WO2008111872A1 - Газоразрядный лазер - Google Patents

Газоразрядный лазер Download PDF

Info

Publication number
WO2008111872A1
WO2008111872A1 PCT/RU2008/000077 RU2008000077W WO2008111872A1 WO 2008111872 A1 WO2008111872 A1 WO 2008111872A1 RU 2008000077 W RU2008000077 W RU 2008000077W WO 2008111872 A1 WO2008111872 A1 WO 2008111872A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
discharge
preionization
electrodes
main
Prior art date
Application number
PCT/RU2008/000077
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Vladimir Vasilyevich Atezhev
Sergei Karenovich Vartapetov
Original Assignee
Optosystems Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Optosystems Ltd. filed Critical Optosystems Ltd.
Priority to CN200890000025XU priority Critical patent/CN201440565U/zh
Priority to US12/449,534 priority patent/US8005126B2/en
Priority to DE112008000610T priority patent/DE112008000610T5/de
Publication of WO2008111872A1 publication Critical patent/WO2008111872A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
    • H01S3/0384—Auxiliary electrodes, e.g. for pre-ionisation or triggering, or particular adaptations therefor

Definitions

  • the invention relates to the field of quantum electronics, in particular to gas-discharge TE lasers, such as excimer, nitrogen, CO 2 lasers.
  • gas-discharge TE lasers such as excimer, nitrogen, CO 2 lasers.
  • Known TE laser US patent N ° 4240044.
  • the corona discharge preionizer is located near the side surface of one of the main electrodes at a distance from the opposite electrode greater than the distance between the working surfaces of the main discharge electrodes.
  • the preionizer illuminates only part of the discharge gap and the surface of only one opposite main discharge electrode, which does not allow to obtain a stable discharge.
  • Known TE laser US patent N ° 6546036, in which the device corona preionization installed inside the discharge electrodes. Since the working surfaces of the main electrodes consist of several parts located at a distance from each other, the pump discharge between the main electrodes turns out to be inhomogeneous and unstable, which does not provide high quality laser radiation.
  • corona discharge preionizers are located on four sides of the discharge gap formed by solid electrodes. However, the preionizers are located in the gas flow zone, which increases the resistance to the gas flow. A gas moving at high speed forms local turbulences propagating in the region of the pump discharge. This prevents stable operation in the high pulse repetition mode. Location of preionizers directly in the flow zone near the electrodes can lead to spurious breakdowns between the main electrodes through the preionizers.
  • preionizers are located near the main discharge gap formed by the main discharge electrodes, the electric field in the main discharge gap is distorted by the presence of preionization devices, which negatively affects the quality of the volume gas discharge and reduces the uniformity of the laser beam in the cross section.
  • Preionizers illuminate not only the volume discharge zone, but also the surface of the insulator located between the high-voltage electrode and the housing, which requires an increase in the size of the laser.
  • the objective of the invention is the creation of a gas discharge TE laser, efficiently operating in high-frequency pulse repetition mode.
  • a gas-discharge laser containing a pair of main continuous continuous electrodes installed in the housing and connected to a power source, the working surfaces of which form a volume discharge zone, next to the side surface of each main electrode, at a distance to the opposite electrode greater than the distance between the working surfaces of the main discharge electrodes, at least one ultraviolet preionization device, gas pumping device, radiator, windows for radiation output, at the gas inlet to the a gas discharge, and at least two of them are installed with gaps relative to the main discharge electrodes, the preionization devices are located outside the gas flow zone formed by the gas flow guides in such a position that the ultraviolet radiation from each preionization device falls into the zone volume discharge through the indicated gaps.
  • Ultraviolet radiation from preionization devices enters the volume discharge zone from at least two opposite sides, which provides illumination of the shadow zones that occur when using only one preionizer remote from the opposite electrode at the distance is greater than the distance between the electrodes.
  • the presence of preionization devices at each electrode and the fact that ultraviolet radiation from the preionization devices falls into the volume discharge zone and on the working surface of the opposite main electrode provides gas ionization in the entire volume discharge zone, including the zones at the working surfaces of the main electrodes, which creates conditions for high-quality stable volume discharge. Since ultraviolet radiation from the preionizers falls into the zone of the volumetric gas discharge through the gap, the illumination of other parts of the laser is minimized.
  • the level of illumination with ultraviolet radiation from the preionization devices of the surfaces of the insulators is reduced, which eliminates breakdowns and reduces the loss of energy applied to the electrodes due to surface current leaks, ensuring the stability of the laser for a long time.
  • the gas flow guides form a uniform gas flow in the volume discharge zone and reduce the resistance of the gas pumping circuit.
  • the preionization devices are located outside the main gas flow zone formed by the gas flow guides and the working surfaces of the main discharge electrodes, and thus do not interfere with the gas propagation at high speed, which ensures the operation of the laser with a high pulse repetition rate.
  • the preionization devices illuminate the volumetric discharge zone through the gaps, are removed from the working surfaces of the main electrodes and the flow guides, therefore, the electric field in the volumetric discharge zone is not distorted, which helps to increase the uniformity of the discharge.
  • the presence of electrically strong dielectric guides eliminates the possibility of spurious electrical breakdown, which can be initiated by preionization devices.
  • the proposed technical solution allows to obtain a spatially uniform volumetric gas discharge between the main discharge electrodes with a higher pulse repetition rate, without the formation of spurious breakdowns both on the surface of the insulators and on the gas gaps, and to ensure stable laser operation with a long resource.
  • the preionization devices are located on the gas outlet side of the bulk discharge zone.
  • the gas in the zone of the volume discharge is not contaminated by the products of the preionizer and has high electrical strength, since the products of the preionization are not carried by the main stream into the zone of the volume discharge.
  • the absence of gaps between the electrodes and the flow guides at the gas inlet to the discharge gap contributes to a more uniform flow in the discharge gap. Both factors contribute to a better volumetric gas pumped discharge, which is essential to ensure high spatial and spectral characteristics of laser radiation.
  • Preionization devices are located on the gas inlet side of the volume discharge zone.
  • the gaps between the flow guides and the main discharge electrodes are located in the zone of the gas coming from the pumping means into the volume discharge zone, whose electric strength is higher than the exhaust gas electric strength at the outlet of the volume discharge zone, which makes it possible to bring the working surfaces of the preionizers closer to the discharge gap without causing spurious breakdowns.
  • This increases the intensity of preionization in the zone of the volume discharge, which is important, for example, for CO 2 lasers.
  • One of the preionization devices is located on the gas inlet side of the volume discharge zone, and the other preionization device is located on the gas outlet side of the volume discharge zone.
  • the volume discharge zone turns out to be more uniformly illuminated by radiation from the preionizers in the cross section of the pump volume discharge, which allows one to obtain a high-quality homogeneous volume discharge in the cross section perpendicular to the optical axis and, accordingly, a more uniform energy distribution over the beam.
  • Preionization devices are installed at each side surface of the main electrodes.
  • the location of the preionizers on four sides of the volume discharge zone allows for a more intense and uniform illumination of the volume discharge zone and, accordingly, a more uniform distribution of energy in the laser beam and increase the laser efficiency.
  • the guides installed with a gap relative to the main discharge electrodes and the side surfaces of the electrodes form an additional gas channel in which the emitting part of the preionization device is located.
  • An additional gas channel maintains the emitting part of the preionizer in working condition in the high pulse repetition rate, diverting the products of the preionization device and cooling the working zone of the preionizer.
  • the preionization device is a corona discharge preionization device comprising an internal electrode and an insulator.
  • a preionization device based on a corona discharge makes it possible to obtain ionizing radiation uniform in the entire length of the electrodes in the gas-discharge volume of the laser with compactness and simplicity of design.
  • At least one preionization device is installed in a recess made in the side surface of the main discharge electrode. This makes it possible to reduce the dimensions of the laser electrode system and, consequently, to reduce the inductance of the discharge pump circuit, which increases the efficiency of conversion of the pump electric energy into laser radiation, and this is essential, especially for excimer lasers.
  • At least one preionization device is installed in a longitudinal recess made in the side surface of the gas flow guide facing the side surface of the main discharge electrode. This makes it possible to minimize exposure to other parts of the laser by ultraviolet radiation and to eliminate the possibility of breakdown on the surfaces of high-voltage insulators, which is especially important for the surfaces of insulators and guides close to the high-voltage pump discharge electrode.
  • At least one gas flow guide and the insulator of the preionization device are made in the form of a single dielectric element.
  • the insulator of the preionization device and the flow guide are made in the form of one element of a dielectric material in which an internal electrode is installed. While facing the gas stream the side of this dielectric element performs the function of directing the main gas flow, and the side facing the side surface of the electrode performs the function of the working surface of the preionizer and the wall of the additional gas channel to divert corona discharge products. This simplifies the laser design and reduces the problems of heat removal from the working surface of the preionizer smoothly conjugated with the flow guide.
  • the internal electrodes of the corona preionization devices are interconnected by a current conductor.
  • a current conductor for the operation of preionizers, it is not necessary to connect an additional preionization power supply circuit, as well as to perform high-voltage power supply inputs through the housing, which significantly simplifies the laser design and makes the proposed technical solution easily feasible.
  • the technical result of the proposed solution is the creation of a gas discharge laser, providing a high pulse repetition rate mode with high quality laser radiation.
  • FIG.l A laser cross section is shown in which the corona discharge preionizers are installed on the gas outlet side of the volume discharge zone and are placed in the recesses of the electrodes and flow guides.
  • FIG. 2 is a sectional view of the laser electrode system of FIG. 1
  • Fig. 3 shows a cross section of the laser electrode system in which the corona discharge preionizers are installed both on the gas inlet side of the volume discharge zone and on the outlet side, and are made with an integrated design of the preionizers and flow guides.
  • the main electrodes 1, 2 are connected to a power source 3, installed in a sealed enclosure formed by a metal chamber 4 and an insulating cover 5.
  • the corona discharge preionizer 6 is installed in the recess of the main electrode 1, at a distance to the electrode 2 greater than the distance between the electrodes 1, 2.
  • External the electrode of the preionization device 6 is the main electrode 1
  • the external electrode of the preionization device 7 is the main electrode 2.
  • the corona discharge preionizer 7 is installed in the recess of the electrode 2, at a distance to the electrode 1, greater than the distance between the electrodes 1, 2.
  • Flow guides 8, 9 are installed with gaps Sl and S2 relative to the electrodes 1,2.
  • the guides 8,9,10,11 and the working surfaces of the main electrodes 1, 2 form the zone of formation of a homogeneous high-speed gas stream.
  • the guides 10, 11 form the walls of the confuser at the inlet of the gas stream into the volume discharge zone, the guides 8.9 form the diffuser at the outlet.
  • the preionization devices are made of dielectric tubes 12, 14 with internal electrodes 13, 15 and are installed in such a position with respect to the electrodes and flow guides that, through the gaps Sl and S2, they ensure that the ultraviolet light of the volume discharge zone D is located between the working surfaces of the main discharge electrodes 1 , 2.
  • the electrode 1 is high-voltage and is mounted on an insulating cover 5, the electrode 2 is grounded and connected inductively to the power source through gas-transparent current conductors 16, 17.
  • Channel F passes along the work surface 7, and connects preioniser zone gazoprokachnogo circuit with a different gas pressure.
  • Window 20 is used to output laser radiation from the gas discharge chamber.
  • the device of FIG. 1.2 works as follows.
  • the pumping means 18 creates a gas flow in a closed gas pumping circuit of the laser.
  • Guides 8,9,10,11 are installed as walls of the diffuser-confuser junction and form a homogeneous stream at a speed of more than 10 m / s in the zone of the volume discharge D between the electrodes 1, 2.
  • a corona discharge plasma is formed on the working surfaces of the preionizers.
  • the volume discharge zone D is completely illuminated by radiation from preionizers on both sides, which ensures a high-quality uniform volume discharge and a uniform distribution of energy over the laser beam.
  • the above sequence of processes repeats. Since the ultraviolet radiation from the preionizers 6.7 enters the zone of the volumetric gas discharge through the gaps Sl and S2, the illumination of other parts of the laser is minimized.
  • the level of illumination with ultraviolet radiation from the preionization devices of the surfaces of dielectric guides 8.10 is reduced, which eliminates breakdowns and reduces the loss of energy applied to the electrodes due to surface current leaks, ensuring the stability of the laser for a long time.
  • the preionization devices illuminate the zone of the volume discharge D through the gaps are removed from the working surfaces of the main electrodes and the flow guides, therefore, the electric field in the zone of the volume discharge is not distorted, which positively affects the uniformity of the discharge.
  • the presence of electrically strong dielectric guides eliminates the possibility of parasitic, competing with the discharge of the pump, electrical breakdown between the electrodes and preionizers. It is especially important that parasitic breakdown is eliminated in the gas volume carried downstream, worked out in the previous pump pulse, whose electric strength is reduced by the products of the pump discharge. This allows increasing the pulse repetition rate at the same gas flow rate.
  • the preionization devices are located outside the main gas flow zone formed by the gas flow guides and the working surfaces of the main discharge electrodes, and thus do not interfere with the gas propagation at high speed, which ensures the operation of the laser with a high pulse repetition rate.
  • the gas flow guides are made with a smooth, smoothly conjugated with the working surface of the electrodes surface and therefore form a homogeneous gas flow in the zone of the volume discharge, and also reduce the resistance of the gas pumping circuit. All this makes it possible to obtain a higher pulse repetition rate at a lower gas flow rate, which is important, since the power required to create a gas flow is proportional to the flow rate in the third degree.
  • the proposed laser design provides efficient laser operation with high discharge quality in the high pulse repetition rate mode.
  • the gas flow guide and the insulator of the corona preionization device are made in the form of one solid dielectric element 20, i.e. integrated.
  • the dielectric element 20 is installed with a gap relative to the main electrode 2.
  • the inner preionization electrode 21 is located near the surface P of the dielectric element facing the side surface of the electrode 1.
  • the gap acts as an additional gas channel F.
  • Guides 22,24,26 are installed similarly with the internal electrodes, respectively 23 , 25.27.
  • the geometrical arrangement of the working surfaces P on which the preionization corona discharge develops is selected so that the total illumination from all corona discharge zones through the gaps provides full illumination of the volumetric gas discharge zone.
  • the laser sequence of FIG. 3 is similar to the above. Since the internal preionization electrode 21,23,25,27 is located near the lateral surface of the main electrode 1,2, it is in this zone that the greatest electric field strength arises and the corona discharge of preionization develops on surface P. Since the internal preionization electrode 21,23,25,27 is removed from the surface R facing the main gas flow zone, a corona discharge does not occur on it. The electric strength of the surface R is important because it is located between the high-voltage electrode 1 and the return conductor 16.
  • the integrated dielectric element has a continuous, smooth surface, which creates optimal conditions for an additional gas flow F between the side surface of the main electrode 2 and the surface the dielectric element P, on which the corona discharge plasma is formed.
  • the location of the preionization devices on four sides of the volume discharge zone makes it possible to obtain a more intense and uniform illumination of the volume discharge zone both in the transverse and longitudinal sections of the volume discharge zone of the pump. Accordingly, the energy distribution in the laser beam under these conditions becomes more uniform, and the laser efficiency increases.
  • the present invention can be used in the construction of gas lasers with a high pulse repetition rate, such as excimer lasers.
  • Gas lasers with a high pulse repetition rate are used in various technological processes.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Газоразрядный лазер с протяженными сплошными основными электродами, у каждого из которых установлено хотя бы одно устройство ультрафиолетовой предыонизации, зона газового потока формируется диэлектрическими направляющими газового потока и рабочими поверхностями основных разрядных электродов, устройства предыонизации установлены вне зоны газового потока и освещают промежуток между основными разрядными электродами через зазор между основными разрядными электродами и диэлектрическими направляющими потока. Техническим результатом предлагаемого решения является создание газоразрядного лазера, обеспечивающего режим высокой частоты повторения импульсов при высоком качестве лазерного излучения.

Description

ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР.
Область техники.
Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к газоразрядным ТЕ лазерам, таким как эксимерные, азотные, CO2-лaзepы.
Предшествующий уровень техники.
Известен ТЕ лазер, патент США N° 4240044. В этом устройстве предыонизатор коронного разряда расположен вблизи боковой поверхности одного из основных электродов на расстоянии от противоположного электрода большем, чем расстояние между рабочими поверхностями основных разрядных электродов. Предыонизатор освещает только часть разрядного промежутка и поверхность только одного противоположного основного разрядного электрода, что не позволяет получить стабильный разряд. Известен ТЕ-лазер, патент США N° 6546036, в котором устройства коронной предыонизации установлены внутри разрядных электродов. Так как рабочие поверхности основных электродов состоят из нескольких частей, расположенных на расстоянии друг от друга, разряд накачки между основными электродами получается неоднородным и нестабильным, что не обеспечивает высокого качества лазерного излучения.
Известно электродное устройство ТЕ-лазера, заявка РФ ЖЮ07100984. В этом устройстве внутренние электроды предыонизаторов коронного разряда соединены проводником, что позволяет получить предыонизацию лазерной газовой смеси без высоковольтных вводов через корпус газоразрядной камеры. Известен ТЕ лазер с высокой частотой повторения импульсов, заявка
Японии Ns2004186310. В этом лазере предыонизаторы коронного разряда расположены с четырех сторон разрядного промежутка, образованного сплошными электродами. Однако предыонизаторы расположены в зоне газового потока, что увеличивает сопротивление газовому потоку. Газ, движущийся с высокой скоростью, образует локальные турбулентности, распространяющиеся в область разряда накачки. Это препятствует стабильной работе в режиме высокой частоты повторения импульсов. Расположение предыонизаторов непосредственно в зоне потока вблизи электродов может приводить к паразитным пробоям между основными электродами через предыонизаторы. Кроме того, так как предыонизаторы расположены вблизи основного разрядного промежутка, образованного основными разрядными электродами, электрическое поле в основном разрядном промежутке искажается присутствием устройств предыонизации, что отрицательно влияет на качество объемного газового разряда и снижает однородность пучка лазерного излучения в поперечном сечении. Предыонизаторы освещают не только зону объемного разряда, но и поверхность изолятора, расположенного между высоковольтным электродом и корпусом, что требует увеличения габаритов лазера.
Раскрытие изобретения.
Задачей изобретения является создание газоразрядного ТЕ-лазера, эффективно работающего в режиме высокой частоты повторения импульсов. Газоразрядный лазер, содержащий пару установленных в корпусе и соединенных с источником питания основных сплошных протяженных электродов, рабочие поверхности которых образуют зону объемного разряда, рядом с боковой поверхностью каждого основного электрода, на расстоянии до противоположного электрода большем, чем расстояние между рабочими поверхностями основных разрядных электродов, установлено хотя бы одно устройство ультрафиолетовой предыонизации, средство прокачки газа, радиатор, окна для вывода излучения, на входе газа в зону объемного разряда и на выходе установлены диэлектрические направляющие газового потока, хотя бы две из которых установлены с зазорами относительно основных разрядных электродов, устройства предыонизации расположены вне зоны газового потока, образованной направляющими газового потока в таком положении, чтобы ультрафиолетовое излучение от каждого устройства предыонизации попадало в зону объемного разряда через указанные зазоры.
Ультрафиолетовое излучение от устройств предыонизации попадает в зону объемного разряда как минимум с двух противоположных сторон, что обеспечивает засветку теневых зон имеющих место при использовании только одного предыонизатора удаленного от противоположного электрода на расстояние больше расстояния между электродами. Наличие устройств предыонизации у каждого электрода и то, что ультрафиолетовое излучение от устройств предыонизации попадает в зону объемного разряда и на рабочую поверхность противоположенного основного электрода, обеспечивает ионизацию газа во всей зоне объемного разряда, включая зоны у рабочих поверхностей основных электродов, что создает условия для качественного стабильного объемного разряда. Так как ультрафиолетовое излучение от предыонизаторов попадает в зону объемного газового разряда через зазор, освещение иных частей лазера минимизировано. Уровень освещенности ультрафиолетовым излучением от устройств предыонизации поверхностей изоляторов уменьшен, что исключает пробои и снижает потери прикладываемой к электродам энергии из-за поверхностных токовых утечек, обеспечивая стабильность работы лазера в течение длительного времени. Направляющие газового потока формируют однородный газовый поток в зоне объемного разряда и снижают сопротивление газопрокачного контура. Устройства предыонизации расположены вне зоны основного газового потока, образованной направляющими газового потока и рабочими поверхностями основных разрядных электродов, и, таким образом, не создают препятствия распространению газа с высокой скоростью, что обеспечивает работу лазера с высокой частотой повторения импульсов. Устройства предыонизации освещают зону объемного разряда через зазоры, удалены от рабочих поверхностей основных электродов и направляющих потока, поэтому электрическое поле в зоне объемного разряда не искажается, что способствует повышению однородности разряда. Наличие электрически прочных диэлектрических направляющих исключает возможность паразитного электрического пробоя, который может быть инициирован устройствами предыонизации. В итоге, предлагаемое техническое решение позволяет получить пространственно однородный объемный газовый разряд между основными разрядными электродами с более высокой частотой следования импульсов, без образования паразитных пробоев как по поверхности изоляторов, так и по газовым промежуткам, и обеспечить стабильную работу лазера при большем ресурсе. Устройства предыонизации расположены со стороны выхода газа из зоны объемного основного разряда. При таком варианте исполнения предлагаемого технического решения газ в зоне объемного разряда не загрязняется продуктами работы предыонизаторов и имеет высокую электрическую прочность, так как продукты работы предыонизации не сносятся основным потоком в зону объемного разряда. Кроме того, отсутствие зазоров между электродами и направляющими потока на входе газа в разрядный промежуток способствует более однородному потоку в разрядном промежутке. Оба фактора способствуют более качественному объемному газовому разряду накачки, что существенно для обеспечения высоких пространственных и спектральных характеристик излучения лазера.
Устройства предыонизации расположены со стороны входа газа в зону объемного разряда. При таком расположении зазоры между направляющими потока и основными разрядными электродами расположены в зоне поступающего от средства прокачки в зону объемного разряда газа, электрическая прочность которого выше электрической прочности отработанного газа на выходе из зоны объемного разряда, что позволяет приблизить рабочие поверхности предыонизаторов к разрядному промежутку не вызывая паразитных пробоев. Это повышает интенсивность предыонизации в зоне объемного разряда, что важно, например, для CO2 лазеров.
Одно из устройств предыонизации расположено со стороны входа газа в зону объемного разряда, а другое устройство предыонизации расположено со стороны выхода газа из зоны объемного разряда. При таком исполнении зона объемного разряда оказывается более равномерно освещенной излучением от предыонизаторов в поперечном сечении объемного разряда накачки, что позволяет получить качественный однородный объемный разряд в сечении, перпендикулярном оптической оси и, соответственно, более однородное распределение энергии по пучку.
Устройства предыонизации установлены у каждой боковой поверхности основных электродов. Расположение предыонизаторов с четырех сторон зоны объемного разряда позволяет получить более интенсивное и равномерное освещение зоны объемного разряда и, соответственно, более однородное распределение энергии в пучке излучения лазера и увеличить КПД лазера.
Направляющие, установленные с зазором относительно основных разрядных электродов, и боковые поверхности электродов образуют дополнительный газовый канал, в котором расположена излучающая часть устройства предыонизации. Дополнительный газовый канал поддерживает излучающую часть предыонизатора в рабочем состоянии в режиме высокой частоты следования импульсов, отводя продукты работы устройства предыонизации и охлаждая рабочую зону предыонизатора. Устройство предыонизации является устройством предыонизации коронного разряда, содержащим внутренний электрод и изолятор. Устройство предыонизации на основе коронного разряда позволяет получить однородное по всей длине электродов ионизирующее излучение в газоразрядном объеме лазера при компактности и простоте конструкции. Хотя бы одно устройство предыонизации установлено в выемке, выполненной в боковой поверхности основного разрядного электрода. Это позволяет уменьшить габариты электродной системы лазера, а, следовательно, уменьшить индуктивность разрядного контура накачки, что увеличивает КПД преобразования электрической энергии накачки в лазерное излучение, а это существенно, особенно для эксимерных лазеров.
Хотя бы одно устройство предыонизации установлено в продольной выемке, выполненной в боковой поверхности направляющей газового потока, обращенной к боковой поверхности основного разрядного электрода. Это позволяет минимизировать засветку ультрафиолетовым излучением иных частей лазера, устранить возможность пробоя по поверхностям высоковольтных изоляторов, что особенно важно для поверхностей изоляторов и направляющих, близких к высоковольтному электроду разряда накачки.
Хотя бы одна направляющая газового потока и изолятор устройства предыонизации выполнены в виде одного диэлектрического элемента. При таком исполнении изолятор устройства предыонизации и направляющая потока выполнены в виде одного элемента из диэлектрического материала, в котором установлен внутренний электрод. При этом обращенная к газовому потоку сторона данного диэлектрического элемента выполняет функцию направляющей основного газового потока, а обращенная к боковой поверхности электрода сторона выполняет функцию рабочей поверхности предыонизатора и стенки дополнительного газового канала для отвода продуктов коронного разряда. Это упрощает конструкцию лазера и уменьшает проблемы отвода тепла от плавно сопряженной с направляющей потока рабочей поверхности предыонизатора.
Внутренние электроды устройств коронной предыонизации соединены между собой токопроводом. В таком исполнении для работы предыонизаторов не требуется подключения дополнительной цепи питания предыонизации, а также выполнения высоковольтных вводов электропитания через корпус, что существенно упрощает конструкцию лазера и делает предлагаемое техническое решение легко реализуемым.
Техническим результатом предлагаемого решения является создание газоразрядного лазера, обеспечивающего режим высокой частоты повторения импульсов при высоком качестве лазерного излучения.
Краткое описание чертежей.
На фиг.l. представлено поперечное сечение лазера, в котором предыонизаторы коронного разряда установлены со стороны выхода газа из зоны объемного разряда, и размещены в выемках электродов и направляющих потока. На фиг. 2 представлено сечение электродной системы лазера по фиг. 1 На фиг.З представлено поперечное сечение электродной системы лазера, в котором предыонизаторы коронного разряда установлены как со стороны входа газа в зону объемного разряда, так и со стороны выхода, и выполнены с интегрированным исполнением предыонизаторов и направляющих потока.
Варианты осуществления изобретения.
На фиг.1,2 основные электроды 1, 2 соединены с источником питания 3, установлены в герметичном корпусе, образованном металлической камерой 4 и изолирующей крышкой 5. Как видно из рисунка, предыонизатор коронного разряда 6, установлен в выемке основного электрода 1, на расстоянии до электрода 2 большем, чем расстояние между электродами 1, 2. Внешним электродом устройства предыонизации 6 является основной электрод 1, а внешним электродом устройства предыонизации 7 является основной электрод 2. Предыонизатор коронного разряда 7 установлен в выемке электрода 2, на расстоянии до электрода 1, большем, чем расстояние между электродами 1, 2. Направляющие потока 8,9 установлены с зазорами Sl и S2 относительно электродов 1,2. Направляющие 8,9,10,11 и рабочие поверхности основных электродов 1, 2 образуют зону формирования однородного высокоскоростного газового потока. Направляющие 10, 11 образуют стенки конфузора на входе газового потока в зону объемного разряда, направляющие 8,9 образуют диффузор на выходе. Устройства предыонизации выполнены из диэлектрических трубок 12, 14 с внутренними электродами 13, 15 и установлены в таком положении относительно электродов и направляющих потока, чтобы через зазоры Sl и S2 обеспечить полную засветку ультрафиолетовым излучением зоны объемного разряда D, расположенную между рабочими поверхностями основных разрядных электродов 1, 2. Электрод 1 высоковольтный и установлен на изолирующей крышке 5, электрод 2 заземлен и малоиндуктивно подсоединен к источнику питания через газопрозрачные токопроводы 16, 17. В корпусе установлено средство прокачки лазерной газовой смеси в виде рабочего колеса диаметрального вентилятора 18 и радиатор охлаждения газовой смеси 19. Канал F проходит вдоль рабочей поверхности предыонизатора 7 и соединяет зоны газопрокачного контура с разным давлением газа. Окно 20 служит для вывода лазерного излучения из газоразрядной камеры.
Устройство по Фиг. 1,2 работает следующим образом. При включении лазера, средство прокачки 18 создает поток газа в замкнутом газопрокачном контуре лазера. Направляющие 8,9,10,11 установлены в качестве стенок диффузор-конфузорного перехода и формируют в зоне объемного разряда D между электродами 1, 2 однородный поток со скоростью более 10 м/с. При подаче высоковольтного импульса между внутренним электродом 13 и электродом 1 и между внутренним электродом 14 и электродом 2 устройств предыонизации 6,7, на рабочих поверхностях предыонизаторов образуется плазма коронного разряда. Ультрафиолетовое излучение от плазмы коронного разряда через зазоры S 1 и S2 между направляющими потока и электродами освещает разрядный промежуток и рабочие поверхности электродов 1, 2, ионизируя газ в зоне объемного разряда D. Затем напряжение подается на основные электроды 1, 2 от источника питания 3. В разрядном промежутке, газ в котором ионизован излучением коронного разряда, возникает объемный газовый разряд накачки. Зона объемного разряда D полностью освещается излучением от предыонизаторов с двух сторон, что обеспечивает качественный однородный объемный разряд и однородное распределение энергии по пучку лазерного излучения.
При последующем импульсе накачки происходит повторение вышеописанной последовательности процессов. Так как ультрафиолетовое излучение от предыонизаторов 6,7 попадает в зону объемного газового разряда через зазоры Sl и S2, освещение иных частей лазера минимизировано. Уровень освещенности ультрафиолетовым излучением от устройств предыонизации поверхностей диэлектрических направляющих 8,10 уменьшено, что исключает пробои и снижает потери прикладываемой к электродам энергии из-за поверхностных токовых утечек, обеспечивая стабильность работы лазера в течение длительного времени. Устройства предыонизации освещают зону объемного разряда D через зазоры, удалены от рабочих поверхностей основных электродов и направляющих потока, поэтому электрическое поле в зоне объемного разряда не искажается, что положительно влияет на однородность разряда. Наличие электрически прочных диэлектрических направляющих исключает возможность паразитного, конкурирующего с разрядом накачки, электрического пробоя между электродами и предыонизаторами. Особенно важно, что исключается паразитный пробой по снесенному вниз по потоку, отработанному в предыдущем импульсе накачки газовому объему, электрическая прочность которого снижена продуктами разряда накачки. Это позволяет увеличить частоту следования импульсов при той же скорости потока газа. Устройства предыонизации расположены вне зоны основного газового потока, образованной направляющими газового потока и рабочими поверхностями основных разрядных электродов, и, таким образом, не создают препятствия распространению газа с высокой скоростью, что обеспечивает работу лазера с высокой частотой повторения импульсов. Направляющие газового потока выполнены с гладкой, плавно сопряженной с рабочей поверхностью электродов поверхностью и поэтому формируют однородный газовый поток в зоне объемного разряда, а также снижают сопротивление газопрокачного контура. Все это позволяет при меньшей скорости потока газа получить более высокую частоту следования импульсов, что важно, так как мощность, необходимая для создания потока газа, пропорциональна скорости потока в третьей степени. Таким образом, предлагаемая конструкция лазера обеспечивает эффективную работу лазера с высоким качеством разряда в режиме высокой частоты повторения импульсов.
В варианте исполнения приведенном на фиг.З направляющая газового потока и изолятор устройства коронной предыонизации выполнены в виде одного цельного диэлектрического элемента 20, т.е. интегрировано. Диэлектрический элемент 20 установлен с зазором относительно основного электрода 2. Внутренний электрод 21 предыонизации расположен вблизи поверхности P диэлектрического элемента, обращенной к боковой поверхности электрода 1. Зазор выполняет функцию дополнительного газового канала F. Аналогично установлены направляющие 22,24,26 с внутренними электродами соответственно 23,25,27. Геометрическое расположение рабочих поверхностей P на которых развивается коронный разряд предыонизации выбрано из условия, чтобы суммарная засветка от всех зон коронного разряда через зазоры обеспечивала полную засветку зоны объемного газового разряда.
Последовательность работы лазера по фиг. 3 аналогична изложенному выше. Так как внутренний электрод предыонизации 21,23,25,27 расположен вблизи боковой поверхности основного электрода 1,2, то именно в этой зоне возникает наибольшая напряженность электрического поля и на поверхности P развивается коронный разряд предыонизации. Поскольку внутренний электрод предыонизации 21,23,25,27 удален от поверхности R, обращенной к зоне основного газового потока, коронного разряда на ней не возникает. Электрическая прочность поверхности R важна, так как она расположена между высоковольтным электродом 1 и обратным токопроводом 16. Интегрированный диэлектрический элемент имеет сплошную, гладкую поверхность, что создает оптимальные условия для дополнительного потока газа F между боковой поверхностью основного электрода 2 и поверхностью диэлектрического элемента P, на которой формируется плазма коронного разряда. Расположение устройств предыонизации с четырех сторон зоны объемного разряда позволяет получить более интенсивное и равномерное освещение зоны объемного разряда как в поперечном, так и в продольном сечении зоны объемного разряда накачки. Соответственно, распределение энергии в пучке излучения лазера при таких условиях становится более однородным, а КПД лазера увеличивается.
Промышленная применимость. Предлагаемое изобретение может использоваться в конструкции газовых лазеров с высокой частотой повторения импульсов, таких как эксимерные лазеры. Газовые лазеры с высокой частотой повторения импульсов используют в различных технологических процессах.

Claims

Формула изобретения.
1. Газоразрядный лазер, содержащий пару установленных в корпусе и соединенных с источником питания основных сплошных протяженных электродов, рабочие поверхности которых образуют зону объемного разряда, рядом с боковой поверхностью каждого основного электрода, на расстоянии до противоположного электрода большем, чем расстояние между рабочими поверхностями основных разрядных электродов, установлено хотя бы одно устройство ультрафиолетовой предыонизации, средство прокачки газа, радиатор, окна для вывода излучения, отличающийся тем, что на входе газа в зону объемного разряда и на выходе установлены диэлектрические направляющие газового потока, хотя бы две из которых установлены с зазорами относительно основных разрядных электродов, устройства предыонизации расположены вне зоны газового потока, образованной вышеуказанными направляющими газового потока в таком положении, чтобы ультрафиолетовое излучение от каждого устройства предыонизации попадало в зону объемного разряда через указанные зазоры.
2. Газоразрядный лазер по п.l., отличающийся тем, что устройства предыонизации расположены со стороны выхода газа из зоны объемного разряда.
3. Газоразрядный лазер по п.l., отличающийся тем, что устройства предыонизации расположены со стороны входа газа в зону объемного разряда.
4. Газоразрядный лазер по п.l., отличающийся тем, что одно из устройств предыонизации расположено со стороны входа газа в зону объемного разряда, а другое устройство предыонизации расположено со стороны выхода газа из зоны объемного разряда.
5. Газоразрядный лазер по п.2., отличающийся тем, что устройства предыонизации установлены у каждой боковой поверхности основных электродов.
6. Газоразрядный лазер по пп.1-5., отличающийся тем, что направляющие, установленные с зазором относительно основных разрядных электродов, и боковые поверхности электродов образуют дополнительный газовый канал, в котором расположена излучающая часть устройства предыонизации.
7. Газоразрядный лазер по п.6, отличающийся тем, что устройство предыонизации является устройством предыонизации коронного разряда, содержащим внутренний электрод и изолятор.
8. Газоразрядный лазер по п.7, отличающийся тем, что хотя бы одно устройство предыонизации установлено в продольной выемке, выполненной в боковой поверхности основного разрядного электрода.
9. Газоразрядный лазер по п.7, отличающийся тем, что хотя бы одно устройство предыонизации установлено в продольной выемке, выполненной в боковой поверхности направляющей газового потока, обращенной к боковой поверхности основного разрядного электрода
10. Газоразрядный лазер по п.7, отличающийся тем, что хотя бы одна направляющая газового потока и изолятор устройства коронной предыонизации выполнены в виде одного диэлектрического элемента.
11. Газоразрядный лазер по п.7, отличающийся тем, что внутренние электроды устройств коронной предыонизации соединены между собой токопроводом.
PCT/RU2008/000077 2007-03-13 2008-02-11 Газоразрядный лазер WO2008111872A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200890000025XU CN201440565U (zh) 2007-03-13 2008-02-11 气体放电激光器
US12/449,534 US8005126B2 (en) 2007-03-13 2008-02-11 Gas-discharge laser
DE112008000610T DE112008000610T5 (de) 2007-03-13 2008-02-11 Gasentladungslaser

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108935 2007-03-13
RU2007108935/28A RU2334325C1 (ru) 2007-03-13 2007-03-13 Газоразрядный лазер

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008111872A1 true WO2008111872A1 (ru) 2008-09-18

Family

ID=39759736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2008/000077 WO2008111872A1 (ru) 2007-03-13 2008-02-11 Газоразрядный лазер

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8005126B2 (ru)
CN (1) CN201440565U (ru)
DE (2) DE202008018117U1 (ru)
RU (1) RU2334325C1 (ru)
WO (1) WO2008111872A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2408961C1 (ru) * 2009-06-19 2011-01-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Оптосистемы" Газовый лазер
WO2013096588A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 Ipg Microsystems Llc Pre-irradiation in gas discharge lasing devices using multiple pre-irradiation discharges per electrical feed-through
WO2023175729A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 ギガフォトン株式会社 ガスレーザ装置のチャンバ及び電子デバイスの製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2113749C1 (ru) * 1997-07-11 1998-06-20 Центр физического приборостроения Института общей физики РАН Газовый лазер
RU2173923C1 (ru) * 2000-06-01 2001-09-20 Центр физического приборостроения ИОФ РАН Газовый лазер
US6546036B1 (en) * 1999-06-08 2003-04-08 Lambda Physik Ag Roof configuration for laser discharge electrodes
JP2004186310A (ja) * 2002-12-02 2004-07-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd 気体レーザのコロナ予備電離方法及び装置
WO2006125433A2 (de) * 2005-05-23 2006-11-30 Ltb-Lasertechnik Berlin Gmbh Transversal elektrisch angeregter gasentladungslaser zur erzeugung von lichtpulsen mit hoher pulsfolgefrequenz und verfahren zur herstellung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4240044A (en) 1979-07-16 1980-12-16 Gte Products Corporation Pulsed laser electrode assembly
US7215695B2 (en) * 2004-10-13 2007-05-08 Gigaphoton Discharge excitation type pulse laser apparatus
RU2340990C2 (ru) 2007-01-15 2008-12-10 ООО "Оптосистемы" Электродная система те-лазера

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2113749C1 (ru) * 1997-07-11 1998-06-20 Центр физического приборостроения Института общей физики РАН Газовый лазер
US6546036B1 (en) * 1999-06-08 2003-04-08 Lambda Physik Ag Roof configuration for laser discharge electrodes
RU2173923C1 (ru) * 2000-06-01 2001-09-20 Центр физического приборостроения ИОФ РАН Газовый лазер
JP2004186310A (ja) * 2002-12-02 2004-07-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd 気体レーザのコロナ予備電離方法及び装置
WO2006125433A2 (de) * 2005-05-23 2006-11-30 Ltb-Lasertechnik Berlin Gmbh Transversal elektrisch angeregter gasentladungslaser zur erzeugung von lichtpulsen mit hoher pulsfolgefrequenz und verfahren zur herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
DE112008000610T5 (de) 2010-02-18
US8005126B2 (en) 2011-08-23
US20100098128A1 (en) 2010-04-22
DE202008018117U1 (de) 2011-08-18
CN201440565U (zh) 2010-04-21
RU2334325C1 (ru) 2008-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6430205B2 (en) Discharge unit for a high repetition rate excimer or molecular fluorine laser
JP4714868B2 (ja) 放電灯装置
KR100545484B1 (ko) 일체식 예비전리장치를 갖는 소형의 엑시머 레이저 절연체
KR960005583B1 (ko) 레이저 가스의 전기 자극 방법
JPS6335117B2 (ru)
US6951633B1 (en) Hybrid ozone generator
JP2580266Y2 (ja) 高出力ビーム発生装置
RU2334325C1 (ru) Газоразрядный лазер
KR910002239B1 (ko) 레이저 장치
KR20070033249A (ko) 자외광 조사장치 및 광 세정장치
KR20010062136A (ko) 자외선을 방출하는 가스 레이저 장치
KR100524407B1 (ko) 무전극식 자외선 발생장치
CN107926107B (zh) 微波等离子体产生室
KR950013054B1 (ko) 방전여기가스레이저장치
JP2000311658A (ja) 無電極電界放電エキシマランプおよび無電極電界放電エキシマランプ装置
RU2507654C1 (ru) Газоразрядный лазер, лазерная система и способ генерации излучения
CA1140240A (en) Transversely electrically excited atmospheric pressure gas laser working in pulses (tea laser)
RU2271590C2 (ru) Источник излучения
RU2503104C1 (ru) Газоразрядный лазер
RU2132104C1 (ru) Способ и устройство для возбуждения высокочастотного электрического разряда в газовом лазере
JP2000277831A (ja) ガスレーザー内における高周波電気放電の励起のための方法およびデバイス
KR100856779B1 (ko) 마이크로파를 이용한 조명기기 및 그의 공진기
JP2001320112A (ja) 放電励起レーザ装置
JP4312395B2 (ja) 軸励起式ガスレーザ装置及び注入同期式ガスレーザ装置
RU2557325C2 (ru) Разрядная система эксимерного лазера (варианты)

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200890000025.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08724081

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12449534

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120080006105

Country of ref document: DE

RET De translation (de og part 6b)

Ref document number: 112008000610

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20100218

Kind code of ref document: P

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08724081

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8607