RU2055429C1 - Устройство для уф-предыонизации в импульсном лазере - Google Patents
Устройство для уф-предыонизации в импульсном лазере Download PDFInfo
- Publication number
- RU2055429C1 RU2055429C1 SU5064446A RU2055429C1 RU 2055429 C1 RU2055429 C1 RU 2055429C1 SU 5064446 A SU5064446 A SU 5064446A RU 2055429 C1 RU2055429 C1 RU 2055429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- dielectric plate
- electrodes
- additional electrodes
- dielectric
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Использование: в квантовой электронике, электроразрядных импульсных лазерах ТЕ-типа с предыонизацией. Сущность изобретения: устройство содержит поджигающий электрод, который размещен вдоль плоской диэлектрической пластины между дополнительными электродами на равном расстоянии от них и соединен с полупрозрачным электродом. Оба дополнительных электрода соединены с подложкой, которая выполнена с каналами для циркуляции охлаждающей жидкости. К полупрозрачному и сплошному электродам подсоединены две последовательно соединенные емкости, общая точка которых соединена с подложкой через проходную емкость. Дополнительные электроды размещены на поверхности диэлектрической пластины, обращенной к подложке. Введен протяженный диэлектрический корпус П-образного сечения, на котором размещены прозрачный электрод и охлаждаемая подложка, подсоединение емкостей к которым осуществляется одним рядом штыревых токовводов, расположенным вдоль диэлектрического корпуса. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в системах возбуждения импульсного объемного разряда, преимущественно в мощных широкоапертурных импульсно-периодических (ИП) эксимерных и других лазерах.
Известно устройство для ультрафиолетовой (УФ) предыонизации в импульсном лазере [1] осуществляемой УФ-излучением вспомогательного незавершенного скользящего разряда (СР), зажигаемого при подаче через неуправляемый разрядник анодного напряжения на металлическую подложку с размещенным на ней диэлектрическим слоем, на поверхности которого расположен перфорированный катод лазера.
Недостатком указанного устройства является малый, ≅ 107электронов/см3, уровень предыонизации, создаваемый слаботочным разрядом по поверхности диэлектрика в отверстиях перфорированного катода, ток которого ограничен током зарядки емкости диэлектрического слоя. Это приводит к снижению энергетических характеристик лазера. Кроме того, затруднен переход к стабильной работе в ИП-режиме работы из-за наличия дополнительного неуправляемого разрядника.
Этих недостатков частично лишено устройство для УФ-предыонизации в электроразрядном импульсном лазере [2] осуществляемой излучением от ряда искр, автоматически зажигаемых при импульсной зарядке шунтирующих конденсаторов, подключенных к электродам лазера через искровые промежутки, размещенные под сетчатым электродом лазера.
В указанном устройстве неоднородность предыонизации из-за дискретности искровых каналов приводит к быстрой потере устойчивости разряда, что снижает энергию генерации лазера и его КПД. Увеличение энергии генерации лазера за счет увеличения апертуры объемного разряда затруднено из-за сложности создания искровых матриц большой площади.
Прототипом изобретения является устройство для УФ-предыонизации в импульсном лазере, содержащее расположенные вдоль оси лазера протяженные сплошной и полупрозрачный электроды, плоскую диэлектрическую пластину, расположенную позади рабочей поверхности полупрозрачного электрода и размещенную на металлической подложке, и два дополнительных электрода, расположенных на поверхности диэлектрической пластины, один из которых соединен с подложкой [3]
Такое устройство предназначено для использования в мощных широкоапертурных импульсных лазерах и позволяет получать более высокий по сравнению с аналогами уровень предыонизации.
Такое устройство предназначено для использования в мощных широкоапертурных импульсных лазерах и позволяет получать более высокий по сравнению с аналогами уровень предыонизации.
В этом устройстве СР по поверхности диэлектрика осуществляется конкретным числом поверхностных сильноточных искр, определяемым многоэлементной металлической структурой между протяженными дополнительными электродами на поверхности диэлектрической пластины. В сочетании с отсутствием системы охлаждения это приводит к малому ресурсу устройства из-за теплового разрушения диэлектрика или его металлизации при ИП- режиме работы. Дискретность СР вызывает также необходимость осуществления задержки между основными и вспомогательными разрядами для выравнивания начальной неоднородности предыонизации. Это обуславливает применение схемы питания СР с отдельным коммутатором, что усложняет устройство при эксплуатации в МП-режиме. Недостатком является также большие габариты системы формирования СР, так как значительная часть площади диэлектрической пластины, ≈ 50% используется в качестве изоляции для предотвращения паразитных поверхностных пробоев. Это не позволяет приблизить вспомогательный разряд к сетчатому катоду, через который осуществляется предыонизации, и наряду с задержкой между основным и вспомогательным разрядами приводит к снижению уровня предыонизации в активном объеме лазера и уменьшению его энергии генерации и КПД.
Технической задачей изобретения является расширение диапазона режима работы устройства за счет достижения высокого ресурса при большой частоте следования импульсов, упрощения его конструкции и повышения уровня предыонизации.
Указанная задача может быть осуществлена устройством новой конструкции, содержащим расположенные вдоль оси лазера протяженные сплошной и полупрозрачный электроды, плоскую диэлектрическую пластину, расположенную позади рабочей поверхности полупрозрачного электрода и размещенную на металлической подложке, и два дополнительных электрода, расположенных на поверхности диэлектрической пластины, один из которых соединен с подложкой. Отличие устройства заключается в том, что оно содержит поджигающий электрод, который размещен вдоль плоской диэлектрической пластины между дополнительными электродами на равном расстоянии от них и соединен с полупрозрачным электродом, оба дополнительных электрода соединены с подложкой, которая выполнена с каналами для циркуляции охлаждающей жидкости, причем к полупрозрачному и сплошному электродам подсоединены две последовательно соединенных емкости, общая точка которых соединена с подложкой через проходную емкость.
Отличие устройства может состоять и в том, что дополнительные электроды размещены на поверхности диэлектрической пластины, обращенной к подложке.
Отличие устройства может состоять также в том, что в него введен протяженный диэлектрической корпус П-образного сечения, на котором закреплены полупрозрачный электрод и охлаждаемая подложка, и подсоединение емкостей к полупрозрачному электроду и подложке осуществляется одним рядом штыревых токовводов, расположенным вдоль диэлектрического корпуса.
Поскольку перечисленные выше аналоги и прототип не содержат признаков, сходных с признаками, отличающими изобретение от прототипа, и неизвестны технические решения в других областях, в которых эти признаки используются по данному назначению, то заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.
При выполнении устройства в указанном виде обеспечивается развитие СР по всей поверхности диэлектрической пластины в виде сплошных плазменных слоев, что наряду с выполнением металлической подложки с каналами для циркуляции жидкости, охлаждающей диэлектрик, обеспечивает высокий ресурс работы устройства в ИП-режиме. Введение последовательно соединенных емкостей, подключенных к сплошному и полупрозрачному электродам, общая точка которых соединена посредством проходной емкости с подложкой, обуславливает автоматическое зажигание вспомогательных СР, осуществляющих УФ-предыонизацию, при подаче импульсного напряжения на основной разрядный промежуток лазера, что упрощает конструкцию устройства и его эксплуатацию при большой частоте следования импульсов. Путем выбора величины проходной емкости и соотношения величин двух указанных емкостей осуществляется выбор величин энерговклада в СР и амплитуды напряжения на нем. За счет этого обеспечиваются оптимальный уровень предыонизации активного объема лазера и высокий ресурс работы источника предыонизации. Достигается компактность электродной системы формирования вспомогательных СР, так как исключается необходимость увеличения ее габаритов для устранения паразитных поверхностных пробоев. Это позволяет приблизить источник предыонизации к основному разрядному промежутку, что наряду с отсутствием задержки между основным и вспомогательным разрядами повышает уровень предыонизации и энергетические характеристики лазера.
Размещение дополнительных электродов на поверхности диэлектрической пластины, обращенной к подложке, повышает устойчивость СР, снижает требования к юстировке его электродной системы и позволяет высокоэффективно использовать предложенное устройство при небольших поперечных размерах диэлектрической пластины, ≅ 4 см, в лазерах с небольшими апертурами, ≅ 4х4 см2.
Введение протяженного диэлектрического корпуса П-образного сечения, на котором закреплены полупрозрачный электрод и охлаждаемая подложка, подсоединение емкостей к которым производится посредством одного ряда штыревых токовводов, расположенного вдоль корпуса, обеспечивают совмещение полупрозрачного электрода и источника предыонизации в единый компактный электродный узел. Кроме того, при использовании полупрозрачного электрода в качестве высоковольтного электрода это позволяет минимизировать индуктивности вспомогательного и основного разрядных контуров, что обеспечивает достижение высокого КПД лазера.
На фиг.1 схематично изображено устройство для УФ-предыонизации в импульсном лазере; на фиг. 2 то же устройство при расположении дополнительных электродов на поверхности диэлектрической пластины, обращенной к подложке; на фиг.3 устройство для УФ-предыонизации с ди-электрическим корпусом и рядом штыревых токовводов.
Устройство содержит импульсный источник 1 питания, подключенный к сплошному электроду 2 и полупрозрачному электроду 3 лазера, к которым подсоединены последовательно соединенные емкости 4, 5, причем общая точка емкостей 4, 5 соединена проходной емкостью 6 с металлической подложкой 7, диэлектрическую пластину 8, на поверхности которой размещены соединенный с полупрозрачным электродом 3 поджигающий электрод 9 и два дополнительных электрода 10, 11, соединенных с подложкой 7, выполненной с каналами для циркуляции охлаждаемой жидкости 12.
На фиг.2 дополнительные электроды 10,11 размещены на поверхности диэлектрической пластины 8, обращенной к подложке 7.
На фиг. 3 полупрозрачный электрод 3 и охлаждаемая подложка 7 закреплены на протяженном диэлектрическом корпусе 13 и распределенные вдоль полупрозрачного электрода емкости 5 и 6 подсоединены соответственно рядом штыревых токовводов 14 и 15 к полупрозрачному электроду 3 и подложке 7. Установка полупрозрачного электрода 3 на корпусе 13 осуществляется посредством токопроводящих креплений 16, соединенных с токовводами 14.
Устройство для УФ-предыонизации в импульсном лазере работает следующим образом.
При включении импульсного источника 1 питания между сплошным и полупрозрачными электродами 2 и 3 начинает нарастать напряжение. Посредством емкостного делителя, образованного емкостями 4, 5, через проходную емкость 6 часть потенциала анода передается на металлическую подложку 7. По поверхности диэлектрической пластины 8, обращенной к основному разрядному промежутку, развивается волна ионизации, после пробега которой от поджигающего 9 к дополнительным 10, 11 электродам между ними зажигаются поверхностные СР. При этом происходит импульсная зарядка проходной емкости 6. СР по поверхности диэлектрической пластины образуют плазменные слои, служащие источником УФ-излучения, которое через полупрозрачный электрод 3 осуществляет предыонизацию основного разрядного промежутка. После того, как напряжение между сплошным 2 и полупрозрачным 3 электродами достигает значения пробивного напряжения, происходит основной объемный разряд между ними, что позволяет получить генерацию. Охлаждающая жидкость 12 при циркуляции осуществляет отвод энергии, идущий на нагрев диэлектрической пластины 8 при большой частоте следования импульсов.
Диэлектрический корпус (13) П-образного сечения (фиг.3) обеспечивает изоляцию между источником УФ-излучения и полупрозрачным электродом, а также неизменность их взаимного расположения во время работы устройства. При этом энерговклад во вспомогательный СР осуществляется по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему расположенные в один ряд токовводы 14, 15 и токопроводящие крепления 16 полупрозрачного электрода. Из нескольких токовводов 15, подсоединенных к подложке 7, два выполняются полыми для подвода и вывода охлаждающей жидкости.
По сравнению с прототипом устройство для УФ-предыонизации в импульсном лазере приобретает новые положительные качества.
Введение поджигающего электрода, расположенного на поверхности диэлектрической пластины вдоль нее между дополнительными электродами на равном расстоянии от них, и соединение каждого дополнительного электрода с металлической подложкой обуславливают простоту и компактность системы формирования СР, так как исключается необходимость увеличения ее габаритов для избежания паразитных поверхностных пробоев. Это позволяет приблизить вспомогательный разряд к перфорированному катоду и увеличивает уровень предыонизации. При этом в отличие от прототипа при выборе достаточно малой толщины диэлектрической пластины достигаются полное заполнение поверхности диэлектрика между поджигающим и дополнительными электродами плазмой СР и однородное предварительное УФ-облучение активного объема лазера. Это исключает необходимость значительной, ≈ 1 мкс, задержки между основным и вспомогательным разрядами, приводящей в прототипе к уменьшению концентрации предварительных электронов, особенно значительному в лазерах на галогенидах инертных газов, газовые смеси которых характеризуются высокой скоростью прилипания электронов к донорам галогенов. Это позволяет повысить уровень предыонизации и энергетические характеристики лазера при снижении энерговклада во вспомогательный СР. Кроме того, осуществление СР в виде сплошных плазменных листов между поджигающим и дополнительными электродами в отличие от дискретных каналов в прототипе и выполнение металлической подложки с каналами для циркуляции охлаждающей жидкости уменьшают локальные тепловые нагрузки на диэлектрике, дополнительных и поджигающих электродах, что увеличивает ресурс работы устройства в ИП-режиме из-за устранения теплового разрушения диэлектрика и его металлизации материалом электродов.
Применение последовательно соединенных емкостей и проходной емкости в предложенном виде обеспечивает автоматическое зажигание вспомогательного разряда при подаче импульса высокого напряжения на основной разрядный промежуток, что упрощает конструкцию устройства и его эксплуатацию в ИП-режиме.
Кроме того, осуществляется возможность ввода энергии в СР при оптимальных тепловых и электрических нагрузках ди-электрической пластины, обеспечивающие высокий, более 108 импульсов, ресурс работы устройства в ИП-режиме.
Размещение дополнительных электродов на поверхности диэлектрической пластины, обращенной к охлаждаемой подложке, повышает однородность распределения энерговклада в плазму СР, которая может быть ухудшаться при малых поперечных размерах диэлектрической пластины. Это позволяет использовать предложенное устройство при небольших апертурах основного объемного разряда.
Введение протяженного диэлектрического корпуса П-образного сечения, на котором закреплены полупрозрачный электрод и охлаждаемая подложка, подсоединение емкостей к которым осуществляется посредством одного ряда штыревых токовводов, обеспечивает компактность устройства и удобcтво его использования в лазере. При использовании полупрозрачного электрода в качестве высоковольтного обеспечивается возможность уменьшения индуктивностей основного и вспомогательного разрядных контуров.
Использование предложенного устройства для УФ-предыонизации в импульсном лазере обеспечивает по сравнению с прототипом следующие основные преимущества, определяющие расширение диапазона режимов работы устройства: достижение высокого ресурса работы при большой частоте следования импульсов, увеличение уровня предыонизации в активном объеме лазера, повышение энергетических характеристик лазера, упрощение конструкции устройства и его эксплуатации в ИП-режиме работы, повышение устойчивости объемного разряда при большой частоте следования импульсов.
В настоящее время предложенное устройство испытано для УФ-предыонизации ИП-эксимерных KrF-, XeCl-лазеров со средней мощностью излучения 0,1-1 кВт. Проводятся их ресурсные испытания. При частоте следования импульсов 80 Гц после 2 х 107 импульсов не наблюдалось каких-либо ухудшений в работе предложенного устройства в составе KrF-лазера. Применение предложенного устройства позволило получить на молекуле XeCl* энергию генерации 20 Дж.
Claims (3)
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УФ-ПРЕДЫОНИЗАЦИИ В ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРЕ, содержащее расположенные вдоль оси лазера протяженные сплошной и полупрозрачный электроды, плоскую диэлектрическую пластину, расположенную позади рабочей поверхности полупрозрачного электрода и размещенную на металлической подложке, и два дополнительных электрода, расположенных на поверхности диэлектрической пластины, один из которых соединен с подложкой, отличающееся тем, что устройство содержит поджигающий электрод, который размещен вдоль плоской диэлектрической пластины между дополнительными электродами на равном расстоянии от них и соединен с полупрозрачным электродом, оба дополнительных электрода соединены с подложкой, которая выполнена с каналами для циркуляции охлаждающей жидкости, причем к полупрозрачному и сплошному электродам подсоединены две последовательно соединенные емкости, общая точка которых соединена с подложкой через проходную емкость.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительные электроды размещены на поверхности диэлектрической пластины, обращенной к подложке.
3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что введен протяженный диэлектрический корпус П-образного сечения, на котором закреплены полупрозрачный электрод и охлаждаемая подложка, подсоединение емкостей к которым осуществляется одним рядом штыревых токовводов, расположенным вдоль диэлектрического корпуса.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5064446/25 RU2055429C1 (ru) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Устройство для уф-предыонизации в импульсном лазере |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5064446/25 RU2055429C1 (ru) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Устройство для уф-предыонизации в импульсном лазере |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2055429C1 true RU2055429C1 (ru) | 1996-02-27 |
RU5064446A RU5064446A (ru) | 1996-12-27 |
Family
ID=21614340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5064446/25 RU2055429C1 (ru) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | Устройство для уф-предыонизации в импульсном лазере |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2055429C1 (ru) |
-
1992
- 1992-10-06 RU SU5064446/25 patent/RU2055429C1/ru active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Заявка Японии N 62-181481, кл. H 01S 3/09, 1987. * |
2. Баранов В.Ю. и др. Электроразрядные эксимерные лазеры. М.: Энергоатомиздат, 1988, с.116. * |
3. Патент США N 4041414, кл. H 01S 3/097, 1973. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5247531A (en) | Apparatus for preionizing apulsed gas laser | |
EP0463815B1 (en) | Vacuum ultraviolet light source | |
EP0417649B1 (en) | Plasma switch with hollow, thermionic cathode | |
US4365337A (en) | Excitation system for a fast pulsed discharge | |
US5875207A (en) | Discharge arrangement for pulsed gas lasers | |
US20070041418A1 (en) | Pulsed RF high pressure CO2 lasers | |
RU2446530C1 (ru) | Импульсно-периодический газоразрядный лазер | |
US6389106B1 (en) | Method and device for producing extreme ultraviolet and soft X-rays from a gaseous discharge | |
US5014289A (en) | Long life electrodes for large-area x-ray generators | |
US3524101A (en) | Triggering device for spark-gap | |
US5057740A (en) | Photoemissive trigger for backlighted thyratron switches | |
US3633127A (en) | Pulsed laser device with improved discharge circuit | |
US4317067A (en) | Dielectric surface electrical discharge device | |
Letardi et al. | Large area X-ray preionizer for electric discharge lasers | |
RU2055429C1 (ru) | Устройство для уф-предыонизации в импульсном лазере | |
US5159243A (en) | Hollow electrode switch | |
US5050178A (en) | Multichannel pseudo-spark switch and excitation circuit for gas lasers having the switch | |
US4942337A (en) | Spark gap apparatus triggerable by microwave pulse | |
RU2029423C1 (ru) | Способ получения генерации в газовом электроразрядном лазере и газовый электроразрядный лазер | |
US4788691A (en) | Method for the operation of a gas laser and a gas laser operated in accord therewith | |
RU2017289C1 (ru) | Устройство для накачки газового проточного лазера | |
RU2219626C2 (ru) | Нецепной электроразрядный hf(df)-лазер | |
RU2162263C2 (ru) | Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда | |
Frank et al. | Low pressure glow discharge switches for high power excimer lasers | |
RU2141708C1 (ru) | Устройство накачки мощного импульсно-периодического газового лазера |