RU157892U1 - Источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью - Google Patents

Abstract

1. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью, включающий заполненную газовой средой высокого давления камеру, облучающий камеру лазер, систему фокусировки излучения лазера в камеру, отличающийся тем, что источник включает два облучающих камеру лазера и две системы фокусировки излучения с, по существу, совпадающей фокальной областью, причем угол между направлением излучения лазеров составляет не менее 60°.2. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере один лазер представляет собой импульсно-периодический лазер.3. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 2, отличающийся тем, что скважность излучения импульсно-периодического лазера составляет не менее 2.4. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по пп. 1-2, отличающийся тем, что числовая апертура систем фокусировки излучения не превышает 0,2.5. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 1, отличающийся тем, что источник включает элемент обратной связи по меньшей мере одного из лазеров по мощности или спектральной мощности источника широкополосного излучения.6. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 2, отличающийся тем, что источник включает блокиратор широкополосного излучения, синхронизированный с импульсно-периодическим лазером.

Description

Заявляемое техническое решение относится к источникам широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью и представляет интерес для приложений в микроэлектронике, спектроскопии, фотохимии и других областях.

Известен источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, представляющий собой возбуждаемую дуговым разрядом герметичную камеру, заполненную инертным газом высокого давления. Камера представляет собой прозрачную лампу из кварцевого стекла, в качестве заполняющего газа применяется ксенон при давлении ~1 МПа. Электроды дугового разряда размещены в лампе, межэлектродный промежуток составляет несколько миллиметров, у ламп специального назначения даже 0,5-1,5 мм ([1]: Рохлин Г.Н. «Разрядные источники света». 2-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 1991-720 с.; раздел 19.3). Подобные лампы серийно выпускаются многими производителями, в частности компанией Hamamatsu Photonics К.К. (Япония), описание соответствующих ламп представлено на сайте компании (см., например [2]: http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/Xe-HgXe_TLSX1044Е05.pdf). Известные источники генерируют излучение с непрерывным спектром в диапазоне от ~180-220 нм до >1000 нм (нижняя граница спектра определяется границей прозрачности используемого для колбы лампы материала) при достаточно высоких стабильности (лучше 1%) и интегральной яркости излучения. Однако ресурс непрерывной работы таких источников ограничен и определяется деградацией электродов самих по себе в сильноточном дуговом разряде, а также осаждением продуктов эрозии электродов на внутреннюю поверхность лампы, что снижает ее прозрачность. В результате гарантированный срок службы источника составляет, как правило, до ~1000 часов, что недостаточно для многих приложений. Кроме того, при высокой общей спектральной силе света {в единицах Вт/(нм∗ср)} спектральная яркость известного источника {в единицах Вт/(нм∗ср∗мм²)} недостаточна, в частности для приложений в микроэлектронике, поскольку освещенность объекта определяется именно силой света с единицы поверхности источника излучения, то есть его спектральной яркостью.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является источник широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью, включающий заполненную газовой средой высокого давления камеру, облучающий камеру лазер, систему фокусировки излучения лазера в камеру ([3]: патент US 7435982 “Laser-driven light source”). Фактически известный источник представляет собой один из вариантов реализации явления непрерывного оптического разряда, обнаруженного в 1970 г. в СССР ([4]: Генералов Н.А., Зимаков В.П. и др. «Непрерывно горящий оптический разряд». Письма в ЖЭТФ, 1970, т. 11, с. 447-449). Источники на базе такого оптического разряда выпускает компания Energetiq Technology, Inc. (США), они подробно описаны на сайте этой компании http://www.energetiq.com/, а именно EQ-99 (в версиях X, XFC, CAL) и EQ-1500. Известные источники включают камеру в виде прозрачной для ультрафиолетового излучения колбы, заполненной, как правило, ксеноном с давлением вплоть до ~3 МПа (давление при комнатной температуре), лазер мощностью от ~20 Вт до ~60 Вт (как правило, диодный лазер с длиной волны ~1 мкм), систему фокусировки лазерного излучения в камеру с газом с достаточно большой числовой апертурой NA до 0,45-0.50. В заполненной газом камере дополнительно размещены электроды для предварительного возбуждения газа дуговым разрядом или импульсным электрическим пробоем, после которых плазма поддерживается сфокусированным лазерным излучением уже в отсутствие электрического тока и напряжения на электродах.

Важным достоинством прототипа является отсутствие сколько-нибудь заметной эрозии электродов, что позволяет многократно увеличить ресурс источника широкополосного излучения - до ≥9 тыс.часов, как указано в спецификациях продукции компании Energetiq Technology, Inc., когда ресурс определяется, по-видимому, деградацией прозрачных стенок колбы под действием коротковолнового излучения лазерной плазмы. Далее, известный источник имеет существенно большую спектральную яркость, чем лампы дугового разряда: выигрыш в яркости по прототипу по сравнению с ксеноновой лампой при сопоставимой потребляемой мощности составляет до 10 раз в дальнем ультрафиолетовом диапазоне 190-250 нм и до 2-3 раз в спектральном диапазоне 300-700 нм. Однако спектральная яркость прототипа не является максимальной и при этом важно отметить, что яркость источника согласно прототипу увеличивается очень медленно по мере роста мощности используемого лазера, поскольку вместе с ростом мощности лазера увеличивается и объем излучающей плазмы, генерируемой лазером накачки. Например, при увеличении мощности лазера от 20 Вт (источник EQ-99) до 60 Вт (источник EQ-1500) размер излучающей плазмы по уровню 50% от максимальной яркости увеличивается от ⌀60 мкм × 140 мкм до ⌀125 мкм × 300 мкм, то есть объем плазмы возрастает в 9 раз. Это означает, что мощность энерговыделения в единице объема плазмы с увеличением мощности лазера даже уменьшается. При этом максимальная температура плазмы даже несколько снижается, а рост спектральной яркости достигается менее эффективным способом - за счет увеличения оптической толщины плазмы, в основном прозрачной для собственного теплового излучения.

Кроме того, медленный рост яркости лазерной плазмы при увеличении лазерной мощности в варианте прототипа связан с рефракцией лазерного излучения в нагретом газе: с увеличением мощности лазерного излучения увеличивается и тепловыделение в фокальной области. В результате возрастает размер и оптическая сила «рассеивающей тепловой линзы», возникающей в области излучающей плазмы и вокруг этой области, что ухудшает условия фокусировки лазерного излучения.

Далее, колебания мощности лазерного излучения приводят к вариациям не только яркости излучения плазмы самой по себе, но также и положения области лазерной плазмы с максимальной яркостью, что дополнительно увеличивает нестабильность излучения - как интегральной, так и спектральной яркости источника по прототипу, особенно на значительных временных интервалах.

Кроме того, для фокусировки лазерного излучения в известном источнике используется сложная (и дорогая) асферическая оптика с большой числовой апертурой. Как следствие, размер лазерного луча на поверхности колбы лампы достаточно велик и аберрации на неоднородностях стенок самой колбы дополнительно ухудшают качество фокусировки лазерного излучения. Далее, поскольку короткофокусная фокусирующая система занимает значительный телесный угол в окружающем плазму пространстве, то в известном источнике снижается доля излучения плазмы, которую возможно вывести и использовать.

Техническим результатом заявляемого изобретения, является повышение спектральной яркости, уменьшение колебаний положения плазмы и стабилизация яркости ее излучения, а также увеличение ресурса источника.

Технический результат достигается тем. что источник широкополосного излучения с высокой яркостью, включающий заполненную газовой средой высокого давления камеру, облучающий камеру лазер, систему фокусировки излучения лазера в камеру, включает два облучающих камеру лазера и две системы фокусировки излучения с по существу совпадающей фокальной областью, причем угол между направлением излучения лазеров составляет не менее 60°.

Авторами настоящего технического решения обнаружено, что при возбуждении оптического разряда сфокусированным излучением двух лазеров с по существу совпадающими фокусами область высокой яркости такого разряда (например, по уровню 50% от максимальной яркости) сосредоточена вблизи области пересечения фокальных областей каждого из лучей и может быть существенно меньше, чем занимаемая плазмой область для каждого из лазерных лучей в отдельности. Как следствие, при достаточно большом угле θ между направлением оптических осей каждого из лазерных лучей, а именно при θ≥60° резко увеличивается стабильность положения области оптического разряда с максимальной яркостью, яркая область «совместной» плазмы оказывается значительно меньше размера яркой области плазмы, генерируемой каждым из используемых лазеров в отдельности, а яркость излучения плазмы оптического разряда I_Σ значительно превосходит арифметическую сумму яркостей плазмы I₁+I₂, где I₁, I₂ - яркость плазмы в случае работы только одного лазера (соответственно, первого или второго).

В рамках настоящей полезной модели угол между направлением излучения лазеров θ - это меньший из углов между соответствующими оптическими осями, как указано на фиг. 1. В предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения угол θ составляет около 90° - в этом случае при фиксированной мощности лазеров яркость излучения плазмы оказывается максимальной, а ее положение - наиболее стабильным.

В предпочтительном варианте по крайней мере один лазер представляет собой импульсно-периодический лазер. В предпочтительной реализации указанного варианта технического решения непрерывный лазер поддерживает оптический разряд на уровне вблизи порогового с минимальным выделением тепла в газе и минимальными рефракционными искажениями, а импульсно-периодический лазер генерирует (согласно заявляемой полезной модели) импульсно-периодическую лазерную плазму минимального размера, яркость которой определяется импульсной мощностью лазера P_im, а рефракционные потери при фокусировке излучения определяются средней мощностью импульсно-периодического лазера P_av. Соотношение между P_av и P_im определяются скважностью лазерных импульсов G: G=P_im/P_av и для существенного снижения рефракционных потерь при фокусировке целесообразно, как установлено авторами, использовать импульсно-периодический лазер со скважностью ≥2.

В распространенном случае применения диодных лазеров (аналогично прототипу) применение импульсно-периодического лазера согласно заявляемому техническому решению в ряде случаев позволяет получить высокую импульсную мощность при использовании лазеров с умеренной средней мощностью. Это связано с тем, что предельная мощность непрерывного диодного лазера обусловлена максимально допустимой температурой в области генерации, а в импульсно-периодическом режиме для достаточно коротких лазерных импульсов температура в области генерации излучения определяется в значительной степени средней мощностью излучения (нагрев перехода за время отдельного лазерного импульса сравнительно мал), импульсная мощность при этом может быть гораздо выше средней. В частности, при скважности импульсов ≈5 для диодного лазерного модуля ДЛМ-50 производства компании НТО «ИРЭ-Полюс» / IPG Photonics (http://www.ntoire-polhttp://us.ru/products_low_dlm.html) с максимальной мощностью в непрерывном режиме работы 50 Вт авторами настоящего технического решения был реализован устойчивый импульсно-периодический режим работы лазера (и генерации лазерной плазмы) с импульсной мощностью излучения 110 Вт и длительностью отдельного импульса 20 мкс (частота следования лазерных импульсов 10 кГц). При этом средняя мощность лазера составляла 22 Вт и рефракционные эффекты в плазме соответствовали именно такой средней мощности импульсно-периодического лазера (возможно, меньшей, но в любом случае не большей). Для лазерных импульсов большой длительности (обычно ~100 мкс и более, когда в течение отдельного импульса температура лазерного перехода достигает стационарного значения) существенного увеличения импульсной мощности по сравнению с мощностью лазера в непрерывном режиме реализовать не удается.

Использование в приложениях импульсно-периодической лазерной плазмы с достаточно высокой частотой следования импульсов вместо непрерывной плазмы согласно прототипу не приводит к ограничению использования заявляемого источника в подавляющем большинстве приложений, по крайней мере, при длительности отдельного импульса широкополосного излучения в микросекундном диапазоне. Это связано с тем, что чувствительность современных оптоэлектронных приемников с временным разрешением от 200÷300 нс (1 мкс) не хуже чувствительности оптоэлектронных приемников непрерывного (квазинепрерывного) излучения.

Обнаруженный авторами факт, что яркая лазерная плазма расположена в области пересечения фокальных областей каждого из используемых лазеров, причем именно в этой (в оптимальном случае небольшой) области поглощается значительная часть лазерной мощности, позволяет использовать простые фокусирующие системы со сравнительно небольшой числовой апертурой, в том числе с NA≤0,2. В качестве выходного элемента такой фокусирующей системы может быть применена, например, длиннофокусная линза с F/D>3÷4 с плоскими и сферическими оптическими поверхностями, такого типа линзы с NA≤0,2 существенно проще короткофокусных асферических систем. В этом случае для диодного лазера с характерным размером луча на линзе ~6÷8 мм возможно использовании линзы с F~30 мм (и больше), когда при диаметре колбы с газовой средой высокого давления ~10 мм размер лазерного пучка на стенке колбы не превышает 1,5-2 мм. что минимизирует связанные со стенками колбы аберрации. В результате при использовании двух простых длиннофокусных фокусирующих систем, обеспечивающих характерный размер каждой предфокальной области ~⌀200 мкм × 400 мкм (при использовании одного лазера и значительном превышении порога поддержания плазмы лазерная плазма обычно располагается именно в предфокальной области - до «точки» фокуса), для угла между направлением лазерных лучей ~90° при соответствующей настройке реализуется размер яркой плазмы ~⌀100 мкм × 100 мкм и меньше. Использование длиннофокусных фокусирующих систем позволяет не только упростить и удешевить оптическую систему источника, но и увеличить телесный угол, в котором можно собрать излучение лазерной плазмы и использовать его в приложениях (фокусирующая система лазера, очевидно, не позволяет использовать излучение плазмы в соответствующий телесный угол, который пропорционален NA²).

В одном из вариантов реализации, с целью увеличения стабильности излучения источника широкополосного излучения, согласно заявляемому техническому решению, источник включает элемент обратной связи по меньшей мере одного из лазеров по мощности или спектральной мощности источника широкополосного излучения. Элемент обратной связи контролирует мощность излучения плазмы на одной или нескольких длинах волн и при изменении сигнала соответствующим образом корректирует мощность одного из лазеров, генерирующих лазерную плазму, предпочтительно непрерывного лазера. Авторами установлено, что, в отличие от прототипа, при изменении мощности непрерывного лазера в достаточно широких пределах положение яркой области лазерной плазмы не изменяется, что позволяет поддерживать стабильным излучение плазмы именно за счет изменения мощности лазера без учета перемещения яркой области плазмы.

В одном из вариантов заявляемого технического решения источник дополнительно включает блокиратор широкополосного излучения, синхронизированный с импульсно-периодическим лазером. В предпочтительном случае блокиратор пропускает излучение плазмы в течение лазерного импульса (или, исключив начальный этап дополнительного разогрева плазмы в каждом импульсе, даже несколько меньшее время), а излучение плазмы в остальное время - в частности, между лазерными импульсами - блокируется. В этом случае облучаемый источником широкополосного излучения изучаемый объект подвергается воздействию только излучения с максимальной яркостью, что минимизирует возможное вредное воздействие источника, например, избыточный нагрев биологического объекта или протекание фотохимических реакций под действием постоянного фона излучения плазмы.

Блокиратор излучения может быть выполнен различными способами, включая механические прерыватели света, например вращающийся диск с прорезями. Возможность использования указанного варианта периодического прерывания излучения связана с тем. что излучение широкополосного источника света, как правило, передается с помощью световодов малого диаметра (100-200 мкм). В этом случае при легко обеспечиваемой окружной скорости вращения диска 20 м/с (например, диаметр диска 16 см, частота вращения 2400 об/мин) и ширине отдельной прорези в нем 0,3 мм длительность отдельного пропускаемого прорезью светового импульса составит не более 20-25 мкс (в зависимости от диаметра световода); при окружной скорости вращения 30 м/с длительность отдельного пропускаемого прорезью светового импульса составит ~15 мкс.

Лазерная плазма может генерироваться в инертном газе высокого давления (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон) или смеси инертных газов высокого давления, в состав газовой смеси может быть включен по меньшей мере один компонент из группы: ртуть, водород, азот. В предпочтительном варианте облучаемая сфокусированным лазерным излучением камера заполнена тяжелым инертным газом (аргон, криптон, ксенон) или смесью тяжелых инертных газов высокого давления вплоть до нескольких МПа (при комнатной температуре).

Далее заявляемое техническое решение поясняется с помощью примеров, которыми полезная модель, однако не ограничена, со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах показаны:

Фиг. 1: определение угла θ между направлениями излучения используемых в полезной модели лазеров; 1 - оптическая ось излучения первого лазера, 2 - второго лазера.

Фиг. 2: оптическая схема варианта полезной модели; 3, 4 - лазеры, 5, 6 - фокусирующие системы, 7 - заполненная газом высокого давления камера, 8 - система сбора излучения плазмы.

В качестве камеры с газом использовалась заполненная ксеноном высокого давления лампа OSRAM ХВО 75W со стенками из кварцевого стекла, внешний диаметр лампы ~10 мм. В качестве лазеров использовались диодные лазерные модули ДЛМ-30 и PLD-70 компании НТО «ИРЭ-Полюс» / IPG Photonics, угол между направлением излучения лазеров составлял ~90°. В качестве выходного элемента фокусирующих систем использовались линзы с эффективным фокусным расстоянием F=16 мм и F=32 мм. диаметр лазерных лучей на линзах составлял, соответственно 4 и 8 мм, что соответствует числовой апертуре фокусирующей системы NA≈0,12, при этом диаметр лазерных лучей на поверхности лампы не превышал 1,5 мм, что меньше характерного размера неоднородности оптической толщины кварцевой оболочки лампы. В этом случае влияние оболочки сводится, в основном, к смещению фокуса, а не к увеличению его размера; смещение фокуса может быть практически полностью скомпенсировано при совместной настройке фокусирующих систем.

Предварительная ионизация в газе создается дуговым разрядом, после зажигания плазмы в лазерных лучах дуговой разряд отключается. Взаимное расположение фокальных областей двух используемых лазеров предварительно выполнялось совпадающим и затем точно настраивалось для получения максимальной яркости плазмы, при этом фокальные области лазеров оставались по существу совпадающими.

При одновременном использовании двух непрерывных лазеров мощностью 26 Вт и 37 Вт (суммарная мощность 63 Вт) была получена спектральная яркость, которая практически точно совпадает со спектральной яркостью установки EQ-1500 с диодным лазером мощностью около 60 Вт и существенно более «острой» фокусировкой с NA~0,5. При этом суммирование интенсивностей излучения плазмы, генерируемой отдельно каждым из лазеров (при выключенном втором лазере) с указанной выше мощностью дает значение в ~3 раза меньше в области длин волн 400-600 нм, в ~5 раз меньше для λ~300 нм и еще большее различие для λ<250 нм. При сравнении с плазмой, генерируемой при использовании одного непрерывного лазера мощностью 56 Вт при аналогичной (NA≈0,12) числовой апертуре фокусирующей системы, яркость при использовании двух лазеров с близкой суммарной мощностью (около 60 Вт) выше в ~2 раза в области длин волн 300-600 нм, в ~3 раза больше для λ~250 нм.

При одновременном использовании непрерывного лазера мощностью 27 Вт и лазера, работающего в импульсно-периодическом режиме (импульсная мощность 63 Вт. частота следования импульсов 10 кГц, длительность отдельного лазерного импульса 22 мкс. длительность отдельного импульса излучения плазмы 15-17 мкс) импульсная яркость плазмы в 2,5 раза превышает яркость источника по прототипу (EQ-1500) в области длин волн 350-600 нм и в ~3 раза в области λ~300 нм. При этом средняя суммарная мощность двух используемых лазеров составила ~40 Вт - в 1,5 раза меньше, чем у прототипа EQ-1500 при значительно более простой системе фокусировки лазерного излучения. При увеличении импульсной мощности излучения до 110 Вт (остальные параметры импульсно-периодического лазера, а также мощность непрерывного лазера не изменились) яркость излучения плазмы выросла еще в 1,7-4 раза в зависимости от спектрального диапазона и превысила яркость прототипа в 3-5 раз при близкой суммарной мощности лазерного излучения.

Важно указать, что использование наряду с импульсно-периодическим лазером непрерывного лазера с мощностью, поддерживающей оптический разряд вблизи порога такого разряда позволяет, с одной стороны, минимизировать тепловыделение в плазме при поглощении непрерывного излучения и, с другой стороны, как установлено авторами, обеспечить достаточный уровень поглощения импульсно-периодического излучения уже на переднем фронте лазерного импульса. В результате лазерный импульс быстро (в течение 3-5 мкс в описываемом примере) разогревает плазму до максимально возможной температуры, обеспечивающей предельную яркость излучения оптического разряда. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет эффективно использовать импульсно-периодический лазер, генерирующий достаточно короткие импульсы с достаточно высокой скважностью - например, как указано выше, длительностью ~20 мкс и скважностью ~5. Именно такое сочетание параметров позволяет в диодном лазере получить кратно большую импульсную мощность лазерного излучения, чем максимально допустимая мощность в непрерывном режиме работы, и, соответственно, максимально высокую спектральную яркость широкополосного источника излучения. Кроме того, использование поддерживающего оптический разряд непрерывного лазера позволяет независимо и в широких пределах варьировать длительность и частоту следования импульсов излучения импульсно-периодического лазера, то есть реализовать необходимую для конкретного приложения частоту и длительность импульсов широкополосного излучения высокой спектральной яркости. В отсутствие излучения непрерывного лазера, как установлено авторами, необходимо использовать лазерные импульсы существенно большей длительности (и/или меньшей скважности), что не позволяет реализовать значительное превышение импульсной мощности над средней и существенно ограничивает характеристики источника широкополосного оптического излучения.

Вариация мощности излучения непрерывного лазера меньшей мощности, как установлено авторами, позволяет со временем отклика не более 250-300 мкс (это соответствует времени тепловой релаксации яркой области плазмы) регулировать в широких пределах мощность непрерывной плазмы (если второй лазер также излучает в непрерывном режиме) или импульсную мощность плазмы (если используется импульсно-периодический лазер), что дает возможность реализовать обратную связь, управляя импульсной мощностью плазмы, в том числе по заданной программе, а также обеспечить активную стабилизацию параметров излучения лазерной плазмы, в том числе импульсной лазерной плазмы.

Необходимо также указать, что средняя мощность излучения плазмы по заявляемой полезной модели не превосходит мощность излучения плазмы по прототипу, и. соответственно, скорость деградации пропускания стенок лампы со сжатым газом в заявляемом техническом решении не больше, чем у прототипа. Это означает, что ресурс заявляемого источника не меньше ресурса работы прототипа (во многих случаях и больше), при этом импульсная яркость заявляемого источника кратно превосходит яркость прототипа.

Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемом приведенной в заявляемой полезной модели совокупностью признаков, является повышение спектральной яркости, уменьшение колебаний положения плазмы и стабилизация яркости ее излучения, а также увеличение ресурса источника.

Сопоставительный анализ предлагаемой полезной модели и известных аналогов выявляет наличие отличительных признаков по сравнению с наиболее близким аналогом, что обеспечивает ей соответствие критерию «новизна».

Возможность создания заявляемой полезной модели на базе известных комплектующих: диодные лазеры, фокусирующие системы на базе линзовой оптики, лампы с тяжелыми инертными газами высокого давления (прежде всего, с ксеноном) со встроенными электродами для инициирования плазмы электрическим разрядом, а также целесообразность использования заявляемого источника широкополосного излучения с высокой яркостью в микроэлектронике, спектроскопии и пр. обеспечивает заявляемому техническому решению и соответствие критерию «промышленная применимость».

Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой отрасли изменения описанных выше вариантов выполнения источника широкополосного излучения с высокой яркостью, а также его переделка без отклонения от защищаемых формулой полезной модели положений. В частности, может использоваться другой материал (не кварцевое стекло) для камеры, в которой находится газовая смесь высокого давления (например, для работы при более высоком давлении в десятки атмосфер); камера может иметь окно из прозрачного в дальнем УФ и ВУФ материала (MgF₂ и пр.) для лучшего вывода коротковолнового излучения. Фокусировка лазерного излучения может осуществляться не только линзовыми системами, но и более сложными оптическими элементами (например, внеосевым параболоидным или эллипсоидным зеркалом) или оптическими системами с различной числовой апертурой, формирующей соотношение между диаметром и длиной (вдоль оси лазера) излучающей области плазмы; то же относится и к конкретной реализации вывода излучения плазмы из заполненной газом камеры, включая применение световодов. В оптической схеме формирования оптического разряда возможно также использование блокираторов лазерного луча, прошедшего оптический разряд без поглощения, а также системы возврата и повторной фокусировки этого лазерного излучения для дополнительного вклада лазерной энергии в плазму. Предварительная ионизация газа может осуществляться как источником, расположенным внутри камеры (аналогично приведенному примеру реализации заявляемого способа), так и внешним источником - например, мощным импульсным лазером. Для облучения газа могут использоваться волоконные лазеры, диодные лазеры (в том числе пара диодных лазеров с разной длиной волны), газовые лазеры (например, CO₂-лазеры) и т.д. В качестве блокиратора широкополосного излучения источника могут использоваться системы на базе колеблющегося или вращающегося зеркала, блокиратор может быть реализован на электро- или магнитооптических эффектах, за счет дополнительных спектральных приборов может выделяться важный для конкретного приложения участок спектра широкополосного источника, возможно использование различных алгоритмов обратной связи и т.д.

Claims (6)

1. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью, включающий заполненную газовой средой высокого давления камеру, облучающий камеру лазер, систему фокусировки излучения лазера в камеру, отличающийся тем, что источник включает два облучающих камеру лазера и две системы фокусировки излучения с, по существу, совпадающей фокальной областью, причем угол между направлением излучения лазеров составляет не менее 60°.

2. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере один лазер представляет собой импульсно-периодический лазер.

3. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 2, отличающийся тем, что скважность излучения импульсно-периодического лазера составляет не менее 2.

4. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по пп. 1-2, отличающийся тем, что числовая апертура систем фокусировки излучения не превышает 0,2.

5. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 1, отличающийся тем, что источник включает элемент обратной связи по меньшей мере одного из лазеров по мощности или спектральной мощности источника широкополосного излучения.

6. Источник широкополосного излучения с высокой яркостью по п. 2, отличающийся тем, что источник включает блокиратор широкополосного излучения, синхронизированный с импульсно-периодическим лазером.

Images