RU2557327C2

RU2557327C2 - Gas-discharge excimer laser (versions)

Info

Publication number: RU2557327C2
Application number: RU2013136119/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Борисович Христофоров
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-07-20
Also published as: RU2013136119A; WO2015016740A1

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: invention relates to laser engineering. The laser includes a gas-filled housing which is fitted with a ceramic discharge chamber with an extended high-voltage flange, a high-voltage electrode and a grounded electrode, both placed extended and placed in the discharge chamber, and at least one preionisation unit. Each preionisation unit comprises a system for generating creeping discharge, which includes an extended dielectric plate having an arched shape in the cross-section. In another version of the invention, the high-voltage electrode is placed on the inner side of the high-voltage flange and is partially transparent. The preionisation unit is placed on the back side of the partially transparent high-voltage electrode. The extended walls of the ceramic discharge chamber are preferably inclined towards the high-voltage electrode, and capacitors are inclined towards the high-voltage electrode.

EFFECT: high generation energy and power of the laser.

24 cl, 6 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.FIELD OF TECHNOLOGY.

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к импульсно-периодическим эксимерным лазерам с УФ предыонизацией и может быть использовано при проектировании и изготовлении эксимерных лазеров и лазерных систем с высокой средней мощностью излучения.The invention relates to quantum electronics, in particular to pulse-periodic excimer lasers with UV preionization and can be used in the design and manufacture of excimer lasers and laser systems with high average radiation power.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

В мощных эксимерных лазерах возбуждение активной среды осуществляется импульсно-периодическим объемным разрядом высокого (2,5-5 атм) давления в смесях инертных газов (Ne, He, Xe, Kr, Ar) с галогеносодержащими молекулами F₂, HCl при высокой ~1 МВт/см³ плотности мощности накачки. Такой разряд принципиально неустойчив, и время сохранения объемным разрядом однородной формы обычно не превышает нескольких десятков наносекунд. При этом обеспечение оптимального уровня предыонизации активной среды, подверженной ряду изменений в процессе долговременной непрерывной работы, относится к основным факторам, определяющим достижение высоких выходных характеристик эксимерных лазеров. Кроме этого, конфигурация блока УФ предыонизации в многом определяет геометрию разрядной системы лазера и, соответственно, условия накачки активной среды.In high-power excimer lasers, the active medium is excited by a periodically pulsed volume discharge of high (2.5-5 atm) pressure in mixtures of inert gases (Ne, He, Xe, Kr, Ar) with halogen-containing molecules F ₂ , HCl at high ~ 1 MW / cm ³ pump power density. Such a discharge is fundamentally unstable, and the storage time by a volume discharge of a uniform shape usually does not exceed several tens of nanoseconds. Moreover, ensuring the optimal level of preionization of the active medium, which is subject to a number of changes during long-term continuous operation, is one of the main factors determining the achievement of high output characteristics of excimer lasers. In addition, the configuration of the UV preionization unit largely determines the geometry of the laser discharge system and, accordingly, the pumping conditions of the active medium.

В соответствии с потребностями современных высокопроизводительных технологий с использованием эксимерных лазеров их мощность постоянно возрастает. Однако повышение энергии и средней мощности излучения газоразрядных эксимерных лазеров имеет фундаментальные физические ограничения, которые при превышении оптимальных значений энергии генерации и частоты повторения импульсов обусловливают уменьшение эффективности лазера, снижение надежности и стабильности его работы и, в конечном счете, увеличение затрат на эксплуатацию лазера.In accordance with the needs of modern high-performance technologies using excimer lasers, their power is constantly increasing. However, an increase in the energy and average radiation power of gas-discharge excimer lasers has fundamental physical limitations, which, when the optimum 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 стабильность работы, снизить затраты на получение энергии генерации.All this determines the relevance of finding solutions to optimize the design and method of operation of excimer lasers, increase their power and stability, reduce the cost of generating lasing energy.

Из [1] известна одна из наиболее мощных газоразрядных эксимерных лазерных систем для индустриальных применений - двулучевой лазер VYPER, включающий размещенные на общем шасси два идентичных компактный газоразрядных эксимерных лазера, аналогичных описанным в [2]. Каждый из лазеров, как известно из [2], включает в себя газонаполненный корпус, на котором установлена керамическая разрядная камера с протяженным высоковольтным фланцем, расположенные в разрядной камере протяженные высоковольтный электрод, заземленный электрод, зона объемного разряда между высоковольтным и заземленным электродами, продольные оси которых параллельны друг другу, по меньшей мере, один блок предыонизации, набор конденсаторов, расположенных по бокам разрядной камеры и соединенных с высоковольтным и заземленным электродами, источник питания, подключенный к конденсаторам, и резонатор. Предыонизация осуществляется слаботочным коронным разрядом.From [1], one of the most powerful gas-discharge excimer laser systems for industrial applications is known - the VYPER double-beam laser, which includes two identical compact gas-discharge excimer lasers located on a common chassis, similar to those described in [2]. Each of the lasers, as is known from [2], includes a gas-filled housing on which a ceramic discharge chamber with an extended high-voltage flange is mounted, extended high-voltage electrode located in the discharge chamber, a grounded electrode, a volume discharge zone between the high-voltage and grounded electrodes, longitudinal axes which are parallel to each other, at least one preionization unit, a set of capacitors located on the sides of the discharge chamber and connected to high-voltage and grounded electrodes and, a power source connected to the capacitors, and a resonator. Preionization is carried out by a low-current corona discharge.

Данное устройство обеспечивает 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.This device provides laser radiation parameters that are optimal for a number of technological applications at 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 затруднено из-за использования предыонизации слаботочным коронным разрядом и ограниченных возможностей повышения апертуры разрядной зоны без значительного увеличения индуктивности разрядного контура, ведущего к снижению КПД лазера.However, a further increase in the generation energy is difficult due to the use of preionization with a low-current corona discharge and the limited possibilities of increasing the aperture of the discharge zone without a significant increase in the inductance of the discharge circuit, which leads to a decrease in the laser efficiency.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей изобретения является увеличение энергии генерации и мощности эксимерного лазера, в том числе интегрируемого в наиболее мощные эксимерные лазерные системы, при сохранении высокого КПД.The objective of the invention is to increase the generation energy and power of an excimer laser, including integrated into the most powerful excimer laser systems, while maintaining high efficiency.

Техническим результатом изобретения является улучшение разрядной системы эксимерного лазера, повышение энергии генерации и средней мощности излучения при высоком КПД лазера и снижении эксплуатационных затрат.The technical result of the invention is to improve the discharge system of an excimer laser, increase the generation energy and the average radiation power with high laser efficiency and reduce operating costs.

Для решения указанных задач предлагается газоразрядный эксимерный лазер, включающий в себя газонаполненный корпус, на котором установлена керамическая разрядная камера с протяженным высоковольтным фланцем, расположенные в разрядной камере протяженные высоковольтный электрод, заземленный электрод, зона объемного разряда между высоковольтным и заземленным электродами, по меньшей мере, один блок предыонизации, набор конденсаторов, расположенных по бокам разрядной камеры и соединенных с высоковольтным и заземленным электродами, источник питания, подключенный к конденсаторам, и резонатор, при этомTo solve these problems, a gas-discharge excimer laser is proposed, which includes a gas-filled casing, on which a ceramic discharge chamber with an extended high-voltage flange is installed, extended high-voltage electrode located in the discharge chamber, a grounded electrode, a volume discharge zone between the high-voltage and grounded electrodes, at least one preionization unit, a set of capacitors located on the sides of the discharge chamber and connected to high-voltage and grounded electrodes, source a power nickname connected to the capacitors and a resonator, while

каждый блок предыонизации содержит систему формирования скользящего разряда (СР), включающую в себя протяженную диэлектрическую пластину, имеющую в поперечном сечении изогнутую форму, поджигающий электрод, установленный на лицевой поверхности диэлектрической пластины вдоль нее, и протяженный инициирующий электрод, примыкающий к обратной стороне диэлектрической пластины, причем, по меньшей мере, примыкающая к инициирующему электроду протяженная часть обратной поверхности диэлектрической пластины является цилиндрической.each preionization unit contains a sliding discharge (СР) generating system, which includes an extended dielectric plate having a curved cross-section, an ignition electrode mounted on the front surface of the dielectric plate along it, and a long initiating electrode adjacent to the reverse side of the dielectric plate, moreover, at least adjacent to the initiating electrode, the extended part of the back surface of the dielectric plate is cylindrical.

В вариантах изобретения два идентичных блока предионизации расположены по бокам высоковольтного электрода.In embodiments of the invention, two identical preionization units are located on the sides of the high voltage electrode.

В вариантах изобретения конденсаторы подсоединены к высоковольтному электроду через установленные в высоковольтном фланце вдоль него герметичные токовводы, каждый из которых снабжен керамическим изолятором, при этом источник питания электрически связан с каждым блоком предыонизации через высоковольтный фланец.In embodiments of the invention, the capacitors are connected to the high-voltage electrode through sealed current leads installed in the high-voltage flange along it, each of which is equipped with a ceramic insulator, while the power supply is electrically connected to each preionization unit through the high-voltage flange.

В вариантах изобретения изогнутая диэлектрическая пластина выполнена в виде протяженной части цилиндрической тонкостенной диэлектрической трубки, заключенной между двумя продольными сечениями трубки, параллельными ее продольной оси.In embodiments of the invention, the curved dielectric plate is made in the form of an extended part of a cylindrical thin-walled dielectric tube enclosed between two longitudinal sections of the tube parallel to its longitudinal axis.

В вариантах изобретения система формирования СР содержит, по меньшей мере, один протяженный дополнительный электрод.In embodiments of the invention, the CP forming system comprises at least one extended additional electrode.

В вариантах изобретения дополнительный электрод соединен с инициирующим электродом.In embodiments of the invention, an additional electrode is connected to the initiating electrode.

В вариантах изобретения лицевая поверхность изогнутой диэлектрической пластины либо выпуклая, либо вогнутая.In embodiments of the invention, the face of the curved dielectric plate is either convex or concave.

В вариантах изобретения в качестве материала изогнутой диэлектрической пластины используется либо сапфир, либо керамика, в частности Al₂O₃.In embodiments of the invention, either sapphire or ceramic, in particular Al ₂ O _{3, is} used as the material of the curved dielectric plate.

В вариантах изобретения каждая точка зоны разряда между высоковольтным и заземленным электродами находится в зоне прямой видимости, по меньшей мере, части поверхностности изогнутой диэлектрической пластины, используемой для формирования СР.In embodiments of the invention, each point of the discharge zone between the high voltage and grounded electrodes is in the line of sight of at least a portion of the surface of the curved dielectric plate used to form the CP.

В вариантах изобретения изогнутая диэлектрическая пластина выполнена в виде цилиндрической тонкостенной диэлектрической трубки с продольным разрезом, инициирующий электрод размещен внутри диэлектрической трубки, и дополнительный электрод соединен с инициирующим электродом через продольный разрез диэлектрической трубки.In embodiments of the invention, the curved dielectric plate is made in the form of a cylindrical thin-walled dielectric tube with a longitudinal section, the initiating electrode is placed inside the dielectric tube, and an additional electrode is connected to the initiating electrode through a longitudinal section of the dielectric tube.

В вариантах изобретения система формирования СР содержит в качестве изогнутой диэлектрической пластины цельную диэлектрическую трубку, внутри которой размещен инициирующий электрод, при этом на наружной поверхности цельной диэлектрической трубки размещен дополнительный электрод.In embodiments of the invention, the CP forming system comprises, as a curved dielectric plate, a solid dielectric tube, within which an initiating electrode is placed, and an additional electrode is placed on the outer surface of the whole dielectric tube.

В вариантах изобретения система формирования СР содержит в качестве изогнутой диэлектрической пластины цельную диэлектрическую трубку, внутри которой размещен инициирующий электрод, при этом на наружной поверхности цельной диэлектрической трубки размещен дополнительный электрод, подсоединенный к инициирующему электроду через торец диэлектрической трубки.In embodiments of the invention, the CP forming system comprises, as a curved dielectric plate, a solid dielectric tube inside which an initiating electrode is placed, and an additional electrode is placed on the outer surface of the whole dielectric tube connected to the initiating electrode through the end of the dielectric tube.

В вариантах изобретения поджигающий электрод либо соединен, либо совмещен с высоковольтным электродом.In embodiments of the invention, the ignition electrode is either connected or aligned with the high voltage electrode.

В вариантах изобретения дополнительный либо соединен, либо совмещен с высоковольтным электродом.In embodiments of the invention, the additional one is either connected or combined with a high voltage electrode.

В вариантах изобретения высоковольтный электрод установлен на высоковольтном фланце и электрически соединен с ним, при этом источник питания электрически связан с каждым блоком предыонизации через установленные в высоковольтном фланце вдоль него герметичными дополнительные токовводы, каждый из которых снабжен керамическим изолятором.In embodiments of the invention, the high-voltage electrode is mounted on the high-voltage flange and is electrically connected to it, while the power supply is electrically connected to each preionization unit through additional current leads installed in the high-voltage flange along it, each of which is equipped with a ceramic insulator.

В вариантах изобретения протяженные стенки керамической разрядной камеры выполнены наклонными к высоковольтному электроду, и конденсаторы установлены наклонно к высоковольтному электроду.In embodiments of the invention, the extended walls of the ceramic discharge chamber are inclined to the high voltage electrode, and the capacitors are mounted obliquely to the high voltage electrode.

В другом аспекте изобретение относится к газоразрядному эксимерному лазеру, включающему в себя газонаполненный корпус, на котором установлена керамическая разрядная камера с протяженным высоковольтным фланцем, расположенные в разрядной камере протяженные высоковольтный электрод и заземленный электрод, зона объемного разряда между высоковольтным и заземленным электродами, продольные оси которых параллельны друг другу, источник питания, подключенный к конденсаторам, установленных по бокам разрядной камеры и подсоединенных к высоковольтному и заземленному электродам, при этом высоковольтный электрод размещен на внутренней стороне высоковольтного фланца и выполнен частично прозрачным, на наружной стороне высоковольтного фланца установлена дополнительная разрядная камера, выполненная, по меньшей мере, частично из керамики, и блок предыонизации, установленный с обратной стороны частично прозрачного высоковольтного электрода, по меньшей мере, частично размещен в дополнительной разрядной камере.In another aspect, the invention relates to a gas-discharge excimer laser, including a gas-filled housing, on which a ceramic discharge chamber with an extended high-voltage flange is mounted, an extended high-voltage electrode and a grounded electrode located in the discharge chamber, a volume discharge zone between the high-voltage and grounded electrodes, the longitudinal axes of which parallel to each other, a power source connected to capacitors mounted on the sides of the discharge chamber and connected to a high voltage and grounded electrodes, while the high-voltage electrode is placed on the inside of the high-voltage flange and is partially transparent, an additional discharge chamber is installed on the outside of the high-voltage flange, made at least partially of ceramic, and a preionization unit mounted on the back of the partially transparent the high voltage electrode is at least partially placed in an additional discharge chamber.

В вариантах изобретения блок предыонизации содержит систему формирования скользящего разряда (СР) между протяженными поджигающим и дополнительным электродами, расположенными на поверхности диэлектрической пластины, к обратной стороне которой примыкает инициирующий электрод, соединенный с дополнительным электродом, причем система формирования СР выполнена симметричной относительно плоскости, включающей в себя продольные оси высоковольтного и заземленного электродов.In embodiments of the invention, the preionization unit comprises a sliding discharge (SR) formation system between the extended ignition and additional electrodes located on the surface of the dielectric plate, to the reverse side of which an initiating electrode connected to the additional electrode is adjacent, and the CP formation system is made symmetrical with respect to the plane including the longitudinal axis of the high voltage and grounded electrodes.

В вариантах изобретения протяженная диэлектрическая пластина системы формирования СР имеет в поперечном сечении изогнутую форму.In embodiments of the invention, the extended dielectric plate of the CP forming system has a curved shape in cross section.

В вариантах изобретения высоковольтный электрод имеет с обратной стороны протяженную нишу, в которой, по меньшей мере, частично размещена керамическая часть дополнительной разрядной камеры.In embodiments of the invention, the high-voltage electrode has an extended niche on the reverse side, in which at least partially the ceramic part of the additional discharge chamber is located.

В вариантах изобретения либо поджигающий, либо дополнительный электрод соединен с высоковольтным частично прозрачным электродом.In embodiments of the invention, either an ignition or an additional electrode is connected to a high voltage partially transparent electrode.

В вариантах изобретения система формирования СР содержит в качестве изогнутой диэлектрической пластины цельную диэлектрическую трубку, внутри которой размещен инициирующий электрод, при этом на наружной поверхности цельной диэлектрической трубки диаметрально противоположно размещены поджигающий и дополнительный электроды.In embodiments of the invention, the CP forming system comprises, as a curved dielectric plate, a solid dielectric tube inside which an initiating electrode is placed, and on the outer surface of the whole dielectric tube, the ignition and additional electrodes are diametrically opposed.

Предпочтительно, что поджигающий электрод, либо дополнительный электрод подсоединен к инициирующему электроду через торец цельной диэлектрической трубки.It is preferable that the ignition electrode or an additional electrode is connected to the initiating electrode through the end face of a solid dielectric tube.

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 экимерных газоразрядных лазеров можно найти в [2-4].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 the components of the excimer gas-discharge lasers can be found in [2-4].

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 - схема лазера с двумя блоками предыонизации.Figure 1 - laser circuit with two blocks preionization.

Фиг.2 - схема лазера с двумя блоками предыонизации УФ излучением СР на вогнутой поверхности диэлектрика.Figure 2 - diagram of a laser with two blocks preionization UV radiation SR on the concave surface of the dielectric.

Фиг.3 - схема лазера с двумя блоками предыонизации УФ излучением СР на поверхности диэлектрической трубки с продольным разрезом.Figure 3 - diagram of a laser with two blocks preionization UV radiation SR on the surface of the dielectric tube with a longitudinal section.

Фиг.4 - схема лазера с двумя блоками предыонизации УФ излучением СР на поверхности цельной диэлектрической трубки.Figure 4 is a diagram of a laser with two blocks preionization UV radiation SR on the surface of a solid dielectric tube.

Фиг.5 - схема лазера с предыонизации через частично прозрачный электрод.5 is a diagram of a laser with preionization through a partially transparent electrode.

Фиг.6 - схема лазера с предыонизацией через частично прозрачный электрод УФ излучением СР на поверхности цельной диэлектрической трубки.6 is a diagram of a laser with preionization through a partially transparent electrode by UV radiation of SR on the surface of a solid dielectric tube.

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.

В соответствии с изобретением газоразрядный эксимерный лазер, включает в себя газонаполненный корпус 1, на котором установлена протяженная керамическая разрядная камера 2 с протяженным высоковольтным фланцем 3. В разрядной камере 2 расположены протяженные высоковольтный электрод 4, заземленный электрод 5, зона разряда 6 между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5 продольные оси которых параллельны друг другу, по меньшей мере, один блок предыонизации 7, набор конденсаторов 8, расположенных по бокам разрядной камеры 2 и соединенных с высоковольтным и заземленным электродами 4, 5, источник питания 9, подключенный к конденсаторам 8 и предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5 для возбуждения газовой смеси лазера и генерации луча лазера с помощью резонатора (не показан). Для повышения энергии генерации и мощности лазера в вариантах изобретения устройство содержит два идентичных блока предионизации 7, расположенные по бокам выполненного сплошным либо высоковольтного электрода 4 (Фиг.1). Каждый блок предыонизации 7 содержит систему формирования скользящего разряда (СР), включающую в себя протяженную диэлектрическую пластину 11, имеющую в поперечном сечении изогнутую форму, поджигающий электрод 12, установленный на лицевой поверхности 13 диэлектрической пластины 11 вдоль нее, и протяженный инициирующий электрод 14, примыкающий к обратной стороне 15 изогнутой диэлектрической пластины 11, причем, по меньшей мере, примыкающая к инициирующему электроду 14 протяженная часть обратной поверхности 15 диэлектрической пластины 11 является цилиндрической. Зона СР расположена между поджигающим и инициирующим электродами 12, 14 на поверхности или поверхностях изогнутой диэлектрической пластины 1. По меньшей мере, большая часть зоны СР расположена на той части лицевой поверхности 13 изогнутой диэлектрической пластины 11, к обратной стороне которой примыкает инициирующий электрод 14.In accordance with the invention, a gas-discharge excimer laser includes a gas-filled housing 1 on which an extended ceramic discharge chamber 2 with an extended high-voltage flange 3 is installed. In the discharge chamber 2 are an extended high-voltage electrode 4, a grounded electrode 5, a discharge zone 6 between the high-voltage and grounded with electrodes 4, 5, the longitudinal axes of which are parallel to each other, at least one preionization unit 7, a set of capacitors 8 located on the sides of the discharge chamber 2 and connected to with voltage-grounded and grounded electrodes 4, 5, a power source 9 connected to capacitors 8 and intended for their pulse charging to a breakdown voltage that provides a gas discharge between high-voltage and grounded electrodes 4, 5 to excite the laser gas mixture and generate a laser beam using a resonator ( not shown). To increase the generation energy and laser power in embodiments of the invention, the device comprises two identical preionization units 7 located on the sides of a solid or high-voltage electrode 4 (Figure 1). Each preionization unit 7 comprises a sliding discharge (СР) generating system, which includes an extended dielectric plate 11 having a curved cross section, an ignition electrode 12 mounted on the front surface 13 of the dielectric plate 11 along it, and a long initiating electrode 14 adjacent to the reverse side 15 of the curved dielectric plate 11, wherein at least the extended portion of the reverse surface 15 of the dielectric plate 11 adjacent to the initiating electrode 14 is cylindrical. The CP zone is located between the ignition and initiating electrodes 12, 14 on the surface or surfaces of the curved dielectric plate 1. At least a large part of the CP zone is located on that part of the front surface 13 of the curved dielectric plate 11, to the reverse side of which the initiating electrode 14 is adjacent.

Для обновления газа в зоне разряда 6 между очередными разрядными импульсами лазер содержит систему циркуляции газа, включающую диаметральный вентилятор 16, охлаждаемые водой трубки 17 теплообменника, два протяженных спойлера 18, выполненных керамическими, и протяженные направляющие лопасти 19 для формирования газового потока (Фиг.1). Газонаполненный корпус 1 также содержит фильтр 20, в частности электростатический, для чистки газовой смеси лазера от продуктов эрозии.To update the gas in the discharge zone 6 between successive discharge pulses, the laser contains a gas circulation system including a diametrical fan 16, water-cooled heat exchanger tubes 17, two long ceramic spoilers 18, and long guide vanes 19 for forming a gas flow (Figure 1) . The gas-filled housing 1 also contains a filter 20, in particular an electrostatic filter, for cleaning the laser gas mixture from erosion products.

Предпочтительно, что импульсный источник питания 9 связан с каждым блоком предыонизации 7 через дополнительные конденсаторы 10, предназначенные для обеспечения автоматической предыонизации при их импульсной зарядке через СР.It is preferable that the switching power supply 9 is connected to each preionization unit 7 through additional capacitors 10 designed to provide automatic preionization during their pulse charging through the SR.

Конденсаторы 8 подсоединены к заземленному электроду 5 через обратные токопроводы 22, расположенные по обе строны заземленного электрода 5 и выполненные газопроницаемыми для обеспечения возможности протока газа в зоне разряда 6.The capacitors 8 are connected to the grounded electrode 5 through the return conductors 22 located on both sides of the grounded electrode 5 and made gas permeable to allow gas flow in the discharge zone 6.

В варианте изобретения (Фиг.1) конденсаторы 8 подсоединены к высоковольтному электроду 4 через установленные в высоковольтном фланце 3 вдоль него герметичные токовводы 23, каждый из которых снабжен керамическим изолятором 24, при этом источник питания 9 электрически связан с каждым блоком предыонизации 7 через высоковольтный фланец 3, на котором установлен и электрически соединен с ним инициирующий электрод 14 каждого блока предыонизации 7.In the embodiment of the invention (Fig. 1), the capacitors 8 are connected to the high-voltage electrode 4 through sealed current leads 23 installed in the high-voltage flange 3 along it, each of which is equipped with a ceramic insulator 24, while the power supply 9 is electrically connected to each preionization unit 7 through the high-voltage flange 3, on which the initiating electrode 14 of each preionization unit 7 is mounted and electrically connected to it.

Применение для предыонизации УФ излучения скользящего разряда в виде протяженного плазменного листа или плазменных листов позволяет реализовать в области разряда 6 однородную предыонизацию оптимально высокого уровня за счет возможности регулировки энерговклада в СР. Это обеспечивает высокие: эффективность лазера, качество лазерного луча и стабильность работы лазера в долговременном режиме, что является преимуществом предыонизации данного типа.The use of a sliding discharge in the form of an extended plasma sheet or plasma sheets for preionization of UV radiation makes it possible to realize homogeneous preionization of an optimally high level in the discharge region 6 due to the possibility of adjusting the energy input into the superlattice. 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.

Выполнение устройства в предложенном виде обеспечивает компактность конструкции и возможность увеличения энергии генерации и мощности лазерного излучения при высоком КПД лазера за счет повышения уровня предыонизации.The implementation of the device in the proposed form provides a compact design and the possibility of increasing the generation energy and laser radiation power at high laser efficiency by increasing the level of preionization.

Необходимая для высокоэффективной высокостабильной работы лазера однородность СР достигается, когда расстояние между электродами на поверхности диэлектрической пластины 11 не меньше определенного характерного значения, составляющего несколько единиц сантиметров. В связи с этим в отличие от известного из [3] использования плоской диэлектрической пластины предложенное формирование СР по поверхности изогнутой в поперечном сечении диэлектрической пластины обеспечивает компактность разрядной системы лазера, что обусловливает уменьшение индуктивности разрядного контура и возможность высокоэффективного повышения энергии генерации, а также увеличения частоты следования разрядных импульсов и повышения средней мощности излучения лазера.The uniformity of the SL necessary for highly efficient highly stable laser operation is achieved when the distance between the electrodes on the surface of the dielectric plate 11 is not less than a certain characteristic value of several units of centimeters. In this regard, in contrast to the use of a flat dielectric plate known from [3], the proposed formation of superlattices on the surface of a dielectric plate bent in cross section ensures the compactness of the laser discharge system, which leads to a decrease in the inductance of the discharge circuit and the possibility of a highly efficient increase in the generation energy, as well as an increase in the frequency following discharge pulses and increasing the average laser radiation power.

Выполнение, по меньшей мере, части диэлектрической пластины, примыкающей к инициирующему электроду, цилиндрической обеспечивает относительную простоту изготовления изогнутой диэлектрической пластины 11 и упрощает совмещение ее обратной поверхности 15 с поверхностью протяженного инициирующего электрода 14, что необходимо для высокой однородности СР.The execution of at least a portion of the dielectric plate adjacent to the initiating electrode is cylindrical, which makes it relatively easy to fabricate a curved dielectric plate 11 and simplifies the combination of its reverse surface 15 with the surface of the extended initiating electrode 14, which is necessary for high uniformity of CP.

В предпочтительных вариантах изобретения система формирования CP установлена так, чтобы образующие цилиндрической поверхности 15 изогнутой диэлектрической пластины 11 были параллельны продольным осям высоковольтного и заземленного электродов 4, 5. При этом зона CP параллельна зоне объемного разряда 6. Это обеспечивает однородный уровень предыонизации по всей длине протяженной зоны объемного разряда 6 и, соответственно, его высокую однородность и устойчивость к акустическим возмущениям в режиме с высокой частотой следования импульсов.In preferred embodiments of the invention, the CP forming system is installed so that the generatrixes of the cylindrical surface 15 of the curved dielectric plate 11 are parallel to the longitudinal axes of the high voltage and grounded electrodes 4, 5. The CP zone is parallel to the volume discharge zone 6. This ensures a uniform level of preionization along the entire length zones of volume discharge 6 and, accordingly, its high uniformity and resistance to acoustic disturbances in the regime with a high pulse repetition rate.

В соответствии с вариантом изобретения изогнутая диэлектрическая пластина 11 выполнена в виде протяженной части цилиндрической тонкостенной диэлектрической трубки, заключенной между двумя продольными сечениями трубки, параллельными ее продольной оси (Фиг.1). Это упрощает изготовление изогнутой диэлектрической пластины 11.In accordance with an embodiment of the invention, the curved dielectric plate 11 is made in the form of an extended part of a cylindrical thin-walled dielectric tube enclosed between two longitudinal sections of the tube parallel to its longitudinal axis (FIG. 1). This simplifies the manufacture of a curved dielectric plate 11.

В соответствии с вариантом изобретения лицевая поверхность изогнутой диэлектрической пластины выпуклая (Фиг.1). За счет этого поджигающий и инициирующий электроды 12, 14 системы формирования CP блока не препятствуют формированию высокоскоростного потока газа в зоне объемного разряда 6.In accordance with an embodiment of the invention, the front surface of the curved dielectric plate is convex (FIG. 1). Due to this, the igniting and initiating electrodes 12, 14 of the CP block forming system do not interfere with the formation of a high-speed gas flow in the zone of volume discharge 6.

Выполнение протяженной диэлектрической пластины изогнутой в поперечном сечении, в частности с выпуклой лицевой поверхностью, позволяет удалять электроды систем формирования CP от зоны объемного разряда 6 (Фиг.2). Это минимизирует искажения, вносимые блоками предыонизации 7 в распределение напряженности электрического поля в зоне объемного разряда 6, обеспечивая однородность объемного разряда и его устойчивость в режиме с высокой частотой следования импульсов. В результате достигается высокая стабильность энергии лазерного излучения от импульса к импульсу и высокое качество лазерного луча.The implementation of an extended dielectric plate curved in cross section, in particular with a convex front surface, allows you to remove the electrodes of the CP formation systems from the zone of volume discharge 6 (Figure 2). This minimizes the distortions introduced by the preionization units 7 into the distribution of the electric field strength in the zone of the volume discharge 6, ensuring the uniformity of the volume discharge and its stability in the regime with a high pulse repetition rate. As a result, high stability of laser radiation energy from pulse to pulse and high quality of the laser beam are achieved.

Для реализации возможности высокоэффективного повышения энергии генерации в вариантах изобретения каждая точка зоны разряда 6 между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5 находится в зоне прямой видимости, по меньшей мере, части поверхностности изогнутой диэлектрической пластины 11, используемой для формирования СР (Фиг.1). Для этого изогнутые диэлектрические пластины 11 двух блоков предыонизации 12 должны быть установлены так, чтобы касательная к поверхности высоковольтного заземленного электрода 5, перпендикулярная плоскости, включающей в себя продольные оси высоковольтного и заземленного электродов 4, 5, касалась или пересекала часть поверхностности каждой изогнутой диэлектрической пластины 11, используемой для зажигания СР.In order to realize the possibility of a highly efficient increase of the generation energy in the variants of the invention, each point of the discharge zone 6 between the high-voltage and grounded electrodes 4, 5 is in the line of sight of at least part of the surface of the curved dielectric plate 11 used to form the SR (Figure 1). For this, the curved dielectric plates 11 of the two preionization blocks 12 must be installed so that the tangent to the surface of the high-voltage grounded electrode 5, perpendicular to the plane including the longitudinal axes of the high-voltage and grounded electrodes 4, 5, touches or intersects a part of the surface of each curved dielectric plate 11 used to ignite the CP.

Для эксимерных лазеров газ, заполняющий лазерную камеру при характерном давлении в диапазоне от 2,5 до 5 атм представляет собой смесь инертных газов с донорами галогенов. В связи с этим в вариантах изобретения в качестве материала изогнутой диэлектрической пластины используется либо сапфир, либо керамика, в частности Al₂O₃, что обеспечивает большое время жизни диэлектрической пластины в составе блока предыонизации, а также большое время жизни газовой смеси лазера, содержащей чрезвычайно химически активные компоненты F₂ или HCl.For excimer lasers, the gas filling the laser chamber at a characteristic pressure in the range from 2.5 to 5 atm is a mixture of inert gases with halogen donors. In this regard, in embodiments of the invention, either sapphire or ceramic, in particular Al ₂ O ₃ , is used as the material of the curved dielectric plate, which ensures a long lifetime of the dielectric plate in the preionization unit, as well as a long lifetime of the laser gas mixture containing extremely chemically active components of F ₂ or HCl.

Изогнутая диэлектрическая пластина 11 предпочтительно выполнена в виде протяженной части кругло-цилиндрической тонкостенной трубки, заключенной между двумя сечениями трубки, параллельными ее продольной оси, что упрощает ее изготовление.The curved dielectric plate 11 is preferably made in the form of an extended part of a circular cylindrical thin-walled tube, enclosed between two sections of the tube parallel to its longitudinal axis, which simplifies its manufacture.

В вариантах реализации изобретения (Фиг.2) в двух идентичных блоках предыонизации 7, расположенных по бокам высоковольтного электрода 4, лицевая поверхность 13 изогнутой диэлектрической пластины 11 вогнутая. При этом обратная поверхность 15 изогнутой диэлектрической пластины 11, выполненной из керамики или сапфира, является частью наружной поверхности кругло-цилиндрической трубки, что облегчает возможность ее обработки с высокой точностью при вращении трубки-заготовки. Наряду с этим протяженная поверхность инициирующего электрода, примыкающая к обратной стороне диэлектрической пластины 11, является вогнутой кругло-цилиндрической, что также облегчает возможность ее точной обработки фрезерным инструментом. Все это упрощает технологию изготовления системы формирования скользящего разряда с точным совмещением поверхностей изогнутой диэлектрической пластины 11 и протяженного инициирующего электрода 14. В результате достигается высокоэффективная работа блока предыонизации 7 за счет обеспечения высокой однородности CP и эффективного охлаждения изогнутой диэлектрической пластины 11 посредством инициирующего электрода 14.In the embodiments of the invention (FIG. 2), in two identical preionization units 7 located on the sides of the high-voltage electrode 4, the front surface 13 of the curved dielectric plate 11 is concave. In this case, the reverse surface 15 of the curved dielectric plate 11 made of ceramic or sapphire is part of the outer surface of the round-cylindrical tube, which facilitates the possibility of its processing with high accuracy during rotation of the workpiece tube. In addition, the extended surface of the initiating electrode adjacent to the reverse side of the dielectric plate 11 is concave circularly cylindrical, which also facilitates the possibility of its precise machining with a milling tool. All this simplifies the manufacturing technology of the sliding discharge forming system with the exact combination of the surfaces of the curved dielectric plate 11 and the extended initiating electrode 14. As a result, highly efficient operation of the preionization unit 7 is achieved by ensuring high uniformity of CP and efficient cooling of the curved dielectric plate 11 by means of the initiating electrode 14.

В соответствии с вариантами изобретения в каждом блоке предыонизации 7 система формирования CP содержит один протяженный дополнительный электрод 25, расположенный на диэлектрической пластине 11 (Фиг.2). При этом CP формируется на поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11 между поджигающим электродом 12 и дополнительным электродом 25. В этом варианте на инициирующий электрод 14 замыкается только ток зарядки емкости части изогнутой диэлектрической пластины 11, на которой зажигают СР. В связи с этим протяженный массивный инициирующий электрод 14 может быть изготовлен из относительно дешевого материала, предпочтительно с высокой теплопроводностью, например, из Al. Дополнительный электрод 25, на который замыкается основной ток завершенного CP выполняется из эрозионно-стойкого металла, например, из Ni, Cu-W и др. В связи с этим в вариантах изобретения дополнительный электрод 25 системы формирования CP совмещен с высоковольтным электродом 4 лазера (Фиг.2). В вариантах изобретения дополнительный электрод 25 соединен с высоковольтным электродом 4, либо совмещен с ним. В предпочтительных вариантах изобретения дополнительный электрод 25 соединен с инициирующим электродом 14 (Фиг 2). Все это упрощает электрическую цепь системы формирования СР.In accordance with embodiments of the invention, in each preionization unit 7, the CP formation system comprises one extended additional electrode 25 located on the dielectric plate 11 (FIG. 2). In this case, a CP is formed on the surface of the curved dielectric plate 11 between the ignition electrode 12 and the additional electrode 25. In this embodiment, only the charging current of the capacitance of the part of the curved dielectric plate 11 on which the CP is lit is closed to the initiating electrode 14. In this regard, the extended massive initiating electrode 14 can be made of relatively cheap material, preferably with high thermal conductivity, for example, from Al. The additional electrode 25, to which the main current of the completed CP is closed, is made of erosion-resistant metal, for example, Ni, Cu-W, etc. In this regard, in embodiments of the invention, the additional electrode 25 of the CP formation system is aligned with the high-voltage electrode 4 of the laser (FIG. .2). In embodiments of the invention, an additional electrode 25 is connected to or combined with the high voltage electrode 4. In preferred embodiments of the invention, an additional electrode 25 is connected to the initiating electrode 14 (FIG. 2). All this simplifies the electrical circuit of the CP formation system.

В вариантах изобретения (Фиг.3) высоковольтный электрод 4 установлен на высоковольтном фланце 3 и электрически соединен с ним. При этом источник питания 9 электрически связан с каждым блоком предыонизации 7 через дополнительные конденсаторы 10, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов, и через установленные в высоковольтном фланце 3 вдоль него герметичные дополнительные токовводы 26, каждый из которых снабжен керамическим изолятором 27 и размещен сбоку высоковольтного электрода 4. В некоторых случаях это позволяет уменьшить индуктивность разрядного контура, что повышает КПД лазера.In embodiments of the invention (FIG. 3), the high-voltage electrode 4 is mounted on the high-voltage flange 3 and is electrically connected to it. In this case, the power supply 9 is electrically connected to each preionization unit 7 through additional capacitors 10, the capacitance of which is many times less than the capacitance of the capacitors, and through sealed additional current leads 26 installed in the high-voltage flange 3 along it, each of which is equipped with a ceramic insulator 27 and placed on the side of the high-voltage electrode 4. In some cases, this reduces the inductance of the discharge circuit, which increases the efficiency of the laser.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых Фиг.3, разрядная система содержит два идентичных блока предыонизации 7, в каждом из которых:In the embodiments of the invention illustrated in FIG. 3, the discharge system comprises two identical preionization units 7, in each of which:

- изогнутая диэлектрическая пластина 11 выполнена в виде цилиндрической тонкостенной диэлектрической трубки с продольным разрезом 28,- curved dielectric plate 11 is made in the form of a cylindrical thin-walled dielectric tube with a longitudinal section 28,

- инициирующий электрод 14 размещен внутри диэлектрической трубки 11 и соединен с дополнительным электродом 25 через продольный разрез 28 диэлектрической трубки 11,- the initiating electrode 14 is placed inside the dielectric tube 11 and is connected to the additional electrode 25 through a longitudinal section 28 of the dielectric tube 11,

- поджигающий электрод 12 каждого блока предыонизации 7 соединен, либо совмещен, то есть выполнен заодно, с высоковольтным электродом 4.- the ignition electrode 12 of each preionization unit 7 is connected or combined, that is, made integrally with the high-voltage electrode 4.

Здесь разрез означает, что его поперечный размер много меньше диаметра трубки и близок по величине толщине тонкостенной диэлектрической трубки.Here, the section means that its transverse dimension is much smaller than the diameter of the tube and close in magnitude to the thickness of the thin-walled dielectric tube.

При выполнении устройства в указанном виде также достигается улучшение компактности системы формирования CP и снижение индуктивности разрядной системы, что позволяет повысить КПД широкоапертурного высокоэнергетичного эксимерного лазера. Выполнение изогнутой диэлектрической пластины 11 в виде керамической трубки с продольным разрезом 28, наряду с компактностью блока предыонизации 7, обеспечивает относительную простоту технологии изготовления системы формирования СР. Выполнение трубки тонкостенной, то есть при значении ее толщины, не превышающем определенной верхней границы, обеспечивает на стадии зажигания CP высокую напряженность электрического поля на поверхностном разрядном промежутке, необходимую для получения высокой однородности завершенного СР. Характерные размеры тонкостенной трубки 11 могут быть следующими: диаметр 15 мм толщина 1,3 мм.When the device is executed in this form, an improvement in the compactness of the CP formation system and a decrease in the inductance of the discharge system are also achieved, which makes it possible to increase the efficiency of a wide-aperture high-energy excimer laser. The implementation of the curved dielectric plate 11 in the form of a ceramic tube with a longitudinal section 28, along with the compactness of the preionization unit 7, provides the relative simplicity of the manufacturing technology of the formation system of the CP. The implementation of the tube thin-walled, that is, with a value of its thickness not exceeding a certain upper boundary, provides at the stage of ignition CP a high electric field strength on the surface discharge gap, necessary to obtain high uniformity of the completed SR. The characteristic dimensions of the thin-walled tube 11 may be as follows: diameter 15 mm, thickness 1.3 mm.

В вариантах изобретения система формирования CP содержит в качестве изогнутой диэлектрической пластины цельную диэлектрическую трубку 29, внутри которой, размещен инициирующий электрод 14, при этом на лицевой наружной поверхности цельной диэлектрической трубки 29 размещены поджигающий электрод 12 и дополнительный электрод 25 с зоной CP между ними (Фиг.4).In embodiments of the invention, the CP forming system comprises, as a curved dielectric plate, a solid dielectric tube 29, inside of which, an initiating electrode 14 is placed, and a burning electrode 12 and an additional electrode 25 with a CP zone in between are placed on the front outer surface of the solid dielectric tube 29 (FIG. .four).

Эти варианты изобретения наряду с обеспечением компактности блоков предыонизации 7 позволяют еще более упростить изогнутую диэлектрическую пластину системы формирования СР. При этом в вариантах изобретения дополнительный электрод 25, предпочтительно, хотя не обязательно, подсоединен к инициирующему электроду 14 через торец диэлектрической трубки 29, что повышает напряженность электрического поля в плазме CP на стадии его зажигания и улучшает однородность завершенного СР.These variants of the invention, along with the compactness of the preionization blocks 7, make it possible to simplify the curved dielectric plate of the CP formation system even more. Moreover, in embodiments of the invention, an additional electrode 25, preferably, although not necessarily, is connected to the initiating electrode 14 through the end face of the dielectric tube 29, which increases the electric field strength in the plasma CP at the stage of its ignition and improves the uniformity of the completed CP.

В вариантах изобретения протяженные наружные стенки керамической разрядной камеры 2 выполнены наклонными к высоковольтному электроду 4, и конденсаторы 8 установлены наклонно к высоковольтному электроду 4. Это минимизирует индуктивность разрядной системы лазера, что позволяет увеличить апертуру объемного разряда, энергию генерации и мощность экисмерного лазера при сохранении высокого КПД.In embodiments of the invention, the extended outer walls of the ceramic discharge chamber 2 are made oblique to the high-voltage electrode 4, and the capacitors 8 are installed obliquely to the high-voltage electrode 4. This minimizes the inductance of the discharge system of the laser, which allows to increase the aperture of the volume discharge, the generation energy and the power of the excimer laser while maintaining a high Efficiency.

Дальнейшее повышение энергии генерации и/или мощности эксимерного лазера возможно при использовании частично прозрачного электрода.A further increase in the generation energy and / or excimer laser power is possible using a partially transparent electrode.

В соответствии с изобретением (Фиг.5) эксимерный лазер включает в себя газонаполненный корпус 1, на котором установлена керамическая разрядная камера 2 с протяженным высоковольтным фланцем 3, расположенные в разрядной камере 2 протяженные высоковольтный электрод 4 и заземленный электрод 5, зона объемного разряда 6 между высоковольтным и заземленным электродами 5, 6, продольные оси которых 30, 31 параллельны друг другу, источник питания 9, подключенный к конденсаторам 8, установленным по бокам разрядной камеры 2 и подсоединенным к высоковольтному и заземленному электродам 4, 5, при этом высоковольтный электрод 4 размещен на внутренней стороне высоковольтного фланца 3 и выполнен частично прозрачным. Предпочтительно часть лицевой поверхности частично прозрачного электрода, примыкающая к зоне объемного разряда 4, изготовлена тонкостенной, профилирована с лицевой стороны и выполнена с щелевыми отверстиями 32. На наружной стороне высоковольтного фланца установлена дополнительная разрядная камера 33, выполненная, по меньшей мере, частично из керамики, и блок предыонизации 7, установленный с обратной стороны частично прозрачного высоковольтного электрода 4, по меньшей мере, частично размещен в дополнительной разрядной камере 33.In accordance with the invention (Fig. 5), the excimer laser includes a gas-filled housing 1 on which a ceramic discharge chamber 2 with an extended high-voltage flange 3 is installed, and an extended high-voltage electrode 4 and a grounded electrode 5, a volume discharge zone 6 between high-voltage and grounded electrodes 5, 6, the longitudinal axes of which 30, 31 are parallel to each other, a power source 9 connected to capacitors 8 mounted on the sides of the discharge chamber 2 and connected to the high-voltage and grounded electrodes 4, 5, while the high-voltage electrode 4 is placed on the inner side of the high-voltage flange 3 and is partially transparent. Preferably, the part of the front surface of the partially transparent electrode adjacent to the zone of volume discharge 4 is made thin-walled, profiled on the front side and made with slotted holes 32. An additional discharge chamber 33, made at least partially of ceramic, is installed on the outside of the high-voltage flange and a preionization unit 7 mounted on the back side of the partially transparent high-voltage electrode 4 is at least partially placed in an additional discharge chamber 33.

В предпочтительных вариантах изобретения (Фиг.5) блок предыонизации 7 содержит систему формирования скользящего разряда (СР) между протяженными поджигающим электродом 12 и дополнительным электродом 25, расположенными на поверхности диэлектрической пластины 11, к обратной стороне которой примыкает инициирующий электрод 14, соединенный с дополнительным электродом 25, причем система формирования СР выполнена симметричной относительно плоскости 34, включающей в себя продольные оси 30, 31 высоковольтного и заземленного электродов 4, 5.In the preferred embodiments of the invention (FIG. 5), the preionization unit 7 comprises a sliding discharge (CP) formation system between the extended ignition electrode 12 and the additional electrode 25 located on the surface of the dielectric plate 11, to the reverse side of which an initiating electrode 14 connected to the additional electrode is adjacent 25, wherein the CP forming system is symmetrical about the plane 34, including the longitudinal axis 30, 31 of the high voltage and grounded electrodes 4, 5.

В предпочтительных вариантах изобретения (Фиг.5) высоковольтный электрод 4 имеет с обратной стороны протяженную нишу 35, в которой, по меньшей мере, частично размещена протяженная керамическая часть 36 дополнительной разрядной камеры 33. Соответственно, высоковольтный фланец 3 имеет протяженный вырез 37 для размещения протяженных керамических частей 36 дополнительной разрядной камеры 33.In the preferred embodiments of the invention (Fig. 5), the high-voltage electrode 4 has an extended niche 35 on the back side, in which at least partially an extended ceramic portion 36 of the additional discharge chamber 33 is located. Accordingly, the high-voltage flange 3 has an extended cut-out 37 for accommodating extended ceramic parts 36 of an additional discharge chamber 33.

В предпочтительных вариантах изобретения (Фиг.5) диэлектрическая пластина системы формирования СР имеет в поперечном сечении изогнутую форму.In preferred embodiments of the invention (FIG. 5), the dielectric plate of the CP forming system has a curved shape in cross section.

В предпочтительных вариантах изобретения поджигающий электрод 12 соединен с высоковольтным частично прозрачным высоковольтным электродом 4 (Фиг.5) токопроводами 38, установленными вдоль длины высоковольтного электрода 4, выполняющими роль креплений поджигающего электрода 12 и практически не снижающими, благодаря высокой прозрачности, уровень предыонизации в зоне разряда 6.In preferred embodiments of the invention, the ignition electrode 12 is connected to the high-voltage partially transparent high-voltage electrode 4 (Fig. 5) by conductors 38 installed along the length of the high-voltage electrode 4, which act as fasteners of the ignition electrode 12 and practically do not reduce, due to high transparency, the preionization level in the discharge zone 6.

В других вариантах дополнительный электрод 25 соединен с высоковольтным частично прозрачным электродом 4 (не показано).In other embodiments, an additional electrode 25 is connected to a high voltage partially transparent electrode 4 (not shown).

Предпочтительно, что вспомогательная разрядная камера 33 снабжена протяженным дополнительным высоковольтным фланцем 39, с которым соединен либо дополнительный электрод 25 (Фиг.5), либо поджигающий электрод 12 системы формирования СР. При этом источник питания 9 электрически связан с блоком предыонизации 7 через дополнительные конденсаторы 10 и дополнительный высоковольтный фланец 39. При этом упрощается электрическая цепь осуществления автоматической предыонизации. Также достигается эффективное охлаждение изогнутой диэлектрический пластины 11 системы формирования CP через примыкающий к ней инициирующий электрод 14 и соединенные с ним по всей длине с хорошим тепловым контактом дополнительный электрод 25 и дополнительный высоковольтный фланец 39.It is preferable that the auxiliary discharge chamber 33 is provided with an extended additional high-voltage flange 39, to which either an additional electrode 25 (FIG. 5) or an ignition electrode 12 of the CP forming system is connected. In this case, the power source 9 is electrically connected to the preionization unit 7 through additional capacitors 10 and an additional high-voltage flange 39. In this case, the electric circuit for automatic preionization is simplified. Efficient cooling of the curved dielectric plate 11 of the CP formation system is also achieved through an adjacent initiating electrode 14 and an additional electrode 25 and an additional high-voltage flange 39 connected to it along the entire length with good thermal contact.

Предпочтительно, что протяженные наружные стенки 40 керамической разрядной камеры 2 выполнены наклонными к высоковольтному электроду 4, и конденсаторы 8 установлены наклонно к высоковольтному электроду 4. Как правило, используются осесиметричные керамические конденсаторы, и наклонность конденсатора 8 означает, что его ось, проходящая через обкладки конденсатора 8, наклонна к высоковольтному электроду 4 (Фиг.4-6).Preferably, the extended outer walls 40 of the ceramic discharge chamber 2 are made oblique to the high voltage electrode 4, and the capacitors 8 are mounted obliquely to the high voltage electrode 4. Asymmetric ceramic capacitors are generally used, and the inclination of the capacitor 8 means that its axis passing through the capacitor plates 8 is inclined to the high voltage electrode 4 (FIGS. 4-6).

В вариантах изобретения система формирования CP содержит в качестве изогнутой диэлектрической пластины цельную диэлектрическую трубку 29, внутри которой, размещен инициирующий электрод 14, при этом на наружной поверхности цельной диэлектрической трубки диаметрально противоположно размещены поджигающий и дополнительный электроды 12, 25 (Фиг.6). В вариантах изобретения либо поджигающий электрод, либо дополнительный электрод 25 (Фиг.6) подсоединен к инициирующему электроду 14 через торец диэлектрической трубки 29 электрическим проводником 41.In embodiments of the invention, the CP forming system comprises, as a curved dielectric plate, a solid dielectric tube 29, inside of which, an initiating electrode 14 is placed, and on the outer surface of the whole dielectric tube, the ignition and additional electrodes 12, 25 are diametrically opposed (Fig. 6). In embodiments of the invention, either an ignition electrode or an additional electrode 25 (FIG. 6) is connected to the initiating electrode 14 through the end of the dielectric tube 29 by an electrical conductor 41.

В этих вариантах (Фиг.5, 6), в отличие от рассмотренных ранее (Фиг.1-4), сбоку от высоковольтного электрода 4 отсутствуют блоки предыонизации. Наряду с этим, достигаются малые поперечные размеры высоковольтного электрода 4 за счет минимизации поперечных размеров блока предыонизации 7, частично размещаемого в протяженной нише 35. При этом керамические части 36 дополнительной разрядной камеры 33 устраняют возможность паразитных пробоев между частично прозрачным высоковольтным электродом 4 и блоком предыонизации 7. Это реализует наибольшую возможность для предложенного выполнения протяженных наружных стенок 39 разрядной камеры 2 наклонными к высоковольтному электроду 4, и установку конденсаторов 8 наклонно к высоковольтному электроду 4, что минимизирует индуктивность разрядной системы лазера. В результате достигается возможность увеличения апертуры объемного разряда, повышения энергии генерации и мощности экисмерного лазера при сохранении высокого КПД. Кроме этого, поскольку разрядная система с частично прозрачным электродом характеризуется малым, близким к единице, значением коэффициента K смены газа в зоне разряда 6, достаточным для работы с максимальным КПД лазера, снижаются расходы на прокачку газа. Все это, в целом, снижает затраты на получение энергии генерации лазерного УФ излучения.In these embodiments (Figs. 5, 6), in contrast to those previously discussed (Figs. 1-4), there are no preionization units on the side of the high-voltage electrode 4. Along with this, the small transverse dimensions of the high-voltage electrode 4 are achieved by minimizing the transverse dimensions of the preionization unit 7, partially placed in an extended niche 35. In this case, the ceramic parts 36 of the additional discharge chamber 33 eliminate the possibility of spurious breakdowns between the partially transparent high-voltage electrode 4 and the preionization unit 7 This implements the greatest opportunity for the proposed implementation of the extended outer walls 39 of the discharge chamber 2 inclined to the high-voltage electrode 4, and installation capacitors 8 are inclined to the high-voltage electrode 4, which minimizes the inductance of the laser discharge system. As a result, it is possible to increase the aperture of the volume discharge, increase the generation energy and power of the excimer laser while maintaining high efficiency. In addition, since the discharge system with a partially transparent electrode is characterized by a small, close to unity, value of the gas change coefficient K in the discharge zone 6, sufficient to operate with maximum laser efficiency, the cost of pumping gas is reduced. All this, in general, reduces the cost of generating energy for generating laser UV radiation.

Газоразрядный эксимерный лазер работает следующим образом. При включении источника питания 9 между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5, расположенными в разрядной камере 2 с протяженным высоковольтным фланцем 3, а также на подключенных к электродам 4, 5 конденсаторах 8 начинает нарастать напряжение. Одновременно в каждом блоке предыонизации 7, содержащем систему формирования CP, на лицевой поверхности 13 той части изогнутой диэлектрической пластины 11, к обратной поверхности 15 которой, являющейся цилиндрической, примыкает протяженный инициирующий электрод 14, развивается волна ионизации. В процессе пробега волны ионизации от поджигающего электрода 12 к инициирующему электроду 14 происходит зарядка распределенной электрической емкости изогнутой диэлектрической пластины 11 до напряжения, приблизительно равного напряжению поджигающего электрода 12. После пробега волны ионизации от поджигающего электрода 12 к инициирующему электроду 14 между ними зажигается завершенный скользящий разряд, ток которого ограничен током зарядки дополнительных конденсаторов 10, через которые источник питания 9 предпочтительно связан с блоками предыонизации 7. В варианте изобретении (Фиг.1) эта связь осуществляется через электрическое подсоединение через высоковольтный фланец 3. Электрическая емкость дополнительных конденсаторов 10 выбирается многократно меньше емкости конденсаторов 8, подключенных к высоковольтному и заземленному электродам 4, 5, продольные оси которых параллельны друг другу. УФ излучение двух идентичных блоков предионизации 7, расположенных по бокам высоковольтного электрода 4, осуществляет предыонизацию каждой точки зоны разряда 6 между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5. Для этого каждая точка зоны разряда 6 между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5 находится в зоне прямой видимости, по меньшей мере, части поверхностности изогнутой по меньшей мере одной изогнутой диэлектрической пластины 11, используемой для формирования СР. После того, как напряжение между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5 достигает значения пробивного напряжения, происходит основной объемный разряд между ними по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему газопроницаемые обратные токопроводы 22, расположенные по обе стороны заземленного электрода 5. В варианте изобретения (Фиг.1) разрядный контур также включает в себя герметичные токовводы 23, снабженные керамическими изоляторами 24, через которые конденсаторы 8 подсоединены к высоковольтному электроду 4 через установленные в высоковольтном фланце вдоль него герметичные токовводы 23, каждый из которых снабжен керамическим изолятором 24. При этом источник питания 9 электрически связан с каждым блоком предыонизации 7 через высоковольтный фланец 3. Энергия, запасенная в конденсаторах 8 вкладывается в объемный разряд, что с помощью резонатора (не показан) позволяет получить энергию генерации лазера.A gas discharge excimer laser operates as follows. When you turn on the power source 9 between the high-voltage and grounded electrodes 4, 5 located in the discharge chamber 2 with an extended high-voltage flange 3, as well as on the capacitors 8 connected to the electrodes 4, 5, the voltage begins to increase. At the same time, in each preionization block 7 containing a CP formation system, an ionization wave develops on the front surface 13 of that part of the curved dielectric plate 11, to the back surface 15 of which is cylindrical, adjacent an extended initiating electrode 14. During the ionization wave propagation from the ignition electrode 12 to the initiating electrode 14, the distributed electric capacitance of the curved dielectric plate 11 is charged to a voltage approximately equal to the voltage of the ignition electrode 12. After the ionization wave propagates from the ignition electrode 12 to the initiating electrode 14, a completed sliding discharge is ignited between them. whose current is limited by the charging current of the additional capacitors 10, through which the power source 9 is preferably connected to the blocks edonization 7. In the embodiment of the invention (FIG. 1), this connection is made through an electrical connection through a high-voltage flange 3. The electric capacitance of the additional capacitors 10 is selected many times smaller than the capacitance of the capacitors 8 connected to the high-voltage and grounded electrodes 4, 5, the longitudinal axes of which are parallel to each other . UV radiation of two identical preionization blocks 7 located on the sides of the high-voltage electrode 4 carries out preionization of each point of the discharge zone 6 between the high-voltage and grounded electrodes 4, 5. For this, each point of the discharge zone 6 between the high-voltage and grounded electrodes 4, 5 is in the straight zone visibility of at least a portion of the surface of the curved at least one curved dielectric plate 11 used to form the CP. After the voltage between the high-voltage and grounded electrodes 4, 5 reaches the breakdown voltage, the main volume discharge occurs between them along a low-inductance discharge circuit, including gas-permeable return conductors 22 located on both sides of the grounded electrode 5. In an embodiment of the invention (FIG. 1 ) the discharge circuit also includes sealed current leads 23, equipped with ceramic insulators 24, through which capacitors 8 are connected to the high-voltage electrode 4 through installed in the high-voltage flange along it there are sealed current leads 23, each of which is equipped with a ceramic insulator 24. In this case, the power supply 9 is electrically connected to each preionization unit 7 through the high-voltage flange 3. The energy stored in the capacitors 8 is deposited in a volume discharge, which is done using a resonator ( not shown) allows to obtain laser generation energy.

Содержащаяся в газонаполненном корпусе 1 система формирования газового потока, включающая диаметральный вентилятор 16, охлаждаемые водой трубки 17 теплообменника, два протяженных спойлера 18, выполненных керамическими, и протяженные направляющие лопасти 19 создает поток газа между заземленным электродом 5 и высоковольтным электродом 6. Протяженные спойлеры 18 и направляющие лопасти 19 обеспечивают равномерное распределение скорости газа между электродами. После того, как охлаждаемый трубками теплообменника 17 газовый поток, циркулирующий в корпусе 1, обновит газ между заземленным и высоковольтным электродами, цикл работы повторяется. В процессе работы лазера фильтр 20, в частности электростатический, содержащийся в газонаполненном корпусе 1 осуществляет очистку газовой смеси лазера от продуктов эрозии.The gas flow forming system contained in the gas-filled housing 1, including a diametrical fan 16, water-cooled heat exchanger tubes 17, two long ceramic spoilers 18, and long guide vanes 19 creates a gas flow between the grounded electrode 5 and the high-voltage electrode 6. The long spoilers 18 and the guide vanes 19 provide a uniform distribution of gas velocity between the electrodes. After the gas stream circulated in the housing 1 cooled by the tubes of the heat exchanger 17 updates the gas between the grounded and high-voltage electrodes, the operation cycle is repeated. In the process of laser operation, the filter 20, in particular the electrostatic filter contained in the gas-filled housing 1, purifies the laser gas mixture from erosion products.

Применение для предыонизации УФ излучения скользящего разряда в виде протяженного плазменного листа на поверхности диэлектрика (сапфира) позволяет реализовать в области разряда 6 однородный и оптимально высокий уровень предыонизации 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 несомненным достоинством предыонизации данного типа.The use for the preionization of UV radiation of a sliding discharge in the form of an extended plasma sheet on the surface of the dielectric (sapphire) makes it possible to realize a uniform and optimally high level of preionization in the region of discharge 6 due to the possibility of adjusting the energy input into the sliding discharge. This ensures high laser efficiency, the quality of the laser beam and the stability of the laser in the long-term mode, which is an undoubted advantage of preionization of this type.

Использование диэлектрической пластины 11, имеющей в поперечном сечении изогнутую форму, по сравнению с плоской обеспечивает компактность системы формирования СР и разрядной системы лазера в целом, что уменьшает индуктивность разрядного контура, обеспечивает возможность повышения частоты следования импульсов и увеличения средней мощности лазерного излучения при высоком КПД лазера. При этом выполнение, по меньшей мере, части диэлектрической пластины, примыкающей к инициирующему электроду, цилиндрической обеспечивает относительную простоту изготовления изогнутой диэлектрической пластины 11.The use of a dielectric plate 11 having a curved shape in cross section as compared to a flat one provides compactness of the SR formation system and the laser discharge system as a whole, which reduces the discharge circuit inductance, makes it possible to increase the pulse repetition rate and increase the average laser radiation power at high laser efficiency . Moreover, the implementation of at least part of the dielectric plate adjacent to the initiating electrode, cylindrical provides relative ease of manufacture of a curved dielectric plate 11.

В вариантах изобретения (Фиг.1) CP осуществляют по поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11 выполненной в виде протяженной части цилиндрической тонкостенной диэлектрической трубки, заключенной между двумя продольными сечениями трубки, параллельными ее продольной оси. Это упрощает изготовление изогнутой диэлектрической пластины 11. В вариантах изобретения для дальнейшего упрощения устройства CP осуществляют по поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11 лицевая 13 и обратная 15, стороны которой предпочтительно являются кругло-цилиндрическими.In embodiments of the invention (FIG. 1) CP is carried out on the surface of a curved dielectric plate 11 made in the form of an extended part of a cylindrical thin-walled dielectric tube enclosed between two longitudinal sections of the tube parallel to its longitudinal axis. This simplifies the manufacture of the curved dielectric plate 11. In embodiments of the invention, to further simplify the CP device, a face 13 and a reverse 15 are formed on the surface of the curved dielectric plate 11, the sides of which are preferably circularly cylindrical.

Соединение в вариантах изобретения поджигающего электрода 12 системы формирования CP с высоковольтным электродом 4 лазера (Фиг 1) обеспечивает компактность устройства, упрощает его и уменьшает индуктивность разрядного контура лазера, повышая его эффективность.The connection in the embodiments of the invention of the ignition electrode 12 of the CP formation system with the high-voltage electrode 4 of the laser (FIG. 1) ensures the compactness of the device, simplifies it and reduces the inductance of the discharge circuit of the laser, increasing its efficiency.

Высокий однородный уровень предыонизация зоны объемного разряда 6, обеспечиваемый двумя блоками предыонизации с УФ излучением CP улучшает однородность и устойчивость объемного разряда, обеспечивает повышение стабильности выходных характеристик лазера, а также возможность увеличения апертуры лазерного пучка, энергии генерации и средней мощности излучения лазера. С этой целью предыонизацию осуществляют блоками предыонизации 7, установленными так, что каждая точка зоны разряда 4 находится в зоне прямой видимости, по меньшей мере, части поверхностности изогнутой диэлектрической пластины 11, используемой для формирования СР.The high uniform level of preionization of the zone of volume discharge 6, provided by two preionization units with UV radiation CP improves the uniformity and stability of the volume discharge, improves the stability of the output characteristics of the laser, as well as the possibility of increasing the aperture of the laser beam, the generation energy, and the average laser radiation power. To this end, preionization is carried out by preionization units 7, such that each point of the discharge zone 4 is in the line of sight of at least part of the surface of the curved dielectric plate 11 used to form the CP.

В процессе работы устройства за счет применения выпуклой лицевой поверхности 13 каждой изогнутой диэлектрической пластины 11 блоки предыонизации 7, обеспечивающие высокий однородный уровень предыонизации в каждой точке зоны разряда 6, не препятствуют формированию высокоскоростного потока газа между высоковольтным и заземленным электродами 4, 5 (Фиг.1). Это улучшает однородность и устойчивость объемного разряда, обеспечивает повышение стабильности выходных характеристик лазера, а также возможность увеличения апертуры лазерного пучка, энергии генерации и средней мощности излучения лазера. Кроме этого, электроды 12, 14 системы формирования CP удалены от зоны разряда 4 (Фиг.1). Это минимизирует искажения, вносимые блоками предыонизации 7 в распределение напряженности электрического поля в зоне объемного разряда 6, обеспечивая однородность объемного разряда и устойчивость его однородной формы в режиме с высокой частотой следования импульсов. В результате достигается высокая стабильность энергии лазерного излучения от импульса к импульсу и высокое качество лазерного луча.In the process of operation of the device due to the use of the convex front surface 13 of each curved dielectric plate 11, the preionization blocks 7, which provide a high uniform level of preionization at each point of the discharge zone 6, do not prevent the formation of a high-speed gas flow between the high-voltage and grounded electrodes 4, 5 (Figure 1 ) This improves the uniformity and stability of the volume discharge, provides an increase in the stability of the output characteristics of the laser, as well as the possibility of increasing the aperture of the laser beam, the generation energy, and the average laser radiation power. In addition, the electrodes 12, 14 of the CP formation system are removed from the discharge zone 4 (FIG. 1). This minimizes the distortions introduced by the preionization units 7 into the distribution of the electric field in the zone of the volume discharge 6, ensuring the uniformity of the volume discharge and the stability of its uniform shape in the mode with a high pulse repetition rate. As a result, high stability of laser radiation energy from pulse to pulse and high quality of the laser beam are achieved.

Для обеспечения большого времени жизни изогнутой диэлектрической пластины 11 в составе блока предыонизации 7, а также большого времени жизни газовой смеси лазера, содержащей чрезвычайно химически активные компоненты F₂ или HCl в вариантах изобретения в качестве материала изогнутой диэлектрической пластины 11 предпочтительно используются эрозионностойкие и галогеностойкие диэлектрики: либо сапфир, либо керамика, в частности Al₂O₃.To ensure a long life time of the curved dielectric plate 11 as part of the preionization unit 7, as well as a long life time of the laser gas mixture containing extremely chemically active components F ₂ or HCl, erosion-resistant and halogen-resistant dielectrics are preferably used as the material of the curved dielectric plate 11: either sapphire or ceramics, in particular Al ₂ O ₃ .

В вариантах изобретения СР зажигают на поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11, лицевая поверхность 13 которой вогнутая (Фиг.2). При этом в вариантах изобретения СР зажигают в двух идентичных блоках предыонизации 7, расположенных по бокам либо высоковольтного электрода 4 (Фиг.5), либо заземленного электрода 5 (Фиг.6). В данных вариантах изобретения облегчается обработка поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11, точнее наружной поверхности трубки-заготовки, совмещаемой с поверхностью инициирующего электрода 14. Это упрощает технологию изготовления системы формирования СР с точным совмещением поверхностей изогнутой диэлектрической пластины 11 и протяженного инициирующего электрода 14. В результате достигается высокоэффективная работа блока предыонизации 7 за счет обеспечения высокой однородности СР и эффективного охлаждения изогнутой диэлектрической пластины 11 посредством инициирующего электрода 14.In embodiments of the invention, the CP is lit on the surface of a curved dielectric plate 11, the front surface 13 of which is concave (Figure 2). Moreover, in embodiments of the invention, the CPs are ignited in two identical preionization units 7 located on the sides of either the high-voltage electrode 4 (Figure 5) or the grounded electrode 5 (Figure 6). In these embodiments of the invention, the surface treatment of the curved dielectric plate 11, more precisely, the outer surface of the workpiece tube, compatible with the surface of the initiating electrode 14, is facilitated. This simplifies the manufacturing technology of the CP formation system with the exact combination of the surfaces of the curved dielectric plate 11 and the extended initiating electrode 14. The result is achieved highly efficient operation of preionization unit 7 by ensuring high uniformity of the superlattice and efficient cooling of the bent die ektricheskoy plate 11 by initiating electrode 14.

В вариантах изобретения СР зажигают между поджигающим электродом и, по меньшей мере, одним протяженным дополнительным электродом 25 (Фиг.2-6), предпочтительно соединенным с инициирующим электродом 14, что упрощает систему формирования СР и повышает ее надежность. В вариантах изобретения дополнительный электрод 25 системы формирования СР соединен с высоковольтным электродом 4 лазера (Фиг.3) или совмещен с ним. Все это упрощает электрическую цепь системы формирования СР.In embodiments of the invention, the CP is ignited between the ignition electrode and at least one extended additional electrode 25 (FIGS. 2-6), preferably connected to the initiating electrode 14, which simplifies the formation of the CP and increases its reliability. In embodiments of the invention, an additional electrode 25 of the CP forming system is connected to or combined with the high-voltage laser electrode 4 (FIG. 3). All this simplifies the electrical circuit of the CP formation system.

В вариантах изобретения предыонизацию осуществляют со стороны высоковольтного электрода 4 (Фиг.3) двумя идентичными системами формирования СР по поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11, выполненной в виде цилиндрической тонкостенной диэлектрической трубки с продольным разрезом 28. При этом инициирующий электрод 14 размещен внутри диэлектрической трубки 11, и дополнительный электрод 25 соединен с инициирующим электродом 14 через продольный разрез 28 диэлектрической трубки 11.In embodiments of the invention, the preionization is carried out on the side of the high-voltage electrode 4 (FIG. 3) by two identical systems for the formation of CP on the surface of a curved dielectric plate 11, made in the form of a cylindrical thin-walled dielectric tube with a longitudinal section 28. In this case, the initiating electrode 14 is placed inside the dielectric tube 11, and an additional electrode 25 is connected to the initiating electrode 14 through a longitudinal section 28 of the dielectric tube 11.

При выполнении устройства в указанном виде достигается наибольшая компактность системы формирования СР и снижение индуктивности разрядной системы, что позволяет повысить КПД широкоапертурного высокоэнергетичного эксимерного лазера.When the device is executed in the indicated form, the greatest compactness of the SL formation system and a decrease in the inductance of the discharge system are achieved, which makes it possible to increase the efficiency of a wide-aperture high-energy excimer laser.

Выполнение изогнутой диэлектрической пластины 11 в виде керамической трубки с продольным разрезом 28, наряду с компактностью блока предыонизации 7, обеспечивает относительную простоту технологии изготовления системы формирования СР.The implementation of the curved dielectric plate 11 in the form of a ceramic tube with a longitudinal section 28, along with the compactness of the preionization unit 7, provides the relative simplicity of the manufacturing technology of the formation system of the CP.

В вариантах изобретения (Фиг.4) СР зажигают на поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11, в качестве которой используют цельную диэлектрическую трубку 29, внутри которой размещен инициирующий электрод 14, при этом дополнительный электрод 25 размещен на наружной поверхности цельной диэлектрической трубки 29. В вариантах изобретения дополнительный электрод 25 предпочтительно подсоединен к инициирующему электроду через торец диэлектрической трубки 29. При выполнении в указанном виде обеспечивается простота конструкции изогнутой диэлектрической пластины, ее компактность, а также малая индуктивность разрядной системы, что повышает КПД высокоэнергетичного широкоапертурного эксимерного лазера.In embodiments of the invention (FIG. 4), the CPs are ignited on the surface of a curved dielectric plate 11, which uses a solid dielectric tube 29, inside which an initiating electrode 14 is placed, while an additional electrode 25 is placed on the outer surface of the solid dielectric tube 29. In embodiments of the invention the additional electrode 25 is preferably connected to the initiating electrode through the end face of the dielectric tube 29. When executed in this form, the design of the curved die is simple ktricheskoy plate, its compactness and low inductance of the discharge system, which increases the efficiency of a wide high-energy Excimer laser.

В вариантах изобретения (Фиг.3, 4) ток каждого СР протекает по контуру, включающему в себя установленные в высоковольтном фланце 3 вдоль него герметичными дополнительные токовводы 26, каждый из которых снабжен керамическим изолятором 27. При этом токовый контур основного объемного разряда включает в себя высоковольтный фланец 3, с которым электрически соединен установленный на высоковольтном фланце 3 высоковольтный электрод 4. Это упрощает разрядную систему лазера и снижает ее индуктивность.In embodiments of the invention (Figs. 3, 4), the current of each SR flows along a circuit including additional current leads 26 installed in the high-voltage flange 3 along it, each of which is equipped with a ceramic insulator 27. The current circuit of the main volume discharge includes a high-voltage flange 3, with which a high-voltage electrode 4 is mounted electrically connected to the high-voltage flange 3. This simplifies the discharge system of the laser and reduces its inductance.

В другом аспекте изобретение относится газоразрядному эксимерному лазеру, в котором предыонизацию осуществляют через высоковольтный электрод 5, размещенный на внутренней стороне высоковольтного фланца 3 и выполненный частично прозрачным, предпочтительно с щелевыми отверстиями 32. Предыонизацию осуществляют блоком предыонизации 7, установленным с обратной стороны частично прозрачного высоковольтного электрода 4 и частично размещенным в дополнительной разрядной камере 33, установленной на наружной стороне высоковольтного фланца 3 и выполненной, по меньшей мере, частично из керамики (Фиг.5).In another aspect, the invention relates to a gas-discharge excimer laser in which preionization is carried out through a high-voltage electrode 5 located on the inside of the high-voltage flange 3 and made partially transparent, preferably with slotted holes 32. The preionization is carried out by a preionization unit 7 mounted on the back of the partially transparent high-voltage electrode 4 and partially placed in an additional discharge chamber 33 mounted on the outside of the high-voltage flange 3 and you olnennoy at least partially made of ceramics (5).

Предпочтительно основной разряд осуществляют по разрядному контуру с минимизированной индуктивностью, включающему конденсаторы 8, установленные наклонно к высоковольтному электроду 4 за счет выполнения протяженных стенок 40 керамической разрядной камеры 2 наклонными к высоковольтному электроду 4.Preferably, the main discharge is carried out along the discharge circuit with a minimized inductance, including capacitors 8 mounted obliquely to the high-voltage electrode 4 by making the extended walls 40 of the ceramic discharge chamber 2 inclined to the high-voltage electrode 4.

Эти варианты изобретения за счет минимизации разрядного контура позволяют увеличить апертуру объемного разряда, повысить энергию генерации и мощность экисмерного лазера при сохранении высокого КПД. Поскольку разрядная система с частично прозрачным электродом характеризуется малым, близким к единице, значением коэффициента К смены газа, в зоне разряда 6 снижаются расходы на прокачку газа. Все это, в целом, снижает затраты на получение энергии генерации лазерного УФ излучения.These variants of the invention, by minimizing the discharge circuit, make it possible to increase the aperture of the volume discharge, increase the generation energy and the power of the excimer laser while maintaining high efficiency. Since the discharge system with a partially transparent electrode is characterized by a small, close to unity, value of the gas change coefficient K, in the discharge zone 6, the cost of pumping gas is reduced. All this, in general, reduces the cost of generating energy for generating laser UV radiation.

В этих вариантах изобретения с системой формирования CP, выполненной симметричной относительно плоскости 34, включающей в себя продольные оси 30, 31 высоковольтного и заземленного электродов 4, 5, CP зажигают по обе стороны поджигающего электрода 12, установленного на выпуклой цилиндрической поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11 и соединенного с частично прозрачным первым электродом 2 токопроводами 38 (Фиг.5, 6). При этом либо поджигающий электрод 12 либо дополнительный электрод 25 соединен с частично прозрачным высоковольтным электродом 4. Для обеспечения компактности электродного узла и повышения эффективности блока предыонизации 7 CP зажигают в непосредственной близости от зоны разряда 6. Для этого устраняют паразитные пробои между блоком предыонизации 7 и частично прозрачным высоковольтным электродом 4 за счет, по меньшей мере, частичного размещения керамической части 36 дополнительной разрядной камеры 33 в протяженной нише 35, выполненной на обратной стороне частично прозрачного электрода 4 (Фиг.5, 6).In these embodiments of the invention, with a CP forming system symmetrical about the plane 34 including the longitudinal axes 30, 31 of the high voltage and grounded electrodes 4, 5, CP are lit on both sides of the ignition electrode 12 mounted on the convex cylindrical surface of the curved dielectric plate 11 and connected to a partially transparent first electrode 2 by conductors 38 (Fig.5, 6). In this case, either an ignition electrode 12 or an additional electrode 25 is connected to a partially transparent high-voltage electrode 4. To ensure the compactness of the electrode assembly and increase the efficiency of the preionization unit 7, CP is ignited in the immediate vicinity of the discharge zone 6. To this end, parasitic breakdowns between the preionization unit 7 and partially transparent high-voltage electrode 4 due to at least partial placement of the ceramic part 36 of the additional discharge chamber 33 in an extended niche 35 made on the opposite side of the partially transparent electrode 4 (Figs. 5, 6).

В вариантах изобретения (Фиг.6) CP зажигают на поверхности изогнутой диэлектрической пластины 11, в качестве которой используют цельную диэлектрическую трубку 29, внутри которой размещен инициирующий электрод 14, при этом дополнительный электрод 25 размещен на наружной поверхности цельной диэлектрической трубки 29. В вариантах изобретения дополнительный электрод 25 предпочтительно подсоединен к инициирующему электроду через торец диэлектрической трубки 29, например, электрическим проводником 41. В этих вариантах изобретения небольшое отличие в работе блока предыонизации состоит в том, что на стадии незавершенного CP зарядка емкости изогнутой диэлектрической пластины 11 осуществляется по электрическому контуру, включающему в себя электрический проводник 41, соединяющий дополнительный электрод 25 с инициирующим электродом 14 через торец диэлектрической трубки 29. При выполнении в указанном виде обеспечивается простота конструкции изогнутой диэлектрической пластины, ее компактность, а также малая индуктивность разрядной системы, что повышает КПД высокоэнергетичного широкоапертурного эксимерного лазера.In the embodiments of the invention (FIG. 6), CP is ignited on the surface of a curved dielectric plate 11, which uses a solid dielectric tube 29, inside which an initiating electrode 14 is placed, while an additional electrode 25 is placed on the outer surface of the solid dielectric tube 29. In embodiments of the invention the additional electrode 25 is preferably connected to the initiating electrode through the end face of the dielectric tube 29, for example, by an electrical conductor 41. In these embodiments of the invention, there are slight differences the operation of the preionization unit consists in the fact that at the incomplete CP stage, the capacitance of the curved dielectric plate 11 is charged through an electric circuit including an electric conductor 41 connecting the additional electrode 25 to the initiating electrode 14 through the end face of the dielectric tube 29. When executed in the indicated form the design simplicity of the curved dielectric plate is ensured, its compactness, as well as the low inductance of the discharge system, which increases the efficiency of the high-energy wide -temperature excimer laser.

Выполнение разрядного эксимерного лазера в соответствии с изобретением позволяет минимизировать индуктивность разрядного контура при обеспечении высокоскоростного потока газа между электродами и малого коэффициента К смены газа между электродами, что позволяет повысить энергию генерации и мощность экимерного лазера при снижении затрат на получение лазерного излучения.The implementation of a discharge excimer laser in accordance with the invention allows to minimize the inductance of the discharge circuit while providing a high-speed gas flow between the electrodes and a small coefficient K of gas change between the electrodes, which allows to increase the generation energy and power of the excimer laser while reducing the cost of obtaining laser radiation.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Изобретение позволяет создать наиболее высокоэнергетичные, мощные и высокоэффективные эксимерные лазеры и лазерные системы 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 invention allows to create the most high-energy, powerful and highly efficient excimer lasers and laser systems 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 using pulsed laser ablation, environmental monitoring using powerful UV lidars, the production of integrated circuits using laser VUV lithography, etc.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Coherent Inc. Excimer & UV Optical Systems Product Catalog 20121. Coherent Inc. Excimer & UV Optical Systems Product Catalog 2012

2. Patent US 6757315.2. Patent US 6757315.

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 US 200301180724. Patent US 20030118072

5. Патентная заявка RU 2012131330.5. Patent application RU 2012131330.

6. Патентная заявка RU 2012131348.6. Patent application RU 2012131348.

ОбозначенияDesignations

1. корпус1. housing

2. разрядная камера2.discharge camera

3. высоковольтный фланец3. high voltage flange

4. высоковольтный электрод4. high voltage electrode

5. заземленный электрод5. grounded electrode

6. зона разряда6. discharge zone

7. блок предыонизации7. preionization unit

8. конденсаторы8. capacitors

9. источник питания9. power supply

10. дополнительные конденсаторы10. additional capacitors

11. диэлектрическая пластина11. dielectric plate

12. поджигающий электрод12. ignition electrode

13. лицевая поверхность диэлектрической пластины13. the front surface of the dielectric plate

14. инициирующий электрод14. initiating electrode

15. обратная поверхность диэлектрической пластины15. the reverse surface of the dielectric plate

16. диаметральный вентилятор16. diameter fan

17. трубки теплообменника17. heat exchanger tubes

18. спойлеры18. spoilers

19. направляющие лопасти19. guide vanes

20. фильтр20. filter

22. обратные токопроводы22. reverse current leads

23. герметичные токовводы23. sealed current leads

24. керамические изоляторы24. ceramic insulators

25. дополнительный электрод25. additional electrode

26. дополнительные токовводы26. additional current leads

27. керамические изоляторы27. ceramic insulators

28. продольный разрез диэлектрической трубки28. longitudinal section of the dielectric tube

29. цельная диэлектрическая трубка29. one-piece dielectric tube

30, 31 продольные оси высоковольтного и заземленного электродов30, 31 longitudinal axis of the high voltage and grounded electrodes

32. щелевые отверстия32. slotted holes

33. дополнительная разрядная камера33. extra discharge chamber

34. плоскость, включающая в себя продольные оси электродов 4, 534. a plane including the longitudinal axis of the electrodes 4, 5

35. протяженная ниша на обратной стороне частично прозрачного электрода35. an extended niche on the back of a partially transparent electrode

36. керамическая часть дополнительной разрядной камеры 3336. ceramic part of the additional discharge chamber 33

37. протяженный вырез высоковольтного фланца 337. long cutout of the high voltage flange 3

38. токопроводы38. conductors

39. дополнительный высоковольтный фланцец39. optional high voltage flange

40. наружные стенки керамической разрядной камеры 240. the outer walls of the ceramic discharge chamber 2

41. электрический проводник41. electrical conductor

Claims

1. A gas-discharge excimer laser, which includes a gas-filled housing (1), on which a ceramic discharge chamber (2) with an extended high-voltage flange (3) is installed, extended high-voltage electrode (4), a grounded electrode (5) located in the discharge chamber (2) ), a volume discharge zone (6) between the high-voltage and grounded electrodes (4), (5), at least one preionization unit (7), a set of capacitors (8) located on the sides of the discharge chamber and connected to the high-voltage and grounded electrodes (4), (5), power source (9) connected to the condensers (8), and a resonator, wherein
each preionization unit (7) contains a complete sliding discharge (CP) formation system between the extended ignition electrode located on the surface of the dielectric plate (11) and the additional electrode (25), while the dielectric plate has a curved cross-section in shape, the ignition electrode (12) mounted on the front surface (13) of the curved dielectric plate (11), the extended initiating electrode (14) adjoins the reverse side of the curved dielectric plate and at least adjoins The extended part of the back surface (15) of the dielectric plate (11) that is connected to the initiating electrode (14) is cylindrical, and the additional electrode (25) is connected to the initiating electrode.

2. The device according to claim 1, in which two identical preionization units (7) are located on the sides of the high-voltage electrode (4).

3. The device according to claim 1, in which the capacitors (8) are connected to the high-voltage electrode (4) through sealed current leads (23) installed in the high-voltage flange (3) along it, each of which is equipped with a ceramic insulator (24), while the source power supply (9) is electrically connected to each preionization unit (7) through a high voltage flange (3).

4. The device according to claim 1, in which the curved dielectric plate (11) is made in the form of an extended part of a cylindrical thin-walled dielectric tube enclosed between two longitudinal sections of the tube parallel to its longitudinal axis.

5. The device according to claim 1, in which the front surface (13) of the curved dielectric plate (11) is either convex or concave.

6. The device according to claim 1, in which either sapphire or ceramic, in particular Al ₂ O _{3, is} used as the material of the curved dielectric plate (11).

7. The device according to claim 1, in which each point of the discharge zone (6) between the high voltage and grounded electrodes (4), (5) is in the line of sight, at least
part of the surface of a curved dielectric plate (11) used to form a superlattice.

8. The device according to claim 1, in which the curved dielectric plate (11) is made in the form of a cylindrical thin-walled dielectric tube with a longitudinal section (28), the initiating electrode (14) is placed inside the dielectric tube, and an additional electrode (25) is connected to the initiating electrode (14) through a longitudinal section (28) of the dielectric tube.

9. The device according to claim 1, in which the CP formation system comprises, as a curved dielectric plate (11), a whole dielectric tube (29), inside which an initiating electrode (14) is placed, while on the outer surface of the whole dielectric tube (29) is placed additional electrode (25).

10. The device according to claim 1, in which the CP forming system comprises, as a curved dielectric plate (11), an integral dielectric tube (29), inside which an initiating electrode (14) is placed, while on the outer surface of the integral dielectric tube (29) is placed an additional electrode (25) connected to the initiating electrode (14) through the end face of the dielectric tube.

11. The device according to claim 1, in which the ignition electrode (12) is either connected or combined with a high-voltage electrode (4).

12. The device according to claim 1, in which the additional electrode (25) is either connected or combined with a high-voltage electrode (4).

13. The device according to claim 1, in which the high-voltage electrode (4) is mounted on the high-voltage flange (3) and is electrically connected to it, while the power supply (9) is electrically connected to each preionization unit (7) through the ones installed in the high-voltage flange ( 3) along it are sealed additional current leads (26), each of which is equipped with a ceramic insulator (27).

14. The device according to claim 1, in which the extended walls (40) of the ceramic discharge chamber (2) are inclined to the high-voltage electrode (4), and the capacitors (8) are installed obliquely to the high-voltage electrode (4).

15. Gas-discharge excimer laser, which includes a gas-filled housing (1), on which a ceramic discharge chamber (2) with an extended high-voltage flange (3) is installed, and an extended high-voltage electrode (4) and a grounded electrode (5) located in the discharge chamber (2) ), a volume discharge zone (6) between the high-voltage and grounded electrodes (4), (5), the longitudinal axes of which (30), (31) are parallel to each other, a power source (9) connected to capacitors (8) installed in the sides of the discharge chamber (2) and connected to the high voltage and grounded electrodes (4, 5), while
a high-voltage electrode (4) is placed on the inner side of the high-voltage flange (3) and is partially transparent; an additional discharge chamber (33) made at least partially of ceramic and a preionization unit (7) is installed on the outer side of the high-voltage flange (3) ) mounted on the back of a partially transparent high-voltage electrode (4) is at least partially placed in an additional discharge chamber (33).

16. The device according to p. 15, in which the extended walls (40) of the ceramic discharge chamber (2) are inclined to the high-voltage electrode (4), and the capacitors (8) are mounted obliquely to the high-voltage electrode (4).

17. The device according to claim 15, in which the preionization unit (7) comprises a sliding discharge (CP) formation system between the extended ignition and additional electrodes (12), (25) located on the surface of the dielectric plate (11), to the reverse surface ( 15) which is adjacent to the initiating electrode (14) connected to the additional electrode (25), moreover, the CP formation system is made symmetrical with respect to the plane (34), including the longitudinal axis (30), (31) of the high-voltage and grounded electrodes (4), (5).

18. The device according to claim 15, in which the extended dielectric plate (11) of the CP forming system has a curved shape in cross section.

19. The device according to p. 15, in which the high-voltage electrode (4) has on the back side an extended niche (35), in which at least partially the ceramic part (36) of the additional discharge chamber (33) is located.

20. The device according to p. 15, in which either the ignition electrode (12) or the additional electrode (25) is connected to a high-voltage partially transparent electrode (4).

21. The device according to p. 15, in which the CP formation system comprises, as a curved dielectric plate (11), a whole dielectric tube (29), inside of which, an initiating electrode (14) is placed, while on the outer surface of the whole dielectric tube (29) the ignition and additional electrodes (12), (25) are diametrically opposed.

22. The device according to p. 20, in which either the ignition electrode (12) or the additional electrode (25) is connected to the initiating electrode (14) through the end face of a solid dielectric tube (29).

23. A gas-discharge excimer laser, which includes a gas-filled housing (1), on which a ceramic discharge chamber (2) is installed, extended high-voltage electrode (4), a grounded electrode (5), longitudinal axes of which (30) are located in the discharge chamber (2) ), (31) are parallel to each other, the zone of the volume discharge (6) between the high-voltage and grounded electrodes (4), (5), the preionization unit (7), a set of capacitors (8) located on the sides of the discharge chamber (2) and connected with high voltage and grounded electrodes (4), (5), power supply (9), p CONNECTIONS to the condensers (8), wherein
the high voltage electrode (4) is partially transparent,
the preionization unit (7) is mounted on the back side of the partially transparent electrode and contains a CP formation system on the surface of the dielectric plate (11) having a curved cross section, the CP formation system being symmetrical with respect to the plane (34) including the longitudinal axes (30 ), (31) high-voltage and grounded electrodes (4), (5), and
the extended walls (40) of the ceramic discharge chamber (2) are inclined to the high voltage electrode (4), and the capacitors (8) are mounted obliquely to the high voltage electrode (4).

24. The device according to p. 23, in which the system for the formation of a sliding discharge (CP) contains a firing electrode (12) and an additional electrode (25) located on the surface of a curved dielectric plate (11), to the reverse surface (15) of which the initiating electrode is adjacent (14) connected to the additional electrode (25).