RU2548240C1 - Discharge system of high-efficiency gas laser - Google Patents
Discharge system of high-efficiency gas laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2548240C1 RU2548240C1 RU2013136116/28A RU2013136116A RU2548240C1 RU 2548240 C1 RU2548240 C1 RU 2548240C1 RU 2013136116/28 A RU2013136116/28 A RU 2013136116/28A RU 2013136116 A RU2013136116 A RU 2013136116A RU 2548240 C1 RU2548240 C1 RU 2548240C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- laser
- discharge
- ignition
- electrodes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к мощным импульсно-периодическим газоразрядным лазерам, преимущественно эксимерным, с поперечным самостоятельным разрядом и УФ предыонизацией. Область применений включает лазерную микрообработку материалов, отжиг аморфного кремния (α-Si) при производстве плоских дисплеев, производство высокотемпературных сверхпроводников методом импульсной лазерной абляции и др.The invention relates to quantum electronics, in particular to high-power repetitively pulsed gas-discharge lasers, mainly excimer, with transverse self-sustained discharge and UV preionization. Applications include laser microprocessing of materials, annealing of amorphous silicon (α-Si) in the manufacture of flat displays, the production of high-temperature superconductors by pulsed laser ablation, etc.
Известна разрядная система газового лазера [1], в которой УФ предыонизация осуществляется разрядами через диэлектрический барьер, зажигаемыми сбоку от высоковольтного электрода. При использовании в эксимерном лазере разрядная система позволяет эффективно получать энергию генерации при высокой частоте следования импульсов. Недостатком указанного устройства является малый уровень предыонизации, ограничивающий возможность увеличения апертуры основного разряда, повышения энергии генерации и средней мощности лазера.A known gas laser discharge system [1], in which UV preionization is carried out by discharges through a dielectric barrier, ignited on the side of the high-voltage electrode. When used in an excimer laser, the discharge system makes it possible to efficiently obtain the generation energy at a high pulse repetition rate. The disadvantage of this device is the low level of preionization, limiting the possibility of increasing the aperture of the main discharge, increasing the generation energy and average laser power.
Этого недостатка лишена разрядная система газового лазера с УФ предыонизацией, осуществляемой излучением от двух рядов искр, автоматически зажигаемых при зарядке импульсных конденсаторов сбоку от высоковольтного электрода, расположенного со стороны стенки корпуса лазера [2]. Данная система обеспечила достижение высокой (600 Вт) средней мощности лазерного УФ излучения в эксимерном KrF лазере. Недостатком электродной системы с УФ предыонизатором в виде рядов отдельных искровых промежутков является пространственная неоднородность предыонизации по длине электродов, что уменьшает кпд лазера, и ее сложность из-за необходимости герметизировать десятки токовводов предыонизатора.This drawback is deprived of the discharge system of a gas laser with UV preionization, carried out by radiation from two rows of sparks, automatically ignited when charging pulsed capacitors to the side of the high-voltage electrode located on the side of the laser housing wall [2]. This system ensured the achievement of a high (600 W) average power of laser UV radiation in an excimer KrF laser. The disadvantage of the electrode system with a UV preionizer in the form of rows of separate spark gaps is the spatial heterogeneity of the preionization along the length of the electrodes, which reduces the laser efficiency, and its complexity due to the need to seal dozens of current leads of the preionizer.
Кроме того, искровые промежутки обусловливают повышенное поступление в газ продуктов эрозии электродов предыонизатора, что уменьшает время жизни газовой смеси лазера.In addition, spark gaps cause an increased entry into the gas of erosion products of the preionizer electrodes, which reduces the lifetime of the laser gas mixture.
Частично этих недостатков лишена разрядная система газового лазера с предыонизацией, осуществляемой через частично прозрачный электрод УФ излучением завершенного скользящего разряда по поверхности плоской диэлектрической пластины [3]. В данной электродной системе обеспечивается высокий уровень и пространственная однородность предыонизации разрядной зоны между высоковольтным и заземленным электродами лазера. Достигается возможность повышения энергии генерации и средней мощности излучения лазера. При этом реализуется возможность в несколько раз уменьшить прокачиваемую через предыонизатор энергию, что, в свою очередь, повышает время жизни газовой смеси. При генерации на XeCl средняя мощность УФ лазера с данной электродной системой достигала более 1 кВт. Однако частично прозрачный электрод с предыонизатором, расположенным со стороны его нерабочей поверхности, имеет относительно большие поперечные размеры, что повышает индуктивность разрядного контура. Этот фактор ограничивает получение высокоэффективной генерации в эксимерных лазерах на фторидах инертных газов (KrF, ArF), для которых наблюдается резкая зависимость эффективности лазера от индуктивности разрядного контура. Кроме этого, частично прозрачные электроды сложны и дороги в изготовлении.Partially, these drawbacks are deprived of the discharge system of a gas laser with preionization carried out through a partially transparent electrode by UV radiation of a complete sliding discharge over the surface of a flat dielectric plate [3]. This electrode system provides a high level and spatial uniformity of the preionization of the discharge zone between the high-voltage and grounded laser electrodes. The possibility of increasing the generation energy and average laser radiation power is achieved. In this case, the opportunity is realized to reduce the energy pumped through the preionizer several times, which, in turn, increases the lifetime of the gas mixture. When generating on XeCl, the average power of a UV laser with this electrode system reached more than 1 kW. However, a partially transparent electrode with a preionizer located on the side of its idle surface has relatively large transverse dimensions, which increases the inductance of the discharge circuit. This factor limits the obtaining of highly efficient generation in excimer inert gas fluoride (KrF, ArF) lasers, for which a sharp dependence of the laser efficiency on the discharge circuit inductance is observed. In addition, partially transparent electrodes are complex and expensive to manufacture.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является разрядная система высокоэффективного газового лазера, содержащая расположенные в корпусе лазера протяженные первый и второй электроды, первый из которых размещен со стороны стенки корпуса, и расположенный сбоку от одного из электродов УФ предыонизатор, выполненный в виде системы зажигания скользящего разряда между протяженными поджигающим электродом и дополнительным электродом, расположенными на поверхности диэлектрического слоя, покрывающего протяженную металлическую подложку, соединенную с дополнительным электродом [4]. Электродная система размещена в корпусе лазера, выполненном на основе керамической (Al2O3) трубы, что обеспечивает малую индуктивность разрядного контура лазера и высокие газодинамические свойства системы формирования газового потока между электродами лазера. УФ предыонизация от скользящего разряда по поверхности протяженной диэлектрической (сапфировой) пластины обеспечивает пространственно однородную предыонизацию зоны разряда между электродами лазера оптимально высокой интенсивности, при относительно малом энерговкладе в скользящий разряд. Все это позволяет получать высокоэффективную генерацию лазера с высокой (до 5 кГц) частотой следования импульсов при большом времени жизни газовой смеси.The closest technical solution, selected as a prototype, is a high-efficiency gas laser discharge system, containing extended first and second electrodes located in the laser housing, the first of which is placed on the side of the housing wall and located on the side of one of the electrodes with a UV preionizer made in the form ignition systems of a sliding discharge between an extended ignition electrode and an additional electrode located on the surface of the dielectric layer covering over hydrochloric metal substrate connected to the additional electrode [4]. The electrode system is placed in a laser housing based on a ceramic (Al 2 O 3 ) pipe, which ensures low inductance of the laser discharge circuit and high gas-dynamic properties of the gas flow formation system between the laser electrodes. UV preionization from a sliding discharge over the surface of an extended dielectric (sapphire) plate provides a spatially uniform preionization of the discharge zone between the laser electrodes of optimally high intensity, with a relatively small energy input into the sliding discharge. All this makes it possible to obtain highly efficient laser generation with a high (up to 5 kHz) pulse repetition rate with a long lifetime of the gas mixture.
В прототипе система зажигания скользящего разряда, обладающая большими поперечными размерами, интегрирована в систему формирования газового потока лазера, а ее дополнительный электрод совмещен с заземленным вторым электродом лазера, при этом не вся зона основного разряда, примыкающая ко второму электроду, оптически связана с частью поверхности пластины, на который зажигают скользящий разряд, осуществляющий УФ предыонизацию. Это обусловливает возможность получения лишь относительно узкого, шириной ≤3 мм, разряда между первым и вторым электродами и ограничивает возможности получения высоких (свыше ~0,1 Дж/импульс) значений выходной энергии лазера при генерации на эксимерных молекулах.In the prototype, a sliding discharge ignition system having large transverse dimensions is integrated into the laser gas flow formation system, and its additional electrode is aligned with the grounded second laser electrode, and not all of the main discharge zone adjacent to the second electrode is optically connected to part of the plate surface , on which a sliding discharge, carrying out UV preionization, is ignited. This makes it possible to obtain only a relatively narrow, ≤3 mm wide discharge between the first and second electrodes and limits the possibility of obtaining high (over ~ 0.1 J / pulse) laser output energy when generated by excimer molecules.
Техническим результатом изобретения является повышение энергии генерации и средней мощности излучения газового лазера, упрощение конструкции и снижение затрат на получение энергии генерации.The technical result of the invention is to increase the generation energy and average radiation power of a gas laser, simplify the design and reduce the cost of generating energy generation.
Указанная задача может быть осуществлена усовершенствованием разрядной системы высокоэффективного газового лазера, содержащей расположенные в корпусе лазера протяженные первый и второй электроды, определяющие зону разряда между ними; размещенный сбоку от одного из электродов УФ предыонизатор, выполненный в виде системы зажигания однородного скользящего разряда между протяженными поджигающим электродом и дополнительным электродом, расположенными на поверхности диэлектрического слоя, покрывающего протяженную металлическую подложку, соединенную с дополнительным электродом.This task can be carried out by improving the discharge system of a high-performance gas laser, containing extended first and second electrodes located in the laser housing, defining the discharge zone between them; a preionizer placed on the side of one of the electrodes is made in the form of a uniform sliding discharge ignition system between an extended ignition electrode and an additional electrode located on the surface of the dielectric layer covering the extended metal substrate connected to the additional electrode.
Усовершенствование устройства состоит в том, что диэлектрический слой выполнен в виде прямой тонкостенной диэлектрической трубки с продольным разрезом; на наружной поверхности диэлектрической трубки вдоль нее размещены поджигающий электрод и дополнительный электрод, а металлическая подложка размещена внутри диэлектрической трубки так, что, по меньшей мере, часть поверхности металлической подложки совмещена с протяженной частью внутренней поверхности диэлектрической трубки, при этом дополнительный электрод соединен с металлической подложкой через продольный разрез диэлектрической трубки.An improvement of the device consists in the fact that the dielectric layer is made in the form of a straight thin-walled dielectric tube with a longitudinal section; on the outer surface of the dielectric tube, an ignition electrode and an additional electrode are placed along it, and the metal substrate is placed inside the dielectric tube so that at least part of the surface of the metal substrate is aligned with the extended part of the inner surface of the dielectric tube, while the additional electrode is connected to the metal substrate through a longitudinal section of a dielectric tube.
Предпочтительно, что диэлектрическая трубка выполнена из керамики, в частности из Al2O3.Preferably, the dielectric tube is made of ceramic, in particular Al 2 O 3 .
Предпочтительно, что либо дополнительный, либо поджигающий электрод системы зажигания скользящего разряда соединен с одним из электродов лазера.Preferably, either the additional or ignition electrode of the sliding discharge ignition system is connected to one of the laser electrodes.
Предпочтительно, что каждая точка разрядной зоны между первым и вторым электродами лазера оптически связана/находится в зоне прямой видимости, по меньшей мере, с частью/части поверхности керамической трубки между поджигающим и дополнительным электродами, используемой для зажигания скользящего разряда.It is preferable that each point of the discharge zone between the first and second laser electrodes is optically coupled / located in the line of sight with at least part / part of the surface of the ceramic tube between the ignition and additional electrodes used to ignite a sliding discharge.
Предпочтительно, что разрядная система лазера содержит два идентичных предыонизатора, расположенных по бокам либо первого, либо второго электрода.Preferably, the laser discharge system comprises two identical preionizers located on the sides of either the first or second electrode.
Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.The invention is illustrated by the accompanying drawings.
На фиг. 1 упрощенно изображена разрядная система газового лазера с предыонизацией двумя системами зажигания скользящего разряда, установленными по бокам второго электрода, для варианта соединения металлической подложки с дополнительным электродом через продольный разрез керамической трубки, на фиг. 2 - пример схемы этого варианта устройства для лазера с керамической стенкой корпуса; на фиг. 3 для варианта соединения металлической подложки с дополнительным электродом упрощенно изображена разрядная система газового лазера с предыонизацией двумя системами зажигания скользящего разряда, установленными по бокам первого электрода, на фиг. 4 - пример схемы этого варианта устройства.In FIG. 1 a simplified illustration is shown of a gas laser discharge system with preionization by two sliding discharge ignition systems mounted on the sides of the second electrode for a variant of connecting a metal substrate with an additional electrode through a longitudinal section of a ceramic tube, FIG. 2 is an example diagram of this embodiment of a device for a laser with a ceramic body wall; in FIG. 3 for a variant of connecting a metal substrate with an additional electrode, a gas laser discharge system with preionization by two sliding discharge ignition systems mounted on the sides of the first electrode is depicted in simplified form, in FIG. 4 is an example diagram of this embodiment of the device.
Разрядная система газового лазера содержит расположенный вне корпуса 1 лазера импульсный источник питания 2 и расположенный в корпусе 1 протяженные вдоль оси лазера первый электрод 3, размещенный со стороны стенки корпуса 1 лазера, и второй электрод 4. Вне корпуса лазера размещены подсоединенные к электродам 3, 4 лазера конденсаторы 5, к которым подключен источник питания 2. Также снаружи корпуса 1 расположены вспомогательные конденсаторы 6, через которые импульсный источник 2 связан с расположенным в корпусе 1 УФ предыонизатором. УФ предыонизатор выполнен в виде системы зажигания скользящего разряда между протяженными поджигающим электродом 7 и дополнительным электродом 9, расположенными на поверхности диэлектрического слоя, выполненного в виде прямой тонкостенной керамической, преимущественно Al2O3-трубки 8, покрывающего протяженную металлическую подложку 10, соединенную с дополнительным электродом 9. Металлическая подложка 10 размещена внутри керамической трубки 8 так, что часть поверхности протяженной металлической подложки 10 вдоль всей ее длины совмещена с частью внутренней поверхности керамической трубки 8.The gas laser discharge system contains a pulsed power supply located outside the laser housing 1 and located in the housing 1, the
В керамической трубке вдоль нее выполнен разрез, через который внутрь керамической трубки введена часть протяженного дополнительного электрода 9 системы зажигания скользящего разряда, и часть поверхности металлической подложки 10, не совмещенная с поверхностью керамической трубки 8, совмещена с поверхностью протяженной части дополнительного электрода 9, размещенной внутри керамической трубки 8.A section is made in the ceramic tube along it, through which a part of the extended
На фиг. 1, фиг. 2 дополнительный электрод 9 системы зажигания скользящего разряда соединен со вторым электродом 4 лазера, и в предыонизатор введена дополнительная система зажигания скользящего разряда, идентичная первой, и обе идентичные системы зажигания скользящего разряда расположены по бокам электрода 4 лазера. При этом системы зажигания скользящего разряда установлены так, что каждая точка разрядной зоны между первым и вторым электродами 3, 4 лазера оптически связана, по крайней мере, с частью поверхности хотя бы одной керамической трубки 8 между поджигающим 7 и дополнительным 9 электродами, используемой для зажигания скользящего разряда.In FIG. 1, FIG. 2, an
На фиг. 2 корпус 1 лазера выполнен преимущественно керамическим. В корпусе 1 расположены газопроницаемые токопроводы 11, посредством которых конденсаторы 5 соединены со вторым электродом 4, а также изолированные токоподводы 12, установленные вдоль каждой системы зажигания скользящего разряда, и вспомогательные газопроницаемые токопроводы 13, посредством которых вспомогательные конденсаторы 6 подсоединены к поджигающему электроду 7 системы зажигания скользящего разряда. В корпусе также размещена система формирования газового потока, в которую входит вентилятор 14, направляющие газового потока 15 и трубки теплообменника 16.In FIG. 2 laser housing 1 is made predominantly ceramic. Gas-
На, фиг. 3 и фиг. 4 предыонизатор содержит две идентичные системы зажигания скользящего разряда, установленные по бокам первого электрода 3, расположенного со стороны стенки корпуса, при этом поджигающий электрод 7 каждой системы зажигания скользящего разряда соединен с электродом лазера 3.In FIG. 3 and FIG. 4, the preionizer contains two identical sliding discharge ignition systems mounted on the sides of the
На фиг. 4 корпус 1 лазера выполнен преимущественно керамическим, и в керамической стенке корпуса вдоль него установлены герметичные токовводы 17, посредством которых вспомогательные конденсаторы 6 подсоединены к дополнительному электроду 9 каждой из двух систем зажигания скользящего разряда, расположенных по бокам первого электрода 3. В качестве изолятора токовводов 17 служит сама керамическая стенка корпуса 1.In FIG. 4, the laser housing 1 is predominantly ceramic, and sealed current leads 17 are installed along the ceramic wall of the housing along which
Разрядная система высокоэффективного газового лазера работает следующим образом.The discharge system of a high-performance gas laser operates as follows.
При включении расположенного вне корпуса 1 источника питания 2 между первым 3 и вторым 4 электродами лазера, а также на подключенных к ним конденсаторах 5 начинает нарастать напряжение. Потенциал первого электрода 3 через вспомогательные конденсаторы 6 передается на поджигающий электрод 7 каждой системы зажигания скользящего разряда по поверхности керамической трубки 8 предыонизатора (фиг. 1). Между поджигающим электродом 7 и соединенными со вторым электродом 4 лазера дополнительным электродом 9 и металлической подложкой 10 также начинает нарастать напряжение. По части поверхности каждой керамической трубки 8, покрывающей металлическую подложку 10 и обращенной преимущественно к зоне основного разряда, развивается волна ионизации. В процессе развития волны ионизации происходит зарядка электрической емкости диэлектрического слоя в виде части керамической трубки между поджигающим и дополнительным электродами 7, 9 до напряжения, приблизительно равного разности потенциалов поджигающего электрода 7 и металлической подложки 10. Зарядка емкости диэлектрического слоя осуществляется по электрическому контуру с малой индуктивностью соединения металлической подложки 10 с дополнительным электродом 9, выполненным через продольный разрез керамической трубки. Это улучшает однородность скользящего разряда, а также обеспечивает более удобное крепление электродной системы предыонизатора.When you turn on the
После пробега волны ионизации от поджигающего электрода 7 к дополнительному электроду 9 между ними зажигается поверхностный скользящий разряд, ток которого ограничен током зарядки вспомогательных конденсаторов 6, емкость которых выбирается много меньше емкости конденсаторов 5, подключенных к электродам 3, 4 лазера. Скользящий разряд по поверхности каждой керамической трубки 8 осуществляет предыонизацию каждой точки разрядной зоны между электродами 3, 4 лазера, поскольку каждая точка разрядной зоны оптически связана, по крайней мере, с частью поверхности керамической трубки 8 между поджигающим 7 и дополнительным 9 электродами, используемой для зажигания скользящего разряда. Предыонизация осуществляется со стороны второго электрода 4, более удаленного от стенки корпуса 1. После того как напряжение между первым и вторым электродами 3, 4 достигает значения пробивного напряжения, происходит основной объемный разряд между ними. Энергия, запасенная в конденсаторах 5, 6, вкладывается в объемный разряд, что позволяет получить энергию генерации лазера.After the ionization wave travels from the
На фиг. 2 контур протекания тока каждой системы зажигания скользящего разряда включает в себя наряду с импульсно заряжаемыми вспомогательными конденсаторами 6 протяженные вспомогательные газопроницаемые токопроводы 11, изолированные токоподводы 12, установленные вдоль системы зажигания скользящего разряда и соединенные в варианте устройства (фиг. 2) с поджигающим электродом 7, второй электрод 4 и газопроницаемые токопроводы 13. Ток основного объемного разряда протекает по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы 5, токовводы корпуса лазера, газопроницаемые токопроводы 13 и электроды 3, 4. Кроме этого, в основной разряд вкладывается энергия, запасенная за время импульсной зарядки во вспомогательных конденсаторах 6, при этом частично выделяясь в скользящем разряде. После генерации импульса лазерного излучения с помощью системы формирования газового потока, в который входит вентилятор 14, направляющие газового потока 15 и трубки теплообменника 16, газ между электродами 3, 4 обновляется, и цикл работы лазера повторяется.In FIG. 2, the current flow path of each sliding discharge ignition system includes, along with pulse-charged
В вариантах устройства на фиг. 3, фиг. 4 предыонизация осуществляется со стороны стенки корпуса 1 предыонизатором, выполненным в виде двух идентичных систем зажигания скользящего разряда, установленных по обе стороны первого электрода 3. Работа в данных вариантах устройства осуществляется следующим образом. При включении источника питания 2 между первым 3 и вторым 4 электродами лазера и на подключенных к ним конденсаторах 5 начинает нарастать напряжение. Потенциал второго электрода 4 через вспомогательные конденсаторы 6 передается на дополнительный электрод 9 каждой из систем зажигания скользящего разряда, установленных по бокам первого электрода. Между дополнительным электродом 9 и соединенным с первым электродом 3 лазера поджигающим электродом 7 также начинает нарастать напряжение, и между ними зажигается поверхностный скользящий разряд.In embodiments of the device of FIG. 3, FIG. 4 preionization is carried out on the side of the wall of the housing 1 by a preionizer, made in the form of two identical sliding discharge ignition systems installed on both sides of the
В вариантах устройства, иллюстрируемых фиг. 4, контур протекания тока каждой системы зажигания скользящего разряда включает в себя герметичные токовводы 17, установленные в стенке корпуса вдоль него и соединенные с дополнительным электродом 9. В вариантах установки двух идентичных систем зажигания скользящего разряда по обе стороны первого электрода (фиг. 3, фиг. 4), в отличие от прототипа и варианта устройства с предыонизацией со стороны второго электрода (фиг. 1, фиг. 2), устраняется необходимость использования вспомогательных газопроницаемых токопроводов 11, что упрощает конструкцию разрядной системы лазера.In the embodiments of the device illustrated in FIG. 4, the current flow path of each sliding discharge ignition system includes sealed current leads 17 installed in the housing wall along it and connected to an
Кроме этого, в случае керамической стенки корпуса (фиг. 4), служащей изолятором между высоковольтным первым электродом 3 и заземленными газопроницаемыми токопроводами 13, предыонизатор, в отличие от случая его размещения у второго электрода, как в прототипе, не освещает керамическую стенку корпуса. Это повышает электрическую прочность изоляции разрядного контура лазера, позволяя минимизировать его индуктивность и повысить энергию генерации.In addition, in the case of a ceramic wall of the housing (Fig. 4), which serves as an insulator between the high-voltage
Соединение с электродом лазера дополнительного электрода (фиг. 1, фиг. 2) или поджигающего электрода (фиг. 2, фиг. 3) позволяет для конкретных вариантов разрядной системы обеспечивать лучшую однородность скользящего разряда, а также расширяет возможность выбора наиболее удобного варианта установки электродной системы предыонизатора.The connection with the laser electrode of the additional electrode (Fig. 1, Fig. 2) or the ignition electrode (Fig. 2, Fig. 3) allows for specific versions of the discharge system to provide better uniformity of the sliding discharge, and also expands the possibility of choosing the most convenient option for installing the electrode system preionizer.
Выполнение системы зажигания скользящего разряда в предложенном виде обеспечивает компактность предыонизатора и позволяет реализовать различные варианты разрядной системы высокоэффективного лазера. По сравнению с прототипом, в котором для зажигания скользящего разряда используется плоская диэлектрическая пластина, использование керамической трубки уменьшает поперечный размер диэлектрика в π раз (как при свертывании листа в трубку). Это позволяет реализовать предлагаемое размещение двух идентичных систем зажигания скользящего разряда по обе стороны электрода и обеспечить за счет их компактности характеристики газового потока, требуемые для высокостабильной работы лазера с высокой частотой повторения импульсов. При этом установка двух идентичных систем зажигания скользящего разряда по обеим сторонам электрода лазера повышает однородность предыонизации, обеспечивая, в отличие от прототипа, ее симметричность относительно плоскости, включающей в себя продольные оси электродов 3, 4. Установка каждой системы зажигания скользящего разряда таким образом, что каждая точка разрядной зоны лазера оптически связана, по крайней мере, с частью поверхности керамической трубки, используемой для зажигания скользящего разряда, обеспечивает отсутствие в зоне разряда областей, обедненных начальными электронами. Это позволяет, в отличие от прототипа, эффективно увеличивать объем разряда и энергию генерации лазера. При этом компактность предыонизатора и разрядной системы в целом позволяет минимизировать индуктивность разрядного контура для получения высокой энергии генерации с максимально высокой эффективностью, что снижает эксплуатационные расходы лазера.The implementation of the sliding discharge ignition system in the proposed form ensures the compactness of the preionizer and allows the implementation of various versions of the discharge system of a highly efficient laser. Compared with the prototype, in which a flat dielectric plate is used to ignite a sliding discharge, the use of a ceramic tube reduces the transverse dielectric size by π times (as when folding the sheet into a tube). This allows us to implement the proposed placement of two identical sliding discharge ignition systems on both sides of the electrode and to ensure due to their compactness the gas flow characteristics required for highly stable laser operation with a high pulse repetition rate. Moreover, the installation of two identical sliding discharge ignition systems on both sides of the laser electrode increases the uniformity of preionization, providing, unlike the prototype, its symmetry with respect to a plane including the longitudinal axis of the
Выполнение диэлектрического слоя в виде керамической трубки, наряду с компактностью предыонизатора, обеспечивает относительную простоту технологии его изготовления. При этом выполнение керамической трубки тонкостенной необходимо для обеспечения высокой однородности скользящего разряда. Использование Al2O3 в качестве материала диэлектрической трубки обеспечивает высокое время жизни как предыонизатора, так и газовой смеси лазера, в частности эксимерного, содержащей высокоагрессивные компоненты, такие как F2, HCl. Таким образом, в отличие от аналогов с искровой предыонизацией, возможность достижения высоких энергии и средней мощности лазерного излучения реализуется при обеспечении высокого времени жизни газовой смеси, что снижает эксплуатационные расходы лазера.The implementation of the dielectric layer in the form of a ceramic tube, along with the compactness of the preionizer, provides the relative simplicity of its manufacturing technology. In this case, the implementation of a thin-walled ceramic tube is necessary to ensure high uniformity of the sliding discharge. The use of Al 2 O 3 as the material of the dielectric tube provides a high lifetime of both the preionizer and the gas mixture of the laser, in particular the excimer, containing highly aggressive components, such as F 2 , HCl. Thus, unlike analogues with spark preionization, the possibility of achieving high energy and average laser radiation power is realized while ensuring a high lifetime of the gas mixture, which reduces the operating costs of the laser.
Использование для предыонизации системы зажигания скользящего разряда, реализуемого в виде однородного протяженного плазменного листа на поверхности диэлектрического слоя, позволяет осуществлять однородную по активному объему лазера предыонизацию при ее оптимально высоком уровне, реализуемом за счет возможности регулировки энерговклада в завершенный скользящий разряд, что обеспечивает высокую эффективность мощного газоразрядного лазера.The use of a sliding discharge for preionization of the ignition system, which is implemented as a uniform extended plasma sheet on the surface of the dielectric layer, allows preionization to be uniform in the active volume of the laser at its optimum high level, which is realized due to the possibility of adjusting the energy input into the completed sliding discharge, which ensures high efficiency of the powerful gas discharge laser.
В отличие от прототипа компактность предыонизатора, выполненного в предложенном виде, позволяет установить его по обе стороны первого электрода, расположенного со стороны стенки корпуса лазера, без увеличения индуктивности разрядного контура. В данном варианте реализации устройства, по сравнению с прототипом, упрощается конструкция лазера и облегчается формирование высокоскоростного однородного потока газа между электродами, что позволяет повысить частоту повторения разрядных импульсов и среднюю мощность лазера.In contrast to the prototype, the compactness of the preionizer, made in the proposed form, allows you to install it on both sides of the first electrode located on the side of the laser housing wall, without increasing the inductance of the discharge circuit. In this embodiment of the device, in comparison with the prototype, the laser design is simplified and the formation of a high-speed uniform gas flow between the electrodes is facilitated, which allows to increase the frequency of repetition of discharge pulses and the average laser power.
Таким образом, выполнение разрядной системы высокоэффективного газового лазера в предложенном виде повышает энергию генерации и среднюю мощность излучения газового лазера, упрощает его конструкцию и снижает затраты на получение энергии генерации.Thus, the implementation of the discharge system of a high-performance gas laser in the proposed form increases the generation energy and the average radiation power of the gas laser, simplifies its design and reduces the cost of generating the generation energy.
Использованные источники информацииInformation Sources Used
1. Patent US 6,757,315 B1. Int. C17 H01S 3/22. 19.10.2000.1. Patent US 6,757,315 B1. Int. C1 7 H01S 3/22. 10/19/2000.
2. V M Borisov, D Basting, U Stamm, et al, ″Compact 600-W KrF laser″, Quantum Electron, 1998,28 (2), pp. 119-122.2. VM M Borisov, D Basting, U Stamm, et al, ″ Compact 600-W KrF laser ″, Quantum Electron, 1998, 28 (2), pp. 119-122.
3. V. Borisov, I. Bragin. High-Energy Lasers. In Excimer Laser Technology. Ed. by D. Basting, G. Marowsky. Springer-Verglas Berlin Heidelberg (2005).3. V. Borisov, I. Bragin. High-Energy Lasers. In Excimer Laser Technology. Ed. by D. Basting, G. Marowsky. Springer-Verglas Berlin Heidelberg (2005).
4. Patent WO 2004/013940, Int. C17 H01S 3/00. 28.07.2003.4. Patent WO 2004/013940, Int. C1 7 H01S 3/00. 07.28.2003.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136116/28A RU2548240C1 (en) | 2013-11-18 | 2013-11-18 | Discharge system of high-efficiency gas laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013136116/28A RU2548240C1 (en) | 2013-11-18 | 2013-11-18 | Discharge system of high-efficiency gas laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2548240C1 true RU2548240C1 (en) | 2015-04-20 |
| RU2013136116A RU2013136116A (en) | 2015-05-27 |
Family
ID=53284704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013136116/28A RU2548240C1 (en) | 2013-11-18 | 2013-11-18 | Discharge system of high-efficiency gas laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2548240C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001177173A (en) * | 1999-12-16 | 2001-06-29 | Meidensha Corp | Gas laser oscillator |
| EP1525646A2 (en) * | 2002-07-31 | 2005-04-27 | Lambda Physik AG | Gas discharge laser |
| RU2446530C1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-03-27 | Владимир Михайлович Борисов | Pulse-periodic gas-discharge laser |
-
2013
- 2013-11-18 RU RU2013136116/28A patent/RU2548240C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001177173A (en) * | 1999-12-16 | 2001-06-29 | Meidensha Corp | Gas laser oscillator |
| EP1525646A2 (en) * | 2002-07-31 | 2005-04-27 | Lambda Physik AG | Gas discharge laser |
| RU2446530C1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-03-27 | Владимир Михайлович Борисов | Pulse-periodic gas-discharge laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013136116A (en) | 2015-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3353253B2 (en) | Gas pulse laser play-on device | |
| US5875207A (en) | Discharge arrangement for pulsed gas lasers | |
| Bulaev et al. | High-power repetitively pulsed electric-discharge HF laser | |
| US8173075B2 (en) | Device for generation of pulsed corona discharge | |
| JPS58155643A (en) | Glow-like discharge generator | |
| Tarasenko | Excilamps as efficient UVVUV light sources | |
| RU2548240C1 (en) | Discharge system of high-efficiency gas laser | |
| RU2559029C2 (en) | Gas laser discharge system | |
| Razhev et al. | Effect of the pump intensity on the efficiency of a KrF excimer electric-discharge laser on a He—Kr—F2 mixture | |
| RU2559172C2 (en) | Laser discharge system with partially translucent electrode | |
| RU2507654C1 (en) | Gas discharge laser, laser system and method of radiation generation | |
| RU2517796C1 (en) | Apparatus for generating volumetric self-sustained discharge | |
| RU2519869C2 (en) | Excimer laser system and method of generating radiation | |
| RU2557325C2 (en) | Discharge system for excimer laser (versions) | |
| RU2557327C2 (en) | Gas-discharge excimer laser (versions) | |
| Kazantsev et al. | Electrode system for electric-discharge generation of atomic iodine in a repetitively pulsed oxygen—iodine laser with a large active volume | |
| RU2664780C1 (en) | Nitrogen laser, excited by longitudinal electric discharge | |
| Panchenko et al. | Pulsed gas lasers pumped by generators with inductive energy storage | |
| RU2357339C1 (en) | Excimer laser | |
| RU2219626C2 (en) | Electric-discharge kinetic-reaction hf (df) laser | |
| RU2321119C2 (en) | Excimer laser and method for stimulating its lasing | |
| Aleksandrov et al. | A repetitively pulsed HF laser with a large discharge gap operating on the F2—H2 mixture | |
| RU2531069C2 (en) | Gas-discharge laser system and method of generating radiation | |
| RU2503104C1 (en) | Gas-discharge laser | |
| RU2598142C2 (en) | Powerful pulse-periodic excimer laser for technological applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20161227 |