет создать безэлектродные высокояркостные широкополосные источники света с лазерной накачкой, характеризующиеся максимально высокой пространственной и энергетической стабильностью.When performing the light source in the proposed form, due to the appropriate choice of energy, duration and, accordingly, the pulsed power of two laser beams, reliable ignition of a continuous optical discharge is achieved. This makes it possible to create electrodeless high-brightness broadband laser-pumped light sources, characterized by the highest possible spatial and energy stability.

Отсутствие электродов упрощает конструкцию камеры высокого давления, повышает прочность и надежность камеры, обеспечивает в предпочтительных вариантах изобретения выход пучка 5 полезного излучения плазмы из камеры по всем азимутам, Фиг. 1. Здесь это означает, что в азимутальной плоскости, проходящей через область излучающей плазмы 2 перпендикулярно оси пучка 3 непрерывного лазера, полезное излучение плазмы выходит по всем азимутам от 0 до 360 градусов. В предпочтительных вариантах реализации изобретения плоский угол раскрытия (на Фиг. 1 – в плоскости чертежа) пучка 5 полезного излучения плазмы составляет не менее 90°. Это означает, что выход пучка 5 полезного излучения плазмы из камеры 1 на систему сбора излучения 6 осуществляется в пространственном угле, составляющем не менее 9 ср или более 70% от полного телесного угла.The absence of electrodes simplifies the design of the high-pressure chamber, increases the strength and reliability of the chamber, provides, in preferred embodiments of the invention, the output of the useful plasma radiation beam 5 from the chamber in all azimuths, FIG. 1. Here it means that in the azimuthal plane passing through the region of the emitting plasma 2 perpendicular to the axis of the beam 3 of the continuous laser, the useful plasma radiation comes out in all azimuths from 0 to 360 degrees. In preferred embodiments of the invention, the planar opening angle (in Fig. 1 - in the plane of the drawing) of the useful plasma radiation beam 5 is at least 90 °. This means that the output of the beam 5 of useful plasma radiation from the chamber 1 to the radiation collection system 6 is carried out in a spatial angle of at least 9 sr or more than 70% of the total solid angle.

Предпочтительно в качестве непрерывного лазера 4 используется высокоэффективный диодный лазер ближнего инфракрасного диапазона с выводом излучения в оптоволокно 12. При этом на выходе из оптического волокна 12 расширяющийся лазерный пучок направлен на коллиматор 13, например, в виде собирающей линзы. После коллиматора 13 расширенный параллельный пучок 14 непрерывного лазера направлен на фокусирующий оптический элемент 15, например, в виде асферической собирающей линзы. Фокусирующий оптический элемент 15 обеспечивает острую фокусировку пучка 3 непрерывного лазера 4, необходимую для обеспечения высокой яркости источника света.Preferably, a high-performance near-infrared diode laser with radiation output to optical fiber 12 is used as a continuous laser 4. At the exit from the optical fiber 12, the expanding laser beam is directed to the collimator 13, for example, in the form of a collecting lens. After the collimator 13, an expanded parallel beam 14 of a continuous laser is directed to a focusing optical element 15, for example, in the form of an aspherical converging lens. The focusing optical element 15 provides a sharp focusing of the beam 3 of the continuous laser 4, which is necessary to ensure a high brightness of the light source.

В вариантах реализации изобретения мощность непрерывного лазера 4 не превышает 300 Вт, что оптимально для широкого круга применений, но недостаточно для зажигания непрерывного оптического разряда без специального средства для зажигания плазмы. In embodiments of the invention, the power of the cw laser 4 does not exceed 300 W, which is optimal for a wide range of applications, but not enough to ignite a continuous optical discharge without a special means for igniting the plasma.

В варианте реализации изобретения импульсная лазерная система 9 содержит первый лазер 16 для генерации первого лазерного пучка 10 и второй лазер 17 для генерации второго лазерного пучка 11, Фиг. 1. In an embodiment of the invention, the pulsed laser system 9 comprises a first laser 16 for generating a first laser beam 10 and a second laser 17 for generating a second laser beam 11, FIG. 1.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения области фокусировки первого и второго лазерных пучков, по меньшей мере, частично перекрываются.In preferred embodiments of the invention, the focus areas of the first and second laser beams overlap at least partially.

Характерные временные зависимости мощности излучения в первом и втором лазерных пучках 10, 11, а также в пучке непрерывного лазера 4 схематично представлены в логарифмическом масштабе на Фиг. 2 Typical time dependences of the radiation power in the first and second laser beams 10, 11, as well as in the continuous laser beam 4 are schematically shown on a logarithmic scale in FIG. 2

Предпочтительно, что для надежного обеспечения стартового зажигания плазмы или оптического пробоя первый лазерный пучок 10 характеризуется высокой, не менее 104 Вт импульсной мощностью излучения. При этом достаточно, чтобы длительность по полувысоте импульса лазерного излучения не превышала 0,1 мкс.It is preferable that in order to reliably ensure the starting plasma ignition or optical breakdown, the first laser beam 10 is characterized by a high, at least 10 4 W pulsed radiation power. In this case, it is sufficient that the FWHM of the laser radiation pulse does not exceed 0.1 μs.

В соответствии с изобретением второй лазерный пучок имеет во много раз меньшие импульсную мощность, например, около 103 Вт, и во много раз большие длительность и энергию лазерного импульса, по сравнению с первым лазерным пучком. Это позволяет после воздействия первого лазерного пучка создать вторым лазерным пучком объем плазмы, который многократно, на порядок величины или более, превосходит объем плазмы, произведенный первым лазерным пучком. В то же время, мощность излучения во втором лазерном пучке более чем на порядок величины превышает мощность непрерывного лазера, Фиг. 2.In accordance with the invention, the second laser beam has many times lower pulse power, for example, about 10 3 W, and many times longer duration and energy of the laser pulse compared to the first laser beam. This makes it possible, after exposure to the first laser beam, to create a plasma volume with the second laser beam, which is many times, by an order of magnitude or more, greater than the plasma volume produced by the first laser beam. At the same time, the radiation power in the second laser beam is more than an order of magnitude higher than the power of the CW laser, FIG. 2.

Второй лазерный пучок предназначен для создания плазмы, объем и плотность которой достаточны для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера. The second laser beam is designed to create a plasma, the volume and density of which are sufficient for stationary maintenance of the plasma by a focused CW laser beam.

В вариантах изобретения импульс генерации второго лазерного пучка начинается до начала импульса генерации первого лазерного пучка и заканчивается не раньше чем через 50 мкс после окончания импульса генерации первого лазерного пучка, Фиг. 2. Это, с одной стороны,- облегчает синхронизацию первого и второго лазерных пучков, с другой стороны, - дает время, достаточное для эволюции плазмы под воздействием второго лазерного пучка. В результате обеспечиваются большие объем плазмы, достигающий около 1 мм, и плотность плазмы, достигающая 1018 см-3 или более, достаточные для надежного стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера. Плотность плазмы 1018 см-3 соответствует 10% ионизации газа с температурой 18 000 К в области излучающей плазмы и начальным давлением в камере около 16 атм. In embodiments of the invention, the pulse of generation of the second laser beam starts before the start of the pulse of generation of the first laser beam and ends no earlier than 50 μs after the end of the pulse of generation of the first laser beam, FIG. 2. This, on the one hand, - facilitates the synchronization of the first and second laser beams, on the other hand, - gives time sufficient for the evolution of the plasma under the influence of the second laser beam. As a result, a large plasma volume, reaching about 1 mm, and a plasma density reaching 10 18 cm -3 or more, are provided, sufficient for reliable stationary plasma maintenance by a focused CW laser beam. A plasma density of 10 18 cm -3 corresponds to 10% ionization of a gas with a temperature of 18,000 K in the region of the emitting plasma and an initial pressure in the chamber of about 16 atm.

Работа источника света с лазерной накачкой в одном из вариантов его реализации происходит следующим образом. Сфокусированный пучок 3 непрерывного лазера 4 направляют в, по меньшей мере, частично прозрачную камеру 1 с газом высокого давления, Фиг. 1. В качестве высокоэффективной плазмообразующей среды могут использоваться ксенон, другие инертные газы и их смеси, в том числе с парами металлов, например, ртути, и различные газовые смеси, в том числе, галогеносодержащие. В область, предназначенную для поддержания излучающей плазмы 2, направляют сфокусированный пучок 11 второго лазера 17. The operation of the laser pumped light source in one of its variants is as follows. A focused beam 3 of a continuous laser 4 is directed into an at least partially transparent chamber 1 with high pressure gas, FIG. 1. Xenon, other inert gases and their mixtures, including with metal vapors, for example, mercury, and various gas mixtures, including halogen-containing ones, can be used as a highly efficient plasma-forming medium. A focused beam 11 of the second laser 17 is directed to the region intended for maintaining the emitting plasma 2.

В примере реализации изобретения максимальная мощность излучения во втором лазерном пучке 11 может иметь величину порядка 103 Вт, а длительность импульса излучения - порядка 10-4 с. In an example of implementation of the invention, the maximum radiation power in the second laser beam 11 can be of the order of 10 3 W, and the duration of the radiation pulse - of the order of 10 -4 s.

Во время импульса излучения второго лазерного пучка 11 осуществляют генерацию первого лазерного пучка 10, область фокусировки которого, по меньшей мере, частично перекрывает область фокусировки второго лазерного пучка. Коротким, менее 0,1 мкс, мощным, порядка и более 104 Вт, импульсом излучения первого лазера 2, энергия которого порядка нескольких мДж, осуществляют оптический пробой с первичной локальной ионизацией газа в малом объеме с характерным размером 50- 100 мкм. Вторым лазерным пучком 11, энергия и длительность лазерного импульса которого во много раз больше, чем у первого лазерного пучка 10, поддерживают горение оптического разряда при мощности лазерного излучения (порядка или более 103 Вт) многократно превышающей мощность излучения в пучке 3 непрерывного лазера. В процессе поддержания плазмы вторым лазерным пучком 11, длительность импульса которого около 100 мкс или более, увеличивают объем плазмы за счет ее продвижения навстречу лазерному пучку 11 вдоль каустики и ее радиального расширения вплоть до размеров плазмы, достигающих 1 мм. За счет достаточно большой (порядка 0,1 Дж/импульс или более) энергии импульса излучения второго лазерного пучка 11 в увеличенном объеме плазмы обеспечивают уровень плотности электронов, достаточный для надежного поддержания излучающей плазмы сфокусированным пучком 3 непрерывного лазера 4 относительно малой мощности, не превышающей 300 Вт. То есть, вторым лазерным пучком обеспечивают плотность плазмы выше пороговой плотности плазмы НОР, имеющей величину около 1018 электронов/см3. В стационарном режиме из области излучающей плазмы 2 непрерывного оптического разряда осуществляют вывод широкополосного излучения высокой яркости, по меньшей мере, одним пучком 5 полезного излучения плазмы, выходящим через оптически прозрачные части камеры 1 и предназначенным для дальнейшего использования.During the radiation pulse of the second laser beam 11, the first laser beam 10 is generated, the focusing region of which at least partially overlaps the focusing region of the second laser beam. An optical breakdown with primary local gas ionization in a small volume with a characteristic size of 50-100 microns is carried out by a short, less than 0.1 μs, powerful, on the order of and more than 10 4 W, radiation pulse of the first laser 2, the energy of which is on the order of several mJ. The second laser beam 11, the energy and duration of the laser pulse of which is many times greater than that of the first laser beam 10, support the combustion of the optical discharge at a laser radiation power (on the order of or more than 10 3 W) that is many times higher than the radiation power in the beam 3 of a continuous laser. In the process of maintaining the plasma with the second laser beam 11, the pulse duration of which is about 100 μs or more, the volume of plasma is increased due to its advance towards the laser beam 11 along the caustic and its radial expansion up to plasma dimensions reaching 1 mm. Due to the sufficiently high (about 0.1 J / pulse or more) pulse energy of the second laser beam 11 in the increased plasma volume, an electron density level sufficient for reliable maintenance of the emitting plasma by the focused beam 3 of the continuous laser 4 of relatively low power, not exceeding 300 Tue That is, the second laser beam provides a plasma density above the threshold plasma density of the COP, having a value of about 10 18 electrons / cm 3 . In a stationary mode, from the region of the emitting plasma 2 of a continuous optical discharge, broadband radiation of high brightness is outputted by at least one beam 5 of useful plasma radiation emerging through the optically transparent parts of the chamber 1 and intended for further use.

При выполнении источника света в предложенном виде достигается надежное зажигание непрерывного оптического разряда без использования поджигающих электродов. Это позволяет значительно улучшить конструкцию камеры за счет упрощения ее формы и устранения механических напряжений в местах герметичных вводов металла в камеру, что повышает надежность и ресурс источника света. Упрощение конструкции позволяет использовать форму камеры, снижающую аберрации, вносимые в пучок полезного излучения плазмы при его выходе из камеры, и тем самым повысить яркость источника света. Также реализуется возможность использования материала камеры с более высокой прозрачностью в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. Снижается электромагнитный шум при запуске источника света. Повышается ресурс камеры из-за устранения металлизации ее оптически прозрачных частей. Кроме этого, отсутствие электродов позволяет значительно увеличить пространственный угол вывода излучения и повысить мощность в пучке полезного излучения плазмы. Наряду с этим, устранение поджигающих электродов значительно снижает турбулентность конвективных поток в камере и, тем самым, значительно повышает пространственную и энергетическую стабильность источника света с лазерной накачкой. Дальнейшее повышение стабильности достигается за счет возможности оптимизации размеров безэлектродной камеры. В целом, достигается повышение яркости и стабильности источника света, реализуется возможность повышения его оптического выхода в УФ диапазоне, увеличивается надежность и время жизни, повышается удобство его эксплуатации, и снижаются эксплуатационные расходы. When performing the light source in the proposed form, reliable ignition of a continuous optical discharge is achieved without the use of ignition electrodes. This makes it possible to significantly improve the design of the chamber by simplifying its shape and eliminating mechanical stresses in the places of sealed metal inlets into the chamber, which increases the reliability and resource of the light source. Simplification of the design makes it possible to use the shape of the chamber, which reduces the aberrations introduced into the beam of useful plasma radiation when it leaves the chamber, and thereby increase the brightness of the light source. It is also possible to use a camera material with a higher transparency in the ultraviolet (UV) range of the spectrum. Reduces electromagnetic noise when starting the light source. The resource of the camera increases due to the elimination of metallization of its optically transparent parts. In addition, the absence of electrodes makes it possible to significantly increase the spatial angle of radiation extraction and increase the power in the beam of useful plasma radiation. Along with this, the elimination of the ignition electrodes significantly reduces the turbulence of the convective flow in the chamber and thus significantly increases the spatial and energy stability of the laser pumped light source. A further increase in stability is achieved through the possibility of optimizing the dimensions of the electrodeless chamber. In general, an increase in the brightness and stability of the light source is achieved, the possibility of increasing its optical output in the UV range is realized, the reliability and lifetime are increased, the convenience of its operation is increased, and the operating costs are reduced.

Указанные возможности наиболее легко реализуемы в источнике света, в котором импульсная лазерная система твердотельная, Фиг. 3. В этом варианте изобретения импульсная лазерная система 9 включает в себя два твердотельных лазера 16, 17 с источниками оптической накачки 18, 19, например, в виде импульсных ламп с отражателями. Включение ламп осуществляется с оптимизированной задержкой друг относительно друга. В качестве активных элементов 20, 21 могут использоваться стержни из прозрачного базового материала, например иттрий- алюминиевого граната (YAG), легированного ионами металлов, например, неодимом (Nd). Первый и второй лазерные пучки 10, 11 предпочтительно параллельны и введены в камеру 1 через одну общую фокусирующую оптическую систему 22, например, в виде асферической собирающей линзы. Для обеспечения параллельности лазерных пучков 10, 11 первый и второй твердотельные лазеры 16, 17 предпочтительно имеют общие зеркала 23, 24 резонатора. Это обеспечивает совмещение областей фокусировки первого и второго лазерных пучков 10, 11, необходимое для зажигания плазмы. These possibilities are most easily realized in a light source in which the pulsed laser system is solid, FIG. 3. In this embodiment of the invention, the pulsed laser system 9 includes two solid-state lasers 16, 17 with optical pump sources 18, 19, for example, in the form of flash lamps with reflectors. The lamps are switched on with an optimized delay relative to each other. As active elements 20, 21, rods made of a transparent base material, for example, yttrium-aluminum garnet (YAG), doped with metal ions, for example, neodymium (Nd), can be used. The first and second laser beams 10, 11 are preferably parallel and introduced into the camera 1 through one common focusing optical system 22, for example, in the form of an aspherical converging lens. To ensure the parallelism of the laser beams 10, 11, the first and second solid-state lasers 16, 17 preferably have common cavity mirrors 23, 24. This ensures that the focusing regions of the first and second laser beams 10, 11 are aligned, which is necessary for plasma ignition.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения импульсная лазерная система 9 генерирует первый лазерный пучок 10 в режиме с модулированной добротностью резонатора или в режиме генерации гигантского импульса, а второй лазерный пучок 11 в - режиме свободной генерации. Для реализации режима с модулированной добротностью первый лазер оснащен модулятором добротности 25, например, пассивным из фототропного материала. В других вариантах реализации изобретения модулятор добротности 25 может быть активным.In preferred embodiments of the invention, the pulsed laser system 9 generates a first laser beam 10 in a Q-switched resonator mode or in a giant pulse generation mode, and the second laser beam 11 in a free-running mode. To implement the Q-switched mode, the first laser is equipped with a Q-switch 25, for example, a passive phototropic material. In other embodiments, the Q-switch 25 may be active.

Мощность излучения импульсной лазерной системы 9 при генерации гигантского импульса не позволяет использовать для транспортировки его излучения оптоволокно, которое может быть повреждено. Вследствие этого в вариантах реализации изобретения только непрерывный лазер имеет оптоволоконный вывод излучения, Фиг. 1, Фиг. 3. The radiation power of the pulsed laser system 9 during the generation of a giant pulse does not allow the use of optical fiber for transporting its radiation, which can be damaged. As a consequence, in embodiments of the invention, only the CW laser has a fiber optic output, FIG. 1, Fig. 3.

Предпочтительно, что первый и второй лазерные пучки 10, 11 имеют одинаковую длину волны излучения, например, λ1=λ2=1,064 мкм, отличную от длины волны непрерывного лазера λCW, например, λCW= 0,808 мкм или 0,976 мкм: λCW

Figure 00000001
λ1=λ2. Это позволяет использовать дихроичное зеркало 26 для ввода лазерного пучка 14 непрерывного лазера, Фиг. 3. Preferably, the first and second laser beams 10, 11 have the same radiation wavelength, for example, λ 1 = λ 2 = 1.064 μm, different from the wavelength of the continuous laser λ CW , for example λ CW = 0.808 μm or 0.976 μm: λ CW
Figure 00000001
λ 1 = λ 2 . This allows the dichroic mirror 26 to be used to introduce the laser beam 14 of the cw laser, FIG. 3.

Для облегчения юстировки и улучшения компоновки источника света в нем может использоваться дополнительное поворотное зеркало 27, Фиг. 3, либо несколько подобных зеркал. To facilitate alignment and improve the layout of the light source, an additional pivoting mirror 27 can be used, FIG. 3, or several similar mirrors.

В вариантах реализации изобретения на пути прохождения пучка 14 непрерывного лазера, либо в импульсной лазерной системе 9 могут быть установлены дополнительные оптические элементы (не показаны) для компенсации хроматической аберрации и более точного совмещения областей фокусировки непрерывного и импульсных лазерных пучков. В импульсной лазерной системе, в частности, внутри резонатора образованного зеркалами 23, 24 могут устанавливаться дополнительные оптические элементы, например, поляризаторы, фильтры, диафрагмы для управления параметрами первого и второго лазерных пучков. In embodiments of the invention, additional optical elements (not shown) can be installed along the path of the beam 14 of the continuous laser or in the pulsed laser system 9 to compensate for chromatic aberration and more accurately align the focusing regions of the continuous and pulsed laser beams. In a pulsed laser system, in particular, inside the cavity formed by the mirrors 23, 24, additional optical elements can be installed, for example, polarizers, filters, diaphragms to control the parameters of the first and second laser beams.

В предпочтительном варианте реализации ось сфокусированного пучка 3 непрерывного лазера направлена вертикально вверх, то есть против силы тяжести 28, Фиг. 3, или близко к вертикали. При выполнении в предложенном виде достигается наибольшая стабильность мощности излучения источника света с лазерной накачкой. Это связано с тем фактом, что обычно область излучающей плазмы 2 несколько сдвигается от фокуса навстречу сфокусированному пучку 3 непрерывного лазера до того сечения сфокусированного лазерного пучка, где интенсивность сфокусированного пучка 3 непрерывного лазера еще достаточно для поддержания области излучающей плазмы 2. При направлении сфокусированного пучка 3 непрерывного лазера снизу вверх область излучающей плазмы 2, содержащая наиболее горячую и обладающую низкой массовой плотностью плазму, стремится всплывать под действием архимедовой силы. Поднимаясь, область излучающей плазмы 2 попадает в место, более близкое к фокусу, где сечение сфокусированного пучка 3 непрерывного лазера меньше, а интенсивность лазерного излучения выше. Это с одной стороны повышает яркость излучения плазмы, а с другой стороны, - уравновешивает силы, действующие на область излучающей плазмы, что обеспечивает высокую стабильность мощности излучения высокояркостного источника света с лазерной накачкой. In a preferred embodiment, the axis of the focused CW laser beam 3 is directed vertically upward, that is, against gravity 28, FIG. 3, or close to vertical. When executed in the proposed form, the greatest stability of the radiation power of the laser-pumped light source is achieved. This is due to the fact that usually the region of the emitting plasma 2 is slightly shifted from the focus towards the focused beam 3 of the cw laser to the cross section of the focused laser beam where the intensity of the focused beam 3 of the cw laser is still sufficient to maintain the region of emitting plasma 2. When the focused beam 3 is directed of a continuous laser from bottom to top, the region of emitting plasma 2, which contains the hottest and lowest mass density plasma, tends to float under the action of the Archimedean force. Ascending, the region of emitting plasma 2 falls into a place closer to the focus, where the cross section of the focused beam 3 of the continuous laser is smaller, and the intensity of the laser radiation is higher. This, on the one hand, increases the brightness of the plasma radiation, and on the other hand, it balances the forces acting on the region of the emitting plasma, which ensures high stability of the radiation power of a high-brightness laser-pumped light source.

Для реализации этих положительных эффектов предпочтительно, чтобы камера 1 была осесимметрична и ось сфокусированного пучка 3 непрерывного лазера была совмещена с осью симметрии камеры. To realize these positive effects, it is preferable that the camera 1 is axisymmetric and the axis of the focused beam 3 of the continuous laser is aligned with the axis of symmetry of the camera.

Наряду с обеспечением высокой стабильности выходных параметров настоящее изобретение реализует возможность достижения наибольшей яркости широкополосных источников света с лазерной накачкой, в частности, за счет оптимизации формы и размеров безэлектродной камеры. В соответствии с этим, в предпочтительных вариантах реализации изобретения наружная поверхность и внутренняя поверхность либо камеры, либо ее прозрачных частей имеют форму концентрических сфер, и область излучающей плазмы 2 расположена в центре указанных концентрических сфер, Фиг. 3. В данном варианте изобретения устраняются аберрации, вносимые стенками камеры, что позволяет обеспечить более острую фокусировку пучка 3 непрерывного лазера и повысить яркость источника света. Также устраняются аберрации, искажающие ход лучей в пучке 5 полезного излучения плазмы, повышает его яркость. Along with providing high stability of the output parameters, the present invention realizes the possibility of achieving the highest brightness of laser-pumped broadband light sources, in particular, by optimizing the shape and dimensions of the electrodeless chamber. Accordingly, in preferred embodiments of the invention, the outer surface and the inner surface of either the chamber or its transparent parts are in the form of concentric spheres, and the region of the emitting plasma 2 is located in the center of these concentric spheres, FIG. 3. In this embodiment of the invention, aberrations introduced by the walls of the chamber are eliminated, which makes it possible to provide a sharper focusing of the continuous laser beam 3 and to increase the brightness of the light source. Also, aberrations that distort the path of the rays in the beam 5 of useful plasma radiation are eliminated, and its brightness is increased.

Еще одним положительным фактором изобретения является возможность минимизации размеров камеры. Это повышает остроту фокусировки пучка непрерывного лазера 3 за счет приближения фокусирующей оптической системы 22 к области излучающей плазмы. Кроме этого, чем ближе область излучения плазмы к стенкам камеры 1, в частности, к верхней стенке камеры, тем меньше импульс, приобретаемый под действием архимедовой силы газом, нагреваемым в области излучающей плазмы 2. В связи с этим скорость и турбулентность конвективных потоков газа тем меньше, чем меньше расстояние от плазмы до стенки камеры. Таким образом, обеспечивается возможность дальнейшего повышения яркости и стабильности источника света с лазерной накачкой, выполненного в соответствии с настоящим изобретением.Another positive factor of the invention is the ability to minimize the size of the chamber. This increases the focusing sharpness of the continuous laser beam 3 by bringing the focusing optical system 22 closer to the region of the emitting plasma. In addition, the closer the plasma radiation region is to the walls of the chamber 1, in particular, to the upper wall of the chamber, the smaller the momentum acquired under the action of the Archimedean force by the gas heated in the region of the emitting plasma 2. In this regard, the velocity and turbulence of convective gas flows the less, the less the distance from the plasma to the chamber wall. Thus, it is possible to further improve the brightness and stability of the laser pumped light source of the present invention.

Для обеспечения вывода излучения плазмы в широком спектральном диапазоне, от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, оптически прозрачные части камеры предпочтительно выполнены из материала, относящегося к группе: кристаллический фторид магния (MgF2), кристаллический фторид кальция (CaF2), кристаллический сапфир или лейкосапфир (Al2O3), плавленый или кристаллический кварц. To ensure the output of plasma radiation in a wide spectral range, from ultraviolet to near infrared, the optically transparent parts of the chamber are preferably made of a material belonging to the group: crystalline magnesium fluoride (MgF 2 ), crystalline calcium fluoride (CaF 2 ), crystalline sapphire or leucosapphire ( Al 2 O 3 ), fused or crystalline quartz.

Пучок 5 полезного излучения плазмы может быть полноазимутальным Фиг. 1, Фиг. 3, не ограничиваясь только этими вариантами. The useful plasma beam 5 may be full-azimuth FIG. 1, Fig. 3, but not limited to these options.

В других вариантах реализации изобретения источник света может иметь, по меньшей мере, три расходящихся пучка 5a, 5b, 5c полезного излучения плазмы, как иллюстрируется Фиг. 4, на которой показано сечение источника света в горизонтальной плоскости, проходящей через область излучающей плазмы 2. Лазерные пучки на Фиг. 4, осуществляющие зажигание и поддержание НОР расположены ниже плоскости чертежа. Использование нескольких, в частности, трех пучков излучения плазмы от одного источника света требуется для ряда промышленных применений. В этом варианте реализации изобретения камера 1 источника света с лазерной накачкой размещена в корпусе 29, который, снабжен тремя оптическими системами сбора излучения плазмы 6a, 6b, 6c. Оптические системы сбора излучения плазмы 6a, 6b, 6c формируют пучки излучения плазмы 7a, 7b, 7c, транспортируемые, например, по оптоволокну к оптическим системам-потребителям 8a, 8b, 8c, использующим широкополосное излучение плазмы. Это позволяет использовать один источник света для трех или более оптических систем- потребителей, обеспечивая компактность системы и идентичность параметров широкополосного излучения во всех оптических каналах.In other embodiments, the light source may have at least three divergent beams 5a, 5b, 5c of useful plasma radiation, as illustrated in FIG. 4, which shows a cross-section of a light source in a horizontal plane passing through the region of emitting plasma 2. The laser beams in FIG. 4, carrying out the ignition and maintenance of the NRA are located below the plane of the drawing. The use of several, in particular three beams of plasma radiation from a single light source is required for a number of industrial applications. In this embodiment, the camera 1 of the laser pumped light source is housed in a housing 29, which is provided with three optical systems for collecting plasma radiation 6a, 6b, 6c. Optical systems for collecting plasma radiation 6a, 6b, 6c form beams of plasma radiation 7a, 7b, 7c, transported, for example, via optical fiber to optical consumer systems 8a, 8b, 8c, using broadband plasma radiation. This makes it possible to use one light source for three or more optical consumer systems, ensuring the compactness of the system and the identity of the parameters of broadband radiation in all optical channels.

В соответствии с изобретением способ зажигания плазмы в источнике света с лазерной накачкой, иллюстрируемом Фиг. 1, Фиг. 3, осуществляют следующим образом. Сфокусированный пучок 3 непрерывного лазера 4 направляют в камеру 1 с газом высокого давления, обычно 10 или более атм. Стартовое зажигание плазмы осуществляют импульсной лазерной системой 9, генерирующей первый и второй лазерные пучки 10, 11, сфокусированные в камеру. Первым лазерным пучком 10, осуществляют оптический пробой, после которого вторым лазерным пучком 11 зажигают плазму, объем и плотность которой достаточны для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком 3 непрерывного лазера 4.In accordance with the invention, a method for igniting a plasma in a laser pumped light source illustrated in FIG. 1, Fig. 3 is carried out as follows. The focused beam 3 of the continuous laser 4 is directed into the chamber 1 with a high pressure gas, usually 10 or more atm. The starting plasma ignition is carried out by a pulsed laser system 9, which generates the first and second laser beams 10, 11, focused into the chamber. An optical breakdown is performed with the first laser beam 10, after which the plasma is ignited with the second laser beam 11, the volume and density of which are sufficient for stationary maintenance of the plasma by the focused beam 3 of the continuous laser 4.

В предпочтительных вариантах реализации изобретения используют твердотельную лазерную систему, с помощью которой генерируют первый лазерный пучок 10 в режиме с модулированной добротностью резонатора и генерируют второй лазерный пучок 11 в режиме свободной генерации, Фиг. 3. Импульсная лазерная система 9 предпочтительно включает в себя два твердотельных лазера 16, 17, например, Nd:YAG лазеры с источниками оптической накачки 18, 19 в виде импульсных ламп. Первый и второй лазерные пучки 10, 11 предпочтительно параллельны и введены в камеру 1 через фокусирующую оптическую систему 22. Для совмещения областей фокусировки первого и второго лазерных пучков 10, 11 твердотельные лазеры 16, 17 предпочтительно имеют общие зеркала 23, 24 резонатора. Первый лазер 16 оснащен модулятором добротности 25.In preferred embodiments of the invention, a solid-state laser system is used that generates a first laser beam 10 in a Q-switched resonator mode and generates a second laser beam 11 in a free-running mode, FIG. 3. The pulsed laser system 9 preferably includes two solid-state lasers 16, 17, for example Nd: YAG lasers with optical pump sources 18, 19 in the form of flash lamps. The first and second laser beams 10, 11 are preferably parallel and introduced into the camera 1 through the focusing optical system 22. To align the focusing regions of the first and second laser beams 10, 11, solid-state lasers 16, 17 preferably have common resonator mirrors 23, 24. The first laser 16 is equipped with a Q-switch 25.

В примере реализации изобретения давление газа Xe в камере составляет 30 атм, энергия лазерного импульса 3 мДж при его длительности 20 нс, длине волны излучения λ1=1,064 мкм. Плазма оптического пробоя имеет характерный размер 50- 100 мкм. Режим оптического пробоя не обеспечивает надежного зажигания непрерывного оптического разряда, поддерживаемого сфокусированным пучком 3 непрерывного лазера 4. Поэтому после оптического пробоя вторым лазерным пучком, генерируемым в режиме с модулированной добротностью резонатора, зажигают плазму, объем (вплоть до 1 мм3) и плотность (свыше 1018 см-3) которой достаточны для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком 3 непрерывного лазера 4. В примере реализации изобретения энергия второго лазерного пучка 150 мДж, длительность 100 мкс, длина волны излучения λ2=1,064 мкм.In an example of implementation of the invention, the pressure of the Xe gas in the chamber is 30 atm, the energy of the laser pulse is 3 mJ with its duration of 20 ns, and the radiation wavelength λ 1 = 1.064 μm. Optical breakdown plasma has a characteristic size of 50-100 microns. The optical breakdown mode does not provide reliable ignition of a continuous optical discharge supported by a focused beam 3 of a cw laser 4. Therefore, after optical breakdown by the second laser beam generated in a mode with a Q-switched resonator, the plasma, volume (up to 1 mm 3 ) and density (over 10 18 cm -3 ) which are sufficient for stationary maintenance of the plasma by a focused beam 3 of a continuous laser 4. In an example implementation of the invention, the energy of the second laser beam is 150 mJ, duration is 100 μs, and the radiation wavelength λ 2 = 1.064 μm.

Предпочтительно, что импульс излучения второго лазерного пучка заканчивается не раньше чем через 50 мкс после окончания импульса излучения первого лазерного пучка, как иллюстрируется Фиг. 2. Время не менее 50 мкс необходимо для затухания возмущений от оптического пробоя и для эволюции размеров и плотности плазмы до значений, достаточных для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера. It is preferable that the emission pulse of the second laser beam ends not earlier than 50 μs after the end of the emission pulse of the first laser beam, as illustrated in FIG. 2. A time of at least 50 μs is necessary for the damping of perturbations from optical breakdown and for the evolution of the size and density of the plasma to values sufficient for stationary plasma maintenance by a focused beam of a cw laser.

Генерация второго лазерного пучка может начинаться до первого лазерного импульса, Фиг. 2. Вместе с тем, изобретение не ограничивается только этими вариантами. Как показали исследования, зажигание НОР также обеспечивается при генерации второго лазерного пучка с большой, до десятка секунд и более, задержкой после генерации первого лазерного пучка, как это иллюстрируется Фиг. 5. Механизм такого зажигания плазмы, вероятно, связан с воздействием гигантского импульса на стенки камеры и созданием в результате такого воздействия долгоживущих кластеров или так называемых спарков. Generation of the second laser beam may start before the first laser pulse, FIG. 2. However, the invention is not limited only to these options. Studies have shown that the ignition of the COD is also provided when the second laser beam is generated with a long, up to ten seconds or more, delay after the generation of the first laser beam, as illustrated in Fig. 5. The mechanism of such plasma ignition is probably associated with the action of a giant pulse on the chamber walls and the creation of long-lived clusters or so-called sparks as a result of this action.

В целом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить высокую надежность зажигания плазмы, поддерживаемой излучением лазера, и создать на этой основе безэлектродные высокояркостные широкополосные источники света с максимально высокой пространственной и энергетической стабильностью, а также с возможностью сбора излучения плазмы в пространственном угле более 9 ср. In general, the proposed invention makes it possible to ensure high reliability of plasma ignition, supported by laser radiation, and to create on this basis electrodeless high-brightness broadband light sources with the highest possible spatial and energy stability, as well as with the possibility of collecting plasma radiation in a spatial angle of more than 9 sr.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Выполненные в соответствии с настоящим изобретением высокояркостные высокостабильные источники света с лазерной накачкой, могут использоваться в различных проекционных системах, для спектрохимического анализа, спектрального микроанализа биообъектов в биологии и медицине, в микрокапиллярной жидкостной хроматографии, для инспекции процесса оптической литографии, для спектрофотометрии и других целей. High-brightness, highly stable laser-pumped light sources made in accordance with the present invention can be used in various projection systems, for spectrochemical analysis, spectral microanalysis of biological objects in biology and medicine, in microcapillary liquid chromatography, for inspection of the optical lithography process, for spectrophotometry and other purposes.

Claims (27)

1. Источник света с лазерной накачкой, содержащий: заполненную газом камеру (1), по меньшей мере, часть которой оптически прозрачна; область излучающей плазмы (2), поддерживаемой в камере сфокусированным пучком (3) непрерывного лазера (4); по меньшей мере, один пучок полезного излучения плазмы (5), выходящий из камеры, и средство для зажигания плазмы, отличающийся тем, что 1. A laser pumped light source comprising: a gas-filled chamber (1), at least a portion of which is optically transparent; a region of emitting plasma (2) supported in the chamber by a focused beam (3) of a continuous laser (4); at least one beam of useful plasma radiation (5) exiting the chamber, and means for igniting the plasma, characterized in that средством для зажигания плазмы является импульсная лазерная система (9), генерирующая первый и второй лазерные пучки (10), (11), сфокусированные в камеру, при этомmeans for plasma ignition is a pulsed laser system (9), which generates the first and second laser beams (10), (11) focused into the chamber, while первый лазерный пучок (10) предназначен для оптического пробоя газа, аthe first laser beam (10) is intended for optical breakdown of the gas, and второй лазерный пучок (11) предназначен для зажигания плазмы после оптического пробоя.the second laser beam (11) is intended for plasma ignition after optical breakdown. 2. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что первый лазерный пучок имеет пиковую мощность излучения более 104 Вт и длительность импульса менее 0,1 мкс. 2. Light source according to Claim. 1, characterized in that the first laser beam radiation has a peak power of more than 10 4 watts and a pulse duration less than 0.1 ms. 3. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что второй лазерный пучок имеет, по меньшей мере, в три раза большую энергию и, по меньшей мере, на порядок величины меньшую пиковую мощность лазерного импульса по сравнению с первым лазерным пучком.3. The light source of claim. 1, characterized in that the second laser beam has at least three times the energy and at least an order of magnitude less peak power of the laser pulse compared to the first laser beam. 4. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что объем плазмы, зажигаемой вторым лазерным пучком, на порядок величины или более превосходит объем плазмы, созданной при оптическом пробое.4. A light source according to claim 1, characterized in that the volume of plasma ignited by the second laser beam is an order of magnitude or more greater than the volume of plasma created during optical breakdown. 5. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что объем и плотность плазмы, зажигаемой вторым лазерным пучком, достаточны для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера.5. A light source according to claim 1, characterized in that the volume and density of the plasma ignited by the second laser beam are sufficient for stationary maintenance of the plasma by a focused continuous laser beam. 6. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что второй лазерный пучок обеспечивает размер плазмы, достигающий около 1 мм, и плотность плазмы, достигающую 1018 см-3 или более.6. The light source of claim. 1, wherein the second laser beam provides a plasma size of about 1 mm and a plasma density of 10 18 cm -3 or more. 7. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что выходная мощность непрерывного лазера не превышает 300 Вт. 7. A light source according to claim 1, characterized in that the output power of the continuous laser does not exceed 300 W. 8. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что импульс излучения второго лазерного пучка заканчивается не раньше чем через 50 мкс после окончания импульса излучения первого лазерного пучка.8. A light source according to claim 1, characterized in that the radiation pulse of the second laser beam ends no earlier than 50 μs after the end of the radiation pulse of the first laser beam. 9. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что области фокусировки первого и второго лазерных пучков, по меньшей мере, частично перекрываются.9. A light source according to claim. 1, characterized in that the focusing areas of the first and second laser beams at least partially overlap. 10. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что импульсная лазерная система (9) включает в себя два лазера (16), (17) с общими зеркалами (23), (24) резонатора, первый и второй лазерные пучки (10), (11) параллельны и введены в камеру через одну общую фокусирующую оптическую систему.10. A light source according to claim 1, characterized in that the pulsed laser system (9) includes two lasers (16), (17) with common mirrors (23), (24) resonators, the first and second laser beams (10 ), (11) are parallel and introduced into the camera through one common focusing optical system. 11. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что импульсная лазерная система твердотельная.11. The light source of claim. 1, characterized in that the pulsed laser system is solid. 12. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что импульсная лазерная система предназначена для генерации первого лазерного пучка в режиме с модулированной добротностью резонатора или в режиме генерации гигантского импульса.12. The light source according to claim. 1, characterized in that the pulsed laser system is designed to generate the first laser beam in a mode with a Q-switched cavity or in a giant pulse generation mode. 13. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что импульсная лазерная система предназначена для генерации второго лазерного пучка в режиме свободной генерации.13. The light source of claim. 1, characterized in that the pulsed laser system is designed to generate a second laser beam in the free-running mode. 14. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что только непрерывный лазер имеет оптоволоконный вывод излучения.14. The light source of claim. 1, characterized in that only the CW laser has a fiber optic radiation output. 15. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что длина волны излучения непрерывного лазера отлична от длин волн излучения первого и второго лазерных пучков.15. The light source of claim. 1, characterized in that the wavelength of the continuous laser is different from the wavelength of the first and second laser beams. 16. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что сфокусированный пучок (3) непрерывного лазера направлен вертикально вверх или близко к вертикали.16. A light source according to claim 1, characterized in that the focused beam (3) of the continuous laser is directed vertically upward or close to vertical. 17. Источник света по п. 1, отличающийся выходом пучка (5) полезного излучения плазмы из камеры (1) по всем азимутам.17. A light source according to claim 1, characterized by the output of the beam (5) of useful plasma radiation from the chamber (1) in all azimuths. 18. Источник света по п. 17, отличающийся тем, что пучок полезного излучения плазмы выходит из камеры в пространственный угол не менее 9 ср.18. A light source according to claim 17, characterized in that the useful plasma radiation beam exits the chamber into a spatial angle of at least 9 sr. 19. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что содержит три или более пучка полезного излучения плазмы. 19. A light source according to claim 1, characterized in that it contains three or more beams of useful plasma radiation. 20. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что наружная поверхность и внутренняя поверхность прозрачных частей камеры имеют форму концентрических сфер, либо их частей, и область излучающей плазмы расположена в центре указанных концентрических сфер.20. A light source according to claim. 1, characterized in that the outer surface and the inner surface of the transparent parts of the chamber are in the form of concentric spheres, or parts thereof, and the region of emitting plasma is located in the center of said concentric spheres. 21. Способ зажигания плазмы в источнике света с лазерной накачкой, включающий: направление сфокусированного пучка (3) непрерывного лазера (4) в камеру (1) с газом высокого давления, стартовое зажигание плазмы и стационарное поддержание излучающей плазмы (2) сфокусированным пучком (3) непрерывного лазера, отличающийся тем, что 21. A method of plasma ignition in a laser pumped light source, including: directing a focused beam (3) of a continuous laser (4) into a chamber (1) with a high pressure gas, starting plasma ignition and stationary maintenance of the emitting plasma (2) with a focused beam (3 ) cw laser, characterized in that стартовое зажигание плазмы осуществляют импульсной лазерной системой (9), генерирующей первый и второй лазерные пучки (10), (11), сфокусированные в камеру, причемthe starting plasma ignition is carried out by a pulsed laser system (9) generating the first and second laser beams (10), (11) focused into the chamber, and первым лазерным пучком осуществляют оптический пробой, после которого вторым лазерным пучком зажигают плазму, объем и плотность которой достаточны для стационарного поддержания плазмы сфокусированным пучком непрерывного лазера.the first laser beam carries out an optical breakdown, after which the second laser beam ignites the plasma, the volume and density of which are sufficient for stationary maintenance of the plasma by a focused continuous laser beam. 22. Способ зажигания плазмы в источнике света с лазерной накачкой по п. 21, отличающийся тем, что с помощью импульсной твердотельной лазерной системы генерируют первый лазерный пучок в режиме с модулированной добротностью резонатора и генерируют второй лазерный пучок в режиме свободной генерации.22. The method of plasma ignition in a laser pumped light source according to claim 21, characterized in that a pulsed solid-state laser system generates a first laser beam in a Q-switched resonator mode and generates a second laser beam in a free-running mode.
RU2020109782A 2020-03-05 2020-03-05 Laser-pumped light source and plasma ignition method RU2732999C1 (en)

Priority Applications (12)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109782A RU2732999C1 (en) 2020-03-05 2020-03-05 Laser-pumped light source and plasma ignition method
JP2020076580A JP6885636B1 (en) 2020-03-05 2020-04-23 Laser-excited plasma light source and plasma ignition method
US16/986,424 US10964523B1 (en) 2020-03-05 2020-08-06 Laser-pumped plasma light source and method for light generation
US17/180,063 US11191147B2 (en) 2020-03-05 2021-02-19 High-brightness laser-pumped plasma light source
KR1020227029891A KR20220133979A (en) 2020-03-05 2021-02-26 Laser Pumped Plasma Light Source and Plasma Ignition Method
CA3166712A CA3166712A1 (en) 2020-03-05 2021-02-26 Laser-pumped plasma light source and plasma ignition method
IL294983A IL294983A (en) 2020-03-05 2021-02-26 Laser-pumped plasma light source and plasma ignition method
CN202180018909.8A CN115210849A (en) 2020-03-05 2021-02-26 Laser pumping plasma light source and plasma ignition method
PCT/RU2021/050049 WO2021177859A1 (en) 2020-03-05 2021-02-26 Laser-pumped plasma light source and plasma ignition method
EP21721647.2A EP4115441A1 (en) 2020-03-05 2021-02-26 Laser-pumped plasma light source and plasma ignition method
US17/514,178 US11503696B2 (en) 2020-03-05 2021-10-29 Broadband laser-pumped plasma light source
US17/962,148 US11875986B2 (en) 2020-03-05 2022-10-07 Laser-pumped light source and method for laser ignition of plasma

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109782A RU2732999C1 (en) 2020-03-05 2020-03-05 Laser-pumped light source and plasma ignition method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732999C1 true RU2732999C1 (en) 2020-09-28

Family

ID=72926870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109782A RU2732999C1 (en) 2020-03-05 2020-03-05 Laser-pumped light source and plasma ignition method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732999C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780202C1 (en) * 2021-10-08 2022-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" Laser-pumped broadband plasma light source
WO2023059228A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Isteq B.V. Broadband laser-pumped plasma light source

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140117258A1 (en) * 2006-03-31 2014-05-01 Energetiq Technology, Inc. Laser-Driven Light Source
RU2534223C1 (en) * 2013-04-11 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" Laser-pumped light source and method for generation of light emission
US20150168847A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Kla-Tencor Corporation Sub 200nm laser pumped homonuclear excimer lasers
RU2571433C1 (en) * 2014-08-18 2015-12-20 Игорь Георгиевич Рудой Method of generating broadband high-brightness optical radiation
US20170135192A1 (en) * 2015-05-14 2017-05-11 Excelitas Technologies Corp. Electrodeless Single Low Power CW Laser Driven Plasma Lamp
US20170250066A1 (en) * 2013-12-06 2017-08-31 Hamamatsu Photonics K.K. Light source device
US10244613B2 (en) * 2015-10-04 2019-03-26 Kla-Tencor Corporation System and method for electrodeless plasma ignition in laser-sustained plasma light source

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140117258A1 (en) * 2006-03-31 2014-05-01 Energetiq Technology, Inc. Laser-Driven Light Source
RU2534223C1 (en) * 2013-04-11 2014-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" Laser-pumped light source and method for generation of light emission
US20170250066A1 (en) * 2013-12-06 2017-08-31 Hamamatsu Photonics K.K. Light source device
US20150168847A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-18 Kla-Tencor Corporation Sub 200nm laser pumped homonuclear excimer lasers
RU2571433C1 (en) * 2014-08-18 2015-12-20 Игорь Георгиевич Рудой Method of generating broadband high-brightness optical radiation
US20170135192A1 (en) * 2015-05-14 2017-05-11 Excelitas Technologies Corp. Electrodeless Single Low Power CW Laser Driven Plasma Lamp
US10244613B2 (en) * 2015-10-04 2019-03-26 Kla-Tencor Corporation System and method for electrodeless plasma ignition in laser-sustained plasma light source

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780202C1 (en) * 2021-10-08 2022-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" Laser-pumped broadband plasma light source
WO2023059228A1 (en) * 2021-10-08 2023-04-13 Isteq B.V. Broadband laser-pumped plasma light source
RU2790613C1 (en) * 2022-09-08 2023-02-28 Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН" Light source with laser pump and method for laser ignition of plasma

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2539970C2 (en) Laser-pumped light source and method for generation of light emission
US7141927B2 (en) ARC lamp with integrated sapphire rod
US9357627B2 (en) Light source with laser pumping and method for generating radiation
US8369374B2 (en) Light source device
US10770282B1 (en) Laser-pumped plasma light source and plasma ignition method
US9576785B2 (en) Electrodeless single CW laser driven xenon lamp
US9723703B2 (en) System and method for transverse pumping of laser-sustained plasma
US10057973B2 (en) Electrodeless single low power CW laser driven plasma lamp
RU2732999C1 (en) Laser-pumped light source and plasma ignition method
JP6885636B1 (en) Laser-excited plasma light source and plasma ignition method
US10964523B1 (en) Laser-pumped plasma light source and method for light generation
RU2790613C1 (en) Light source with laser pump and method for laser ignition of plasma
US11875986B2 (en) Laser-pumped light source and method for laser ignition of plasma
US20210282256A1 (en) High-brightness laser-pumped plasma light source
RU2754150C1 (en) Laser-pumped high-brightness plasma light source
RU2780202C1 (en) Laser-pumped broadband plasma light source
RU2752778C1 (en) Laser-pumped plasma light source and method for emission generation
US11503696B2 (en) Broadband laser-pumped plasma light source
JP2023536367A (en) High-brightness laser-excited plasma light source and aberration reduction method