RU2514159C2

RU2514159C2 - Gas-discharge laser, laser system and method of generating radiation

Info

Publication number: RU2514159C2
Application number: RU2012131330/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Борисович Христофоров
Original assignee: Олег Борисович Христофоров
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-04-27
Also published as: RU2012131330A; WO2014017952A1

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: invention relates to laser engineering. The gas-discharge laser includes: a laser chamber (1) consisting a ceramic material and filled with a gas mixture, elongated electrodes (2, 3) defining a discharge region (4), a preionisation unit (5); the gas circulation system (9, 10, 11, 12, 13); a set of capacitors (14) arranged outside the laser chamber (1) and connected to the first and second electrodes (2, 3) via electrical leads (17, 18) of the laser chamber (1) and gas-permeable reverse current leads (19) disposed in the laser chamber on both sides of the electrodes; a power supply connected to the capacitors and a resonator. The laser chamber (1) comprises a ceramic tube (24) and two end flanges (25) rigidly interconnected by a fastening system (26) that extends along the ceramic tube (24). The fastening system (26) is in form of a metal tube encircling the ceramic tube, equipped with a sufficiently wide extended recess for installing the set of capacitors (14) and having on the faces of the end flanges attached to end flanges (25) of the laser chamber (1) or in form of tightening beams.

EFFECT: high power.

22 cl, 13 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

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

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Эксимерные лазеры являются наиболее мощными источниками направленного излучения в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. 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.Excimer lasers are the most powerful sources of directional radiation in the ultraviolet (UV) range of the spectrum. 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.

Из Coherent Inc. Excimer / UV Optical Systems Product Catalog 2012 известна одна из наиболее мощных газоразрядных эксимерных лазерных систем для индустриальных применений - двулучевой лазер VYPER, включающий размещенные на общем шасси два идентичных компактный лазера, аналогичных описанным в патенте US 6757315. Каждый из лазеров 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.From Coherent Inc. Excimer / UV Optical Systems Product Catalog 2012 is known for one of the most powerful gas-discharge excimer laser systems for industrial applications - the VYPER double-beam laser, which includes two identical compact lasers located on a common chassis, similar to those described in US Pat. No. 6757315. Each of the lasers contains a metal case pipes 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.

Частично этих недостатков лишен газоразрядный, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и заполненную газовой смесью, протяженные первый электрод и второй электрод, расположенные друг против друга и определяющие область разряда между ними, с первым электродом, размещенным 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; источник питания, подключенный к конденсаторам, патент EP 1525646 B1. 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.Partially these drawbacks are deprived of a gas discharge, in particular an excimer laser or a molecular fluorine laser, including a laser chamber consisting at least partially of a ceramic material and filled with a gas mixture, elongated first electrode and second electrode located opposite each other and defining a discharge region between them, with a first electrode located close to 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; power supply connected to capacitors, patent EP 1525646 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.

Протяженная лазерная камера включает в себя круглую цилиндрическую трубу с равномерными внутренним и внешним диаметрами, выполненную из керамики. 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. Для формирования 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. 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.An extended laser chamber includes a circular cylindrical tube with uniform inner and outer diameters made of ceramic. 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. To form a gas stream 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 guides of the gas stream are flush with it. 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.

Однако к настоящему времени не удалось реализовать изготовление цельных высококачественных труб больших размеров (например, диаметром 0,45 м и длиной 1,4 м) из керамики Al₂O₃ высокой (>95%) чистоты с высокими физико-химическими свойствами и необходимой точностью обработки, требуемыми для камер эксимерного лазера. Реализация технологии их изготовления требует слишком больших вложений. Кроме этого, повышение энергии генерации лазера требует увеличения межэлектродного расстояния и повышения разрядного напряжения. Последнее требует увеличения расстояния между высоковольтными и заземленными электрическими вводами керамической лазерной камеры для предотвращения паразитных пробоев, что ведет к увеличению индуктивности разрядного контура и падению КПД лазера. С этой точки зрения геометрия лазерной камеры и разрядная система не полностью оптимизированы для достижения высокой энергии генерации и мощности лазера. В устройстве предусмотрены различные варианты снижения вызываемой давлением газа радиальной составляющей механической нагрузки на керамическую трубу камеры, однако возможности снижения продольной составляющей этой нагрузки не предложены.However, to date, it has not been possible to realize the production of solid high-quality large-size pipes (for example, 0.45 m in diameter and 1.4 m in length) from Al ₂ O ₃ ceramics _of high (> 95%) purity with high physicochemical properties and the necessary accuracy processing required for excimer laser cameras. The implementation of their manufacturing technology requires too much investment. In addition, an increase in the laser generation energy requires an increase in the interelectrode distance and an increase in the discharge voltage. The latter requires an increase in the distance between the high-voltage and grounded electrical inputs of the ceramic laser chamber to prevent spurious breakdowns, which leads to an increase in the inductance of the discharge circuit and a decrease in the laser efficiency. From this point of view, the geometry of the laser chamber and the discharge system are not fully optimized to achieve high generation energy and laser power. The device 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.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей изобретения является создание наиболее мощных газоразрядных, в частности эксимерных лазеров и лазерных систем.The objective of the invention is the creation of the most powerful gas discharge, in particular excimer lasers and laser systems.

Техническим результатом изобретения является улучшение конструкции металлокерамического лазера, увеличение энергии генерации, средней мощности излучения при высоком КПД лазера или лазерной системы и уменьшение затрат на получение энергии генерации.The technical result of the invention is to improve the design of the cermet laser, increase the generation energy, average radiation power at high efficiency of the laser or laser system and reduce the cost of generating the generation energy.

Для решения указанной задачи предлагается газоразрядный, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и заполненную газовой смесью, протяженные первый электрод и второй электрод, расположенные друг против друга и определяющие область разряда между ними, с первым электродом, размещенным 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; источник питания, подключенный к конденсаторам, и резонатор, при этом лазерная камера включает в себя керамическую трубу и два торцевых фланца, жестко скрепленных между собой посредством крепежной системы (26), протяженной вдоль керамической трубы, крепежная система выполнена либо в виде охватывающей керамическую трубу металлической трубы, снабженной достаточно широким протяженным вырезом для установки набора конденсаторов и имеющей на торцах кольцевые фланцы, скрепленные с торцевыми фланцами лазерной камеры, либо в виде стяжных балок, каждый торцевой фланец герметизирован с керамической трубой посредством уплотнительной кольцевой прокладки, размещенной на наружной поверхности концевой части (29) керамической трубы, имеющей форму прямого круглого цилиндра, причем каждый торцевой фланец имеет на внутренней стороне круговую нишу, в которой размещен торец керамической трубы, каждый торцевой фланец близко примыкает к керамической трубе только на наружной поверхности керамической трубы (24) в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки, имея подвижную посадку по наружной поверхности концевой части (29) керамической трубы.To solve this problem, a gas-discharge, in particular an excimer laser or molecular fluorine laser is proposed, which includes a laser chamber consisting at least partially of a ceramic material and filled with a gas mixture, extended first electrode and second electrode located opposite each other and defining a 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; the power source connected to the capacitors and the resonator, while the laser chamber includes a ceramic pipe and two end flanges, rigidly fastened together by means of a fastening system (26), extended along the ceramic pipe, the fastening system is made either in the form of a metal covering the ceramic pipe a pipe equipped with a sufficiently wide extended notch to install a set of capacitors and having ring flanges at the ends, fastened to the end flanges of the laser chamber, or in the form of tie beams, each end flange is sealed with a ceramic pipe by means of a sealing ring gasket located on the outer surface of the end part (29) of the ceramic pipe having the shape of a straight circular cylinder, each end flange having a circular niche on the inside, in which the end of the ceramic pipe is placed, each end the flange is adjacent to the ceramic pipe only on the outer surface of the ceramic pipe (24) at the installation location of the sealing ring gasket, having a movable fit along aruzhnoy surface of the end portion (29) is a ceramic tube.

Предпочтительно, что каждый торцевой фланец скреплен с одним из двух ответных фланцев, установленных на наружной поверхности концевых частей керамической трубы для сжатия уплотнительной кольцевой прокладки.Preferably, each end flange is bonded to one of two mating flanges mounted on the outer surface of the end parts of the ceramic pipe to compress the sealing ring gasket.

В вариантах реализации изобретения керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, обеспечиваемым парой скрепленных между собой фланцев (35, 36), при этом между скрепленными фланцами размещена, по меньшей мере, одна кольцевая прокладка (34) из галогеностойкого эластомера, фланцы выполнены из диэлектрического материала, и каждый диэлектрический фланец установлен на части наружной поверхности одного из керамических модулей, примыкающей к стыку и имеющей форму прямого круглого цилиндра.In embodiments of the invention, the ceramic tube of the laser chamber consists of either two or three ceramic modules with a tight connection of each joint between the ceramic modules provided by a pair of fastened flanges (35, 36), at least between the fastened flanges one annular gasket (34) from a halogen-resistant elastomer, the flanges are made of dielectric material, and each dielectric flange is mounted on a part of the outer surface of one of the ceramic modules, approx sticking to the joint and having the shape of a straight round cylinder.

Предпочтительно, что каждая пара скрепленных между собой диэлектрических фланцев имеет либо плотную, либо скользящую посадку по наружной поверхности керамических модулей, выполняя функцию бандажного кольца в области стыка керамических модулей составной керамической трубы лазерной камеры.Preferably, each pair of dielectric flanges bonded to each other has either a tight or sliding fit on the outer surface of the ceramic modules, acting as a retaining ring in the joint region of the ceramic modules of the composite ceramic tube of the laser chamber.

В вариантах изобретения керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которой установлен, по меньшей мере, первый электрод.In embodiments of the invention, the ceramic tube of the laser chamber has, on the inside, an extended niche in which at least the first electrode is mounted.

В вариантах изобретения части внутренней поверхности керамической трубы, примыкающие к протяженной нише, в которую установлен первый электрод, расположены заподлицо с первым электродом и образуют расположенные верх и вниз по потоку от первого электрода направляющие газового потока или спойлеры.In embodiments of the invention, parts of the inner surface of the ceramic pipe adjacent to an extended recess in which the first electrode is mounted are flush with the first electrode and form gas flow guides or spoilers located upstream and downstream from the first electrode.

В других вариантах изобретения керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которой, наряду с первым электродом размещена, по меньшей мере, часть области разряда, и внутренние грани ниши, расположенные по обе стороны области разряда, образуют расположенные верх и вниз по потоку от области разряда направляющие газового потока или спойлеры, значительно изменяющие направление газового потока при прохождении области разряда.In other embodiments of the invention, the ceramic tube of the laser chamber has an extended niche on the inside, in which, along with the first electrode, at least a portion of the discharge region is located, and the inner edges of the niche located on both sides of the discharge region form an upward and downward direction gas flow guides or spoilers that significantly change the direction of the gas flow when passing the discharge region from the discharge region.

Предпочтительно, что по обе стороны первого электрода с наружной стороны керамической трубы в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы, за исключением ее концевых частей, либо ниши, либо ячейки, в которые, по меньшей мере, частично, погружены конденсаторы.It is preferable that, on both sides of the first electrode, on the outside of the ceramic pipe, distributed along the length of the ceramic pipe are made in its wall, with the exception of its end parts, either a niche or a cell in which capacitors are at least partially immersed.

В вариантах изобретения первый электрод примыкает своими боковыми гранями к внутренним граням протяженной ниши или находится в непосредственной близости от них.In embodiments of the invention, the first electrode adjoins with its side faces to the inner faces of an extended niche or is in close proximity to them.

Предпочтительно, что в протяженной нише на внутренней поверхности керамической трубы наряду с первым электродом установлен, по меньшей мере, один блок предыонизации.Preferably, at least one preionization unit is installed along with the first electrode in an extended niche on the inner surface of the ceramic pipe.

В вариантах изобретения 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.In embodiments of the invention, either one or two extended ceramic containers are installed 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 electrical inputs distributed along the laser chamber ceramic pipes and electrical inputs of ceramic containers.

Предпочтительно, что снаружи лазерной камеры расположен дополнительный источник питания, полярность которого противоположна полярности источника питания, причем дополнительный источник питания подключен к дополнительным конденсаторам с торцов каждого керамического контейнера.It is preferable that an additional power source is located outside the laser chamber, the polarity of which is opposite to the polarity of the power source, and the additional power source is 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,

В вариантах реализации изобретения керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, содержащим, по меньшей мере, одну кольцевую уплотняющую прокладку из галогеностойкого эластомера.In embodiments of the invention, the ceramic tube of the laser chamber consists of either two or three ceramic modules with a tight connection of each joint between the ceramic modules containing at least one annular sealing gasket of a halogen-resistant elastomer.

Изобретение в другом аспекте относится к способу генерации лазерного излучения, заключающемуся в осуществлении предыонизации газа между первым и вторым электродами, импульсной зарядке конденсаторов, осуществлении разряда между первым и вторым электродами и генерации луча лазера, при которомThe invention in another aspect relates to a method for generating laser radiation, which comprises preionizing a gas between the first and second electrodes, pulse charging capacitors, performing a discharge between the first and second electrodes and generating a laser beam, in which

предварительно включают дополнительный источник питания и с торцов каждого керамического контейнера производят импульсную зарядку дополнительных конденсаторов, затем с временной задержкой, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов и конденсаторов, включают источник питания и осуществляют быструю импульсную зарядку конденсаторов напряжением, полярность которого противоположна полярности напряжения зарядки дополнительных конденсаторов, после момента одновременного окончания зарядки конденсаторов и дополнительных конденсаторов осуществляют разряд между высоковольтными первым и вторым электродами противоположной полярности по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы и дополнительные конденсаторы, последовательно соединенные между собой через газопроницаемые обратные токопроводы, вогнутые в сторону области разряда.preliminarily include an additional power source and from the ends of each ceramic container pulse charging of additional capacitors is performed, then with a time delay equal to the difference in the charging times of additional capacitors and capacitors, they turn on the power source and carry out fast pulse charging of capacitors with a voltage whose polarity is opposite to the polarity of the charging voltage of additional capacitors , after the moment of simultaneous termination of charging of capacitors and additional of capacitors discharge between the high-voltage first and second electrodes of opposite polarity along a low-inductance discharge circuit, which includes capacitors and additional capacitors connected in series through gas-permeable reverse current conductors, concave towards the discharge region.

Предпочтительно, что с временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов и конденсаторов, с помощью источника питания осуществляют автоматическую предыонизацию со стороны первого электрода.It is preferable that with a time delay with respect to the moment of switching on the additional power source equal to the difference in the charging times of the additional capacitors and capacitors, the automatic preionization from the side of the first electrode is carried out using the power source.

Изобретение в другом аспекте относится к лазерной системе, содержащей шасси, на котором размещены первый лазер, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, второй лазер, идентичный первому лазеру, при этом источники питания первого и второго лазеров совмещены в общем источнике питания лазерной системы, при этом между конденсаторами второго лазера и источником питания введена линия задержки, обеспечивающая задержку зажигания разряда во втором лазере на время, не превышающее длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазере, и на шасси размещена система оптической связи между двумя лазерами, обеспечивающая инжекцию во второй лазер внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазера.The invention in another aspect relates to a laser system comprising a chassis on which a first laser made in accordance with the present invention is placed, a second laser identical to the first laser, wherein the power sources of the first and second lasers are combined in a common power source of the laser system, wherein a delay line is introduced between the capacitors of the second laser and the power source, which ensures a delay in the ignition of the discharge in the second laser for a time not exceeding the length of the time interval between the moment of ignition ignition of the discharge and the moment of reaching the generation threshold in the first laser, and on the chassis there is an optical communication system between two lasers, which provides an injection of an external optical signal, which is a small part of the radiation of the first laser, into the second laser.

Изобретение в другом аспекте относится к способу генерации лазерного излучения, заключающемся в осуществлении в каждом лазере предыонизации газа между первым и вторым электродами, осуществлении разряда между первым и вторым электродами и генерации луча лазера, при которомThe invention in another aspect relates to a method for generating laser radiation, which comprises performing in each laser a gas preionization between the first and second electrodes, performing a discharge between the first and second electrodes and generating a laser beam, in which

после зажигания разряда в первом лазере зажигают разряд во втором лазере с временной задержкой, не превышающей длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазере, и с помощью системы оптической связи производят инжекцию во второй лазер внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазера, снижая порог генерации во втором лазере.after ignition of the discharge in the first laser, the discharge in the second laser is ignited with a time delay not exceeding the duration of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment of reaching the generation threshold in the first laser, and using an optical communication system, an external optical signal is injected into the second laser, which is a small part of the radiation of the first laser, lowering the generation threshold in the second laser.

Вышеупомянутые и другие объекты, аспекты, особенности и преимущества изобретения станут более очевидными из последующего описания и формулы изобретения.The above and other objects, aspects, features and advantages of the invention will become more apparent from the following description and claims.

Описание дается в виде, достаточном для понимания принципов изобретения специалистами в области лазерной техники. Детальное описание компонент газоразрядных, в частности эксимерных лазеров, можно найти в Patent US 20030118072, Patent US 6757315, Excimer Laser Technology. Ed. by D. Basting, G. Marowsky. Springer-Verglas Berlin Heidelberg (2005).The description is given in a form sufficient to understand the principles of the invention by specialists in the field of laser technology. A detailed description of gas-discharge components, in particular excimer lasers, can be found in Patent US 20030118072, Patent US 6757315, Excimer Laser Technology. Ed. by D. Basting, G. Marowsky. Springer-Verglas Berlin Heidelberg (2005).

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.

Фиг.1 - схематичное изображение поперечного сечения газоразрядного лазера.Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a gas-discharge laser.

Фиг.2 - схематичное изображение продольного сечения лазера в соответствии с вариантом осуществления изобретения в уменьшенном, по сравнению с Фиг.1, масштабе.Figure 2 is a schematic representation of a longitudinal section of a laser in accordance with an embodiment of the invention in a reduced scale compared to Figure 1.

Фиг.3 - продольное сечение лазера с трехмодульной керамической трубой лазерной камеры.Figure 3 is a longitudinal section of a laser with a three-module ceramic tube of the laser chamber.

Фиг.4 - поперечное сечение лазера с трехмодульной керамической трубой лазерной камеры.4 is a cross section of a laser with a three-module ceramic tube of the laser chamber.

Фиг.5 - поперечное сечение лазера, в котором первый электрод установлен в протяженной нише на внутренней поверхности керамической трубы лазерной камеры.5 is a cross section of a laser in which the first electrode is installed in an extended niche on the inner surface of the ceramic tube of the laser chamber.

Фиг.6 - поперечное сечение лазера с блоками предыонизации на основе коронного разряда.6 is a cross section of a laser with blocks preionization based on corona discharge.

Фиг.7 - поперечное сечение лазера, с частично прозрачным первым электродом, установленным в нише на внутренней поверхности керамической трубы, и конденсаторами, частично погруженными в протяженные ниши на наружной поверхности керамической трубы.7 is a cross section of a laser, with a partially transparent first electrode mounted in a niche on the inner surface of the ceramic pipe, and capacitors partially immersed in extended niches on the outer surface of the ceramic pipe.

Фиг.8 - поперечное сечение лазера с областью разряда, расположенной в протяженной нише на внутренней поверхности керамической трубы.Fig. 8 is a cross section of a laser with a discharge region located in an extended niche on the inner surface of a ceramic pipe.

Фиг.9 - поперечное сечение лазера с дополнительным источником питания и дополнительными конденсаторами, размещенными в двух керамических контейнерах, установленных вблизи второго электрода.Fig.9 is a cross section of a laser with an additional power source and additional capacitors located in two ceramic containers installed near the second electrode.

Фиг.10 - поперечное сечение лазера с одним керамическим контейнером, установленным вблизи второго электрода.Figure 10 is a cross section of a laser with one ceramic container mounted near the second electrode.

Фиг.11 - схематичное изображение поперечного сечения лазерной системы.11 is a schematic cross-sectional view of a laser system.

Фиг.12 - схематичное изображение поперечного сечения лазерной системы.12 is a schematic cross-sectional view of a laser system.

Фиг.13 - блок-схема лазерной системы с системой оптической связи между лазерами.13 is a block diagram of a laser system with an optical communication system between lasers.

На чертежах совпадающие элементы устройства обозначены одинаковыми номерами позиций.In the drawings, matching device elements are denoted by the same reference numbers.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ.EMBODIMENTS FOR CARRYING OUT THE INVENTION.

Газоразрядный лазер, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, поперечное сечение которого в одном из вариантов реализации изобретения показано на Фиг.1, включает в себя: лазерную камеру 1, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и заполненную газовой смесью. Лазер также содержит протяженные первый электрод 2, второй электрод 3, расположенные друг против друга и определяющие область разряда 4 между ними, с первым электродом 2, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры 1, и, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации 5. В варианте реализации изобретения, показанном на Фиг.1, один блок предыонизации 5, расположенный сбоку от второго электрода 3, выполнен в виде системы формирования скользящего разряда по поверхности диэлектрической, в частности, сапфировой пластины 6, покрывающей инициирующий электрод (как мы его называем) 7, с поджигающим электродом (как мы его называем) 8, расположенным на поверхности диэлектрической пластины 6.A gas discharge laser, in particular an excimer laser or a molecular fluorine laser, the cross-section of which in one embodiment of the invention is shown in FIG. 1, includes: a laser chamber 1, consisting at least partially of a ceramic material and filled with a gas mixture . The laser also contains an extended first electrode 2, a second electrode 3, located opposite each other and defining a discharge region 4 between them, with a first electrode 2 located near or directly on the inner surface of the laser chamber 1, and at least one extended preionization unit 5. In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, one preionization unit 5, located on the side of the second electrode 3, is made in the form of a system for forming a sliding discharge over the surface of the dielectric, in particular, glanders Irova plate 6 covering the initiating electrode (as we call it) 7, an igniter electrode (as we call it) 8 disposed on the surface of the dielectric plate 6.

Для обновления газа в области разряда 4 между очередными разрядными импульсами в керамической трубе 1 лазерной камеры также размещена система циркуляции газа, содержащая диаметральный вентилятор 9, охлаждаемые водой трубки 10 теплообменника, два керамических спойлера 11, 12 и направляющие лопасти 13 для формирования газового потока.To update the gas in the discharge region 4 between successive discharge pulses in the ceramic tube 1 of the laser chamber, there is also a gas circulation system containing a diametral fan 9, water-cooled heat exchanger tubes 10, two ceramic spoilers 11, 12 and guide vanes 13 for forming a gas stream.

Вне лазерной камеры 1 расположен набор распределенных вдоль керамической трубы 1 конденсаторов 14, соединенных с первым и вторым электродами 2, 3 через токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 1 лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы 19, расположенные в лазерной камере по обе стороны от электродов 2, 3. К конденсаторам 14 подключен источник питания 20, предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами 2, 3 для возбуждения газовой смеси лазера.Outside the laser chamber 1, there is a set of capacitors distributed along the ceramic tube 1, connected to the first and second electrodes 2, 3 through current-carrying buses 15, 16, electrical inputs 17, 18 of the ceramic tube 1 of the laser chamber and gas-permeable return conductors 19 located in the laser chamber on both sides of the electrodes 2, 3. A power supply 20 is connected to the capacitors 14, intended for their pulse charging to a breakdown voltage that provides gas discharge between the first and second electrodes 2, 3 to excite the gas th laser mixture.

Для генерации луча 21 лазера снаружи лазерной камеры 1 размещен резонатор, включающий в себя, по меньшей мере, два зеркала 22, 23, как показано на Фиг.2, на которой схематично представлено продольное сечение лазера.To generate a laser beam 21, a resonator is placed outside the laser chamber 1, which includes at least two mirrors 22, 23, as shown in FIG. 2, which shows a schematic longitudinal section of a laser.

В соответствии с изобретением лазерная камера 1 включает в себя керамическую трубу 24 и два торцевых фланца 25, жестко скрепленных между собой посредством крепежной системы 26, протяженной вдоль керамической трубы 24. При этом каждый из торцевых фланцев 25 герметизирован с керамической трубой 24 посредством уплотнительной кольцевой прокладки 27 (Фиг.1, Фиг.2).In accordance with the invention, the laser chamber 1 includes a ceramic pipe 24 and two end flanges 25, rigidly fastened together by means of a fastening system 26, extended along the ceramic pipe 24. In this case, each of the end flanges 25 is sealed with a ceramic pipe 24 by means of a sealing ring 27 (FIG. 1, FIG. 2).

На каждом торцевом фланце 25 установлено по оптическому окну 28 для вывода лазерного луча 21 из лазерной камеры 1.On each end flange 25 is installed on the optical window 28 for outputting the laser beam 21 from the laser chamber 1.

В предложенной конструкции лазера обеспечивается простота и надежная герметизация лазерной камеры 1.The proposed laser design provides simplicity and reliable sealing of the laser chamber 1.

Применение протяженной крепежной системы 26 торцевых фланцев 25 снимает с керамической трубы 24 продольную составляющую механической нагрузки, обусловленную многотонной силой давления газовой смеси на торцевые фланцы 25. Это обеспечивает высокую надежность металлокерамической лазерной камеры 1, определяя простоту и существенное преимущество предложенной конструкции.The use of an extended fastening system 26 of the end flanges 25 removes the longitudinal component of the mechanical load from the ceramic pipe 24 due to the multi-ton pressure force of the gas mixture on the end flanges 25. This ensures high reliability of the ceramic-metal laser chamber 1, determining the simplicity and significant advantage of the proposed design.

В вариантах изобретения крепежная система 26 может быть выполнена в виде охватывающей керамическую трубу 24 металлической трубы, снабженной достаточно широким протяженным вырезом для установки набора конденсаторов 14 и имеющей на торцах кольцевые фланцы, скрепленные с торцевыми фланцами 25 лазерной камеры 1 (Фиг.1, Фиг.2).In embodiments of the invention, the fastening system 26 can be made in the form of a metal pipe enclosing a ceramic pipe 24, equipped with a sufficiently wide extended cutout for mounting a set of capacitors 14 and having ring flanges attached to the end flanges 25 of the laser chamber 1 at the ends (FIG. 1, FIG. 2).

Уплотнительные кольцевые прокладки 27 лазерной камеры 1 могут выполняться либо из металла, либо из галогеностойкого эластомера в соответствии с двумя принятыми для герметизации эксимерных лазеров технологиями, обеспечивающими большое время жизни галогеносодержащей газовой смеси.The sealing ring gaskets 27 of the laser chamber 1 can be made of either metal or a halogen-resistant elastomer in accordance with two technologies adopted for sealing excimer lasers that ensure a long lifetime of the halogen-containing gas mixture.

Каждая кольцевая прокладка 27, посредством которой каждый торцевой фланец 25 герметизирован с керамической трубой 24, размещена на наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы 24, имеющей форму прямого круглого цилиндра (Фиг.2).Each annular gasket 27, by means of which each end flange 25 is sealed with a ceramic pipe 24, is placed on the outer surface of the end portion 29 of the ceramic pipe 24 having the shape of a straight circular cylinder (Figure 2).

Каждый торцевой фланец 25 имеет на обратной стороне 30 круговую нишу 31, в которой размещен торец керамической трубы 24 лазерной камеры 1. При этом торцевой фланец 25 близко примыкает к керамической трубе 24 только на ее наружной поверхности у места установки уплотнительной кольцевой прокладки 27, имея подвижную посадку по наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы. Подвижная посадка каждого торцевого фланца 25 по наружной поверхности керамической трубы 24 позволяет осуществлять надежное жесткое крепление торцевых фланцев 25 на крепежной системе 26.Each end flange 25 has a circular niche 31 on the reverse side 30, in which the end face of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 is located. In this case, the end flange 25 is adjacent to the ceramic tube 24 only on its outer surface at the installation location of the sealing ring gasket 27, having a movable landing on the outer surface of the end portion 29 of the ceramic pipe. The movable landing of each end flange 25 on the outer surface of the ceramic pipe 24 allows for reliable rigid fastening of the end flanges 25 on the mounting system 26.

Выполнение устройства в предложенном виде упрощает систему герметизации лазерной камеры. Кроме этого, путь паразитного пробоя по поверхности керамической трубы 24 с расположенного на ее внутренней поверхности высоковольтного первого электрода 2 на заземленный торцевой фланец 25 завершается на наружной поверхности керамической трубы 24 лазерной камеры 1. В результате обеспечивается увеличение пути паразитного пробоя и достигается высокоэффективная электрическая изоляция между электродом 2 и торцевыми фланцами 25. Это позволяет либо минимизировать длину керамической трубы 24 лазерной камеры 1, что упрощает ее конструкцию, либо позволяет увеличить длину первого и второго электродов 2, 3 и, соответственно, повысить энергию генерации и мощность лазера.The implementation of the device in the proposed form simplifies the sealing system of the laser chamber. In addition, the path of parasitic breakdown along the surface of the ceramic pipe 24 from the high-voltage first electrode 2 located on its inner surface to the grounded end flange 25 is completed on the outer surface of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1. As a result, the path of parasitic breakdown is increased and high-performance electrical insulation between electrode 2 and end flanges 25. This allows you to either minimize the length of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1, which simplifies its design, or It allows to increase the length of the first and second electrodes 2 and 3, respectively, to improve energy generation and power of the laser.

В вариантах изобретения (Фиг.3-9) крепежная система 26 выполнена в виде стяжных балок, что обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции лазера при сохранении высокой надежности лазерной камеры.In embodiments of the invention (FIGS. 3-9), the mounting system 26 is made in the form of tie beams, which further simplifies the laser design while maintaining high reliability of the laser camera.

Газоразрядный лазер (Фиг.1, Фиг.2) работает следующим образом. Производится включение источника питания 20, подсоединенного к конденсаторам 14, расположенным снаружи протяженной газонаполненной лазерной камеры 1, включающей в себя керамическую трубу 24, на концевых частях 29 которой установлены торцевые фланцы 25, скрепленные между собой посредством протяженной крепежной системы 26. Между поджигающим электродом 8 и инициирующим электродом 7 системы формирования скользящего разряда блока предыонизации 5 зажигается завершенный скользящий разряд по поверхности протяженной сапфировой пластины 6 (Фиг.1). УФ излучение вспомогательного разряда блока предыонизации 5 осуществляет предыонизацию газа в области разряда 4 между первым и вторым электродами лазера 2, 3. Одновременно осуществляется импульсная зарядка конденсаторов 14 до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд в области 4 между первым и вторым электродами 2, 3. Энергия, запасенная в конденсаторах 14, вкладывается в разряд по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя набор конденсаторов 14, токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 24 лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы 19, расположенные по обе стороны электродов 2, 3. Разряд обеспечивает возбуждение газовой смеси в области разряда 4, что с помощью окон 28 и зеркал 22, 23 резонатора позволяет получить генерацию луча 21 лазера (Фиг.2). Когда охлаждаемый трубками теплообменника 10 высокоскоростной поток газа, обеспечиваемый диаметральным вентилятором 9 и направляющими газового потока, к которым относятся спойлеры 11, 12, и направляющие лопасти 13, - сменит газ в области разряда 4 между электродами 2, 3, цикл работы лазера повторяется. Для обеспечения газового потока в области разряда 4 обратные токопроводы 19 выполнены газопроницаемыми.Gas discharge laser (Figure 1, Figure 2) works as follows. The power source 20 is connected, connected to the capacitors 14 located outside the long gas-filled laser chamber 1, which includes a ceramic tube 24, on the end parts of which 29 end flanges 25 are mounted, fastened together by means of an extended mounting system 26. Between the ignition electrode 8 and the initiating electrode 7 of the system for forming a sliding discharge of the preionization unit 5 ignites the completed sliding discharge along the surface of the extended sapphire plate 6 (Figure 1). UV radiation of the auxiliary discharge of the preionization unit 5 carries out the preionization of gas in the region of the discharge 4 between the first and second electrodes of the laser 2, 3. Simultaneously, the capacitors 14 are pulsedly charged to a breakdown voltage providing gas discharge in the region 4 between the first and second electrodes 2, 3. Energy stored in capacitors 14 is embedded in the discharge along a low-inductance discharge circuit, which includes a set of capacitors 14, current-carrying buses 15, 16, electrical inputs 17, 18 of the ceramic tube 24 laser th chamber and gas-permeable return conductors 19 located on both sides of the electrodes 2, 3. The discharge provides the excitation of the gas mixture in the region of discharge 4, which using the windows 28 and the mirrors 22, 23 of the resonator allows to obtain the generation of the laser beam 21 (Figure 2). When the high-speed gas flow cooled by the tubes of the heat exchanger 10 provided by the diametrical fan 9 and gas flow guides, which include spoilers 11, 12, and guide vanes 13, will change gas in the discharge region 4 between electrodes 2, 3, the laser operation cycle repeats. To ensure gas flow in the discharge region 4, the return conductors 19 are made gas permeable.

В процессе работы лазера каждый из фланцев 25 герметизирован с керамической трубой 24 посредством уплотнительной кольцевой прокладки 27. Уплотнительные кольцевые прокладки 27 лазерной камеры 1 могут выполняться либо из металла, либо из галогеностойкого эластомера в соответствии с двумя принятыми для эксимерных лазеров технологиями герметизации, обеспечивающими большое время жизни газовой смеси.During the operation of the laser, each of the flanges 25 is sealed with a ceramic pipe 24 by means of a sealing ring gasket 27. The sealing ring gaskets 27 of the laser chamber 1 can be made of either metal or a halogen-resistant elastomer in accordance with two sealing technologies adopted for excimer lasers that provide a long time the life of the gas mixture.

Протяженная вдоль керамической трубы 24 крепежная система 26 обеспечивает крепление торцевых фланцев 25, каждый из которых нагружен многотонной, обычно в диапазоне от 4 до 8 т, силой давления газа, содержащегося в лазерной камере 1. Применение крепежной системы 26 торцевых фланцев 25 снимает с керамической трубы 24 продольную составляющую механической нагрузки, обусловленную давлением газа на торцевые фланцы 25. Это обеспечивает высокую надежность металлокерамической лазерной камеры 1, определяя существенное преимущество предложенной конструкции.The mounting system 26 extended along the ceramic pipe 24 secures the end flanges 25, each of which is loaded with a multi-ton, usually in the range from 4 to 8 tons, pressure of the gas contained in the laser chamber 1. The use of the fixing system 26 of the end flanges 25 removes from the ceramic pipe 24 is a longitudinal component of the mechanical load due to gas pressure on the end flanges 25. This ensures high reliability of the ceramic-metal laser chamber 1, determining the significant advantage of the proposed design tion.

При работе лазера обеспечивают отсутствие паразитного пробоя между высоковольтным электродом 2 и заземленными торцевыми фланцами 25. В связи с этим в предпочтительных вариантах изобретения каждый торцевой фланец 25 имеет на обратной стороне 30 круговую нишу 31, в которой размещен торец керамической трубы 24, и торцевой фланец 25 близко примыкает к керамической трубе 24 только на наружной поверхности ее концевой части 29 в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки 27. При этом путь паразитного пробоя с высоковольтного первого электрода 2 на заземленный торцевой фланец 25 проходит по внутренней, торцевой и наружной поверхностям керамической трубы 24 лазерной камеры 1. В результате достигается высокоэффективная электрическая изоляция между электродом 2 и торцевыми фланцами 21, позволяющая либо минимизировать длину керамической трубы лазерной камеры, что упрощает и удешевляет ее конструкцию, либо увеличить длину электродов и, соответственно, повысить энергию генерации и мощность лазера.When the laser is in operation, there is no parasitic breakdown between the high-voltage electrode 2 and the grounded end flanges 25. In this regard, in preferred embodiments of the invention, each end flange 25 has a circular niche 31 on the back 30 in which the end of the ceramic pipe 24 is placed, and the end flange 25 closely adjacent to the ceramic pipe 24 only on the outer surface of its end part 29 at the installation location of the sealing ring gasket 27. In this case, the path of spurious breakdown from the high-voltage first electrode 2 to the grounded end flange 25 passes along the inner, end and outer surfaces of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1. As a result, a highly efficient electrical insulation is achieved between the electrode 2 and the end flanges 21, which allows either minimizing the length of the ceramic tube of the laser chamber, which simplifies and cheapens its design or increase the length of the electrodes and, accordingly, increase the generation energy and laser power.

Размещение кольцевой прокладки 27, посредством которой торцевой фланец 25 герметизирован с керамической трубой 24, на наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы 24, а также выполнение наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы 24 лазерной камеры 1 в форме прямого круглого цилиндра упрощает конструкцию лазерной камеры 1.The placement of the annular gasket 27, through which the end flange 25 is sealed with a ceramic pipe 24, on the outer surface of the end part 29 of the ceramic pipe 24, as well as the execution of the outer surface of the end part 29 of the ceramic pipe 24 of the laser chamber 1 in the form of a straight circular cylinder simplifies the design of the laser chamber 1 .

В вариантах изобретения (Фиг.3-9) крепежная система 26 выполнена в виде стяжных балок. Это обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции лазера при сохранении высокой надежности лазерной камеры.In embodiments of the invention (FIGS. 3-9), the fastening system 26 is made in the form of tie beams. This provides a further simplification of the laser design while maintaining high reliability of the laser camera.

В вариантах изобретения (Фиг.3) каждый из двух торцевых фланцев 25 снабжен ответным фланцем 32, который установлен на наружной поверхности концевой части керамической трубы 24 и скреплен с торцевым фланцем 25 для уплотнения кольцевой прокладки 27, посредством которой торцевой фланец 25 герметизирован с керамической трубой 24 лазерной камеры 1. Данная конструкция обеспечивает простоту и надежность герметизации торцевых фланцев 25 лазерной камеры 1.In the embodiments of the invention (FIG. 3), each of the two end flanges 25 is provided with a counter flange 32, which is mounted on the outer surface of the end part of the ceramic pipe 24 and fastened to the end flange 25 to seal the ring gasket 27, by means of which the end flange 25 is sealed with a ceramic pipe 24 laser cameras 1. This design provides simplicity and reliability of sealing the end flanges 25 of the laser camera 1.

Как отмечалось, изготовление цельных высококачественных керамических труб больших размеров (например, диаметром 0,45 м в и длиной 1,4 м из керамики Al₂O₃ высокой, >95%, чистоты с высокими физико-химическими свойствами и необходимой точностью обработки, требуемыми для камер эксимерного лазера) достаточно сложно и дорого.As noted, the manufacture of solid high-quality ceramic pipes of large sizes (for example, with a diameter of 0.45 m in and a length of 1.4 m from Al ₂ O ₃ ceramics _of high,> 95%, purity with high physicochemical properties and the required processing accuracy required for excimer laser cameras) is quite complicated and expensive.

Следующие апробированные варианты изобретения позволяют упростить технологию изготовления и снизить стоимость керамической трубы лазерной камеры. В этих вариантах изобретения, керамическая труба лазерной камеры 24 состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей 24a, 24b, 24c (Фиг.3 и Фиг.4) с герметичным соединением каждого стыка 33 между керамическими модулями 24a, 24b, 24c, содержащим, по меньшей мере, одну кольцевую уплотняющую прокладку 34 из галогеностойкого эластомера, в частности, из витона.The following tested variants of the invention simplify the manufacturing technology and reduce the cost of the ceramic tube of the laser chamber. In these embodiments of the invention, the ceramic tube of the laser chamber 24 consists of either two or three ceramic modules 24a, 24b, 24c (FIG. 3 and FIG. 4) with a tight connection of each joint 33 between the ceramic modules 24a, 24b, 24c containing at least one annular seal 34 of a halogen-resistant elastomer, in particular of Viton.

В варианте изобретения, иллюстрируемом Фиг.3, показывающей продольное сечение лазера, герметичное соединение каждого стыка 34 между керамическими модулями 24a, 24b, 24c обеспечивается парой скрепленных между собой фланцев 35, 36. Между скрепленными фланцами 35, 36 размещена, по меньшей мере, одна кольцевая прокладка 34 из галогеностойкого эластомера. Фланцы 35, 36 выполнены из диэлектрического материала, в частности из стеклотекстолита. Каждый из диэлектрических фланцев 35, 36 установлен на части 37 наружной поверхности одного из керамических модулей 24a, 24b, 24c, примыкающей к стыку 33 и имеющей форму прямого круглого цилиндра с равномерным внешним диаметром. Это обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции и технологии изготовления лазерной камеры 1.In the embodiment of the invention illustrated in FIG. 3, showing a longitudinal section of the laser, the tight connection of each joint 34 between the ceramic modules 24a, 24b, 24c is provided by a pair of interconnected flanges 35, 36. At least one of the interconnected flanges 35, 36 is placed O-ring 34 made of halogen-resistant elastomer. Flanges 35, 36 are made of dielectric material, in particular fiberglass. Each of the dielectric flanges 35, 36 is mounted on part 37 of the outer surface of one of the ceramic modules 24a, 24b, 24c adjacent to the joint 33 and having the shape of a straight circular cylinder with a uniform outer diameter. This provides a further simplification of the design and manufacturing technology of the laser camera 1.

В вариантах изобретения каждый из скрепленных между собой диэлектрических фланцев 35, 36 имеет либо плотную посадку, либо скользящую посадку по части 37 наружной поверхности одного из керамических модулей 24a, 24b, 24c, примыкающей к стыку 33 керамических модулей 24a, 24b, 24c и имеющей форму прямого круглого цилиндра. При этом каждая пара скрепленных между собой диэлектрических фланцев 35, 36 выполняет функцию бандажного кольца в области стыка 33 керамических модулей 24a, 24b, 24c составной керамической трубы 24 лазерной камеры 1.In embodiments of the invention, each of the dielectric flanges 35, 36 fastened together has either a tight fit or a sliding fit along part 37 of the outer surface of one of the ceramic modules 24a, 24b, 24c adjacent to the joint 33 of the ceramic modules 24a, 24b, 24c and having the shape straight round cylinder. At the same time, each pair of dielectric flanges 35, 36 fastened together serves as a retaining ring in the joint region 33 of the ceramic modules 24a, 24b, 24c of the composite ceramic tube 24 of the laser chamber 1.

В данном варианте изобретения в процессе работы лазера обеспечивают герметизацию стыков между модулями 24a, 24b, 24c керамической трубы 24 лазерной камеры посредством уплотняющих прокладок 34 из галогеностойкого эластомера, что является принятой для эксимерных лазеров технологией герметизации.In this embodiment of the invention, during the operation of the laser, the joints between the modules 24a, 24b, 24c of the ceramic tube 24 of the laser chamber are sealed by means of gaskets 34 made of a halogen-resistant elastomer, which is a sealing technology adopted for excimer lasers.

Выполнение наружной поверхности концевой части каждого керамического модуля в форме прямого круглого цилиндра наряду с применением для герметизации скрепленных между собой фланцев, имеющих либо плотную, либо скользящую посадку по наружной поверхности 37 керамических модулей 24a, 24b, 24c и выполняющих функцию бандажного кольца в области стыка 33 керамических модулей устраняет необходимость осевого сжатия керамических модулей для уплотнения их стыков. При такой герметизации стыков отсутствует продольная механическая нагрузка на керамические модули 24a, 24b, 24c, несмотря на высокое давление газовой смеси в лазерной камере. Все это упрощает конструкцию составной лазерной камеры 1, обеспечивает ее механическую прочность и высокую надежность.The execution of the outer surface of the end part of each ceramic module in the form of a straight round cylinder, along with the use of sealing bonded flanges having either a tight or sliding fit on the outer surface 37 of the ceramic modules 24a, 24b, 24c and acting as a retaining ring in the joint region 33 ceramic modules eliminates the need for axial compression of ceramic modules to seal their joints. With such sealing of the joints, there is no longitudinal mechanical load on the ceramic modules 24a, 24b, 24c, despite the high pressure of the gas mixture in the laser chamber. All this simplifies the design of the composite laser camera 1, provides its mechanical strength and high reliability.

Выполнение как скрепленных между собой фланцев 35, 36, так и размещенных между ними кольцевых прокладок 34 диэлектрическими обеспечивает высокую электрическую прочность керамической трубы 24 лазерной камеры 1 и не вносит искажений в распределение напряженности электрического поля между первым и вторым электродами 2, 3 лазера, что необходимо для его высокоэффективной работы.The execution of both the flanges 35, 36 fastened together and the dielectric annular gaskets 34 interposed between them ensures high electric strength of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 and does not distort the distribution of the electric field strength between the first and second laser electrodes 2, 3, which is necessary for its high performance.

Количество модулей: либо два, либо три, - наиболее целесообразно. При таком количестве модулей длина каждого керамического модуля близка к его диаметру или не превосходит его по величине, что упрощает и удешевляет технологию их изготовления. Керамические модули могут быть обработаны с гораздо большей точностью, чем цельная керамическая труба большой длины, что упрощает создание лазерной камеры с оптимальными параметрами.The number of modules: either two or three, is most appropriate. With so many modules, the length of each ceramic module is close to its diameter or does not exceed it in size, which simplifies and reduces the cost of their manufacturing technology. Ceramic modules can be processed with much greater accuracy than a solid ceramic tube of large length, which simplifies the creation of a laser chamber with optimal parameters.

В целом, выполнение камеры из отдельных керамических модулей позволяет увеличить размеры металлокерамической лазерной камеры до оптимально больших размеров, повысить частоту повторения лазерных импульсов, энергию генерации и среднюю мощность газоразрядного, в частности эксимерного лазера.In general, the implementation of the chamber from separate ceramic modules allows increasing the size of the cermet laser chamber to optimally large sizes, increasing the repetition rate of laser pulses, the generation energy, and the average power of a gas-discharge, in particular, excimer laser.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок предыонизации 5 содержит систему формирования протяженного однородного скользящего разряда по поверхности диэлектрика. Применение для предыонизации УФ излучения скользящего разряда (Фиг.1-5, 7-12) в виде протяженного плазменного листа или плазменных листов на поверхности диэлектрика (сапфира) 6 позволяет реализовать в области разряда 4 однородную предыонизацию оптимально высокого уровня за счет возможности регулировки энерговклада в скользящий разряд. Это обеспечивает высокие: эффективность лазера, качество лазерного луча и стабильность работы лазера в долговременном режиме, что является преимуществом предыонизации данного типа.In a preferred embodiment, the preionization unit 5 comprises a system for generating an extended uniform sliding discharge over the surface of the dielectric. The use for the preionization of UV radiation of a sliding discharge (Figs. 1-5, 7-12) in the form of an extended plasma sheet or plasma sheets on the surface of a dielectric (sapphire) 6 allows to realize in the region of discharge 4 a uniform preionization of an optimally high level due to the possibility of adjusting the energy input in creeping 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.

При ограничении амплитуды напряжения разряд по поверхности диэлектрика может быть коронным, Фиг.1, 3. В соответствии с этим блок предыонизации 5 может содержать систему формирования коронного разряда.When limiting the amplitude of the voltage, the discharge along the surface of the dielectric can be corona, Figs. 1, 3. In accordance with this, the preionization unit 5 may include a corona discharge formation system.

В вариантах устройства либо первый электрод 2, как показано на Фиг.3, 4, 7, 10, 11, либо второй электрод 3 выполнен частично прозрачным за счет наличия на его рабочей поверхности щелевых окон 38. При этом блок предыонизации 5 установлен с обратной стороны частично прозрачного электрода. Как вариант исполнения, 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.In variants of the device, either the first electrode 2, as shown in Figs. 3, 4, 7, 10, 11, or the second electrode 3 is made partially transparent due to the presence of slit windows 38 on its working surface. In this case, the preionization unit 5 is mounted on the back side partially transparent electrode. As an embodiment, the preionization unit 5 is made in the form of a compact symmetrical ignition system for a sliding discharge on 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.

В этих вариантах изобретения при работе лазера предыонизация области разряда 4 осуществляется УФ излучением блока предыонизации 5 через частично прозрачный электрод с щелевыми окнами прозрачности 38 (Фиг.4).In these embodiments of the invention, when the laser is operated, the preionization of the discharge region 4 is carried out by UV radiation of the preionization block 5 through a partially transparent electrode with slotted transparency windows 38 (Figure 4).

Это позволяет реализовать широкоапертурный однородный объемный разряд при компактной малоиндуктивной разрядной системе лазера и высокой эффективности смены газа в области разряда 4, то есть с малым, ~1, коэффициентом К смены газа, достаточным для эффективной высокостабильной работы мощного лазера.This makes it possible to realize a wide-aperture uniform volume discharge with a compact low-inductance laser discharge system and high gas change efficiency in the region of discharge 4, i.e., with a small, ~ 1, gas change coefficient K sufficient for efficient highly stable operation of a high-power laser.

Пример 1 осуществления изобретения. Example 1 of the invention.

Примером практического осуществления изобретения является мощный эксимерный лазер с возможностью генерации на молекулярном фторе, характеризующийся высокой, до 5,5 кГц, частотой следования импульсов. Разрядная система лазера аналогична показанной на Фиг.1. Лазерная камера выполнена на основе трехмодульной керамической трубы диаметром 420 мм. Герметичное соединение стыков трех модулей керамической трубы лазерной камеры осуществлялось двумя парами скрепленных между собой стеклотекстолитовых фланцев, имеющих скользящую посадку по концевой части наружной поверхности керамических модулей и выполняющих функцию бандажного кольца в области стыка модулей. Длина электродов была 0.8 м. Источник питания 20 был выполнен полностью твердотельным с использованием полупроводниковых коммутаторов типа IGBT с системой магнитной компрессии импульса накачки. При частоте следования импульсов f=4 кГц для случая генерации лазера на ArF энергия генерации составляла более 50 мДж/импульс при малой, не более 1%, относительной нестабильности энергии генерации. Мощный высокостабильный 200 Вт - ArF лазер, выполненный в соответствии с вариантом изобретения, характеризовался также высокой для данного типа лазеров эффективностью 2%. При генерации на KrF мощность лазера была примерно в два раза выше.An example of a practical implementation of the invention is a powerful excimer laser with the possibility of generation on molecular fluorine, characterized by a high pulse repetition rate up to 5.5 kHz. The laser discharge system is similar to that shown in FIG. The laser camera is based on a three-module ceramic pipe with a diameter of 420 mm. The joints of the joints of the three modules of the ceramic tube of the laser chamber were sealed by two pairs of glass-fiber laminate flanges fastened together, having a sliding fit along the end part of the outer surface of the ceramic modules and acting as a retaining ring in the joint area of the modules. The length of the electrodes was 0.8 m. The power supply 20 was made completely solid-state using semiconductor switches of the IGBT type with a magnetic pulse pump compression system. At a pulse repetition rate of f = 4 kHz, for the case of generation of an ArF laser, the generation energy was more than 50 mJ / pulse with a small, not more than 1%, relative instability of the generation energy. A powerful highly stable 200 W ArF laser, made in accordance with an embodiment of the invention, was also characterized by a high efficiency of 2% for this type of laser. When generating on KrF, the laser power was approximately two times higher.

Пример 2 осуществления изобретения. Example 2 of the invention.

Другим примером практического осуществления изобретения является мощный широкоапертурный эксимерный XeCl лазер. В лазере с лазерной камерой на основе трехмодульной керамической трубы использовалась электродная система, показанная на Фиг.4. В процессе долговременного теста XeCl лазера стабилизированный уровень средней мощности излучения 450 Вт при f=300 Гц поддерживался на одной газовой смеси в течение 60 млн импульсов. В процессе длительной непрерывной работы лазера в течение 53-х часов снижение эффективности лазера из-за выгорания галогена и загрязнения быстросменных окон лазера автоматически компенсировалось повышением зарядного напряжения источника питания. Относительная нестабильность энергии генерации σ была на низком уровне: от 0,7 до 1%, что свидетельствует о высокой стабильности энергии генерации лазера.Another example of the practical implementation of the invention is a powerful wide-aperture excimer XeCl laser. In a laser with a laser camera based on a three-module ceramic tube, the electrode system shown in FIG. 4 was used. During the long-term test of the XeCl laser, a stabilized level of an average radiation power of 450 W at f = 300 Hz was maintained on a single gas mixture for 60 million pulses. During a long continuous operation of the laser for 53 hours, the decrease in laser efficiency due to halogen burnout and contamination of quick-change laser windows was automatically compensated by an increase in the charging voltage of the power source. The relative instability of the generation energy σ was at a low level: from 0.7 to 1%, which indicates a high stability of the laser generation energy.

Приведенные примеры и другие экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что предложенная в соответствии с настоящим изобретением конструкция лазеров с использованием лазерной камеры на основе керамической трубы позволяет реализовать серию мощных высокоэффективных высокостабильных эксимерных лазеров с различными сочетаниями длины волны излучения, энергии генерации и частоты следования импульсов при большом времени жизни газовой смеси.The above examples and other experimental results indicate that the design of the lasers proposed in accordance with the present invention using a ceramic-tube laser camera makes it possible to realize a series of powerful highly efficient highly stable excimer lasers with various combinations of the radiation wavelength, generation energy, and pulse repetition rate at high the lifetime of the gas mixture.

Следующие варианты реализации изобретения позволяют ему приобрести новые положительные качества.The following embodiments of the invention allow him to acquire new positive qualities.

В вариантах изобретения (Фиг.5-10) керамическая труба 24 лазерной камеры 1 имеет с внутренней стороны протяженную нишу 39, в которую установлен первый электрод 2. Части 40, 41 внутренней поверхности керамической трубы 24, примыкающие к протяженной нише 39, в которую установлен первый электрод 2, образуют расположенные верх и вниз по потоку от области разряда 4 направляющие газового потока. Предпочтительно, что первый электрод 2 примыкает своими боковыми гранями к внутренним граням ниши 39 или находится в непосредственной близости от них (Фиг.5). Первый электрод 2 может быть расположен в протяженной нише 39 заподлицо с частями 40, 41 внутренней поверхности керамической трубы 24, примыкающими к протяженной нише 39.In embodiments of the invention (Figs. 5-10), the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 has, on the inside, a long niche 39 in which the first electrode 2 is mounted. Parts 40, 41 of the inner surface of the ceramic pipe 24 adjacent to the long niche 39 in which it is installed the first electrode 2, form the gas flow guides located upstream and downstream of the discharge region 4. Preferably, the first electrode 2 adjoins with its side faces to the inner faces of the niche 39 or is in close proximity to them (Figure 5). The first electrode 2 can be located flush in the long niche 39 with parts 40, 41 of the inner surface of the ceramic pipe 24 adjacent to the long niche 39.

Данные варианты реализации изобретения (Фиг.5-10) позволяют в процессе работы лазера эффективно формировать высокоскоростной поток газа в области разряда 4 посредством примыкающих к протяженной нише 39 частей 40, 41 внутренней поверхности керамической трубы 24, образующих расположенные верх и вниз по потоку от области разряда 4 направляющие газового потока. В случаях, когда первый электрод 2 примыкает своими боковыми гранями к внутренним граням ниши 39 или находится в непосредственной близости от них, а также когда первый электрод 2 расположен в протяженной нише заподлицо с частями 40, 41 внутренней поверхности керамической трубы, примыкающими к протяженной нише, газодинамические характеристики газового потока улучшаются. Все это обеспечивает возможность увеличения частоты следования импульсов и средней мощности лазерного излучения. В остальном работа лазера не отличается от описанной выше.These embodiments of the invention (FIGS. 5-10) make it possible to efficiently generate a high-speed gas flow in the discharge region 4 during the laser operation by means of adjacent parts 40, 41 of the inner surface of the ceramic pipe 24 adjacent to the extended niche 39, forming upstream and downstream from the region discharge 4 gas flow guides. In cases where the first electrode 2 adjoins with its side faces to the inner faces of the niche 39 or is in close proximity to them, as well as when the first electrode 2 is located in an extended niche flush with parts 40, 41 of the inner surface of the ceramic pipe adjacent to the extended niche, gas-dynamic characteristics of the gas stream are improved. All this provides the possibility of increasing the pulse repetition rate and the average laser radiation power. Otherwise, the laser operation does not differ from that described above.

В вариантах лазера (Фиг.6-10) в протяженной нише 39 на внутренней поверхности керамической трубы 24 наряду с первым электродом 2 установлен, по меньшей мере, один блок предыонизации 5. При этом в вариантах лазера блок или блоки предыонизации 5 могут быть расположены сбоку от первого электрода (Фиг.6, 8, 9) или с обратной стороны первого электрода 2, рабочая поверхность которого выполнена частично прозрачной (Фиг.7, 10).In the laser variants (Figs. 6-10), in the extended niche 39 on the inner surface of the ceramic pipe 24, along with the first electrode 2, at least one preionization unit 5 is installed. Moreover, in the laser variants, the preionization unit 5 can be located on the side from the first electrode (Fig.6, 8, 9) or on the reverse side of the first electrode 2, the working surface of which is partially transparent (Fig.7, 10).

В вариантах изобретения, один из которых иллюстрируется Фиг.6, блок предыонизации 5 содержит систему формирования коронного разряда. В лазере (Фиг.6) в протяженной нише 39 на внутренней поверхности керамической трубы 24 наряду с первым электродом 2 по бокам первого электрода 2 установлены два идентичных блока предыонизации 5, каждый из которых включает в себя систему формирования протяженного коронного разряда. Каждая система формирования коронного разряда выполнена в виде диэлектрической трубки 42 из керамики Al₂O₃ или сапфира, внутренняя поверхность которой совмещена с поверхностью размещенного в диэлектрической трубке 42 внутреннего электрода 43. Внутренний электрод 43 с торца трубки 42 электрически связан с противоположным электродом 3 лазера (соединение для упрощения не показано).In embodiments of the invention, one of which is illustrated in FIG. 6, the preionization unit 5 comprises a corona discharge forming system. In the laser (Fig.6) in an extended niche 39 on the inner surface of the ceramic pipe 24, along with the first electrode 2, two identical preionization units 5 are installed on the sides of the first electrode 2, each of which includes an extended corona discharge forming system. Each corona formation system is made in the form of a dielectric tube 42 made of Al ₂ O ₃ ceramic or sapphire, the inner surface of which is aligned with the surface of the inner electrode 43 located in the dielectric tube 42. The inner electrode 43 is electrically connected to the opposite electrode 3 of the laser from the end of the tube 42 ( connection for simplicity not shown).

В варианте лазера, показанном на Фиг.6, при подаче напряжения между первым и вторым электродами 2, 3 лазера автоматически осуществляется коронный разряд между первым электродом 2 и внутренним электродом 43 блока предыонизации 5 через диэлектрический барьер в виде стенки диэлектрической трубки 42. УФ излучение короннных разрядов по бокам первого электрода 2 лазера осуществляет предыонизацию области разряда 4. В остальном работа лазера осуществляется, как описано выше. Использование блока предыонизации, выполненного в виде расположенных по бокам первого электрода 2 двух идентичных систем формирования протяженного коронного разряда (Фиг.6), позволяет в ряде случаев упростить разрядную систему лазера и уменьшить индуктивность разрядного контура и увеличить КПД лазера.In the laser embodiment shown in FIG. 6, when a voltage is applied between the first and second electrodes 2, 3 of the laser, a corona discharge is automatically performed between the first electrode 2 and the inner electrode 43 of the preionization unit 5 through the dielectric barrier in the form of a wall of the dielectric tube 42. UV radiation of the corona of discharges on the sides of the first electrode 2 of the laser performs preionization of the region of discharge 4. The rest of the laser operation is carried out as described above. The use of a preionization unit, made in the form of two identical systems of forming an extended corona discharge located on the sides of the first electrode 2 (Fig. 6), allows in some cases to simplify the laser discharge system and reduce the discharge circuit inductance and increase the laser efficiency.

При установке блока предыонизации 5 наряду с первым электродом 2 в протяженной нише 39 на внутренней поверхности керамической трубы 24 лазерной камеры 1 (Фиг.6-10) предыонизация осуществляется со стороны первого электрода 2. Обычно это позволяет упростить токоподводы к блоку предыонизации 5, а также устранить предыонизацию газа на частях 40, 41 внутренней поверхности керамической трубы, примыкающих к первому электроду 2, улучшив их электроизоляционные свойства, что повышает надежность работы лазера.When installing the preionization unit 5 along with the first electrode 2 in an extended niche 39 on the inner surface of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 (Fig.6-10), the preionization is carried out from the side of the first electrode 2. This usually simplifies the current leads to the preionization unit 5, as well as eliminate gas preionization on parts 40, 41 of the inner surface of the ceramic pipe adjacent to the first electrode 2, improving their electrical insulating properties, which increases the reliability of the laser.

Установка первого электрода 2 в протяженной нише 39 подразумевает наличие утолщения стенки керамической трубы 24 лазерной камеры 1 по бокам ниши 39 (Фиг.5-10). Это позволяет без уменьшения механической прочности керамической трубы реализовать варианты изобретения (Фг.7-10), в которых по обе стороны первого электрода 2 с наружной стороны керамической трубы 24 в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы, за исключением ее концевых частей, либо ниши, либо ячейки 44, в которые, по меньшей мере, частично, погружены конденсаторы 14.Installation of the first electrode 2 in an extended niche 39 implies the presence of a thickening of the wall of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 on the sides of the niche 39 (Figure 5-10). This allows, without reducing the mechanical strength of the ceramic pipe, to implement variants of the invention (Fg. 7-10), in which on both sides of the first electrode 2 on the outside of the ceramic pipe 24 in its wall are distributed distributed along the length of the ceramic pipe, with the exception of its end parts, or niches, or cells 44, in which, at least partially, the capacitors 14 are immersed.

Ниши 44 отличаются от ячеек 44 тем, что в каждой нише 44 размещается по нескольку конденсаторов, а в каждой ячейке 44 - по одному конденсатору 14, так что они отличаются только длиной и формой. За счет размещения в нишах или ячейках 44 конденсаторы 14 приближены к области разряда 4. Это уменьшает индуктивность разрядного контура и позволяет увеличивать энергию генерации лазера без снижения КПД лазера.Niches 44 differ from cells 44 in that each niche 44 has several capacitors, and each cell 44 has one capacitor 14, so that they differ only in length and shape. Due to the placement in niches or cells 44, the capacitors 14 are close to the region of the discharge 4. This reduces the inductance of the discharge circuit and allows you to increase the laser generation energy without reducing the laser efficiency.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых Фиг.7, для повышения энергии генерации используется широкоапертурный объемный разряд с предыонизацией через частично прозрачный первый электрод 2.In the embodiments of the invention illustrated in FIG. 7, a wide-aperture volume discharge with preionization through a partially transparent first electrode 2 is used to increase the generation energy.

Увеличение апертуры разряда и повышение энергии генерации может достигаться и без использования достаточно сложных в изготовлении частично прозрачных электродов. В вариантах изобретения, иллюстрируемых Фиг.8, первый и второй электроды 2, 3 выполнены сплошными, а два блока предыонизации 5 расположены по бокам первого электрода 2. Каждый из двух идентичных блоков предыонизации 5 выполнен в виде системы формирования скользящего разряда, аналогичной изображенной на Фиг.1 и описанной выше. Данная электроразрядная система (Фиг.8) с достаточно простыми в изготовлении сплошными электродами позволяет высокоэффективно повышать апертуру разряда и увеличивать энергию генерации лазера в отличие от разрядной системы лазера. Фиг.1, Фиг.5, содержащей один блок предыонизации.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. 8, the first and second electrodes 2, 3 are solid, and two preionization units 5 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 formation system similar to that shown in FIG. .1 and as described above. This electric-discharge system (Fig. 8) with solid electrodes that are quite simple to manufacture allows a highly efficient increase in the discharge aperture and an increase in the laser generation energy, in contrast to the laser discharge system. Figure 1, Figure 5, containing one block preionization.

Упрощение лазера достигается в вариантах изобретения с автоматической предыонизацией. В этих вариантах, иллюстрируемых Фиг.8-12, лазер содержит электрически связанные с блоком предыонизации 5 и одним из электродов вспомогательные конденсаторы 45, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов 14. На Фиг.8-12 блок или блоки предыонизации 5 расположены вблизи первого электрода 2, а вспомогательные конденсаторы 45 электрически связаны с первым электродом 2, через вспомогательные электрические вводы 46, установленные в стенке керамической трубы 24 лазерной камеры 1 вдоль нее.Laser simplification is achieved in embodiments with automatic preionization. In these embodiments, illustrated in FIGS. 8-12, the laser comprises auxiliary capacitors 45 electrically connected to the preionization unit 5 and one of the electrodes, the capacitance of which is many times smaller than the capacitors 14. In FIGS. 8-12, the preionization unit 5 is located near the first electrode 2, and auxiliary capacitors 45 are electrically connected to the first electrode 2 through auxiliary electric inputs 46 mounted in the wall of the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 along it.

В этих вариантах реализации изобретения предыонизация области разряда 4 осуществляется автоматически с момента включения источника питания 20 за счет зарядки вспомогательных конденсаторов 46 через вспомогательный разрядный промежуток каждого блока предыонизации 5. В процессе автоматической предыонизации ток вспомогательного разряда блока предыонизации 5 протекает по малоиндуктивной разрядной цепи, включающей в себя первый электрод 2, вспомогательные электрические вводы 46 и вспомогательные конденсаторы 45. Малая емкость вспомогательных конденсаторов 45 определяет оптимально малый энерговклад во вспомогательный разряд блока предыонизации. Это обеспечивает наряду с высокой эффективностью лазера большое время жизни блока предыонизации, газовой смеси и лазера в целом. В остальном работа лазера осуществляется аналогично тому, как описано выше.In these embodiments of the invention, the preionization of the discharge region 4 is carried out automatically from the moment the power source 20 is turned on by charging auxiliary capacitors 46 through the auxiliary discharge gap of each preionization unit 5. In the process of automatic preionization, the auxiliary discharge current of the preionization unit 5 flows through a low-inductance discharge circuit including the first electrode 2, auxiliary electrical inputs 46 and auxiliary capacitors 45. Small capacity auxiliary of capacitors 45 determines an optimally small energy input into the auxiliary discharge of the preionization unit. This provides, along with high laser efficiency, a long lifetime of the preionization unit, the gas mixture, and the laser as a whole. The rest of the laser operation is carried out in the same way as described above.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых Фиг.8, с целью уменьшения индуктивности разрядного контура возможно еще большее приближение конденсаторов 14 к области разряда 4. В этих вариантах изобретения керамическая труба 24 лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу 39 столь большого объема, что в ней наряду с первым электродом 2 размещена, по меньшей мере, часть области разряда 4. При этом внутренние грани ниши 48, 49, расположенные по обе стороны области разряда 4, образуют расположенные верх и вниз по потоку от области разряда 4 направляющие газового потока или спойлеры, значительно изменяющие направление газового потока при прохождении области разряда 4.In the embodiments of the invention illustrated in FIG. 8, in order to reduce the inductance of the discharge circuit, the capacitors 14 can be even closer to the region of the discharge 4. In these embodiments of the invention, the ceramic tube 24 of the laser chamber has an extended niche 39 with such a large volume on the inside that along with it at least part of the discharge region 4 is placed with the first electrode 2. In this case, the inner edges of the niche 48, 49 located on both sides of the discharge region 4 form upstream and downstream of the discharge region 4 on gas flow control or spoilers, significantly changing the direction of the gas flow when passing through the discharge region 4.

Такая геометрия газового потока может быть достаточно эффективна, поскольку она легко устраняет нежелательный эффект отрыва газового потока от второго электрода 3 после прохождения газовым потоком области разряда 4. Эти варианты изобретения позволяют в широких пределах оптимизировать геометрию газового потока при минимизированной индуктивности разрядного контура. Кроме этого, по обе стороны протяженной ниши 39 с наружной стороны керамической трубы 24 в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы лазерной камеры 1 ниши или ячейки 44, в которые, по меньшей мере, частично погружены конденсаторы 14 (Фиг.8). За счет этого конденсаторы 14 могут быть максимально приближены к области разряда 4, что обеспечивает увеличение КПД лазера и возможность высокоэффективного повышения энергии генерации и мощности лазера.Such a geometry of the gas stream can be quite effective, since it easily eliminates the undesirable effect of separation of the gas stream from the second electrode 3 after the gas region passes through the discharge region 4. These variants of the invention allow to optimize the gas stream geometry with a minimized inductance of the discharge circuit. In addition, on both sides of the extended niche 39 on the outside of the ceramic pipe 24, niches or cells 44 distributed along the length of the ceramic pipe of the laser chamber 1 are made in its wall, into which the capacitors 14 are at least partially immersed (Fig. 8). Due to this, the capacitors 14 can be as close as possible to the discharge region 4, which provides an increase in the laser efficiency and the possibility of a highly efficient increase in the generation energy and laser power.

Керамическая труба 24 лазерной камеры 1, имеющая протяженную нишу 39 на внутренней поверхности, может быть выполнена в соответствии с различными вариантами изобретения либо цельной, либо состоящей из нескольких керамических модулей.The ceramic tube 24 of the laser chamber 1, having an extended niche 39 on the inner surface, can be made in accordance with various variants of the invention, either integral or consisting of several ceramic modules.

Другие варианты реализации изобретения позволяют обеспечить дальнейшее увеличение апертуры разряда, энергии генерации и мощности лазера. В этих вариантах, иллюстрируемых Фиг.9, Фиг.10, вблизи второго электрода 3 установлены либо два протяженных керамических контейнера 50 (Фиг.9), либо один (Фиг.10) протяженный керамический контейнер 50. Части поверхности 51, 52 контейнеров 50 (Фиг.9) или контейнера 50 (Фиг.10), обращенные к области разряда 4, образуют расположенные верх и вниз по потоку от второго электрода 3 направляющие газового потока. Концевые части каждого керамического контейнера 50 герметично закреплены на торцевых фланцах 25 лазерной камеры 1 с возможностью доступа или герметичного подсоединения к внутренней части контейнера (для упрощения не показано). В каждом керамическом контейнере 50 размещены дополнительные конденсаторы 53. Снаружи лазерной камеры расположен дополнительный источник питания 54, полярность которого противоположна полярности источника питания 20. Дополнительный источник питания 54 подключен к дополнительным конденсаторам 53 с торцов каждого керамического контейнера 50. Конденсаторы 14 и дополнительные конденсаторы 53 последовательно соединены между собой через заземленные газопроницаемые обратные токопроводы 19 и подключены к первому и второму электродам 2, 3 через распределенные вдоль лазерной камеры электрические вводы 17, 18 лазерной камеры и электрические вводы 55, 56 керамических контейнеров 50, причем газопроницаемые обратные токопроводы 19 выполнены вогнутыми в сторону области разряда 4. При этом временная задержка между включениями дополнительного источника питания 54 и источника питания 20 равна разности времени импульсной зарядки дополнительных конденсаторов 53, производимой дополнительным источником питания 54 через торцы керамических контейнера или контейнеров 50, и времени зарядки конденсаторов 14, производимой малоиндуктивно подключенным к ним источником питания 20.Other embodiments of the invention provide a further increase in discharge aperture, lasing energy, and laser power. In these embodiments, illustrated in FIG. 9, FIG. 10, either two extended ceramic containers 50 (FIG. 9) or one (FIG. 10) extended ceramic container 50 are installed near the second electrode 3. Parts of the surface 51, 52 of the containers 50 ( Fig. 9) or container 50 (Fig. 10), facing the discharge region 4, form gas flow guides located upstream and downstream from the second electrode 3. The end parts of each ceramic container 50 are hermetically fixed to the end flanges 25 of the laser chamber 1 with the possibility of access or tight connection to the inside of the container (not shown for simplicity). Additional capacitors 53 are placed in each ceramic container 50. An additional power source 54 is located outside the laser chamber, the polarity of which is opposite to the polarity of the power source 20. An additional power source 54 is connected to additional capacitors 53 from the ends of each ceramic container 50. The capacitors 14 and additional capacitors 53 are in series interconnected via grounded gas-permeable return current conductors 19 and connected to the first and second electrodes 2, 3 via The electrical inputs 17, 18 of the laser chamber and electrical inputs 55, 56 of ceramic containers 50 distributed along the laser chamber, the gas-permeable return current conductors 19 being concave toward the discharge region 4. The time delay between the switching on of the additional power supply 54 and power supply 20 is equal to the difference the time of pulse charging of the additional capacitors 53 produced by the additional power source 54 through the ends of the ceramic container or containers 50, and the charging time of the capacitors 14 produced by a power inductance 20 connected to them inductively.

В вариантах изобретения керамическая труба 24 лазерной камеры 1 может состоять либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, содержащим, по меньшей мере, одну кольцевую уплотняющую прокладку из галогеностойкого эластомера, аналогично тому, как это было описано выше.In embodiments of the invention, the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 may consist of either two or three ceramic modules with a sealed connection of each joint between the ceramic modules containing at least one annular sealing gasket of a halogen-resistant elastomer, similar to that described above.

В других вариантах, иллюстрируемых Фиг.10, вблизи второго электрода 3 установлен один керамический контейнер 50, поверхность которого, обращенная к области разряда 4, имеет протяженную нишу 57, в которой размещен второй электрод 3.In other embodiments illustrated in FIG. 10, one ceramic container 50 is installed near the second electrode 3, the surface of which, facing the discharge region 4, has an extended niche 57 in which the second electrode 3 is placed.

Способ генерации лазерного излучения в этих вариантах изобретения (Фиг.9, 10) осуществляют следующим образом. Создают непрерывный поток газа между размещенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры 1 первым электродом 2 и вторым электродом 3, к которым через электрические вводы 17, 18, 55, 56, и обратные токопроводы 19 подсоединены последовательно соединенные конденсаторы 14 и дополнительные конденсаторы 53. Включают дополнительный источник питания 54 и с торцов каждого керамического контейнера 50 производят импульсную зарядку дополнительных конденсаторов 53, сравнительно медленную, поскольку индуктивность контура зарядки через торцы керамического контейнера 50 относительно велика. Осуществляют предыонизацию газа между первым и вторым электродами 2, 3. С временной задержкой, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов 53 и конденсаторов 14, включают источник питания 20 и осуществляют быструю импульсную зарядку конденсаторов 14 напряжением, полярность которого противоположна полярности напряжения зарядки дополнительных конденсаторов 53. К моменту одновременного окончания зарядки конденсаторов 14 и дополнительных конденсаторов 53 осуществляют разряд между высоковольтными первым и вторым электродами 2, 3 противоположной полярности по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы 14 и дополнительные конденсаторы 53, последовательно соединенные между собой через заземленные газопроницаемые обратные токопроводы 19, вогнутые в сторону области разряда 4. В результате получают генерацию лазера. После того как система циркуляции газа, в который входит вентилятор 9, трубки теплообменника 10, направляющие газового потока 13, 51, 52, сменит газ между электродами 2, 3, цикл работы лазера повторяют.The method of generating laser radiation in these embodiments of the invention (Fig.9, 10) is as follows. A continuous gas flow is created between the first electrode 2 located near or directly on the inner surface of the laser chamber 1 and the second electrode 3, to which series-connected capacitors 14 and additional capacitors 53 are connected through electric inputs 17, 18, 55, 56 and return conductors 19. An additional power source 54 is switched on and from the ends of each ceramic container 50 impulse charging of additional capacitors 53 is performed, which is relatively slow since the inductance of the charging circuit through the ends of the ceramic container 50 is relatively large. The gas is preionized between the first and second electrodes 2, 3. With a time delay equal to the difference in the charging times of the additional capacitors 53 and the capacitors 14, the power supply 20 is turned on and the capacitors 14 are quickly pulsed with a voltage whose polarity is opposite to the polarity of the charging voltage of the additional capacitors 53. By the time the charging of the capacitors 14 and the additional capacitors 53 ends simultaneously, a discharge is performed between the high-voltage first and second electrodes 2, 3 of opposite polarity along a low-inductance discharge circuit, including capacitors 14 and additional capacitors 53, connected in series through grounded gas-permeable return conductors 19, concave towards the discharge region 4. As a result, laser generation is obtained. After the gas circulation system, which includes the fan 9, the tubes of the heat exchanger 10, the guides of the gas stream 13, 51, 52, change the gas between the electrodes 2, 3, the laser cycle is repeated.

В вариантах способа генерации лазерного излучения, иллюстрируемых Фиг.9, Фиг.10, предыонизацию осуществляют автоматически с момента включения источника питания 20 за счет зарядки вспомогательных конденсаторов 46 через вспомогательный разрядный промежуток каждого блока предыонизации 5. После момента одновременного окончания зарядки конденсаторов 14 и дополнительных конденсаторов 53 зажигают основной объемный разряд в области разряда 4 между высоковольтными первым и вторым электродами 2, 3 противоположной полярности, что позволяет получить генерацию лазера.In variants of the method of generating laser radiation illustrated in Fig. 9, Fig. 10, preionization is carried out automatically from the moment the power source 20 is turned on by charging auxiliary capacitors 46 through the auxiliary discharge gap of each preionization unit 5. After the moment of simultaneous completion of charging of the capacitors 14 and additional capacitors 53 ignite the main volume discharge in the region of discharge 4 between the high-voltage first and second electrodes 2, 3 of opposite polarity, which allows to obtain laser generation.

Возможность предложенной в этом варианте способа высокоэффективной автоматической предыонизации с временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания 54, то есть после начала роста разрядного напряжения, не является очевидной. 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 HCl, 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 соответствии с опытными данными для характерных времен ~180 нс роста напряжения от нулевого уровня до пробойного задержка начала максимально эффективной предыонизации относительно начала роста разрядного напряжения для XeCl лазера достигает 50 нс. Задержка может быть увеличена, если скорость роста напряжения до начала предыонизации ниже. Таким образом, при времени зарядки конденсаторов ~180 нс время зарядки дополнительных конденсаторов 53 может быть существенно больше 230 нс, 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 54 is turned on, that is, after the start of the growth of the discharge voltage, is not obvious. However, in accordance with experimental data, effective preionization in this mode can be carried out. This is due to the fact that gas mixtures of excimer lasers have a high electron attachment rate to HCl, F ₂ halogen donors, which depends on the electric field strength between the electrodes 2, 3. In this regard, preionization can provide 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. According to the experimental data, for characteristic times of ~ 180 ns of voltage growth from the zero level to the breakdown time, the delay in the onset of the most effective preionization relative to the beginning of the growth of the discharge voltage for the XeCl laser reaches 50 ns. The delay can be increased if the rate of increase in voltage before starting preionization is lower. Thus, when the charging time of the capacitors is ~ 180 ns, the charging time of the additional capacitors 53 can be significantly longer than 230 ns, providing, in accordance with the proposed version of the method for generating laser radiation, highly efficient automatic preionization at the first electrode 2.

Выполнение обращенных к области разряда 4 частей 51, 52 поверхностей керамических контейнеров 50 (Фиг.9) или контейнера 50 (Фиг.10) в виде направляющих газового потока вблизи второго электрода 3, и размещение второго электрода 3 в протяженной нише 57 контейнера 50 (Фиг.10) 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 50 (Fig. 9) or the container 50 (Fig. 10) facing the discharge region 4 in the form of guides of the gas flow near the second electrode 3, and placing the second electrode 3 in an extended niche 57 of the container 50 (Fig. .10) 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 50 в количестве либо двух (Фиг.9), либо одного (Фиг.10) оптимально для обеспечения простоты конструкции мощного высокоэнергетичного лазера.The introduction of ceramic containers 50 in the amount of either two (Figure 9) or one (Figure 10) is optimal to ensure the simplicity of the design of a powerful high-energy laser.

Выбор формы керамических контейнеров позволяет оптимизировать характеристики разрядного контура и/или системы циркуляции газа. В связи с этим в вариантах изобретения, по меньшей мере, один керамический контейнер 50 выполнен в форме либо прямоугольной (Фиг.9), либо круглой трубы (Фиг.12).Choosing the shape of ceramic containers allows you to optimize the characteristics of the discharge circuit and / or gas circulation system. In this regard, in embodiments of the invention, at least one ceramic container 50 is made in the form of either a rectangular (Fig. 9) or a round pipe (Fig. 12).

Применение контейнеров 50 в виде круглых труб (Фиг.12) обеспечивает наибольшую простоту и механическую прочность конструкции и, соответственно, надежность контейнеров, нагруженных высоким внешним давлением.The use of containers 50 in the form of round pipes (Fig) provides the greatest simplicity and mechanical strength of the structure and, accordingly, the reliability of containers loaded with high external pressure.

Форма контейнеров 50 в виде прямоугольных труб (Фиг.9) обеспечивает компактность керамических контейнеров 10 с высокой степенью их заполнения керамическими конденсаторами 11, используемыми для мощных газоразрядных лазеров. В результате достигается малая индуктивность разрядного контура и повышение КПД лазера. Кроме этого, плоские протяженные части 51, 52 контейнеров 50, обращенные к области разряда 4, позволяют эффективно формировать в ней высокоскоростной поток газа.The shape of the containers 50 in the form of rectangular tubes (Fig. 9) ensures the compactness of ceramic containers 10 with a high degree of filling with ceramic capacitors 11 used for high-power gas-discharge lasers. As a result, a small inductance of the discharge circuit and an increase in the laser efficiency are achieved. In addition, the flat extended parts 51, 52 of the containers 50, facing the discharge region 4, can effectively form a high-speed gas flow in it.

В вариантах реализации изобретения, иллюстрируемых Фиг.9, Фиг.10, форма заземленных газопроницаемых обратных токопроводов 19, вогнутых в сторону области разряда 4, 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.In the embodiments of the invention illustrated in FIG. 9, FIG. 10, the shape of the grounded gas-permeable reverse conductors 19, concave towards the discharge region 4, 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 helps to achieve high laser efficiency.

Подключение дополнительного источника питания 54 к дополнительным конденсаторам 53 и их зарядка с торцов каждого керамического контейнера 50 обеспечивает наибольшую простоту разрядной системы лазера.Connecting an additional power source 54 to additional capacitors 53 and charging them from the ends of each ceramic container 50 provides the greatest simplicity of the laser discharge system.

Поскольку индуктивность цепи зарядки дополнительных конденсаторов 53 и, соответственно, время их зарядки больше, чем для конденсаторов 14, с целью достижения максимальной скорости нарастания напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке на предпробойной стадии разряда и обеспечения однородного устойчивого разряда лазера источник питания 20 включают с указанной временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания 54.Since the inductance of the charging circuit of the additional capacitors 53 and, accordingly, their charging time is longer than for the capacitors 14, in order to achieve the maximum rate of increase in the electric field strength in the interelectrode gap at the prebreakdown stage of the discharge and to ensure a uniform stable discharge of the laser, the power source 20 is turned on from the indicated time delay in relation to the moment the additional power supply is turned on 54.

В целом, в вариантах изобретения, иллюстрируемых Фиг.9, Фиг.10, за счет введения дополнительных конденсаторов 53, размещаемых в керамических контейнерах или контейнере 50 и заряжаемых от дополнительного источника питания 54, первый и второй электроды 2, 3 оба являются высоковольтными разной полярности и размещены на изоляторах, в качестве которых выступают керамическая труба 24 и керамические контейнеры или контейнер 50. По сравнению с вариантами лазера, показанными на Фиг.1-7, напряжение между соседними высоковольтными и заземленными электрическими вводами 17, 18, а также между электродами 2, 3 и торцевыми фланцами 25 лазерной камеры снижается вдвое. Это позволяет увеличить длину электродов, повысив энергию генерации лазера при малой индуктивности разрядного контура и высоком КПД лазера. При этом снижаются требования к электрической изоляции лазера, что повышает надежность и упрощает эксплуатацию лазера.In general, in the embodiments of the invention illustrated in FIG. 9, FIG. 10, due to the introduction of additional capacitors 53 placed in ceramic containers or container 50 and charged from an additional power source 54, the first and second electrodes 2, 3 are both high-voltage of different polarity and placed on insulators, which are a ceramic pipe 24 and ceramic containers or container 50. Compared with the laser options shown in Fig.1-7, the voltage between adjacent high-voltage and grounded electric by these inputs 17, 18, as well as between the electrodes 2, 3 and the end flanges 25 of the laser chamber, it is halved. This makes it possible to increase the length of the electrodes, increasing the laser generation energy at a low inductance of the discharge circuit and high laser efficiency. This reduces the requirements for electrical insulation of the laser, which increases reliability and simplifies the operation of the laser.

В предложенных вариантах реализации изобретения амплитуда напряжения источника питания и дополнительного источника питания в 2 раза ниже по сравнению с вариантами лазера, использующими один источник питания.In the proposed embodiments of the invention, the voltage amplitude of the power source and the additional power source is 2 times lower compared to laser versions using a single power source.

Таким образом, выполнение лазера и способа генерации лазерного излучения в предложенном виде позволяет увеличить энергию генерации и среднюю мощность лазерного излучения при высоком КПД лазера, а также снизить эксплуатационные расходы лазера.Thus, the implementation of the laser and the method of generating laser radiation in the proposed form allows you to increase the generation energy and the average power of the laser radiation at a high laser efficiency, as well as reduce the operating costs of the laser.

Варианты изобретения, направленные на дальнейшее повышение энергии и мощности лазерного излучения, относятся к лазерной системе. Двулучевая лазерная система, схематично показанная на Фиг.11, содержит шасси 58, на котором размещены выполненные в соответствии с настоящим изобретением и описанные выше первый лазер 59 и идентичный первому второй лазер 60. При этом источники питания первого и второго лазеров совмещены в общий источник питания 61. Выводы 62, 63 общего источника питания 61 малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам 14 каждого из лазеров 59, 60. Предпочтительно, что общий источник питания 61 включает в себя систему компрессии импульсов накачки лазеров 59, 60, содержащую два малоиндуктивных насыщаемых дросселя 64, 65, выводы которых совмещены с высоковольтными выводами 62, 63 общего источника питания 61. Между конденсаторами 14 второго лазера 60 и общим источником питания 61 может быть введена линия задержки 66. При этом линия задержки 66 может быть совмещена с насыщаемым дросселем 65 общего источника питания 61.Variants of the invention, aimed at further increasing the energy and power of laser radiation, relate to the laser system. The two-beam laser system, schematically shown in FIG. 11, comprises a chassis 58 on which the first laser 59 made in accordance with the present invention and described above and the second laser 60 identical to the first are placed. The power sources of the first and second lasers are combined into a common power source 61. Conclusions 62, 63 of the common power source 61 are inductively connected to the capacitors 14 of each of the lasers 59, 60. It is preferable that the common power source 61 includes a laser pulse pump compression system 59, 60, comprising two low inductive saturable reactors 64, 65, the terminals of which are aligned with the high voltage terminals 62, 63 of a common power supply 61. A delay line 66 can be introduced between the capacitors 14 of the second laser 60 and a common power source 61. The delay line 66 can be combined with a saturable throttle 65 of the common power source 61.

В процессе работы лазерной системы синхронизованно осуществляют предыонизацию газа между первым и вторым электродами 2, 3, импульсную зарядку конденсаторов 14, разряд между первым и вторым электродами 2, 3, и генерацию излучения в каждом из лазеров 59, 60 при использовании общего источника питания 61, установленного вместе с лазерами на шасси 58. При этом импульсную зарядку конденсаторов 14 каждого из лазеров 59, 60 предпочтительно осуществляют через обеспечивающие компрессию импульсов накачки малоиндуктивные насыщаемые дроссели 64, 65, выводы которых совмещены с выводами 62, 63 общего источника питания 61. При необходимости с помощью линии задержки 66 регулируют время между срабатыванием лазеров 59, 60. В остальном работа каждого из лазеров 59, 60 не отличается от описанной выше, что позволяет получить в лазерной системе генерацию двух лучей лазера.During the operation of the laser system, gas preionisation between the first and second electrodes 2, 3, pulse charging of capacitors 14, discharge between the first and second electrodes 2, 3, and radiation generation in each of the lasers 59, 60 using a common power source 61 installed together with the lasers on the chassis 58. In this case, the pulsed charging of the capacitors 14 of each of the lasers 59, 60 is preferably carried out through low-inductance saturable chokes 64, 65 providing compression of the pump pulses, the conclusions of which They are combined with the terminals 62, 63 of the common power source 61. If necessary, the delay between the operation of the lasers 59, 60 is controlled using the delay line 66. Otherwise, the operation of each of the lasers 59, 60 does not differ from that described above, which makes it possible to obtain lasing in the laser system two laser beams.

Для применений могут использоваться либо два отдельных лазерных луча, либо один луч. В последнем случае совмещение двух лазерных лучей осуществляется в специальном оптическом модуле, размещаемом предпочтительно вне шасси 58.For applications, either two separate laser beams or one beam can be used. In the latter case, the combination of two laser beams is carried out in a special optical module, preferably placed outside the chassis 58.

В вариантах изобретения, схематично показанных на Фиг.12, лазерная система содержит шасси 58, на котором размещены выполненные в соответствии с настоящим изобретением первый лазер 59 и второй лазер 60, идентичный первому. При этом источники питания первого и второго лазеров совмещены в общий источник питания 61 и дополнительные источники питания первого и второго лазеров 59, 60 совмещены в общий дополнительный источник питания 67.In the embodiments of the invention schematically shown in FIG. 12, the laser system comprises a chassis 58 on which the first laser 59 and the second laser 60, made in accordance with the present invention, are identical to the first. The power sources of the first and second lasers are combined into a common power source 61 and the additional power sources of the first and second lasers 59, 60 are combined into a common additional power source 67.

За счет использования шасси, обеспечивающего транспортабельность лазерной системы, и общего источника питания ее работа более проста по сравнению с использованием отдельных мощных лазеров. При этом упрощается синхронизация работы двух лазеров, а также упрощается возможность совмещения двух лазерных лучей в один. При выполнении в указанном виде лазерная система позволяет вдвое увеличить лазерную энергию и мощность по сравнению с одиночным лазером при сохранении высокой эффективности преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения.Due to the use of a chassis that ensures the transportability of the laser system and a common power source, its operation is simpler than using separate high-power lasers. This simplifies the synchronization of the operation of two lasers, and also simplifies the possibility of combining two laser beams into one. When performed in this form, the laser system allows you to double the laser energy and power compared to a single laser while maintaining the high efficiency of converting electrical energy into laser radiation energy.

В варианте изобретения (Фиг.12) работу лазерной системы реализуют следующим образом. Включают общий дополнительный источник питания 67 и с торцов каждого керамического контейнера 50 каждого лазера 59, 60 производят импульсную зарядку дополнительных конденсаторов 53. Затем с временной задержкой, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов 53 и конденсаторов 14, включают общий источник питания 61. После насыщения малоиндуктивных дросселей 64, 65 через выводы 62, 63 общего источника питания 61 осуществляют быструю импульсную зарядку конденсаторов 14 каждого из лазеров 59, 60 напряжением, полярность которого противоположна полярности напряжения зарядки дополнительных конденсаторов 53. Одновременно осуществляют автоматическую предыонизацию газа в области разряда 4. После окончания зарядки конденсаторов 14 и дополнительных конденсаторов 53 осуществляют разряды в первом и втором лазерах между высоковольтными первым 2 и вторым 3 электродами противоположной полярности. В каждом из лазеров 59, 60 ток разряда протекает по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы 14, дополнительные конденсаторы 53, газопроницаемые обратные токопроводы 19, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 24 лазерной камеры и электрические вводы 55, 56 керамических контейнеров 50.In an embodiment of the invention (Fig. 12), the operation of the laser system is implemented as follows. The common additional power supply 67 is turned on and the additional capacitors 53 are pulsed from the ends of each ceramic container 50 of each laser 59, 60. Then, with a time delay equal to the difference in the charging times of the additional capacitors 53 and the capacitors 14, the common power supply 61 is turned on. After saturation of the low inductance the chokes 64, 65 through the terminals 62, 63 of the common power source 61 provide fast pulse charging of the capacitors 14 of each of the lasers 59, 60 voltage, the polarity of which is opposite and polarity voltage charging additional capacitors 53. Simultaneously performed automatically preionisation gas in the discharge region 4. After the charging capacitor 14 and additional capacitors 53 bits carried in first and second lasers high voltage between the first 2 and second 3 electrodes of opposite polarity. In each of the lasers 59, 60, the discharge current flows along a low-inductance discharge circuit, including capacitors 14, additional capacitors 53, gas-permeable return conductors 19, electrical inputs 17, 18 of the ceramic tube 24 of the laser chamber, and electrical inputs 55, 56 of ceramic containers 50.

Следующие варианты изобретения направлены на более чем двойное повышение мощности излучения лазерной системы по сравнению с мощностью каждого из двух входящих в ее состав лазеров.The following variants of the invention are aimed at more than a twofold increase in the radiation power of the laser system compared to the power of each of the two lasers included in it.

В этих вариантах изобретения между конденсаторами второго лазера 60 и общим источником питания 61 введена линия задержки 66, обеспечивающая задержку зажигания разряда во втором лазере 60 на время, не превышающее длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазере 59 (Фиг.11, Фиг.12). При этом, как иллюстрируется блок-схемой Фигуры 13, на шасси 58 размещена система оптической связи 68 между двумя лазерами 59, 60, обеспечивающая инжекцию во второй лазер 60 внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазера 59.In these embodiments of the invention, a delay line 66 is introduced between the capacitors of the second laser 60 and the common power source 61, which provides a delay in ignition of the discharge in the second laser 60 for a time not exceeding the duration of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment of reaching the generation threshold in the first laser 59 (FIG. .11, Fig. 12). Moreover, as illustrated by the block diagram of Figure 13, an optical communication system 68 between two lasers 59, 60 is provided on the chassis 58, which provides injection into the second laser 60 of an external optical signal, which is a small part of the radiation of the first laser 59.

Система оптической связи 68 между лазерами 59, 60 может быть размещена либо внутри, либо снаружи (Фиг.13) зеркал 22, 23 резонатора каждого лазера. В качестве варианта реализации изобретения система оптической связи 68 может включать в себя пластины 69, 70, просветленные с одной стороны, то есть отклоняющие около 4% лазерного излучения, и полностью отражающие зеркала 71, 72, обеспечивающие увеличение оптической связи между двумя лазерами 59, 60.The optical communication system 68 between the lasers 59, 60 can be placed either inside or outside (FIG. 13) of the resonator mirrors 22, 23 of each laser. As an embodiment of the invention, the optical communication system 68 may include wafers 69, 70, illuminated on one side, that is, deflecting about 4% of the laser radiation, and fully reflecting mirrors 71, 72, providing an increase in optical communication between two lasers 59, 60 .

В промышленном производстве с использованием лазерного излучения могут использоваться либо два отдельных лазерных луча 21, либо один луч 73. В последнем случае совмещение двух лазерных лучей 21 осуществляется вне шасси 58 лазерной системы в оптическом модуле 74.In industrial production using laser radiation, either two separate laser beams 21 or one beam 73 can be used. In the latter case, the combination of two laser beams 21 is carried out outside the chassis 58 of the laser system in the optical module 74.

В этих вариантах изобретения способ генерации лазерного излучения посредством лазерной системы (Фиг.11, 12, 13) осуществляют следующим образом. За счет линии задержки 66 между источником питания 61 и вторым лазером 60, разряд во втором лазере 60 зажигают с временной задержкой, не превышающей длительность временного интервала (менее десятков нс) между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазере 59. С помощью системы оптической связи 68, включающей, например, просветленные с одной стороны пластины 69, 70 и полностью отражающие зеркала 71, 72 (Фиг.13), производят инжекцию во второй лазер 60 внешнего оптического сигнала. Внешний оптический сигнал представляет собой малую часть лазерного излучения, выходящего из резонатора, образованного зеркалами 22, 23 первого лазера 59. За счет инжекции внешнего оптического сигнала снижают порог генерации во втором лазере 60. С помощью системы оптической связи 68 на завершающем этапе разряда в первом лазере 59 в него осуществляют инжекцию внешнего оптического сигнала из второго лазера 60. При необходимости совмещение двух лазерных лучей 21 в один лазерный луч 73 осуществляют вне шасси 58 лазерной системы в оптическом модуле 74. После того как в каждом лазере система циркуляции газа сменит газ между электродами 2, 3, цикл работы лазерной системы повторяют.In these embodiments of the invention, the method of generating laser radiation by means of a laser system (11, 12, 13) is as follows. Due to the delay line 66 between the power source 61 and the second laser 60, the discharge in the second laser 60 is ignited with a time delay not exceeding the duration of the time interval (less than tens of ns) between the moment of ignition of the discharge and the moment of reaching the generation threshold in the first laser 59. Using optical communication systems 68, including, for example, one-sided plates 69, 70 and fully reflecting mirrors 71, 72 (Fig. 13), inject an external optical signal into the second laser 60. The external optical signal is a small part of the laser radiation emerging from the resonator formed by the mirrors 22, 23 of the first laser 59. By injecting an external optical signal, the generation threshold in the second laser 60 is lowered. Using the optical communication system 68 at the final stage of the discharge in the first laser 59, an external optical signal is injected into it from the second laser 60. If necessary, the combination of two laser beams 21 into one laser beam 73 is carried out outside the chassis 58 of the laser system in the optical module 74. P after the gas circulation system in each laser changes gas between the electrodes 2, 3, the cycle of the laser system is repeated.

В данном варианте изобретения снижается порог генерации во втором лазере за счет инжекции в него внешнего оптического сигнала сразу после зажигания в нем разряда. Это может увеличивать КПД второго лазера на ~30%. С другой стороны, инжекция внешнего оптического сигнала из второго лазера в первый лазер увеличивает часть энергии генерации первого лазера на завершающем этапе разряда.In this embodiment of the invention, the generation threshold in the second laser is reduced by injecting an external optical signal into it immediately after the discharge is ignited in it. This can increase the efficiency of the second laser by ~ 30%. On the other hand, injection of an external optical signal from the second laser into the first laser increases a portion of the generation energy of the first laser at the final stage of the discharge.

Таким образом, при выполнении в указанном виде лазерная система и способ генерации лазерного излучения позволяют повысить эффективность лазерной системы в целом.Thus, when performed in the indicated form, the laser system and the method of generating laser radiation can improve the efficiency of the laser system as a whole.

При выполнении в соответствии с настоящим изобретением газоразрядный, в частности, эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, а также лазерные системы приобретают существенные новые положительные качества.When carried out in accordance with the present invention, a gas discharge, in particular an excimer laser or a molecular fluorine laser, as well as laser systems, acquire significant new positive qualities.

Применение крепежной системы 26 торцевых фланцев 25 снимает с керамической трубы 24 лазерной камеры 1 продольную составляющую механической нагрузки, обусловленную многотонной силой давления газовой смеси на торцевые фланцы 25, что обеспечивает высокую надежность металлокерамической лазерной камеры 1, определяя существенное преимущество предложенной конструкции мощного лазера.The use of the fixing system 26 of the end flanges 25 removes from the ceramic tube 24 of the laser chamber 1 the longitudinal component of the mechanical load due to the multi-ton pressure force of the gas mixture on the end flanges 25, which ensures high reliability of the ceramic-metal laser chamber 1, determining the significant advantage of the proposed design of a powerful laser.

За счет размещения торца керамической трубы 24 в круговой нише 31 на обратной стороне 30 торцевого фланца 25 лазерной камеры 1 (Фиг.2) достигается высокоэффективная электрическая изоляция между первым электродом 2 и торцевыми фланцами 25. Это позволяет либо минимизировать длину керамической трубы 24 лазерной камеры, что упрощает и удешевляет ее конструкцию, либо дает возможность увеличить длину электродов 2, 3 и, соответственно, повысить энергию генерации и мощность лазера. Кроме этого, достигается простота и надежность герметизации лазерной камеры 1.By placing the end of the ceramic pipe 24 in a circular niche 31 on the reverse side 30 of the end flange 25 of the laser chamber 1 (FIG. 2), highly efficient electrical insulation is achieved between the first electrode 2 and the end flanges 25. This allows you to either minimize the length of the ceramic tube 24 of the laser chamber, which simplifies and reduces the cost of its design, or makes it possible to increase the length of the electrodes 2, 3 and, accordingly, increase the generation energy and laser power. In addition, the simplicity and reliability of sealing the laser chamber 1 is achieved.

Выполнение керамической трубы лазерной камеры из отдельных керамических модулей 24a, 24b, 24c (Фиг.3 и Фиг.4) упрощает технологию изготовления лазерной камеры 1, что удешевляет лазер и позволяет уменьшить расходы на получение энергии генерации. В целом, выполнение камеры из отдельных керамических модулей позволяет увеличить размеры металлокерамической лазерной камеры до оптимально больших размеров, повысить частоту повторения лазерных импульсов, энергию генерации и среднюю мощность газоразрядного, в частности эксимерного лазера.The implementation of the ceramic tube of the laser chamber from the individual ceramic modules 24a, 24b, 24c (Figure 3 and Figure 4) simplifies the manufacturing technology of the laser chamber 1, which reduces the cost of the laser and allows to reduce the cost of generating energy generation. In general, the implementation of the chamber from separate ceramic modules allows increasing the size of the cermet laser chamber to optimally large sizes, increasing the repetition rate of laser pulses, the generation energy, and the average power of a gas-discharge, in particular, excimer laser.

Варианты реализации изобретения (Фиг.5-10), в которых первый электрод 2 размещен в протяженной нише 39 на внутренней поверхности керамической трубы 24 лазерной камеры, позволяют эффективно формировать высокоскоростной поток газа в области разряда 4, что обеспечивает возможность увеличения частоты следования импульсов и средней мощности лазерного излучения.Embodiments of the invention (FIGS. 5-10), in which the first electrode 2 is placed in an extended niche 39 on the inner surface of the ceramic tube 24 of the laser chamber, can efficiently generate a high-speed gas flow in the discharge region 4, which makes it possible to increase the pulse repetition rate and average laser power.

Варианты изобретения (Фиг.8), в которых ниша 39 на внутренней поверхности керамической трубы 24 лазерной камеры выполнена настолько большой, что в ней наряду с первым электродом 2 размещена, по меньшей мере, часть области разряда 4, и внутренние грани 48, 49 протяженной ниши 39 образуют расположенные верх и вниз по потоку от области разряда 4 направляющие газового потока, значительно изменяющие направление газового потока при прохождении области разряда 4, - позволяют легко устранить нежелательный эффект отрыва газового потока от второго электрода 3 после прохождения потоком области разряда 4. Кроме этого, эти варианты изобретения (Фиг.8) позволяют в более широких пределах, по сравнению с известными аналогами, оптимизировать геометрию газового потока для повышения частоты следования импульсов и увеличения средней мощности лазерного излучения.Embodiments of the invention (Fig. 8), in which the niche 39 on the inner surface of the ceramic tube 24 of the laser chamber is made so large that along with the first electrode 2 at least a portion of the discharge region 4 and the inner edges 48, 49 of the extended niches 39 form gas flow guides located upstream and downstream from the discharge region 4, which significantly change the direction of the gas flow when passing through the discharge region 4, which makes it possible to easily eliminate the undesirable effect of separation of the gas stream from the second electrode and 3 after the discharge region 4 passes through the stream. In addition, these variants of the invention (Fig. 8) make it possible to optimize the geometry of the gas stream to increase the pulse repetition rate and increase the average laser radiation power over wider compared with known analogues.

Варианты изобретения, в которых снаружи керамической трубы в ее стенке выполнены распределенные по ее длине ниши или ячейки 44, в которые, по меньшей мере, частично, погружены конденсаторы 14, подсоединенные к электродам 2, 3, позволяют максимально приблизить конденсаторы 14 к области разряда 4. Это дает возможность минимизировать индуктивность разрядного контура, повысить энергию генерации и мощность лазера при обеспечении его высокой эффективности.Embodiments of the invention in which niches or cells 44 distributed along its length are made outside the ceramic pipe in its wall, into which, at least partially, capacitors 14 connected to electrodes 2, 3 are immersed, allow capacitors 14 to be brought as close as possible to the discharge region 4 This makes it possible to minimize the inductance of the discharge circuit and increase the generation energy and laser power while ensuring its high efficiency.

В вариантах изобретения с применением дополнительных конденсаторов 53, размещенных в керамических контейнерах 50, и дополнительного источника питания 54 оба электрода 2, 3 лазера являются высоковольтными противоположной полярности (Фиг.9, 10). При этом в сравнении с другими вариантами изобретения, напряжение между заземленными и высоковольтными элементами разрядного контура лазерной камеры 1 снижается вдвое. Это позволяет увеличить длину электродов, повысив энергию генерации лазера, а также обеспечить малую индуктивность разрядного контура и высокий КПД высокоэнергетичного лазера. Достигаемое снижение требований к электрической изоляции лазера упрощает эксплуатацию лазера и повышает его надежность.In embodiments of the invention with the use of additional capacitors 53 located in ceramic containers 50 and an additional power source 54, both laser electrodes 2, 3 are high voltage of the opposite polarity (Figs. 9, 10). Moreover, in comparison with other variants of the invention, the voltage between the grounded and high-voltage elements of the discharge circuit of the laser chamber 1 is reduced by half. This allows you to increase the length of the electrodes, increasing the laser generation energy, as well as to provide a small inductance of the discharge circuit and high efficiency of the high-energy laser. The achieved reduction in the requirements for electrical insulation of the laser simplifies the operation of the laser and increases its reliability.

В этих вариантах изобретения (Фиг.9, 10) форма заземленных газопроницаемых обратных токопроводов 19, вогнутых в сторону области разряда 4, соответствует форме эквипотенциальных линий электрического поля между высоковольтными электродами 2, 3 противоположной полярности. В связи с этим при использовании заземленных обратных токопроводов 19, вогнутых в сторону области разряда 4, достигается уменьшение индуктивности разрядного контура без искажения конфигурации электрического поля в области разряда 4, что способствует достижению высокого КПД лазера.In these embodiments of the invention (Figs. 9, 10), the shape of the grounded gas-permeable reverse conductors 19, concave toward the discharge region 4, 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, when using grounded reverse conductors 19, concave towards the discharge region 4, a decrease in the inductance of the discharge circuit is achieved without distorting the configuration of the electric field in the region of the discharge 4, which helps to achieve high laser efficiency.

Выполнение поверхностей 51, 52 керамических контейнеров/контейнера 50, обращенных к области разряда 4, в виде направляющих газового потока вблизи второго электрода 3 или размещение второго электрода 3 в протяженной нише 57 контейнера 50 (Фиг.10) позволяет формировать высокоскоростной поток газа между первым и вторым электродами 2, 3. Это обеспечивает быструю смену газа в области разряда 4, давая возможность увеличить частоту следования импульсов и повысить среднюю мощность излучения лазера.The execution of the surfaces 51, 52 of the ceramic containers / container 50, facing the discharge region 4, in the form of gas flow guides near the second electrode 3 or the placement of the second electrode 3 in the extended niche 57 of the container 50 (Figure 10) allows the formation of a high-speed gas flow between the first and the second electrodes 2, 3. This provides a quick change of gas in the region of discharge 4, making it possible to increase the pulse repetition rate and increase the average laser radiation power.

Введение керамических контейнеров 50 в количестве либо двух (Фиг.9), либо одного (Фиг.10) оптимально для обеспечения простоты конструкции мощного высокоэнергетичного лазера. Применение керамических контейнеров 50 в виде круглых цилиндрических труб (Фиг.12) обеспечивает их наибольшую простоту, механическую прочность и, соответственно, надежность керамических контейнеров 50, нагруженных высоким внешним давлением.The introduction of ceramic containers 50 in the amount of either two (Figure 9) or one (Figure 10) is optimal to ensure the simplicity of the design of a powerful high-energy laser. The use of ceramic containers 50 in the form of round cylindrical pipes (FIG. 12) ensures their greatest simplicity, mechanical strength and, accordingly, the reliability of ceramic containers 50 loaded with high external pressure.

Форма контейнеров 50 в виде прямоугольных труб (Фиг.9) позволяет минимизировать индуктивность разрядного контура и повысить КПД лазера. Кроме этого, плоские протяженные части 51, 52 контейнеров 50, обращенные к области разряда 4, позволяют эффективно формировать в ней высокоскоростной поток газа.The shape of the containers 50 in the form of rectangular pipes (Figure 9) allows to minimize the inductance of the discharge circuit and increase the efficiency of the laser. In addition, the flat extended parts 51, 52 of the containers 50, facing the discharge region 4, can effectively form a high-speed gas flow in it.

Подключение дополнительного источника питания 54 к дополнительным конденсаторам 53 и их зарядка с торцов каждого керамического контейнера 50 (Фиг.9, 10) обеспечивает наибольшую простоту разрядной системы лазера с дополнительными конденсаторами 53, размещенными в керамических контейнерах 50. При этом включение источника питания 20 с временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания 54, равной разности времени импульсной зарядки дополнительных конденсаторов 53 и времени зарядки конденсаторов 14, обеспечивает максимальную скорость нарастания электрического поля в межэлектродном промежутке на предпробойной стадии разряда. В результате обеспечивается формирование однородного устойчивого объемного разряда лазера.Connecting an additional power source 54 to additional capacitors 53 and charging them from the ends of each ceramic container 50 (Figs. 9, 10) provides the greatest simplicity of the laser discharge system with additional capacitors 53 located in ceramic containers 50. In this case, turning on the power source 20 with a temporary a delay with respect to the moment of switching on the additional power source 54, equal to the difference between the time of pulse charging of additional capacitors 53 and the charging time of capacitors 14 maximum rate of increase of the electric field in the electrode gap pre-breakdown at the discharge step. The result is the formation of a uniform stable volume discharge of the laser.

Все это позволяет значительно увеличить энергию генерации и среднюю мощность лазерного излучения при высоком КПД лазера, а также снизить эксплуатационные расходы лазера.All this makes it possible to significantly increase the generation energy and the average laser radiation power at high laser efficiency, as well as reduce the laser operating costs.

Предложенные варианты конструкции мощного лазера позволяют применять различные типы разрядных систем. Так, использование блоков предыонизации 5, содержащих систему 6, 7, 8 формирования протяженного скользящего разряда в виде протяженного плазменного листа или плазменных листов на поверхности диэлектрической (сапфировой) пластины 6 (Фиг.1-5, Фиг.7-12), позволяет реализовать в области разряда 4 однородную предыонизацию оптимально высокого уровня. Это обеспечивает высокие: эффективность лазера, качество лазерного луча и стабильность работы лазера в долговременном режиме.The proposed design options for a high-power laser allow the use of various types of discharge systems. So, the use of preionization blocks 5 containing a system 6, 7, 8 for the formation of an extended sliding discharge in the form of an extended plasma sheet or plasma sheets on the surface of the dielectric (sapphire) plate 6 (Figs. 1-5, Figs. 7-12), allows in the region of discharge 4, homogeneous preionisation of an optimally high level. This ensures high: laser efficiency, laser beam quality and stability of the laser in the long-term mode.

Осуществление предынизации через частично прозрачный электрод с щелевыми окнами прозрачности 38 (Фиг.3, 4, 7, 10, 11) позволяет реализовать широкоапертурный однородный объемный разряд при компактной малоиндуктивной разрядной системе. Такая разрядная система характеризуется также высокой эффективностью смены газа в области разряда 4, то есть с малым, ~1, коэффициентом смены газа, достаточным для эффективной высокостабильной работы мощного лазера.The implementation of pre-initialization through a partially transparent electrode with slotted transparency windows 38 (Figs. 3, 4, 7, 10, 11) allows for a wide-aperture uniform volume discharge with a compact low-inductance discharge system. Such a discharge system is also characterized by a high efficiency of gas change in the region of discharge 4, that is, with a small, ~ 1, gas change coefficient sufficient for efficient highly stable operation of a high-power laser.

В других вариантах изобретения высокие энергия генерации и мощность лазера с предыонизацией УФ излучением скользящего разряда обеспечиваются при использовании более простых и дешевых сплошных электродов (Фиг.1, 2, 5, 8, 9).In other embodiments of the invention, high generation energy and laser power with preionization by UV radiation of a sliding discharge are provided using simpler and cheaper solid electrodes (Figs. 1, 2, 5, 8, 9).

Упрощение лазера также достигается в вариантах изобретения, предусматривающих применение электрически связанных с блоком предыонизации 5 и одним из электродов 2, 3 вспомогательных конденсаторов 45, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов 14 (Фиг.9-12). Это обеспечивает автоматическую предыонизацию с ее оптимизируемым за счет выбора величины емкости вспомогательных конденсаторов 45 уровнем. Малая емкость вспомогательных конденсаторов 45, достаточная для высокоэффективной высокостабильной работы лазера, обеспечивает большое время жизни блока предыонизации, газовой смеси и лазера в целом.Laser simplification is also achieved in embodiments of the invention involving the use of auxiliary capacitors 45 electrically connected to the preionization unit 5 and one of the electrodes 2, 3, the capacitance of which is many times less than the capacitance of the capacitors 14 (Figs. 9-12). This provides automatic preionization with its optimized level by selecting the value of the capacitance of auxiliary capacitors 45. The small capacity of auxiliary capacitors 45, sufficient for highly efficient highly stable laser operation, ensures a long lifetime of the preionization unit, the gas mixture, and the laser as a whole.

Использование блока предыонизации 5 в виде двух идентичных систем 42, 43 формирования протяженного коронного разряда, расположенных по бокам электрода 2 (Фиг.6), позволяет в ряде случаев, не требующих высокой энергии генерации, еще более упростить разрядную систему лазера.The use of preionization unit 5 in the form of two identical systems 42, 43 for the formation of an extended corona discharge located on the sides of the electrode 2 (Fig.6) allows in some cases not requiring high generation energy to simplify the discharge system of the laser even more.

Использование лазерной системы с двумя идентичными лазерами, выполненными в соответствии с различными вариантами настоящего изобретения, (Фиг.11, 12) позволяет, по меньшей мере, вдвое увеличить мощность лазерного излучения.The use of a laser system with two identical lasers made in accordance with various variants of the present invention (Figs. 11, 12) allows at least doubling the power of laser radiation.

За счет использования шасси 58, обеспечивающего транспортабельность лазерной системы, и общего источника питания 61 ее работа более проста по сравнению с использованием отдельных мощных лазеров. При этом упрощается синхронизация работы двух лазеров 59, 60, а также упрощается возможность совмещения двух лазерных лучей 21 в один лазерный луч 73.Due to the use of the chassis 58, which ensures the transportability of the laser system, and a common power source 61, its operation is simpler than using separate powerful lasers. This simplifies the synchronization of the operation of two lasers 59, 60, and also simplifies the possibility of combining two laser beams 21 into one laser beam 73.

При введении линии задержки 66 в цепь зарядки конденсаторов 14 одного из лазеров 60, а также системы оптической связи 68 между лазерами 59, 60 за счет функционирования лазерной системы предложенным способом снижается порог генерации во втором лазере 60 за счет инжекции внешнего оптического сигнала сразу после зажигания в нем разряда. Это может увеличивать энергию генерации во втором лазере 60 на ~30%, обеспечивая более чем двукратное повышение мощности излучения лазерной системы по сравнению с мощностью каждого из двух входящих в ее состав лазеров 59, 60.By introducing a delay line 66 into the charging circuit of the capacitors 14 of one of the lasers 60, as well as an optical communication system 68 between the lasers 59, 60, by means of the operation of the laser system by the proposed method, the generation threshold in the second laser 60 is reduced by injecting an external optical signal immediately after ignition in mute discharge. This can increase the generation energy in the second laser 60 by ~ 30%, providing a more than twofold increase in the radiation power of the laser system compared to the power of each of the two lasers 59, 60 included in its composition.

Таким образом, выполнение газоразрядного, в частности, эксимерного лазера, лазерной системы и способов генерации излучения в предложенном виде позволяет упростить конструкцию и технологию изготовления металлокерамической лазерной камеры, значительно увеличить энергию генерации и среднюю мощность лазерного излучения при высоком КПД лазера или лазерной системы, а также уменьшить эксплуатационные расходы.Thus, the implementation of the gas-discharge, in particular, excimer laser, laser system and methods for generating radiation in the proposed form allows us to simplify the design and manufacturing technology of the cermet laser camera, significantly increase the generation energy and average laser radiation power at high efficiency of the laser or laser system, and reduce operating costs.

Предложенные изобретения позволяют создать наиболее высокоэнергетичные, мощные и высокоэффективные эксимерные лазеры и лазерные системы с различными сочетаниями длины волны излучения (от 157 до 351 нм), энергии генерации (от ~0.01 до более 2 Дж/импульс) и частоты следования импульсов (от ~300 Гц до ~6000 Гц) для крупных промышленных производств, научных исследований и других применений. К ним относятся: производство плоских LCD и OLED дисплеев методом лазерного отжига, модификация и упрочнение поверхности, 3D-микрообработка материалов, производство высокотемпературных сверхпроводников методом импульсной лазерной абляции, экологический мониторинг с использованием мощных УФ лидаров, производство интегральных схем методом лазерной ВУФ литографии и др.The proposed inventions make it possible to create the most high-energy, powerful and highly efficient excimer lasers and laser systems with various combinations of the radiation wavelength (from 157 to 351 nm), generation energy (from ~ 0.01 to more than 2 J / pulse) and pulse repetition rate (from ~ 300 Hz to ~ 6000 Hz) for large industrial enterprises, scientific research and other applications. These include: the production of flat LCD and OLED displays by laser annealing, surface modification and hardening, 3D microprocessing of materials, the production of high-temperature superconductors by pulsed laser ablation, environmental monitoring using powerful UV lidars, the production of integrated circuits using laser VUV lithography, etc.

Список обозначенийList of Symbols

1. Лазерная камера1. Laser camera 39. протяженная ниша39. long niche 2. первый электрод2. first electrode 40, 41. часть внутренней поверхности керамической трубы примыкающая к протяженной нише40, 41. part of the inner surface of the ceramic pipe adjacent to an extended niche 3. второй электрод3. second electrode 4. область разряда4. discharge area 5. блок предыонизации5. block preionization 42. диэлектрическая трубка системы формирования коронного разряда42. dielectric tube of a corona discharge forming system 6. диэлектрическая пластина6. dielectric plate 7. инициирующий электрод7. initiating electrode 43. внутренний электрод системы формирования коронного разряда43. internal electrode of the corona discharge forming system 8. поджигающий электрод8. ignition electrode 9. диаметральный вентилятор9. diametral fan 44. ниши либо ячейки в которые частично погружены конденсаторы44. niches or cells in which capacitors are partially immersed 10. трубки теплообменника10. heat exchanger tubes 11, 12. спойлеры11, 12. spoilers 45. вспомогательные конденсаторы45. auxiliary capacitors 13. направляющие лопасти13. guide vanes 46. вспомогательные электрические вводы46. auxiliary electrical inputs 14. конденсаторы14. capacitors 15. токоведущие шины15. busbars 48, 49. внутренняя грань протяженной ниши 3948, 49. The inner edge of a long niche 39 16. токоведущие шины16. live tires 17. электрические вводы17. electrical inputs 50. керамический контейнер50. ceramic container 18. электрические вводы18. electrical inputs 51, 52. части поверхности керамического контейнера или контейнеров51, 52. surface parts of a ceramic container or containers 19. газопроницаемы обратные токопроводы19. gas permeable return conductors 53. дополнительные конденсаторы53. additional capacitors 20. источник питания20. power supply 54. дополнительный источник питания54. additional power source 21. лазерный луч21. laser beam 22. зеркало резонатора22. resonator mirror 55, 56. электрические вводы керамических контейнеров55, 56. electrical inputs of ceramic containers 23. зеркало резонатора23. resonator mirror 24. керамическая труба24. ceramic pipe 57. протяженная ниша керамического контейнера57. long niche of the ceramic container 24a, 24b, 24c. керамические модули24a, 24b, 24c. ceramic modules 25. торцевой фланец25. end flange 58. шасси58. chassis 26. крепежная система26. mounting system 59, 60. первый и второй идентичные лазеры59, 60. first and second identical lasers 27. уплотнительная прокладка27. gasket 28. окно28. window 61.общий источник питания61. common power supply 29. концевая часть керамической трубы29. end of the ceramic pipe 62, 63. высоковольтные выводы общего источника питания62, 63. high-voltage outputs of a common power source 30. внутренняя сторона торцевого фланца30. the inner side of the end flange 64, 65. насыщаемые малоиндуктивные дроссели64, 65. Saturable low inductance chokes 31. круговая ниша31. circular niche 66. линия задержки66. delay line 32. ответный фланец32. counter flange 67. общий дополнительный источник питания67. general additional power source 33. стык между керамическими модулями33. junction between ceramic modules 68. система оптической связи между лазерами68. optical communication system between lasers 34. уплотнительная кольцевая прокладка из эластомера34. sealing ring of elastomer 69, 70. пластины отклоняющие около 4% лазерного излучения69, 70. plates deflecting about 4% of laser radiation 35. диэлектрический фланец35. dielectric flange 36. диэлектрический фланец36. dielectric flange 71, 72. зеркала для увеличения оптической связи между двумя лазерами71, 72. mirrors for increasing optical coupling between two lasers 37. часть наружной поверхности керамического модуля примыкающая к стыку 3337. part of the outer surface of the ceramic module adjacent to the joint 33 73. совмещенный лазерный луч73. combined laser beam 74. оптический модуль совмещения двух лазерных лучей.74. optical module combining two laser beams. 38. щелевые окна на рабочей поверхности электрода38. slotted windows on the working surface of the electrode

Claims

1. A gas discharge, in particular an excimer laser or a molecular fluorine laser, including a laser chamber (1) consisting at least partially of a ceramic material and filled with a gas mixture, extended first electrode (2) and second electrode (3) located opposite each other and defining the discharge region (4) between them, with the first electrode (2) located near or directly on the inner surface of the laser chamber (1); at least one extended preionization unit (5); gas circulation system (9, 10, 11, 12, 13); a set of capacitors (14) located outside the laser chamber (1) and connected to the first and second electrodes (2, 3) through the electrical inputs (17, 18) of the laser chamber (1) and gas-permeable return conductors (19) located in the laser chamber on both sides of the electrodes; a power source connected to the capacitors and a resonator, while
the laser chamber (1) includes a ceramic pipe (24) and two end flanges (25), rigidly fastened together by means of a fastening system (26), extended along the ceramic pipe (24),
the mounting system (26) is made either in the form of a metal pipe enclosing a ceramic pipe, equipped with a sufficiently wide extended cut-out for installing a set of capacitors (14) and having ring flanges attached to the end flanges (25) of the laser chamber (1) at the ends, or in the form tie beams,
each end flange (25) is sealed with a ceramic pipe (24) by means of a sealing ring gasket (27) located on the outer surface of the end part (29) of the ceramic pipe (24) having the shape of a straight circular cylinder, each end flange (25) having on the inner side (30) a circular niche (31) in which the end of the ceramic pipe (24) is placed,
each end flange (25) is adjacent to the ceramic pipe (24) only on the outer surface of the ceramic pipe (24) at the place of installation of the sealing ring gasket (27), having a movable fit on the outer surface of the end part (29) of the ceramic pipe (24).

2. The laser according to claim 1, in which each end flange (25) is fastened with one of two mating flanges (32) mounted on the outer surface of the end parts (29) of the ceramic pipe (24) to compress the sealing ring gasket (27).

3. The laser according to claim 1, in which the ceramic tube (24) of the laser chamber (1) consists of either two or three ceramic modules (24a, 24b, 24c) with a tight connection of each joint (33) between the ceramic modules (24a 24b, 24c) provided by a pair of bonded flanges (35, 36), with at least one annular gasket (34) made of a halogen-resistant elastomer between the bonded flanges (35, 36), flanges (35, 36) made of dielectric material, and each dielectric flange (35, 36) is mounted on part (37) of the outer surface of one of ceramic modules (24a, 24b, 24c) adjacent to the joint (33) and having the shape of a straight round cylinder.

4. The laser according to claim 2, in which each pair of dielectric flanges fastened together (35, 36) has either a tight or sliding fit on the outer surface (37) of the ceramic modules (24a, 24b, 24c), acting as a retaining ring in the interface (33) of the ceramic modules (24a, 24b, 24c) of the composite ceramic tube (24) of the laser chamber (1).

5. The laser according to claim 1, in which the ceramic tube (24) of the laser chamber (1) has an extended niche (39) from the inside, in which at least the first electrode (2) is installed.

6. The laser according to claim 4, in which the parts of the inner surface of the ceramic pipe (24) adjacent to the extended recess (39) into which the first electrode (2) is mounted are flush with the first electrode (2) and form the upper and downstream of the first electrode (2) gas flow guides or spoilers.

7. The laser according to claim 4, in which the ceramic tube (24) of the laser chamber (1) has an extended niche (39) on the inside, in which, along with the first electrode (2), at least part of the discharge region is located ( 4), and the inner faces (48, 49) of the extended niche (39), located on both sides of the discharge region (4), form gas flow guides or spoilers located upstream and downstream of the discharge region (4), which significantly change the direction of the gas flow during the passage of the discharge region (4).

8. The laser according to claim 4, in which on both sides of the first electrode (2) on the outer side of the ceramic pipe (24) in its wall are made distributed along the length of the ceramic pipe (24), with the exception of its end parts (29), or cells (44), or niches (44), in which, at least partially, the capacitors (14) are immersed.

9. The laser according to claim 4, in which the first electrode (2) is adjacent with its lateral faces to the inner faces of the extended niche (39) or is located in close proximity to them.

10. The laser according to claim 4, in which at least one preionization unit (5) is installed along with the first electrode (2) in an extended niche (39) on the inner surface of the ceramic pipe (24).

11. The laser according to claim 1, in the laser chamber (1) of which near the second electrode there are either one or two extended ceramic containers (50), additional capacitors (53), capacitors (14) and additional capacitors ( 53) are connected in series with each other through gas-permeable return conductors (19) and connected to the first and second electrodes (2, 3) through electric inputs (17, 18) of the ceramic pipe (24) distributed along the laser chamber (1) and electric inputs (55) 56) ceramic container bumps (50).

12. The laser according to claim 11, in which an additional power source (54) is located outside the laser chamber (1), the polarity of which is opposite to the polarity of the power source (20), and the additional power source (54) is connected to the additional capacitors (53) from the ends each ceramic container (50).

13. The laser according to claim 11, in which the time delay between switching on the additional power source (54) and the power source (20) is equal to the time difference between the pulse charging of additional capacitors (53) produced by the additional power source (54) through the ends of each ceramic container ( 50), and the charging time of the capacitors (14), produced by a power supply that is not inductively connected to them (20).

14. The laser according to claim 11, in which the surfaces (51, 52) of the surface of each extended ceramic container (50) facing the discharge region (4) form gas flow guides located near the second electrode (2).

15. The laser according to claim 11, in which the gas-permeable return conductors (19) are made concave towards the discharge region (4).

16. The laser according to claim 11, in which at least one ceramic container (50) has the shape of either a round or rectangular pipe.

17. The laser according to claim 11, in which near the second electrode (2) one ceramic container (50) is installed, the surface of which, facing the discharge region (4), has an extended niche (57) in which the second electrode (3) is placed .

18. Laser according to any one of paragraphs. 1-6, 5, 11, in which the ceramic tube of the laser chamber (1) consists of either two or three ceramic modules (24a, 24b 24c) with a tight connection of each joint (33) between the ceramic modules (24a, 24b, 24c ) containing at least one annular sealing gasket (34) from a halogen-resistant elastomer.

19. The method of generating laser radiation by means of a laser according to any one of paragraphs. 11-17, which consists in the implementation of preionization of the gas between the first and second electrodes (2, 3), pulse charging of capacitors (14), the discharge between the first and second electrodes (2, 3) and the generation of a laser beam (21), in which include an additional power source (54) and from the ends of each ceramic container (50) pulse charging of additional capacitors (53) is performed, then with a time delay equal to the difference in charging times of additional capacitors (53) and capacitors (14), they include a power source ( 20) and carry out rapid pulse charging of the capacitors (14) with a voltage whose polarity is opposite to the polarity of the charging voltage of the additional capacitors (53); after the moment of simultaneous completion of charging of capacitors (14) and additional capacitors (53), a discharge is carried out between the high-voltage first and second electrodes (2, 3) of opposite polarity along a low-inductance discharge circuit, including capacitors (14) and additional capacitors (53), in series interconnected via gas-permeable return conductors (19), concave towards the discharge region (4).

20. The method of generating laser radiation according to claim 19, wherein with a time delay with respect to the moment the additional power source (54) is turned on, equal to the difference in the charging times of the additional capacitors (53) and capacitors (14), using the power source (20) carry out automatic preionization from the side of the first electrode (2).

21. A laser system containing a chassis (58), on which the first laser (59) is placed, made according to any one of p. 1-18, the second laser (60), identical to the first, while the power sources of the first and second lasers are combined in a common power source (61) of the laser system, and between the capacitors (14) of the second laser (60) and a common power source (61) a delay line (66) was introduced that provides a delay in ignition of the discharge in the second laser (60) for a time not exceeding the length of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment the generation threshold is reached in the first laser (59), and an optical system is placed on the chassis (58) (68) the coupling between the two lasers (59, 60), providing injection into the second laser (60) of an external optical signal, which is a small part of the radiation of the first laser (59).

22. The method of generating laser radiation by means of the laser system according to item 21, which consists in the implementation in each laser (59, 60) of the preionization of the gas between the first and second electrodes (2, 3), pulse charging of the capacitors (14), the discharge between the first and the second electrodes (2, 3) and the generation of beams (21) of the laser (59, 60), in which
after ignition of the discharge in the first laser (59), the discharge is ignited in the second laser (60) with a time delay not exceeding the length of the time interval between the moment of ignition of the discharge and the moment of reaching the generation threshold in the first laser (59), and using an optical communication system (68 ) inject an external optical signal into the second laser (60), which is a small part of the radiation from the first laser (59), lowering the generation threshold in the second laser (60).