RU2134925C1

RU2134925C1 - Self-maintained space discharge fired laser

Info

Publication number: RU2134925C1
Application number: RU97118013A
Authority: RU
Inventors: Б.В. Лажинцев; В.А. Нор-Аревян
Original assignee: Лажинцев Борис Васильевич; Нор-Аревян Владимир Андреевич
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: quantum electronics. SUBSTANCE: pulse-periodic laser based on KrF, ArF, HF, or DF has pumping sources 18, 19 arranged in two planes formed by two cylindrical insulating shells 3, 4 with two electrodes 9, 10 partially transparent for gas flow placed between them. Pumping system 12 produces two branches 14, 15 of active gaseous medium flow around cylindrical insulating shells 3, 4. Flows have velocity direction 16 in air gap 11 perpendicular to working surfaces 17 of electrodes 9, 10. The latter are made of plates 20 with insulating or metal parts 21 placed between them. Each of two pumping sources 18, 19 is made of two unlike-polarity parts 22, 23 having common point 24. Electrode 9 is electrically connected to first parts 22 of pumping sources 18, 19 and electrode 10, with second parts 23. EFFECT: reduced size, improved reliability, and increased volume and power capacity of laser. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к устройству лазера с возбуждением объемным самостоятельным разрядом (ОСР), работающего в импульсно-периодическом режиме, и может быть использовано в решении технологических и лазерно-химических задач. Предпочтительно использовать заявляемое устройство лазера с активными средами на основе XeCl, KrF, ArF, HF, DF и др. Устройство также может быть использовано для решения плазменно-химических задач и задач по очистке газовых сред от пыли, аэрозолей и т.п. The invention relates to quantum electronics, and in particular to a laser device with excitation by a volumetric self-sustained discharge (OCR) operating in a pulsed-periodic mode, and can be used in solving technological and laser-chemical problems. It is preferable to use the inventive laser device with active media based on XeCl, KrF, ArF, HF, DF, etc. The device can also be used to solve plasma-chemical problems and tasks for cleaning gas environments from dust, aerosols, etc.

Известно устройство CO₂-лазера с возбуждением ОСР, включающее лазерный объем, ограниченный внешней металлической оболочкой и двумя герметично соединенными с ней металлическими фланцами. Внутри лазерного объема размещены два установленных параллельно электрода, один из которых выполнен цельнометаллическим, а другой - перфорированным. Цельнометаллический катод установлен на внутренней поверхности диэлектрической плиты, вставленной в отверстие в металлической оболочке и герметично соединенной с ней. Перфорированный анод установлен на металлическом элементе, формирующем поток активной газовой среды с направлением скорости, параллельным рабочим поверхностям электродов. Внутри лазерного объема размещены система прокачки и теплообменник, а также дополнительные направляющие элементы, формирующие поток активной среды. С наружной поверхности диэлектрической плиты расположены источник накачки лазера, выполненный в виде единого модуля. Обратные токопроводы, установленные с обеих сторон разрядного промежутка, соединяют анодный электрод с наружной металлической оболочкой (Rеv. Sci. Instrum. Vol 64, N 11, Nov 1993, pp. 3061-3065 [1]). Аналогичное устройство имеют эксимерные и химические лазеры.A device is known for a CO ₂ laser with OCR excitation, including a laser volume bounded by an external metal shell and two metal flanges sealed to it. Two parallel electrodes are placed inside the laser volume, one of which is made of all-metal, and the other is perforated. The all-metal cathode is mounted on the inner surface of the dielectric plate inserted into the hole in the metal shell and hermetically connected to it. A perforated anode is mounted on a metal element forming an active gas medium flow with a velocity direction parallel to the working surfaces of the electrodes. A pumping system and a heat exchanger, as well as additional guiding elements forming the active medium flow, are placed inside the laser volume. A laser pump source, made in the form of a single module, is located on the outer surface of the dielectric plate. Reverse conductors installed on both sides of the discharge gap connect the anode electrode to the outer metal sheath (Rev. Sci. Instrum. Vol 64, N 11, Nov 1993, pp. 3061-3065 [1]). Excimer and chemical lasers have a similar device.

К недостаткам устройства лазера следует отнести сложности герметизации диэлектрической плиты с внешней металлической оболочкой, низкую устойчивость внешней оболочки с прямоугольным сечением к перепадам давления внутри лазерного объема, относительно большую индуктивность контура накачки, большой коэффициент сменности активной смеси газа ≈ 2,5 ... 5, а следовательно, высокую скорость рабочего газа, что приводит к большим затратам мощности на прокачку газовой смеси, большую величину рассеянного электромагнитного излучения вне лазерного устройства при его работе. The disadvantages of the laser device include the difficulties of sealing a dielectric plate with an external metal shell, the low resistance of the outer shell with a rectangular cross section to pressure drops inside the laser volume, the relatively large inductance of the pump circuit, a large coefficient of shift of the active gas mixture ≈ 2.5 ... 5, and consequently, a high speed of the working gas, which leads to large power consumption for pumping the gas mixture, a large amount of scattered electromagnetic radiation outside the laser devices during its operation.

Известно устройство для формирования ОСР, содержащее разрядную камеру с параллельно расположенными в ней по крайней мере двумя электродами, образующими разрядный промежуток, источник накачки с общими шинами, подключенными к указанным электродам, первый электрод, выполненный из отдельных пластин, первую группу отдельных стабилизирующих элементов, каждый из которых одним концом соединен с пластиной первого электрода, а другим - с общей шиной источника накачки, источник выполнен из отдельных электрически не связанных секций со своими общими шинами, остальные электроды выполнены из пластин, лежащих в плоскостях пластин первого электрода либо параллельных им, каждый из стабилизирующих элементов второй группы соединен одним концом с пластиной второго электрода, а другим с общей шиной секции источника накачки. Источник накачки выполнен из двух разнополярных частей, причем первый электрод соединен с общими шинами первой части источника накачки, а второй - с общими шинами второй части. Отдельные секции источника накачки установлены с боковых сторон разрядного промежутка (заявка на патент России N 96121895/25/028500 от 12.11.96, кл. H 01 S 3/097 [2]). A device for forming an OCR is known, comprising a discharge chamber with at least two electrodes parallel to it, forming a discharge gap, a pump source with common buses connected to said electrodes, a first electrode made of separate plates, a first group of individual stabilizing elements, each of which one end is connected to the plate of the first electrode, and the other to the common bus of the pump source, the source is made of separate electrically unconnected sections with their common them with tires, the remaining electrodes are made of plates lying in the planes of the plates of the first electrode or parallel to them, each of the stabilizing elements of the second group is connected at one end to the plate of the second electrode, and the other to the common bus of the pump source section. The pump source is made of two opposite-polarity parts, the first electrode being connected to the common tires of the first part of the pump source, and the second to the common tires of the second part. Separate sections of the pump source are installed on the sides of the discharge gap (Russian patent application N 96121895/25/028500 of 12.11.96, class H 01 S 3/097 [2]).

При реализации данного устройства в лазере возникнут сложности с размещением двух секций источника накачки с боковых сторон разрядного промежутка токовводами в лазерную камеру, соединяющими источник накачки с электродами, организацией потока активной газовой среды с направлением скорости, перпендикулярным рабочим поверхностям электродов, а также выполнением компактного устройства лазера. When this device is implemented in a laser, it will be difficult to place two sections of the pump source on the sides of the discharge gap with current leads into the laser chamber connecting the pump source with the electrodes, organize the flow of the active gas medium with a velocity direction perpendicular to the working surfaces of the electrodes, and make a compact laser device .

Известно устройство лазера с возбуждением ОСР, содержащее объем, ограниченный внешней цилиндрической оболочкой, расположенной в ее полости внутренней цилиндрической диэлектрической оболочкой с осью, параллельной оси внешней оболочки, и двумя герметично соединенными с указанными оболочками торцевыми фланцами, размещенные в лазерном объеме два установленных параллельно частично прозрачных для газового потока электрода, образующих разрядный промежуток, и систему прокачки, создающую поток активной газовой среды, огибающий внутреннюю цилиндрическую диэлектрическую оболочку и имеющий направление скорости в разрядном промежутке, перпендикулярное рабочим поверхностям указанных электродов, источник накачки лазера, расположенный в полости, ограниченной внутренней цилиндрической диэлектрической оболочкой, электрически соединенный с двумя электродами (патент США N 4611327, кл. H 01 S 3/097, 1986 [3]). A laser device with OCR excitation is known, containing a volume bounded by an external cylindrical shell located in its cavity by an internal cylindrical dielectric shell with an axis parallel to the axis of the outer shell and two end flanges sealed to these shells and two partially partially transparent mounted in the laser volume for the gas flow of the electrode forming the discharge gap, and a pumping system that creates a flow of active gas medium, enveloping the internal an cylindrical dielectric sheath and having a direction of velocity in the discharge gap perpendicular to the working surfaces of these electrodes, a laser pump source located in a cavity bounded by an internal cylindrical dielectric sheath, electrically connected to two electrodes (US Pat. No. 4,611,327, class H 01 S 3/097 , 1986 [3]).

К недостаткам устройства следует отнести низкую устойчивость электродов на основе конструкций из сетки к дугообразованию, относительно высокое сопротивление потоку газа и значительные неоднородности активной среды при организации потока газа через сеточные электроды, повышенную индуктивность контура разряда при одностороннем расположении источника накачки, а также сложности с электрической изоляцией высоковольтного электрода от внешней цилиндрической оболочки. The disadvantages of the device include the low resistance of the electrodes based on the grid structures to arcing, the relatively high resistance to gas flow and significant inhomogeneities of the active medium when organizing the gas flow through the grid electrodes, the increased inductance of the discharge circuit when the pump source is located on one side, and difficulties with electrical insulation high voltage electrode from the outer cylindrical shell.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание лазерного устройства, позволяющего при компактном его исполнении уменьшить до предельных величин индуктивность подсоединения источника канавки к разрядному промежутку, осуществить конструктивно простейший токоввод, соединяющий электроды с источником накачки лазера, создать источник накачки лазера и лазерную камеру, обладающие повышенной электропрочностью, максимально уменьшить электромагнитное излучение вне лазерного устройства, организовать поток газа с минимальным сопротивлением и неоднородностями плотности активной среды в разрядном промежутке, что необходимо как для создания импульсно-периодических лазеров с высокой частотой следования импульсов, так и для существенного увеличения объема и энергетики лазеров, особенно работающих на активных средах, требующих малого времени ввода электрической энергии в активную среду лазера, таких как химические, эксимерные с активными средами на основе ArF, KiF и др. The task to which the claimed device is directed is to create a laser device that, with its compact design, can reduce the inductance of connecting the groove source to the discharge gap to the maximum values, make the simplest current lead connecting the electrodes to the laser pump source, create a laser pump source and a laser camera possessing increased electric strength, minimize electromagnetic radiation outside the laser device, organize the flow basics with minimal resistance and heterogeneity of the density of the active medium in the discharge gap, which is necessary both for creating pulse-periodic lasers with a high pulse repetition rate, and for a significant increase in the volume and energy of lasers, especially those operating on active media that require a short time of inputting electric energy into the active medium of the laser, such as chemical, excimer with active media based on ArF, KiF, etc.

Указанные недостатки могут быть преодолены в устройстве лазера, где по отношению к известному устройству лазера с возбуждением ОСР, содержащему лазерный объем, ограниченный внешней цилиндрической оболочкой, расположенной в ее полости внутренней цилиндрической диэлектрической оболочкой с осью, параллельной оси внешней оболочки, и двумя герметично соединенными с внешней цилиндрической оболочкой торцевыми фланцами, размещенные в лазерном объеме два установленных параллельно частично прозрачных для газового потока электрода, образующих разрядный промежуток, и систему прокачки, создающую поток активной газовой среды, огибающий внутреннюю цилиндрическую диэлектрическую оболочку и имеющий направление скорости в разрядном промежутке, перпендикулярное рабочим поверхностям указанных электродов, источник накачки лазера, расположенный в полости, ограниченной внутренней цилиндрической диэлектрической оболочкой, электрически соединенный с двумя электродами, новым является то, что в полости, ограниченной внешней цилиндрической оболочкой, установлена вторая внутренняя цилиндрическая диэлектрическая оболочка с осью, параллельной оси внешней оболочки, в ее полости установлен второй источник накачки лазера, указанные электроды установлены между обеими диэлектрическими оболочками и электрически соединены с обоими источниками накачки, а система прокачки совместно с дополнительными направляющими элементами формирует две ветви потока активной газовой среды, каждая из которых огибает свою цилиндрическую диэлектрическую оболочку. These disadvantages can be overcome in the laser device, where in relation to the known laser device with the excitation of the OCP containing a laser volume bounded by an external cylindrical shell located in its cavity by an internal cylindrical dielectric shell with an axis parallel to the axis of the outer shell, and two hermetically connected to external cylindrical shell end flanges placed in the laser volume two installed parallel to partially partially transparent to the gas flow of the electrode, forming their discharge gap, and a pumping system that creates a flow of active gas medium, enveloping the inner cylindrical dielectric shell and having a velocity direction in the discharge gap perpendicular to the working surfaces of these electrodes, a laser pump source located in a cavity bounded by an internal cylindrical dielectric shell, electrically connected to two electrodes, the new is that in the cavity bounded by the outer cylindrical shell, a second inner a cylindrical dielectric shell with an axis parallel to the axis of the outer shell, a second laser pump source is installed in its cavity, these electrodes are installed between both dielectric shells and are electrically connected to both pump sources, and the pumping system, together with additional guiding elements, forms two branches of the active gas medium flow , each of which goes around its cylindrical dielectric shell.

Во втором варианте выполнения устройства новым является то, что оба электрода выполнены из пластин, между которыми установлены элементы из диэлектрика или металла, формирующие поток газовой среды с направлением скорости, перпендикулярным рабочей кромке пластин. In the second embodiment of the device, it is new that both electrodes are made of plates, between which elements of dielectric or metal are installed, forming a gas medium flow with a velocity direction perpendicular to the working edge of the plates.

В третьем варианте выполнения устройства новым является то, что оси внутренних цилиндрических диэлектрических оболочек расположены в диаметральной плоскости внешней цилиндрической оболочки, каждый из двух источников накачки выполнен из двух разнополярных частей, имеющих общие точки, причем первый электрод электрически соединен с первыми частями источников накачки, а второй электрод - со вторыми частями, общие точки разнополярных частей каждого источника накачки расположены на прямой, ближайшей к верхней цилиндрической оболочке, равноудаленно относительно обоих электродов. In the third embodiment of the device, it is new that the axes of the inner cylindrical dielectric shells are located in the diametrical plane of the outer cylindrical shell, each of the two pump sources is made of two opposite-polarity parts having common points, the first electrode being electrically connected to the first parts of the pump sources, and the second electrode - with the second parts, the common points of the bipolar parts of each pump source are located on a straight line closest to the upper cylindrical shell oudalenno relative to both electrodes.

В четвертом варианте выполнения устройства новым является то, что по длине разрядного промежутка лазер выполнен из отдельных одинаковых электрически несвязанных по сильноточной цепи модулей, каждый из которых включает одинаковые по длине вдоль оси разрядного промежутка секции обоих источников накачки, соединенные с секцией двух электродов. In the fourth embodiment of the device, it is new that along the length of the discharge gap the laser is made of separate identical electrically disconnected modules along a high current circuit, each of which includes sections of both pump sources that are identical along the length of the axis of the discharge gap and connected to the section of two electrodes.

В пятом варианте выполнения устройства новым является то, что лазерный объем дополнительно ограничен торцевыми фланцами, герметично соединенными с внутренними цилиндрическими диэлектрическими оболочками. In a fifth embodiment of the device, it is new that the laser volume is further limited by end flanges hermetically connected to the inner cylindrical dielectric shells.

Указанные отличия позволяют создать лазерное устройство, обладающее максимальной компактностью и устойчивостью к перепадам давления в лазерном объеме, имеющее минимальную индуктивность подсоединения разрядного промежутка к источнику накачки, реализовать повышенную электропрочность устройства и осуществить простейший токоввод, соединяющий электроды с источником накачки лазера, организовать поток газа с минимальным сопротивлением и неоднородностями плотности активной среды в разрядном промежутке и минимизировать потери давления при прокачке, максимально уменьшить электромагнитное излучение вне лазерного устройства, упростить конструкцию за счет ее симметризации. Все вышеуказанное позволяет создать импульсно-периодические лазеры с высокой частотой следования импульсов или существенно увеличить объем и энергетику лазеров, особенно работающих на активных средах, требующих малого времени ввода энергии в активную среду лазера, таких как химические, эксимерные с активными средами на основе ArF, KrF и др. These differences make it possible to create a laser device with maximum compactness and resistance to pressure drops in the laser volume, having a minimum inductance for connecting the discharge gap to the pump source, realize increased electric strength of the device and implement a simple current lead connecting the electrodes to the laser pump source, and organize the gas flow with a minimum resistance and heterogeneity of the density of the active medium in the discharge gap and minimize pressure loss when pumping, to minimize electromagnetic radiation outside the laser device, to simplify the design due to its symmetrization. All of the above makes it possible to create repetitively pulsed lasers with a high pulse repetition rate or to significantly increase the volume and energy of lasers, especially those operating on active media that require a short time to enter energy into the active medium of the laser, such as chemical, excimer with active media based on ArF, KrF and etc.

Не обнаружены технические решения, в которых в полости, ограниченной внешней цилиндрической оболочкой, установлена вторая внутренняя цилиндрическая диэлектрическая оболочка с осью, параллельной оси внешней оболочки, в ее полости установлен второй источник накачки лазера, указанные электроды установлены между обеими диэлектрическими оболочками и электрически соединены с обоими источниками накачки, а система прокачки совместно с дополнительными направляющими элементами формирует две ветви потока активной газовой среды, каждая из которых огибает свою цилиндрическую диэлектрическую оболочку, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень". No technical solutions were found in which a second inner cylindrical dielectric shell with an axis parallel to the axis of the outer shell is installed in a cavity bounded by an external cylindrical shell, a second laser pump source is installed in its cavity, these electrodes are installed between both dielectric shells and are electrically connected to both pumping sources, and the pumping system, together with additional guiding elements, forms two branches of the active gas medium flow, each of which oryh encloses a cylindrical dielectric sheath that allows to conclude that the inventive apparatus criterion "Inventive Level".

Указанные отличия позволяют реализовать задачу, на решение которой направлено изобретение, и получить необходимый технический результат - создать лазерное устройство, обладающее максимальной компактностью и устойчивостью к перепадам давления в лазерном объеме, имеющее минимальную индуктивность подсоединения разрядного промежутка к источнику накачки, реализовать повышенную электропрочность устройства и осуществить простейший токоввод, соединяющий электроды с источником накачки лазера, уменьшить электромагнитное излучение вне лазерного устройства, упростить конструкцию за счет ее симметризации, минимизировать потери давления при прокачке. Именно размещение в полости, ограниченной внешней цилиндрической оболочкой, второй внутренней цилиндрической диэлектрической оболочки с осью, параллельной оси внешней оболочки, установка в ее полости второго источника накачки лазера, размещение электродов между обеими диэлектрическими оболочками и электрическое соединение их с обоими источниками накачки позволяют осуществить двусторонний токоподвод электрической энергии к плазме разряда, что примерно вдвое уменьшает его индуктивность и симметризует конструкцию. Использование части поверхности обеих диэлектрических оболочек в качестве изолятора как в источнике накачки, так и в лазерной камере позволяет существенно упростить токоввод, соединяющий источник накачки с электродами лазера, и в целом повысить электропрочность конструкции лазерного устройства. Размещение источников накачки и разрядного промежутка внутри объема, ограниченного внешней металлической цилиндрической оболочкой и двумя металлическими фланцами, позволяет практически полностью исключить внешнее электромагнитное излучение при работе лазера. Система прокачки совместно с дополнительными направляющими элементами, формирующая две ветви потока активной газовой среды, каждая из которых огибает свою цилиндрическую диэлектрическую оболочку, позволяет минимизировать потери давления при прокачке газа. Все вышеизложенное позволяет создать относительно простые по конструкции, компактные и надежные импульсно-периодические химические и эксимерные лазеры с активными средами на основе ArF, KrF и др. как с высокой частотой следования импульсов, так и с существенно увеличенным объемом и энергетикой. These differences allow us to realize the problem to which the invention is directed, and to obtain the necessary technical result - to create a laser device with maximum compactness and resistance to pressure drops in the laser volume, having a minimum inductance connecting the discharge gap to the pump source, to realize increased electrical strength of the device and the simplest current lead connecting the electrodes to the laser pump source, to reduce electromagnetic radiation outside la ernogo apparatus, simplify the structure due to its symmetrization minimize pressure losses during pumping. It is the placement in the cavity bounded by the outer cylindrical shell of the second inner cylindrical dielectric shell with an axis parallel to the axis of the outer shell, the installation of a second laser pump source in its cavity, the placement of the electrodes between both dielectric shells and their electrical connection with both pump sources allow two-way current supply electrical energy to the discharge plasma, which approximately halves its inductance and balances the structure. The use of a part of the surface of both dielectric shells as an insulator both in the pump source and in the laser chamber can significantly simplify the current lead connecting the pump source to the laser electrodes and, in general, increase the electric strength of the laser device design. The placement of the pump sources and the discharge gap inside the volume bounded by an external metal cylindrical shell and two metal flanges makes it possible to almost completely exclude external electromagnetic radiation during laser operation. The pumping system together with additional guide elements, forming two branches of the active gas medium flow, each of which bends around its cylindrical dielectric shell, allows minimizing pressure losses during gas pumping. All of the above allows us to create relatively simple in design, compact and reliable pulse-periodic chemical and excimer lasers with active media based on ArF, KrF, etc. both with a high pulse repetition rate and with a significantly increased volume and energy.

Не обнаружены технические решения, в которых оба электрода выполнены из пластин, между которыми установлены элементы из диэлектрика или металла, формирующие поток газовой среды с направлением скорости, перпендикулярным рабочей кромке пластин, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень". No technical solutions were found in which both electrodes are made of plates, between which dielectric or metal elements are installed, forming a gas medium flow with a velocity direction perpendicular to the working edge of the plates, which allows us to conclude that the inventive device meets the criterion of "inventive step".

Указанные отличия позволяют организовать поток газа с минимальным сопротивлением и неоднородностями плотности активной среды в разрядном промежутке и минимизировать потери давления при прокачке. These differences allow you to organize a gas flow with minimal resistance and heterogeneity of the density of the active medium in the discharge gap and minimize pressure loss during pumping.

Известно устройство, в котором использован отличительный от прототипа признак - выполнение источника накачки из двух разнополярных частей, имеющих общие точки, причем первый электрод электрически соединен с первыми частями источников накачки, а второй электрод - со вторыми частями (патент России N 2029423, кл. H 01 S 3/09, 3/097, 1992 [4]). Технический результат, достигаемый при использовании этого признака, в изобретении и в известных устройствах одинаков. A device is known in which a feature distinguishing from the prototype is used - the implementation of a pump source from two opposite-polarity parts having common points, the first electrode being electrically connected to the first parts of the pump sources and the second electrode to the second parts (Russian patent N 2029423, class H 01 S 3/09, 3/097, 1992 [4]). The technical result achieved using this feature is the same in the invention and in known devices.

Не обнаружены технические решения, в которых оси внутренних цилиндрических диэлектрических оболочек расположены в диаметральной плоскости внешней цилиндрической оболочки, а общие точки разнополярных частей каждого источника накачки расположены на прямой, ближайшей к внешней цилиндрической оболочке, равноудаленно относительно обоих электродов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень". No technical solutions were found in which the axes of the inner cylindrical dielectric shells are located in the diametrical plane of the outer cylindrical shell, and the common points of the different-polar parts of each pump source are located on a straight line closest to the outer cylindrical shell, equidistant from both electrodes, which allows us to conclude that the claimed devices to the criterion of "inventive step".

Указанные отличия позволяют выполнить источник накачки с минимальной индуктивностью, добиться его необходимой электропрочности в достаточно простой конструкции. These differences make it possible to perform a pump source with a minimum inductance, to achieve its necessary electric strength in a fairly simple design.

Не обнаружены технические решения, в которых по длине разрядного промежутка лазер выполнен из отдельных одинаковых электрически несвязанных по сильноточной цепи модулей, каждый из которых включает одинаковую по длине вдоль оси разрядного промежутка секцию обоих источников накачки, соединенную с секцией двух электродов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень". No technical solutions were found in which along the length of the discharge gap the laser is made of separate identical electrically disconnected modules along a high current circuit, each of which includes a section of both pump sources that is identical along the axis of the discharge gap and connected to the section of two electrodes, which allows us to conclude compliance of the claimed device with the criterion of "inventive step".

Указанные отличия позволяют при случайном возникновении дуги между электродами одного модуля ограничить ее энергию запасенной в указанном модуле, что уменьшает возможность разрушения электродов. При разработке лазеров с относительно большой длиной появляется возможность разработки и изготовления одного модуля, а затем, тиражируя модули, увеличивать длину и энергетику лазера. These differences allow, in case of an accidental occurrence of an arc between the electrodes of one module, to limit its energy stored in the specified module, which reduces the possibility of destruction of the electrodes. When developing lasers with a relatively long length, it becomes possible to develop and manufacture one module, and then, by replicating the modules, increase the length and energy of the laser.

Не обнаружены технические решения, в которых лазерный объем дополнительно ограничен торцевыми фланцами, герметично соединенными с внутренними цилиндрическими диэлектрическими оболочками, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень". No technical solutions were found in which the laser volume is additionally limited by end flanges hermetically connected to the inner cylindrical dielectric shells, which allows us to conclude that the claimed device meets the criterion of "inventive step".

Указанные отличия позволяют максимально упростить конструкцию торцевых фланцев, соединенных с внешней цилиндрической оболочкой, и получить радиально симметричную нагрузку на них, что особенно важно при неравенстве давления в устройстве и вне его и больших диаметрах внешней цилиндрической оболочки. These differences make it possible to simplify the design of the end flanges connected to the outer cylindrical shell and obtain a radially symmetric load on them, which is especially important when the pressure is unequal in the device and outside it and large diameters of the outer cylindrical shell.

На фиг. 1 и 2 представлено заявляемое устройство по пп. 1, 2, 3, 4 формулы, на фиг. 3 - то же, но по п. 5. In FIG. 1 and 2 presents the inventive device according to paragraphs. 1, 2, 3, 4 of the formula, in FIG. 3 - the same, but under paragraph 5.

Устройство лазера содержит лазерный объем 1, ограниченный внешней цилиндрической оболочкой 2, расположенными в ее полости двумя внутренними цилиндрическими диэлектрическими оболочками 3, 4 с осями 5, 6, параллельными оси 7 внешней оболочки 2, и двумя герметично соединенными с внешней цилиндрической оболочкой торцевыми фланцами 8, два установленных между обеими диэлектрическими оболочками 3, 4 частично прозрачных для газового потока электрода 9, 10, расположенных параллельно и образующих разрядный промежуток 11, систему прокачки 12, совместно с дополнительными направляющими элементами 13 формирующую две ветви 14, 15 потока активной газовой среды, каждая из которых огибает свою цилиндрическую диэлектрическую оболочку 3, 4 и имеет направление 16 скорости в разрядном промежутке 11, перпендикулярное рабочим поверхностям 17 электродов 9, 10, источники накачки 18, 19 лазера, расположенные в полостях, ограниченных внутренними цилиндрическими диэлектрическими оболочками 3, 4, и электрически соединенные с двумя электродами 9, 10. The laser device contains a laser volume 1, bounded by an external cylindrical shell 2, located in its cavity by two inner cylindrical dielectric shells 3, 4 with axes 5, 6 parallel to the axis 7 of the outer shell 2, and two end flanges hermetically connected to the outer cylindrical shell 8, two electrodes 9, 10 installed between the two dielectric shells 3, 4 partially transparent to the gas flow, arranged in parallel and forming a discharge gap 11, a pumping system 12, together with with additional guiding elements 13 forming two branches 14, 15 of the active gas medium flow, each of which bends around its cylindrical dielectric shell 3, 4 and has a speed direction 16 in the discharge gap 11, perpendicular to the working surfaces 17 of the electrodes 9, 10, pump sources 18, 19 laser located in cavities bounded by inner cylindrical dielectric shells 3, 4, and electrically connected to two electrodes 9, 10.

Оба электрода 9, 10 выполнены из пластин 20, между которыми установлены элементы 21 из диэлектрика или металла, формирующие поток газовой среды с направлением 16 скорости, перпендикулярным рабочей кромке 17 пластин 20. Both electrodes 9, 10 are made of plates 20, between which elements 21 are made of dielectric or metal, forming a gas medium flow with a speed direction 16 perpendicular to the working edge 17 of the plates 20.

Оси 5, 6 внутренних цилиндрических диэлектрических оболочек 3, 4 расположены в диаметральной плоскости внешней цилиндрической оболочки 2, каждый из двух источников накачки 18, 19 выполнен из двух разнополярных частей 22, 23, имеющих общие точки 24, причем первый электрод 9 электрически соединен с первыми частями 22 источников накачки 18, 19, а второй 10 электрод электрически соединен со вторыми 23 частями источников накачки 18, 19, общие точки 24 разнополярных частей 22, 23 каждого источника накачки 18, 19 расположены на прямой 25, ближайшей к внешней цилиндрической оболочке 2, равноудаленно относительно обоих электродов 9, 10. The axes 5, 6 of the inner cylindrical dielectric shells 3, 4 are located in the diametrical plane of the outer cylindrical shell 2, each of the two pump sources 18, 19 is made of two different-polar parts 22, 23 having common points 24, the first electrode 9 being electrically connected to the first parts 22 of the pump sources 18, 19, and the second 10 electrode is electrically connected to the second 23 parts of the pump sources 18, 19, the common points 24 of the different polar parts 22, 23 of each pump source 18, 19 are located on a straight line 25 closest to the outer cylinder shell 2, equidistant with respect to both electrodes 9, 10.

По длине разрядного промежутка 11 лазер выполнен из отдельных одинаковых электрически несвязанных по сильноточной цепи модулей 26, каждый из которых включает одинаковую по длине вдоль оси разрядного промежутка свою секцию 27 обоих источников накачки 18, 19, соединенную со своей секцией 28 двух электродов 9, 10. Along the length of the discharge gap 11, the laser is made of separate identical 26 electrically unconnected modules 26, each of which includes its section 27 of both pump sources 18, 19, which is identical along the axis of the discharge gap, connected to its section 28 of two electrodes 9, 10.

Лазерный объем 1 (фиг. 3) дополнительно ограничен торцевыми фланцами 29, герметично соединенными с внутренними цилиндрическими диэлектрическими оболочками 3 и 4. The laser volume 1 (Fig. 3) is further limited by end flanges 29, hermetically connected to the inner cylindrical dielectric shells 3 and 4.

Лазерное устройство по пп. 1, 2, 3, 4, 5 формулы изобретения работает следующим образом. Включают систему прокачки 12, которая совместно с дополнительными направляющими элементами 13 и 21 формирует две ветви 14, 15 потока активной газовой среды, каждая из которых огибает свою цилиндрическую диэлектрическую оболочку 3, 4 и имеет направление 16 скорости в разрядном промежутке 11, перпендикулярное рабочим поверхностям 17 электродов 9, 10. Подают импульс высокого напряжения от источника накачки 18, 19 на электроды 9, 10. Перед подачей высоковольтного импульса на электроды 9, 10 за доли микросекунды возможно включение какого-либо источника предыонизации, расположенного, например, либо с тыльной стороны одного из электродов 9, 10, либо с боковых сторон разрядного промежутка 11. В результате между электродами (между каждой парой расположенных друг напротив друга пластин 20) в разрядном промежутке 11 возникают плазменные образования, в которых осуществляется возбуждение активной лазерной среды и развивается импульс генерации. Далее система прокачки 12 выдувает остывающее плазменное образование из разрядного промежутка 11. После этого цикл повторяется. The laser device according to PP. 1, 2, 3, 4, 5 of the claims works as follows. They include a pumping system 12, which, together with additional guide elements 13 and 21, forms two branches 14, 15 of the active gas medium flow, each of which bends around its cylindrical dielectric shell 3, 4 and has a speed direction 16 in the discharge gap 11, perpendicular to the working surfaces 17 electrodes 9, 10. A high voltage pulse is supplied from the pump source 18, 19 to the electrodes 9, 10. Before applying a high voltage pulse to the electrodes 9, 10, it is possible to turn on any source before a microsecond lowering, located, for example, either on the back of one of the electrodes 9, 10, or on the sides of the discharge gap 11. As a result, plasma formations arise in the discharge gap 11 between the electrodes (between each pair of plates 20 opposite each other) the active laser medium is excited and a lasing pulse develops. Further, the pumping system 12 blows off the cooling plasma formation from the discharge gap 11. After this, the cycle repeats.

Рассмотрим конкретное устройство на примере KrF-лазера на смеси Kr:F₂: He= 10: 1: 400 при общем давлении до 2,5 атм. Диаметр внешней металлической оболочки составил 850 мм. Диаметр двух внутренних диэлектрических оболочек составил 300 мм. Система прокачки состоит из одного диаметрального вентилятора. Электродная система для формирования ОСР образована двумя электродами с общей длиной 660 мм, состоящими из двух секций по 330 мм, набранными из пластин толщиной 0,5 мм, образующими разрядный промежуток 60 мм. Запасаемая энергия емкостного накопителя источника накачки, состоящего из двух разнополярных частей, достигала 200 Дж при напряжении до ±50 кВ. Максимальный КПД лазера составил 3,1% при энергии генерации 5,2 Дж. Система прокачки обеспечивает работу с частотой до 12 Гц. Заявленное устройство на примере KrF-лазера показало высокую эффективность. Такой образец KrF-лазера может найти применение при создании лидарных комплексов и в научных исследованиях.Let us consider a specific device using the example of a KrF laser based on a Kr: F ₂ : He = 10: 1: 400 mixture at a total pressure of up to 2.5 atm. The diameter of the outer metal shell was 850 mm. The diameter of the two internal dielectric shells was 300 mm. The pumping system consists of one diametrical fan. The electrode system for the formation of OCP is formed by two electrodes with a total length of 660 mm, consisting of two sections of 330 mm each, assembled from plates with a thickness of 0.5 mm, forming a discharge gap of 60 mm. The stored energy of the capacitive storage of the pump source, consisting of two different-polar parts, reached 200 J at a voltage of up to ± 50 kV. The maximum laser efficiency was 3.1% with a generation energy of 5.2 J. The pumping system provides operation with a frequency of up to 12 Hz. The claimed device on the example of a KrF laser showed high efficiency. Such a KrF laser sample can find application in the creation of lidar complexes and in scientific research.

Источники информации
1. Rev. Sci, Instrum. Vol.64, N 11, Nov 1993, pp. 3061-3065.Sources of information
1. Rev. Sci, Instrum. Vol. 64, No. 11, Nov 1993, pp. 3061-3065.

2. Заявка на патент России N 96121895/25/028500 от 12.11.96, кл. H 01 S 3/097. 2. Application for Russian patent N 96121895/25/028500 from 12.11.96, cl. H 01 S 3/097.

3. Патент США N 4611327, кл. H 01 S 3/097, 1986. 3. US patent N 4611327, CL. H 01 S 3/097, 1986.

4. Патент России N 2029423, кл. H 01 S 3/09, 3/097, 1992. 4. Patent of Russia N 2029423, cl. H 01 S 3/09, 3/097, 1992.

Claims

1. Laser device with excitation by a self-contained volume discharge, containing a laser volume bounded by an external cylindrical shell located in its cavity by an internal cylindrical dielectric shell with an axis parallel to the axis of the outer shell and two end flanges sealed to the outer cylindrical shell located in the laser volume two parallel installed partially transparent to the gas flow electrode, forming a discharge gap, and a pumping system that creates a stream a gas medium enveloping the inner cylindrical dielectric shell and having a velocity direction in the discharge gap perpendicular to the working surfaces of these electrodes, a laser pump source located in a cavity bounded by an internal cylindrical dielectric shell, electrically connected to two electrodes, characterized in that in the cavity bounded by an external cylindrical shell, a second inner cylindrical dielectric shell with an axis parallel to s of the outer shell, a second laser pump source is installed in its cavity, these electrodes are installed between both dielectric shells and are electrically connected to both pump sources, and the pumping system together with additional guide elements forms two branches of the active gas medium flow, each of which bends around its cylindrical dielectric sheath.

2. The device according to claim 1, characterized in that both electrodes are made of plates, between which elements of a dielectric or metal are installed, forming a flow of a gaseous medium with a velocity direction perpendicular to the working edge of the plates.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the axes of the inner cylindrical dielectric shells are located in the diametrical plane of the outer cylindrical shell, each of the two pump sources is made of two opposite-polarity parts having common points, the first electrode being electrically connected to the first parts of the pump sources, and the second electrode - with the second parts, the common points of the bipolar parts of each pump source are located on a straight line closest to the outer cylindrical shell, equidistant from both electric Dov.

4. The device according to paragraphs. 1 - 3, characterized in that along the length of the discharge gap, the laser is made of separate identical electrically unconnected modules along a high current circuit, each of which includes a section of both pump sources that is identical in length along the axis of the discharge gap, connected to a section of two electrodes.

5. The device according to claims 1 to 4, characterized in that the laser volume is further limited by end flanges hermetically connected to the inner cylindrical dielectric shells.