RU2506671C1

RU2506671C1 - Gas-discharge laser and method of generating radiation

Info

Publication number: RU2506671C1
Application number: RU2012131322/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Борисович Христофоров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РнД-ИСАН"
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-02-10

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: invention relates to laser engineering. The laser, preferably an excimer laser, includes a laser chamber consisting of ceramic material and having elongated first and second electrodes, the first of which is situated near the inner surface of the laser chamber, a pre-ionisation unit; a gas circulation system; a set of capacitors situated outside the laser chamber, and a power supply connected to the capacitors. Elongated ceramic containers housing additional capacitors are placed near the second electrode. The capacitors and the additional capacitors are connected in series to each other through earthed gas-permeable reverse current lead situated on both sides of the electrodes and are connected to the first and second electrodes through leads of the laser chamber and leads of the ceramic containers.

EFFECT: increasing laser power and reducing the cost of generating energy.

13 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к устройству мощных газоразрядных, в частности, эксимерных лазеров, лазерных систем и способу генерации лазерного излучения.The invention relates to a device for high-power gas-discharge, in particular, excimer lasers, laser systems and a method for generating laser radiation.

Уровень техникиState of the art

Эксимерные лазеры являются наиболее мощными источниками направленного излучения в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. В зависимости от состава газа эксимерные лазеры излучают на переходах различных молекул: ArF (193 нм), KrCl (222 нм), KrF (248 нм), XeBr (282 нм), XeCl (308 нм), XeF (351 нм). Лазеры на молекулярном фторе F2 (157 нм) близки к эксимерным лазерам по составу газа и способу накачки. Наиболее эффективными, с кпд около 3%, высокоэнергетичными, до ~1 Дж/импульс, и мощными, до 600 Вт, являются KrF и XeCl лазеры, нашедшие наибольшее применение в различных технологиях. К ним относятся производство плоских LCD и OLED дисплеев, 3D- микрообработка материалов, производство высокотемпературных сверхпроводников методом лазерной абляции, мощные УФ лидары. ArF лазеры с относительно небольшой энергией генерации 5-10 мДж/импульс и высокой (4-6 кГц) частотой повторения импульсов, благодаря оптимально короткой длине волны, позволяющей использовать надежную кварцевую оптику, широко применяются в крупномасштабном литографическом производстве интегральных схем с характерным размером элементов лишь в несколько десятков нм.Excimer lasers are the most powerful sources of directional radiation in the ultraviolet (UV) range of the spectrum. Depending on the composition of the gas, excimer lasers emit at transitions of various molecules: ArF (193 nm), KrCl (222 nm), KrF (248 nm), XeBr (282 nm), XeCl (308 nm), XeF (351 nm). Molecular fluorine lasers F2 (157 nm) are similar to excimer lasers in gas composition and pumping method. The most effective, with an efficiency of about 3%, high-energy, up to ~ 1 J / pulse, and powerful, up to 600 W, are KrF and XeCl lasers, which have found the greatest application in various technologies. These include the production of flat LCD and OLED displays, 3D micro-processing of materials, the production of high-temperature superconductors by laser ablation, and powerful UV lidars. ArF lasers with a relatively low generation energy of 5-10 mJ / pulse and a high (4-6 kHz) pulse repetition rate, due to the optimally short wavelength allowing the use of reliable quartz optics, are widely used in large-scale lithographic production of integrated circuits with a characteristic element size of only several tens of nanometers.

В соответствии с потребностями современных высокопроизводительных технологий с использованием эксимерных лазеров их мощность постоянно возрастает. Однако повышение энергии и мощности излучения газоразрядных эксимерных лазеров имеет фундаментальные физические ограничения, которые при превышении оптимальных значений энергии генерации и частоты повторения импульсов обусловливают уменьшение эффективности лазера, снижение надежности и стабильности его работы и, в конечном счете, увеличение затрат на эксплуатацию лазера.In accordance with the needs of modern high-performance technologies using excimer lasers, their power is constantly increasing. However, an increase in the energy and radiation power of gas-discharge excimer lasers has fundamental physical limitations, which, when the optimal values of the generation energy and pulse repetition rate are exceeded, cause a decrease in the laser efficiency, a decrease in the reliability and stability of its operation, and, ultimately, an increase in the cost of operating the laser.

Все это определяет актуальность поиска решений, позволяющих оптимизировать конструкцию и метод работы эксимерных лазеров, повысить их мощность и снизить затраты на получение энергии генерации при различных сочетаниях энергии генерации и частоты повторения импульсов.All this determines the relevance of finding solutions to optimize the design and method of operation of excimer lasers, increase their power and reduce the cost of generating lasing energy for various combinations of lasing energy and pulse repetition rate.

Известен импульсно-периодический газоразрядный лазер с предыонизацией слаботочным коронным разрядом, United States Patent 6782030, в котором с целью уменьшения индуктивности разрядного контура, что обеспечивает высокую эффективность лазера, конденсаторы, подсоединенные к электродам, размещены вблизи высоковольтного электрода, размещенного со стороны стенки лазерной камеры. Для совместимости с агрессивной средой лазера предложено использовать конденсаторы с покрытием из инертного материала.A known repetitively pulsed gas-discharge laser with preionization by low-current corona discharge, United States Patent 6782030, in which, in order to reduce the inductance of the discharge circuit, which ensures high laser efficiency, capacitors connected to the electrodes are located near a high-voltage electrode placed on the side of the laser chamber wall. For compatibility with an aggressive laser environment, it is proposed to use capacitors coated with an inert material.

Недостатком данного технического решения является то, что в состав керамических конденсаторов входят компоненты, например припой, которые в случае нарушения защитного слоя при воздействии на них F₂ или HCl приведут к выходу конденсатора и затем лазера из строя. Кроме этого, в газовой среде лазера паразитный пробой по поверхности керамических конденсаторов, предназначенных для работы в электрически прочной среде, не позволяет заряжать их до номинального напряжения. Это резко снижает энергозапас конденсаторов при их размещении в газовой среде лазера, не позволяя достичь высоких уровней энергии генерации и мощности лазера.The disadvantage of this technical solution is that the composition of ceramic capacitors includes components, for example, solder, which in case of violation of the protective layer when exposed to F ₂ or HCl will lead to the output of the capacitor and then the laser out of order. In addition, in the gas medium of the laser, parasitic breakdown on the surface of ceramic capacitors designed to operate in an electrically robust medium does not allow them to be charged to rated voltage. This sharply reduces the energy storage of the capacitors when they are placed in the gas medium of the laser, not allowing to achieve high levels of generation energy and laser power.

Этого недостатка лишен эксимерный лазер с рентгеновской предыонизацией киловаттного уровня средней мощности излучения, в котором высоковольтный электрод размещен на протяженном керамическом фланце металлического лазерной камеры, к которому подсоединена дополнительная камера с электрически прочным газом. Laser Focus World, 25, N10, 23, 1989. Устройство лазера и способ генерации лазерного излучения позволяют увеличивать апертуру разряда и, соответственно, энергию генерации, и среднюю мощность излучения лазера. Малая индуктивность разрядного контура, необходимая для высокой эффективности лазера, достигается за счет минимизации толщины диэлектрического фланца в результате уменьшения механической нагрузки на нем при выравнивании внутреннего и наружного давлений.An excimer laser with X-ray preionization of a kilowatt average radiation power level in which a high-voltage electrode is placed on an extended ceramic flange of a metal laser chamber to which an additional chamber with an electrically strong gas is connected is deprived of this drawback. Laser Focus World, 25, N10, 23, 1989. The laser device and the method of generating laser radiation can increase the discharge aperture and, accordingly, the generation energy and the average laser radiation power. The low inductance of the discharge circuit, which is necessary for high laser efficiency, is achieved by minimizing the thickness of the dielectric flange as a result of reducing the mechanical load on it when equalizing the internal and external pressures.

Недостатком указанного устройства и способа генерации лазерного излучения является сложность его эксплуатации и большие габариты, так как наличие рентгеновскоq предыонизации обуславливает применение слишком сложной лазерной камеры, поперечное сечение которой имеет трековую конфигурацию. Кроме этого, деформация лазерной камеры сложной формы при ее заполнении газом высокого давления может приводить к разрушению жестко закрепленного на нем керамического фланца.The disadvantage of this device and method for generating laser radiation is the complexity of its operation and large dimensions, since the presence of x-ray preionization causes the use of too complex a laser camera, the cross section of which has a track configuration. In addition, deformation of a laser chamber of complex shape when it is filled with high-pressure gas can lead to the destruction of a ceramic flange rigidly fixed to it.

Известна одна из наиболее мощных газоразрядных эксимерных лазерных систем для индустриальных применений - двухлучевой лазер VYPER, Coherent Inc. ExcimerProductGuide2011, включающий размещенные на общем шасси два идентичных компактный лазера, аналогичных описанным в United States Patent 6,757,315, каждый из которых содержит корпус в виде металлической трубы, на которой крепится компактная керамическая разрядная камера с протяженным металлическим фланцем. На высоковольтном металлическом фланце керамической камеры установлены высоковольтный электрод и блок предыонизации. Способ генерации лазерного излучения предусматривает одновременную синхронизированную накачку двух идентичных лазеров и совмещение двух параллельных лазерных лучей вне лазера.One of the most powerful gas-discharge excimer laser systems for industrial applications is known - the VYPER double-beam laser, Coherent Inc. ExcimerProductGuide2011, which includes two identical compact lasers located on a common chassis, similar to those described in United States Patent 6,757,315, each of which contains a metal tube housing on which a compact ceramic discharge chamber with an extended metal flange is mounted. A high-voltage electrode and a preionization unit are installed on the high-voltage metal flange of the ceramic chamber. The method of generating laser radiation involves the simultaneous synchronized pumping of two identical lasers and the combination of two parallel laser beams outside the laser.

Данные устройство и способ обеспечивают параметры лазерного излучения, оптимально соответствующие ряду технологических применений при уровне энергии генерации 1 Дж/импульс и мощности лазерного УФ излучения 600 Вт на каждый лазер с длиной электродов около 1 м.These device and method provide laser radiation parameters that are optimal for a number of technological applications with a generation energy level of 1 J / pulse and a laser UV power of 600 W for each laser with an electrode length of about 1 m.

Однако дальнейшее повышение энергии генерации лазерной системы затруднено из-за использования в каждом из ее лазеров предыонизации слаботочным коронным разрядом и ограниченных размеров керамической разрядной камеры, установленной на металлическом корпусе с системой циркуляции газа. Поскольку в разрядной камере поток газа резко меняет направление, это не позволяет эффективно увеличивать скорость газа в межэлектродном промежутке, приводя к ограничению дальнейшего повышения частоты повторения разрядных импульсов и средней мощности лазерного излучения.However, a further increase in the generation energy of the laser system is difficult due to the use of preionization in each of its lasers with a low-current corona discharge and the limited size of the ceramic discharge chamber mounted on a metal case with a gas circulation system. Since the gas flow in the discharge chamber sharply changes direction, this does not allow to effectively increase the gas velocity in the interelectrode gap, limiting the further increase in the repetition rate of discharge pulses and the average laser radiation power.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть выбрано в качестве прототипа, является газоразрядный, в частности, эксимерный лазер, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерного камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации для предыонизации газа между первым и вторым электродами; систему циркуляции газа для обновления газа в области разряда между очередными разрядными импульсами; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны от электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам и предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами для возбуждения газовой смеси лазера, и резонатор для генерации луча лазера. Patent EP 1525646 В1. Способ генерации лазерного излучения включает в себя осуществление предыонизации газа между первым и вторым электродами, импульсную зарядку конденсаторов, осуществление разряда между первым и вторым электродами и генерацию луча лазера.The closest technical solution that can be chosen as a prototype is a gas-discharge, in particular, excimer laser, which includes: a laser chamber filled with a gas mixture, consisting at least partially of a ceramic material and having spaced first and second electrodes defining a discharge region between them, with the first electrode located near or directly on the inner surface of the laser chamber, at least one extended block preionization for preionization and gas between the first and second electrodes; a gas circulation system for updating gas in the discharge region between successive discharge pulses; a set of capacitors located outside the laser chamber and connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the laser chamber and gas-permeable return conductors located in the laser chamber on both sides of the electrodes; a power source connected to the capacitors and designed for their pulse charging to a breakdown voltage that provides a gas discharge between the first and second electrodes to excite the laser gas mixture, and a resonator for generating a laser beam. Patent EP 1 255 646 B1. The method of generating laser radiation includes the implementation of preionization of the gas between the first and second electrodes, pulse charging of capacitors, the implementation of the discharge between the first and second electrodes and the generation of a laser beam.

В лазере реализуются возможность увеличения объема активной газовой среды при обеспечении высокого однородного уровня ее предыонизации, и высокая скорость прокачки газа между электродами. В результате достигается возможность увеличения энергии генерации и мощности импульсно- периодического эксимерного лазера. Протяженная камера лазера включает в себя круглую цилиндрическую трубу, выполненную из керамики. Для формирования высокоскоростного потока газа в зоне разряда по обе стороны от первого электрода, расположенного на внутренней стенке цилиндрической трубы камеры, заподлицо с ним размещены протяженные керамические направляющие газового потока. Выполнение лазерной камеры преимущественно керамической определяет возможность достижения высокого времени жизни газовой смеси эксимерного лазера, содержащей такие чрезвычайно химически активные компоненты, как F₂ или HCl. При генерации на эксимерных молекулах в лазере с компактной (диаметром 0.45 м) керамической камерой и длиной электродов, не превышающей 1 м, характерная средняя мощность лазерного УФ излучения составляет ~500 Вт в различных сочетаниях энергии генерации, от 0.1 до 2 Дж/импульс, и частоты следования импульсов.The laser implements the possibility of increasing the volume of the active gas medium while ensuring a high uniform level of its preionization, and a high rate of gas pumping between the electrodes. As a result, it is possible to increase the generation energy and power of a repetitively pulsed excimer laser. The extended laser chamber includes a circular cylindrical tube made of ceramic. To form a high-speed gas flow in the discharge zone, on both sides of the first electrode located on the inner wall of the cylindrical tube of the chamber, extended ceramic gas flow guides are flush with it. The implementation of the predominantly ceramic laser chamber determines the possibility of achieving a high lifetime of a gas mixture of an excimer laser containing extremely chemically active components such as F ₂ or HCl. When excited by excimer molecules in a laser with a compact (0.45 m diameter) ceramic chamber and an electrode length not exceeding 1 m, the characteristic average power of laser UV radiation is ~ 500 W in various combinations of the generation energy, from 0.1 to 2 J / pulse, and pulse repetition rates.

Однако, повышение энергии генерации лазера требует увеличения межэлектродного расстояния и повышения разрядного напряжения, сопровождаемого необходимостью увеличения расстояния между высоковольтными и заземленными электрический вводами керамического лазерной камеры - для предотвращения паразитных пробоев, что ведет к увеличению индуктивности разрядного контура и падению кпд лазера. С этой точки зрения геометрия лазерной камеры не полностью оптимизирована. В прототипе предусмотрены различные варианты снижения вызываемой давлением газа радиальной составляющей механической нагрузки на керамическую трубу камеры, однако возможности снижения продольной составляющей этой нагрузки не предложено.However, an increase in the laser generation energy requires an increase in the interelectrode distance and an increase in the discharge voltage, accompanied by the need to increase the distance between the high-voltage and grounded electrical inputs of the ceramic laser chamber in order to prevent spurious breakdowns, which leads to an increase in the inductance of the discharge circuit and a drop in the laser efficiency. From this point of view, the geometry of the laser chamber is not fully optimized. The prototype provides various options for reducing the radial component of the mechanical load caused by the gas pressure on the ceramic tube of the chamber, however, the possibility of reducing the longitudinal component of this load is not proposed.

Недостатком устройства прототипа и способа его функционирования является снижение эффективности при дальнейшем повышении энергии генерации и средней мощности лазера. Требуемое для этого увеличение межэлектродного расстояния ведет к повышению разрядного напряжения, что усложняет эксплуатацию лазера, и сопровождается необходимостью увеличения расстояния между заземленными и высоковольтными токовводами керамического корпуса лазера - для предотвращения паразитных пробоев, увеличением индуктивности разрядного контура и, как следствие, падением кпд лазера. Кроме этого, возрастают продольные размеры корпуса лазера, поскольку при увеличении межэлектродного расстояния и разрядного напряжения необходимо увеличивать расстояния от торцов первого электрода, являющегося в прототипе высоковольтным, до торцевых заземленных металлических фланцев керамического корпуса, что увеличивает стоимость корпуса и также усложняет эксплуатацию лазера.The disadvantage of the prototype device and the method of its functioning is the decrease in efficiency with a further increase in the generation energy and average laser power. The increase in the interelectrode distance required for this leads to an increase in the discharge voltage, which complicates the operation of the laser, and is accompanied by the need to increase the distance between the grounded and high-voltage current leads of the ceramic laser housing to prevent spurious breakdowns, increase the inductance of the discharge circuit, and, as a consequence, decrease the laser efficiency. In addition, the longitudinal dimensions of the laser housing increase, since with an increase in the interelectrode distance and discharge voltage, it is necessary to increase the distances from the ends of the first electrode, which is high-voltage in the prototype, to the end grounded metal flanges of the ceramic case, which increases the cost of the case and also complicates the operation of the laser.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является преодоление физических и технологических ограничений, связанных с созданием более мощных, по сравнению с существующими, газоразрядных, в частности, эксимерных лазеровThe objective of the invention is to overcome the physical and technological limitations associated with the creation of more powerful, compared with existing, gas-discharge, in particular, excimer lasers

Техническим результатом изобретения является увеличение энергии генерации и средней мощности излучения при высоком кпд лазера, упрощение конструкции и снижение стоимости изготовления мощного газоразрядного лазера, уменьшение эксплуатационных расходов и, в целом, снижение затрат на получение энергии генерации.The technical result of the invention is to increase the generation energy and average radiation power at a high laser efficiency, simplify the design and reduce the cost of manufacturing a high-power gas-discharge laser, reduce operating costs and, in general, reduce the cost of generating energy.

Для решения указанной задачи предлагается газоразрядный, в частности, эксимерный лазер, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; и источник питания, подключенный к конденсаторам.To solve this problem, a gas-discharge, in particular, excimer laser is proposed, which includes: a laser chamber filled with a gas mixture, consisting at least partially of a ceramic material and having extended first and second electrodes spaced from each other, which determine the discharge region between them with a first electrode located near or directly on the inner surface of the laser chamber, at least one extended preionization unit; gas circulation system; a set of capacitors located outside the laser chamber and connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the laser chamber and gas-permeable return conductors located in the laser chamber on both sides of the electrodes; and a power source connected to the capacitors.

Усовершенствование лазера состоит в том, что в лазерной камере вблизи второго электрода установлены либо один, либо два протяженных керамических контейнера, в каждом керамическом контейнере размещены дополнительные конденсаторы, конденсаторы и дополнительные конденсаторы последовательно соединены между собой через газопроницаемые обратные токопроводы и подключены к первому и второму электродам через распределенные вдоль лазерной камеры электрические вводы керамической трубы и электрические вводы керамических контейнеров.The improvement of the laser consists in the fact that either one or two extended ceramic containers are installed in the laser chamber near the second electrode, additional capacitors are placed in each ceramic container, capacitors and additional capacitors are connected in series through gas-permeable return current conductors and connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the ceramic pipe and the electrical inputs of the ceramic containers distributed along the laser chamber.

Предпочтительно, что снаружи лазерной камеры расположен дополнительный импульсный источник питания, полярность которого противоположна полярности импульсного источника питания, причем дополнительный источник питания подключен к дополнительным конденсаторам с торцов каждого керамического контейнера.It is preferable that an additional switching power supply is located outside the laser chamber, the polarity of which is opposite to the polarity of the switching power supply, the additional power supply being connected to additional capacitors from the ends of each ceramic container.

Предпочтительно, что временная задержка между включениями дополнительного источника питания и источника питания равна разности времени импульсной зарядки дополнительных конденсаторов, производимой дополнительным источником питания через торцы керамических контейнера/контейнеров, и времени зарядки конденсаторов, производимой малоиндуктивно подключенным к ним источником питания.It is preferable that the time delay between switching on the additional power source and the power source is equal to the difference in the time of pulse charging of the additional capacitors produced by the additional power source through the ends of the ceramic container / containers and the charging time of the capacitors produced by the inductively connected power source to them.

Предпочтительно, что обращенные к области разряда части поверхности каждого протяженного керамического контейнера образуют расположенные вблизи второго электрода направляющие газового потока.Preferably, the surface portion of the surface of each extended ceramic container facing the discharge region forms gas flow guides located adjacent to the second electrode.

Предпочтительно, что газопроницаемые обратные токопроводы выполнены вогнутыми в сторону области разрядаIt is preferable that the gas-permeable return conductors are concave towards the discharge region.

Предпочтительно, что, по меньшей мере, один керамический контейнер имеет форму либо круглой, либо прямоугольной трубы.Preferably, the at least one ceramic container is in the form of either a round or rectangular pipe.

В некоторых вариантах вблизи второго электрода установлен один керамический контейнер, поверхность которого, обращенная к области разряда имеет протяженную нишу, в которой размещен второй электрод,In some embodiments, one ceramic container is installed near the second electrode, the surface of which, facing the discharge region, has an extended niche in which the second electrode is placed,

Предпочтительно, что блок предыонизации содержит систему формирования протяженного однородного скользящего разряда по поверхности диэлектрика.Preferably, the preionization unit comprises a system for generating an extended uniform sliding discharge over the surface of the dielectric.

В некоторых вариантах блок предыонизации содержит систему формирования протяженного коронного разрядаIn some embodiments, the preionization unit comprises an extended corona discharge forming system

В некоторых вариантах первый электрод и второй электрод выполнены сплошными, и, по меньшей мере, один блок предыонизации установлен сбоку одного из двух указанных электродов.In some embodiments, the first electrode and the second electrode are solid, and at least one preionization unit is mounted on the side of one of the two indicated electrodes.

В некоторых вариантах либо первый электрод, либо второй электрод выполнен частично прозрачным, и блок предыонизации установлен с обратной стороны частично прозрачного электрода.In some embodiments, either the first electrode or the second electrode is partially transparent, and a preionization unit is mounted on the back of the partially transparent electrode.

Предпочтительно, что лазер содержит электрически связанные с блоком предыонизации и одним из электродов вспомогательные конденсаторы, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов.Preferably, the laser contains auxiliary capacitors electrically connected to the preionization unit and one of the electrodes, the capacitance of which is many times smaller than the capacitance of the capacitors.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, которые представлены в виде достаточном для понимания принципов изобретения и ни в коей мере не ограничивают объема настоящего изобретения.The invention is illustrated by the accompanying drawings, which are presented in a form sufficient to understand the principles of the invention and in no way limit the scope of the present invention.

На чертежах совпадающие элементы устройства имеют одинаковые номера позиций.In the drawings, matching device elements have the same item numbers.

Фиг.1 - поперечное сечение лазера в соответствии с изобретением.Figure 1 is a cross section of a laser in accordance with the invention.

Фиг.2 - поперечное сечение лазера с автоматической предыонизацией у второго электрода в соответствии с изобретением.Figure 2 is a cross section of a laser with automatic preionization at the second electrode in accordance with the invention.

Фиг.3 - поперечное сечение лазера с автоматической предыонизацией у первого электрода в соответствии с изобретением.Figure 3 is a cross section of a laser with automatic preionization at the first electrode in accordance with the invention.

Варианты осуществления изобретения.Embodiments of the invention.

Газоразрядный лазер, в частности, эксимерный лазер, поперечное сечение которого схематично показано на фиг.1, содержит заполненную газовой смесью лазерную камеру, выполненную преимущественно из керамики, в частности, лазерная камера включает в себя керамическую трубу 1 с торцевыми фланцами (не показаны). В лазерной камере размещены отстоящие друг от друга протяженные первый электрод 2 и второй электрод 3, определяющие область разряда 4 между ними. Первый электрод 2 расположен вблизи или непосредственно на внутренней поверхности керамической трубы 1 лазерной камеры. В лазерной камере также размещен, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации 5 для предыонизации газа между первым и вторым электродами 2, 3.A gas discharge laser, in particular an excimer laser, the cross-section of which is schematically shown in FIG. 1, contains a laser chamber filled with a gas mixture made primarily of ceramic, in particular, the laser chamber includes a ceramic tube 1 with end flanges (not shown). In the laser chamber there are spaced apart from each other extended first electrode 2 and second electrode 3, defining the discharge region 4 between them. The first electrode 2 is located near or directly on the inner surface of the ceramic tube 1 of the laser chamber. At least one extended preionization unit 5 for preionizing the gas between the first and second electrodes 2, 3 is also located in the laser chamber.

В варианте реализации лазера, показанном на фиг.1, блок предыонизации 5 выполнен в виде компактной симметричной системы зажигания скользящего разряда по поверхности диэлектрической, преимущественно сапфировой пластины 6, покрывающей инициирующий электрод 7, на поверхности которой установлен поджигающий электрод 8. Блок предыонизации 5 установлен с обратной стороны электрода первого электрода 2, выполненного частично прозрачным за счет щелевых окон 9 на его рабочей поверхности, перпендикулярных продольной оси электрода.In the embodiment of the laser shown in Fig. 1, the preionization unit 5 is made in the form of a compact symmetrical ignition system for a sliding discharge over the surface of a dielectric, mainly sapphire plate 6, covering the initiating electrode 7, on the surface of which an ignition electrode 8 is installed. The preionization unit 5 is installed with the reverse side of the electrode of the first electrode 2, made partially transparent due to slotted windows 9 on its working surface perpendicular to the longitudinal axis of the electrode.

Вне лазерной камеры расположен набор распределенных вдоль лазерной камеры набор конденсаторов 10. К конденсаторам 10 подключен импульсный источник питания 11. Вблизи второго электрода 3 установлен протяженный керамический контейнер 12 (фиг.1). Концевые части каждого керамического контейнера 12 герметично закреплены на торцевых фланцах лазерной камеры с возможностью доступа или герметичного подсоединения к внутренней части контейнера (для упрощения не показано). В каждом керамическом контейнере 12 размещены дополнительные конденсаторы 13. Снаружи лазерной камеры расположен дополнительный импульсный источник питания 14, полярность которого противоположна полярности импульсного источника питания 11. Дополнительный источник питания 14 подключен к дополнительным конденсаторам 13 с торцов каждого керамического контейнера 12. Конденсаторы 10 и дополнительные конденсаторы 13 последовательно соединены между собой через заземленные газопроницаемые обратные токопроводы 15 и подключены к первому и второму электродам 2, 3 через распределенные вдоль лазерной камеры электрические вводы 16, 17 лазерной камеры и электрические вводы 18, 19 керамических контейнеров 12. Причем, газопроницаемые обратные токопроводы 15 выполнены вогнутыми в сторону области разряда 4. Для обновления газа в области разряда между очередными разрядными импульсами в керамической трубе 1 лазерной камеры также размещена система циркуляции газа, содержащая диаметральный вентилятор 20, охлаждаемые водой трубки 21 теплообменника, и формирующие поток газа поворотные лопасти 22 и керамические спойлеры 23, образованные примыкающими к первому электроду 2 частями лазерной камеры. Кроме этого, обращенная к области разряда 4 поверхность установленного вблизи второго электрода 3 керамического контейнера 12 имеет протяженную нишу 24, в которой размещен второй электрод 3. При этом обращенные к области разряда 4 части 25 поверхности керамического контейнера 12 образуют расположенные верх и вниз по потоку от второго электрода 3 направляющие газового потока.Outside the laser chamber there is a set of capacitors distributed along the laser chamber 10. A switching power supply 11 is connected to the capacitors 10. An extended ceramic container 12 is installed near the second electrode 3 (Fig. 1). The end parts of each ceramic container 12 are hermetically attached to the end flanges of the laser chamber with the possibility of access or tight connection to the inside of the container (not shown for simplicity). Additional capacitors 13 are placed in each ceramic container 12. An additional switching power supply 14 is located outside the laser chamber, the polarity of which is opposite to the polarity of the switching power supply 11. An additional power supply 14 is connected to additional capacitors 13 from the ends of each ceramic container 12. Capacitors 10 and additional capacitors 13 are connected in series through grounded gas-permeable return current conductors 15 and are connected to the first and second electrodes 2, 3 through the electrical inputs 16, 17 of the laser chamber distributed along the laser chamber and the electrical inputs 18, 19 of the ceramic containers 12. Moreover, the gas-permeable return current conductors 15 are made concave towards the discharge region 4. To update the gas in the discharge region between successive discharge pulses a ceramic gas tube 1 of the laser chamber also contains a gas circulation system containing a diametrical fan 20, water-cooled heat exchanger tubes 21, and rotary blades 22 and keram forming a gas flow spoilers 23 formed by the parts of the laser chamber adjacent to the first electrode 2. In addition, the surface of the ceramic container 12 mounted near the second electrode 3 is facing the discharge region 4 and has a long niche 24 in which the second electrode 3 is placed. In this case, the surface parts of the ceramic container 12 facing 25 of the discharge region 4 form upstream and downstream the second electrode 3 guides the gas stream.

Способ генерации лазерного посредством лазера осуществляют следующим образом. Между поджигающим электродом 8 и инициирующим электродом 7 системы формирования блока предыонизации 5 зажигают завершенный скользящий разряд по поверхности протяженной сапфировой пластины 6, фиг.1. С помощью УФ излучения вспомогательного разряда блока предыонизации 5 осуществляет предварительную ионизацию газовой смеси в области разряда 4 между первым и вторым электродами лазера 2, 3. Включают дополнительный источник питания 14 и с торцов каждого керамического контейнера 12 производят импульсную зарядку дополнительных конденсаторов 13 сравнительно медленную, поскольку индуктивность контура зарядки через торцы керамического контейнера 12 относительно велика. С временной задержкой, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов 13 и конденсаторов 10, включают импульсный источник питания 11 и осуществляют быструю импульсную зарядку конденсаторов 10 напряжением, полярность которого противоположна полярности напряжения зарядки дополнительных конденсаторов 13. За счет взаимосогласованного выбора параметров разрядной цепи, с одной стороны, и давления, состава и других характеристик газа - с другой, обеспечивают одновременное окончание зарядки конденсаторов 10, дополнительных конденсаторов 13, а также достижение пробивного напряжения между электродами 2, 3. Зажигают разряд в области 4 между высоковольтными первым и вторым электродами 2, 3 противоположной полярности. Разряд осуществляют по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы 10 и дополнительные конденсаторы 13, последовательно соединенные между собой через заземленные газопроницаемые обратные токопроводы 15, вогнутые в сторону области разряда 4 и электрические вводы 16, 17, 18, 19 лазерной камеры и керамического контейнера 12. В результате получают генерацию луча лазера. После того, как система циркуляции газа, в который входит вентилятор 20, трубки теплообменника 21, и формирующие поток газа поворотные лопасти 22, керамические спойлеры 23, и примыкающие к нише 24 части 25 керамического контейнера, сменит газ в области разряда 4, цикл работы повторяют.The method of laser generation by laser is as follows. Between the ignition electrode 8 and the initiating electrode 7 of the system for forming the preionization unit 5, a complete sliding discharge is ignited over the surface of the extended sapphire plate 6, FIG. 1. Using UV radiation from the auxiliary discharge of the preionization unit 5, the gas mixture is preliminary ionized in the discharge region 4 between the first and second electrodes of the laser 2, 3. An additional power source 14 is turned on, and additional capacitors 13 are pulsed from the ends of each ceramic container 12 relatively slowly, since the inductance of the charging circuit through the ends of the ceramic container 12 is relatively large. With a time delay equal to the difference in the charging times of the additional capacitors 13 and the capacitors 10, the switching power supply 11 is switched on and the capacitors 10 are quickly pulsedly charged with a voltage the polarity of which is opposite to the polarity of the charging additional capacitors 13. Due to the mutually agreed choice of the parameters of the discharge circuit, on the one hand , and pressure, composition and other characteristics of the gas, on the other hand, ensure the simultaneous termination of charging of capacitors 10, additional condensation tori 13, as well as the achievement of breakdown voltage between the electrodes 2, 3. A discharge is ignited in region 4 between the high-voltage first and second electrodes 2, 3 of opposite polarity. The discharge is carried out along a low-inductance discharge circuit, including capacitors 10 and additional capacitors 13, connected in series through grounded gas-permeable reverse current conductors 15, concave towards the discharge region 4 and electrical inputs 16, 17, 18, 19 of the laser chamber and ceramic container 12 As a result, laser beam generation is obtained. After the gas circulation system, which includes the fan 20, the heat exchanger tubes 21, and the rotary blades 22 forming the gas flow, ceramic spoilers 23, and the ceramic container parts 25 adjacent to the niche 24, change gas in the discharge region 4, the operation cycle is repeated .

Упрощение эксплуатации лазера достигается в вариантах изобретения с автоматической предыонизацией. В этих вариантах, иллюстрируемых фиг.2, 3, лазер содержит электрически связанные с блоком предыонизации 5 и одним из электродов вспомогательные конденсаторы 26, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов 10.Simplification of the operation of the laser is achieved in embodiments of the invention with automatic preionization. In these embodiments, illustrated in FIGS. 2, 3, the laser comprises auxiliary capacitors 26 electrically connected to the preionization unit 5 and one of the electrodes, the capacitance of which is many times smaller than the capacitance of the capacitors 10.

На фиг.2 блок предыонизации 5 расположен с обратной стороны второго полупрозрачного электрода 3, вблизи которого установлены два керамических контейнера 12, имеющие форму круглой цилиндрической трубы. Вспомогательные конденсаторы 26 размещены в каждом контейнере 12 и электрически связаны с блоком предыонизации 5, через вспомогательные электрические вводы 27, установленные в стенке каждого керамического контейнера.In figure 2, the preionization unit 5 is located on the back side of the second translucent electrode 3, near which two ceramic containers 12 are installed, having the shape of a round cylindrical pipe. Auxiliary capacitors 26 are located in each container 12 and are electrically connected to the preionization unit 5, through auxiliary electrical inputs 27 installed in the wall of each ceramic container.

В этих вариантах изобретения предыонизацию осуществляют автоматически с момента включения дополнительного источника питания 11 за счет зарядки вспомогательных конденсаторов 26 через вспомогательный разрядный промежуток блока предыонизации 5. В процессе автоматической предыонизации ток вспомогательного разряда предыонизации 5 протекает по малоиндуктивной разрядной цепи, включающей в себя второй электрод 2, вспомогательные электрические вводы 27 и вспомогательные конденсаторы 26. Малая емкость вспомогательных конденсаторов 26 определяет оптимально малый энерговклад во вспомогательный разряд блока предыонизации. В остальном работа лазера осуществляется аналогично тому, как описано выше.In these embodiments of the invention, preionization is carried out automatically from the moment the additional power supply 11 is turned on by charging auxiliary capacitors 26 through the auxiliary discharge gap of the preionization unit 5. In the process of automatic preionization, the current of the auxiliary preionization discharge 5 flows through a low-inductance discharge circuit including a second electrode 2, auxiliary electrical inputs 27 and auxiliary capacitors 26. The small capacity of the auxiliary capacitors 26 is determined m optimally low energy input to the auxiliary discharge preionization unit. The rest of the laser operation is carried out in the same way as described above.

Применение для предыонизации УФ излучения скользящего разряда в виде протяженного плазменного листа на поверхности диэлектрика (сапфира) 6 позволяет реализовать однородный по области разряда 4 оптимально высокий уровень предыонизации за счет возможности регулировки энерговклада во вспомогательный скользящий разряд. Это обеспечивает высокие: эффективность лазера, качество лазерного луча и стабильность работы лазера в долговременном режиме, что является преимуществом предыонизации данного типа.The use for the preionization of UV radiation of a sliding discharge in the form of an extended plasma sheet on the surface of the dielectric (sapphire) 6 makes it possible to realize an optimally high level of preionization uniform over the region of the discharge 4 due to the possibility of adjusting the energy input into the auxiliary sliding discharge. This ensures high: laser efficiency, laser beam quality and stability of the laser in the long-term mode, which is the advantage of this type of preionization.

Осуществление предыонизации через частично прозрачный электрод позволяет реализовать широкоапертурный однородный объемный разряд при компактной малоиндуктивной разрядной системе лазера и высокой эффективности смены газа в области разряда 4.The implementation of preionization through a partially transparent electrode makes it possible to realize a wide-aperture uniform volume discharge with a compact low-inductance laser discharge system and high gas exchange efficiency in the region of discharge 4.

Увеличение апертуры разряда и повышение энергии генерации может достигаться и без использования достаточно сложных в изготовлении частично прозрачных электродов. В вариантах изобретения, иллюстрируемых фиг.3, первый электрод 2 и второй электрод 3 выполнены сплошными, а два блока предыонизации расположены по бокам первого электрода 2. Каждый из двух идентичных блоков предыонизации 5 выполнен в виде системы формирования скользящего разряда. Данная электроразрядная система (фиг.3) с достаточно простыми в изготовлении сплошными электродами также позволяет высокоэффективно повышать апертуру разряда и увеличивать энергию генерации лазера.An increase in the discharge aperture and an increase in the generation energy can be achieved without the use of partially transparent electrodes that are quite difficult to manufacture. In the embodiments of the invention illustrated in FIG. 3, the first electrode 2 and the second electrode 3 are solid, and two preionization units are located on the sides of the first electrode 2. Each of two identical preionization units 5 is made in the form of a sliding discharge generation system. This electric-discharge system (Fig. 3) with solid electrodes that are quite simple to manufacture also makes it possible to increase the discharge aperture and increase the laser generation energy highly efficiently.

При ограничении амплитуды напряжения разряд по поверхности диэлектрика может быть коронным, фиг.1. В соответствии с этим блок предыонизации может содержать систему формирования коронного разряда. Другие системы формирования коронного разряда для упрощения не рассматриваются.When limiting the amplitude of the voltage, the discharge along the surface of the dielectric can be corona, Fig. 1. Accordingly, the preionization unit may comprise a corona discharge forming system. Other corona formation systems are not considered for simplification.

На варианте изобретения, показанном на фиг.3 блоки предыонизации 5 расположены по бокам первого электрода. Вспомогательные конденсаторы 26 размещены снаружи лазерной камеры и электрически связаны с блоками предыонизации 5 через вспомогательные электрические вводы 28, установленные в стенке керамической трубы 1 лазерной камеры.In the embodiment of the invention shown in FIG. 3, preionization units 5 are located on the sides of the first electrode. Auxiliary capacitors 26 are placed outside the laser chamber and are electrically connected to the preionization units 5 through auxiliary electrical inputs 28 installed in the wall of the ceramic tube 1 of the laser chamber.

В вариантах способа генерации лазерного излучения, иллюстрируемых фиг.3, автоматическую предыонизацию со стороны первого электрода осуществляют с помощью источника питания 11 с момента его включения. При этом предыонизацию осуществляют с временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания 12, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов 12 и конденсаторов 10.In variants of the method for generating laser radiation illustrated in FIG. 3, automatic preionization from the side of the first electrode is carried out using a power source 11 from the moment it is turned on. In this case, preionization is carried out with a time delay with respect to the moment the additional power supply 12 is turned on, equal to the difference in the charging times of the additional capacitors 12 and capacitors 10.

Возможность предложенной в этом варианте способа высокоэффективной автоматической предыонизации с временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания, то есть после начала роста разрядного напряжения не является очевидным. Однако, в соответствии с опытными данными эффективная предыонизация в таком режиме может быть осуществлена. Это связано с тем, что газовые смеси эксимерных лазеров отличаются высокой скоростью прилипания электронов к донорам галогенов НС1, F₂, зависящей от величины напряженности электрического поля между электродами 2, 3. В связи с этим предыонизация может обеспечивать максимальный кпд лазера при ее включении с момента достижения величины напряжения на электродах 2, 3 лазера, при которой частота ионизации газа электрическим полем начинает преобладать над частотой прилипания электронов к донорам галогенов. В соответствие с опытными данными, для характерных времен ~180 не роста напряжения от нулевого уровня до пробойного, задержка начала максимально эффективной предыонизации относительно начала роста разрядного напряжения для XeCl лазера достигает 50 не. Задержка может быть увеличена, если скорость роста напряжения до момента включения блока предыонизации ниже. Таким образом, при времени зарядки конденсаторов ~180 нс время зарядки дополнительных конденсаторов 13 может быть существенно больше 230 не, обеспечивая в соответствии с предложенным вариантом способа генерации лазерного излучения высокоэффективную автоматическую предыонизацию у первого электрода 2.The possibility of a highly effective automatic preionization method proposed in this embodiment with a time delay with respect to the moment the additional power source is turned on, that is, after the start of the growth of the discharge voltage, is not obvious. However, in accordance with the experimental data, effective preionization in this mode can be carried out. This is due to the fact that gas mixtures of excimer lasers are characterized by a high electron attachment rate to HC1, F ₂ halogen donors, which depends on the electric field strength between the electrodes 2, 3. In this connection, preionization can provide the maximum laser efficiency when it is turned on from the moment achieving a voltage value at the electrodes 2, 3 of the laser, at which the frequency of gas ionization by the electric field begins to prevail over the frequency of electron attachment to halogen donors. In accordance with the experimental data, for characteristic times ~ 180 of no voltage increase from zero to breakdown, the delay in the onset of the most effective preionization relative to the beginning of the growth in discharge voltage for the XeCl laser reaches 50 ns. The delay can be increased if the voltage growth rate is lower until the preionization unit is turned on. Thus, when the charging time of the capacitors is ~ 180 ns, the charging time of the additional capacitors 13 can be significantly longer than 230 ns, providing, in accordance with the proposed method for generating laser radiation, a highly efficient automatic preionization at the first electrode 2.

При выполнении в предложенном виде лазер приобретает новые положительные качества.When performed in the proposed form, the laser acquires new positive qualities.

Выполнение поверхностей керамических контейнеров/контейнера, обращенных к области разряда 4, в виде направляющих газового потока вблизи второго электрода 3 и размещение второго электрода 2 в протяженной нише 24 контейнера 12 (фиг.1) позволяет формировать высокоскоростной поток газа между электродами. Это обеспечивает быструю смену газа в области разряда 4, давая возможность увеличить частоту следования импульсов и среднюю мощность излучения лазера.The execution of the surfaces of the ceramic containers / container facing the discharge region 4 in the form of gas flow guides near the second electrode 3 and placement of the second electrode 2 in the extended niche 24 of the container 12 (Fig. 1) allows the formation of a high-speed gas flow between the electrodes. This provides a quick change of gas in the region of discharge 4, making it possible to increase the pulse repetition rate and the average laser radiation power.

Введение керамических контейнеров 12 в количестве либо двух (фиг.2, 3), либо одного (фиг.1) оптимально для обеспечения простоты конструкции мощного высокоэнергетичного лазера.The introduction of ceramic containers 12 in the amount of either two (figure 2, 3), or one (figure 1) is optimal to ensure the simplicity of the design of a powerful high-energy laser.

Применение контейнеров 12 в виде круглых цилиндрических труб (фиг.2) обеспечивает наибольшую простоту и механическую прочность конструкции и, соответственно, надежность контейнеров, нагруженных высоким внешним давлением.The use of containers 12 in the form of round cylindrical pipes (figure 2) provides the greatest simplicity and mechanical strength of the structure and, accordingly, the reliability of containers loaded with high external pressure.

Форма контейнеров 12 в виде прямоугольных труб (фиг.2) позволяет обеспечить малую индуктивность разрядного контура и повысить кпд лазера. Кроме этого, плоские протяженные части 25 контейнеров 12, обращенные к области разряда 4, позволяют эффективно формировать в ней высокоскоростной поток газа.The shape of the containers 12 in the form of rectangular tubes (figure 2) allows for a low inductance of the discharge circuit and increase the efficiency of the laser. In addition, the flat extended parts 25 of the containers 12, facing the discharge region 4, can effectively form a high-speed gas flow in it.

Форма заземленных газопроницаемых обратных токопроводов 15, вогнутых в сторону области разряда 4 (фиг.1-3), соответствует форме эквипотенциальных линий электрического поля между высоковольтными электродами 2, 3 противоположной полярности. В связи с этим достигается уменьшение индуктивности разрядного контура без искажения конфигурации электрического поля в области разряда 4, что способствует достижению высокого кпд лазера.The shape of the grounded gas-permeable reverse conductors 15, concave towards the discharge region 4 (Figs. 1-3), corresponds to the shape of the equipotential lines of the electric field between the high-voltage electrodes 2, 3 of the opposite polarity. In this regard, a decrease in the inductance of the discharge circuit is achieved without distorting the configuration of the electric field in the region of discharge 4, which contributes to the achievement of a high laser efficiency.

Подключение дополнительного источника питания 14 к дополнительным конденсаторам 13 и их зарядка с торцов каждого керамического контейнера 12 обеспечивает наибольшую простоту разрядной системы лазера.Connecting an additional power source 14 to additional capacitors 13 and charging them from the ends of each ceramic container 12 provides the greatest simplicity of the laser discharge system.

Поскольку индуктивность токового контура и время зарядки дополнительных конденсаторов 13 больше, чем для конденсаторов 10, для достижения максимальной скорости нарастания электрического поля в межэлектродном промежутке на предпробойной стадии разряда и обеспечения однородного устойчивого разряда источник питания 11 включают с указанной временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания 14.Since the inductance of the current circuit and the charging time of the additional capacitors 13 are longer than for the capacitors 10, in order to achieve the maximum rate of rise of the electric field in the interelectrode gap at the pre-breakdown stage of the discharge and to ensure a uniform stable discharge, the power source 11 is turned on with the specified time delay with respect to the moment the additional power source 14.

В соответствии с изобретением первый и второй электроды 2, 3 оба являются высоковольтными разной полярности и размещены на изоляторах, в качестве которых выступают керамическая труба 1 лазерной камеры и керамические контейнеры/контейнер 12. По сравнению с прототипом, напряжение между соседними высоковольтными и заземленными электрическими вводами 16, 17, а также между электродами 2, 3 и торцевыми фланцами лазерной камеры снижается вдвое с полного разрядного напряжения до его половины. Это позволяет обеспечить малую индуктивность разрядного контура и высокий кпд лазера, а также увеличить длину электродов, повысив энергию генерации лазера. При этом снижаются требования к электрической изоляции лазера, что упрощает эксплуатацию лазера и повышает его надежность.In accordance with the invention, the first and second electrodes 2, 3 are both high-voltage of different polarity and are placed on insulators, which are the ceramic tube 1 of the laser chamber and ceramic containers / container 12. Compared to the prototype, the voltage between adjacent high-voltage and grounded electrical inputs 16, 17, as well as between the electrodes 2, 3 and the end flanges of the laser chamber, is reduced by half from the full discharge voltage to half. This allows for a low inductance of the discharge circuit and high efficiency of the laser, as well as to increase the length of the electrodes, increasing the laser generation energy. This reduces the requirements for electrical insulation of the laser, which simplifies the operation of the laser and increases its reliability.

Выполнение лазера и способа генерации лазерного излучения в указанном виде позволяет значительно увеличить энергию генерации и среднюю мощность лазерного излучения при высоком кпд лазера, а также снизить эксплуатационные расходы лазера. К примеру, межэлектродное расстояние h и ширина разряда w могут быть увеличены в √2 раз. Апертура разряда h×w, активный объем лазера, суммарный энергозапас конденсаторов и дополнительных конденсаторов будут увеличены в 2 раза, а амплитуда напряжения источника (равная по величине напряжению дополнительного источников питания) будет значительно (в √2 раз) снижена по сравнению с лазерами, использующими один источник. Это позволяет увеличить энергию генерации лазера на 100% при умеренных рабочих напряжениях. Индуктивность разрядного контура может быть минимизирована за счет размещения конденсаторов в непосредственной близости от электродов и за счет уменьшения, по меньшей мере, в √2 раза расстояния между высоковольтными и заземленными элементами разрядного контура, обеспечивая увеличение энергии генерации при высоком кпд лазера.The implementation of the laser and the method of generating laser radiation in this form can significantly increase the energy of generation and the average power of the laser radiation at high laser efficiency, as well as reduce the operating costs of the laser. For example, the interelectrode distance h and the width of the discharge w can be increased by √2 times. The discharge aperture h × w, the active volume of the laser, the total energy reserve of the capacitors and additional capacitors will be doubled, and the amplitude of the source voltage (equal to the voltage of the additional power sources) will be significantly (√2 times) reduced in comparison with lasers using one source. This allows you to increase the laser generation energy by 100% at moderate operating voltages. The inductance of the discharge circuit can be minimized by placing capacitors in the immediate vicinity of the electrodes and by reducing at least √2 times the distance between the high-voltage and grounded elements of the discharge circuit, providing an increase in the generation energy at a high laser efficiency.

Таким образом, выполнение газоразрядного эксимерного лазера, и способов генерации лазерного излучения в предложенном виде позволяет увеличить энергию генерации, среднюю мощность излучения при высоком кпд лазера и, в целом, уменьшить расходы на получение энергии генерации.Thus, the implementation of a gas-discharge excimer laser, and the methods of generating laser radiation in the proposed form allows to increase the generation energy, the average radiation power at a high laser efficiency and, in general, reduce the cost of generating the generation energy.

Список обозначенийList of Symbols

1. керамическая труба лазерной камеры1. ceramic tube laser camera

2. первый электрод2. first electrode

3. второй электрод3. second electrode

4. область разряда4. discharge area

5. блок предыонизации5. block preionization

6. диэлектрическая (сапфировая) пластина6. dielectric (sapphire) plate

7. инициирующий электрод7. initiating electrode

8. поджигающий электрод8. ignition electrode

9. щелевые окна на рабочей поверхности электрода9. slotted windows on the working surface of the electrode

10. конденсаторы10. capacitors

11. импульсный источник питания11. switching power supply

12. один, либо два протяженных керамических контейнера,12. one or two long ceramic containers,

13. дополнительные конденсаторы, размещенные в каждом керамическом контейнере поверхности керамического контейнера, формирующая газовый поток13. additional capacitors placed in each ceramic container the surface of the ceramic container, forming a gas stream

14. дополнительный импульсный источник питания14. additional switching power supply

15. обратные токопроводы15. reverse current leads

16, 17, 18, 19 электрические вводы лазерной камеры и контейнеров,16, 17, 18, 19 electrical inputs of the laser chamber and containers,

20. диаметральный вентилятор20. diametrical fan

21. трубки теплообменника21. heat exchanger tubes

22. направляющие лопасти22. guide vanes

23. спойлеры23. spoilers

24. протяженная ниша, в которой установлен второй электрод24. an extended niche in which a second electrode is installed

25. части поверхности контейнера, формирующие поток25. parts of the surface of the container, forming a stream

26. вспомогательные конденсаторы26. auxiliary capacitors

27. вспомогательные электрические вводы контейнеров27. auxiliary electrical inputs of containers

28. вспомогательные электрические вводы лазерной камеры28. auxiliary electrical inputs of the laser camera

Claims

1. A gas-discharge, in particular an excimer laser, comprising: a laser chamber filled with a gas mixture, consisting at least partially of a ceramic material and having spaced apart first and second electrodes that define a discharge region between them, with the first electrode located near or directly on the inner surface of the laser chamber, at least one extended block preionization; gas circulation system; a set of capacitors located outside the laser chamber and connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the laser chamber and gas-permeable return conductors located in the laser chamber on both sides of the electrodes; a power source connected to capacitors in which either one or two extended ceramic containers are installed in the laser chamber near the second electrode; each ceramic container has additional capacitors; capacitors and additional capacitors are connected in series through gas-permeable return conductors and are connected to the first and second electrodes through the electrical inputs of the ceramic pipe and the electrical inputs of the ceramic containers distributed along the laser chamber.

2. The laser according to claim 1, in which an external switching power supply is located outside the laser chamber, the polarity of which is opposite to the polarity of the switching power supply, the additional power supply being connected to additional capacitors from the ends of each ceramic container.

3. The laser according to claim 1, in which the time delay between switching on the additional power source and the power source is equal to the difference between the time of pulse charging of additional capacitors produced by the additional power source through the ends of the ceramic container / containers and the charging time of the capacitors produced by a non-inductively connected source nutrition.

4. The laser according to claim 1, in which the surface part of each extended ceramic container facing the discharge region forms gas flow guides located near the second electrode.

5. The laser according to claim 1, in which the gas-permeable return conductors are made concave towards the discharge region.

6. The laser according to claim 1, in which at least one ceramic container has the shape of either a round or rectangular pipe.

7. The laser according to claim 1, in which one ceramic container is installed near the second electrode, the surface of which facing the discharge region has an extended niche in which the second electrode is placed.

8. The laser according to any one of claims 1 to 7, in which the preionization unit comprises a system for generating an extended uniform sliding discharge over the surface of the dielectric.

9. The laser according to any one of claims 1 to 7, in which the preionization unit contains a system for the formation of an extended corona discharge.

10. The laser according to any one of claims 1 to 7, in which either the first electrode or the second electrode is partially transparent, and the preionization unit is mounted on the back side of the partially transparent electrode.

11. The laser according to any one of claims 1 to 7, in which the first electrode and the second electrode are solid, and at least one preionization unit is installed on the side of one of the two indicated electrodes.

12. The laser according to any one of claims 1 to 7, containing auxiliary capacitors electrically connected to the preionization unit and one of the electrodes, the capacitance of which is many times smaller than the capacitance of the capacitors.

13. The method of generating laser radiation through a laser according to any one of claims 1 to 12, which consists in the implementation of preionization of the gas between the first and second electrodes, pulse charging of capacitors, the discharge between the first and second electrodes and generating a laser beam, in which
preliminarily include an additional power source and from the ends of each ceramic container, additional capacitors are pulsed, then with a time delay equal to the difference in the charging times of additional capacitors and capacitors, they include a pulsed power supply and carry out fast pulse charging of capacitors with a voltage whose polarity is opposite to the polarity of the additional charging voltage capacitors, after the moment of simultaneous completion of charging of capacitors and additional capacitors discharge between the high-voltage first and second electrodes of opposite polarity along a low-inductance discharge circuit, including capacitors and additional capacitors, connected in series through gas-permeable reverse current conductors, concave towards the discharge region.