измеряем импульс разности потенцилов на разряде. Поэтому расчетные
осцилограмы сравнивались с экспериментальными и определялись значения
параметров схемы замещения разрядного промежутка (рис.1,а).
1.2.2. Экспериментальное исследование систем возбуждения
на основе LC-контура
Исследования проводились на эксимерном электроразрядном лазере,
излучатель и система предыонизации активной среды которого выполнены
аналогично описанным в (14( и представлены на рис.8. Излучатель представлял
собой диэлектрическую разрядную камеру, внутри которой располагались
профилированный цельнометаллический анод (А), сетчатый катод (К) и электрод
предыонизации (ЭП). Предыонизация активной среды в межэлектродном
промежутке (МП) осуществлялась излучением разряда из-под сетчатого катода
при подаче импульса высокого напряжения на электрод предыонизации. Такое
расположение системы предыонизации позволило максимально приблизить
источник ионизирующего излучения к зоне
Расчетные осциллограммы
а - L0=5 нГн; LS=1 нГн; б – L0=3 нГн; LS=3 нГн; С1=75 нФ;
С0=70 нФ; L1=11 нГн; U0=40 кВ; Rk=0,3 Ом
Рис.7
Схема возбуждения электроразрядного эксимерного лазера
[pic]
Рис.8
основного разряда и достичь однородного распределения начальных электронов
в МП. Основной разрядный объем составлял 115х3,5х2 см3 (ширина разряда 2
см). На торцах разрядной камеры располагался резонатор лазера, который был
образован плоским зеркалом с Al-покрытием и плоскопараллельной кварцевой
пластиной.
Возбуждение поперечного разряда осуществлялось системой возбуждения,
выполненной по типу LC-контура (рис.1, рис.8). Разряд предыонизации
возбуждался от отдельного LC-контура включающего Спр – накопительную
емкость, Lпр – индуктивность в контуре предыонизации, РУ1 – коммутатор. Это
позволяло регулировать задержку между предыонизацией и основным разрядом с
помощью системы запуска разрядников РУ1 и РУ. Спр заряжалась от источника
постоянного высокого напряжения через резисторы R3 и R4 до напряжения Uo.
На рис.8 представлено сечение электрода емкостной предыонизации.
Диэлектрик на электроде предыонизации представлял собой шестислойное
лавсановое покрытие общей толщиной 0.3 мм. Отличительной особенностью
предыонизации являлось то, что емкостной разряд зажигался на большой
площади ~(100х3) см2. Этим компенсировалась меньшая по сравнению с
сильноточной искрой эффективность образования ионизирующего излучения.
Минимальный радиус кривизны поверхностей электрода составлял 5 мм. Рабочая
поверхность электрода предыонизации находилась на расстоянии 3 мм от
поверхности основного сетчатого электрода, причем это расстояние в ходе
экспериментов могло изменяться от 1 до 6 мм. Разряд, обеспечивающий
предыонизацию основного разрядного промежутка, возникал между сетчатым
катодом (К) и поверхностью диэлектрика электрода предыонизации. Подача
импульса напряжения на электрод предыонизации осуществлялась по четырем
вводам, равномерно расположенным вдоль электрода предыонизации согласно
электрической схеме, представленной на рис.8.
Исследования проводились на смеси НСl:Хе:Ne–1:15:3040, при общем
давлении 4 атм. и зарядном напряжении до 40 кВ. Состав рабочей смеси и ее
давление были выбраны после предварительной оптимизации.
На рис.9 представлена зависимость энергии от величины обострительной
емкости, полученная при L1=11 нГн и L1=23 нГн.. Проанализируем расчетные
осциллограмм (рис.2-5) соответствующие таким же параметрам системы
возбуждения. Наибольшая величина энергии генерации ~ 0,7 Дж (L1=11 нГн)
была достигнута при С0=3,6 нФ. Анализ расчетной осциллограммы (рис.2,а)
показывает, что при указанных параметрах схемы возбуждения реализуется
режим работы с автоматическим предымпульсом. Сначала на межэлектродном
промежутке формируется высоковольтный импульс. При этом происходит
формирование разряда. Затем при пониженном напряжении ~ 5 кВ происходит
основной энерговклад в разряд. Наибольшая величина энергии генерации ~ 0,6
Дж (L1=23 нГн) была достигнута при С0=3,6 нФ и С0=70 нФ. При С0=3,6 нФ
также формируется предыимпульс (рис.2,б) причем с мощным энерговкладом. При
С0=70 нФ (рис.5,б) сравнительно высокая энергия достигается за счет
предымпульса и самой высокой мощности энерговклада по отношению к остальным
рассмотренным случаям. Таким образом, наибольшая энгергия генерации
достигается при реализации режима работы LC-контура с автоматическим
предымпульсом.
1.3. Исследование систем возбуждения эксимерных лазеров
на основе LC-инвертора
1.3.1. Компьютерное моделирование систем возбуждения эксимерных лазеров на
основе LC-инвертора
Как система возбуждения, LC-инвертор (рис.10) включает накопитель
энергии на С1 и С2, которые от источника постоянного высокого заряжались до
напряжения Uo. После срабатывания коммутатора Rk, в качестве которого
использовались управляемые разрядники РУ-65, через L2 происходила
Зависимость энергии генерации от величины обострительной емкости
1 - L1=11 нГн; 2– L1=23 нГн;
С1=75 нФ; U0=40 кВ; Rk=0,3 Ом; L0=5 нГн; LS=1 нГн
Рис.9
Расчетная схема LC-инвертора
С2,С1– накопительные емкости; С0 обострительная емкость; L1, L2 и L0 –
контурные индуктивности; Сe - межэлектродная емкость; R(t) –сопротивление
междуэлектродного промежутка; LS – собственная индуктивность разряда; I0,
I1, I2, Ir– токи через соответствующие элементы; U0 – напряжение на емкости
C0; U1 – напряжение на емкости C1; U2– напряжение на емкости C2; Ue –
разность потенциалов на емкости Ce; U – напряжение на лазерных электродах;
Rk – сопротивление разрядников.
Рис.10
инверсия напряжения на С2, и через индуктивность L1 осуществлялась зарядка
обострительной емкости С0 до напряжения, близкого к двойному зарядному.
Нами была создана компьютерная программа расчета холостого и рабочего
режимов работы системы возбуждения на основе LC-инвертора. По расчетной
схеме на рис.10 была составлена следующая система уравнений:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
(18)
[pic]
[pic]
[pic][pic]
где , I0; I1, I2, Ir– токи через соответствующие элементы (рис.10); U1
– напряжение на емкости C1; U2 – напряжение на емкости C2; U0– напряжение
на емкости C0; Ue – разность потенциалов на емкости Ce; U – напряжение на
лазерных электродах; Rk – сопротивление разрядников.
В расчетной схеме (рис.10) введена межэлектродная емкость Ce,
сопротивление разряда R(t) и собственная индуктивность разряда LS. Эти три
величины моделируют импеданс разряда. Зависимость сопротивления разряда от
времени задавалась в виде (4).
На рис.11 представлены расчетные типичные осциллограммы, полученные
при использовании зарядного напряжения U0= 40 кВ. Эти
Расчетные осциллограммы
а
б
а – С0=44 нФ; б – С0=3,6 нФ;
С1=180 нФ; С2=50 нФ; L0=3,5 нФ; L1=7,5 нГн; L2=20 нГн; LS=1 нГн;
Rk=0,3 Ом;
Рис.11
осциллограммы использовались для анализа экспериментальных результатов по
зависимости энергии генерации от параметров системы возбуждения.
1.3.2. Экспериментальное исследование систем возбуждения
на основе LC-инвертора
Исследования проводились на электроразрядном эксимерном лазере
излучатель и система предыонизации которого идентичны, описанным в 1.2.2.
(рис.8). Обострительная емкость С0 была подключена к электродам лазера с
минимально возможной для данной конструкции лазера индуктивностью L0. В
процессе экспериментов величины L2 и L0 были сведены к минимуму, который
позволяла конструкция лазера, и составляли 7 и 3,5 нГн соответственно.
Величина L1 определялась из осциллограмм напряжения холостого хода на С0.
Для исключения зажигания основного разряда разрядная камера в этом случае
заполнялась азотом и отключалась предыонизация. Величина L0 определялась из
осциллограмм разрядного тока в контуре L0С0. Исследования проводились на
смеси НСl:Хе:Ne–1:15:3040, при общем давлении 4 атм. и зарядном напряжении
до 40 кВ.
На рис.12 представлена зависимость энергии генерации от величины
обострительной емкости С0. Величина L2=20 нГн; С2=50 нФ; С1=180 нФ.
Наибольшая величина энергии генерации составила 0,8 Дж. и была достигнута
при С0=44 нФ. В этом случае в LC-инверторе происходит фактически полная
перезарядка накопительных емкостей на обострительную.
Из расчетной осциллограммы на рис.11,а видно, что в этом случае импульс
напряжения на лазерных электродах состоит из высоковольтного предымпульса ~
60 кВ и относительно медленно меняющейся составляющей ~ 10 кв. При С0=3,6
нФ величина энергии генерации была минимальна ~ 0,4 Дж. Уменьшение энергии
генерации можно объяснить тем, что существенно уменьшилась мощность
энерговклада и импульс напряжения на лазерных электродах стал менее гладким
(рис.11,б).
Зависимость энергии генерации от величины обострительной емкости
С1=180 нФ; С2=50 нФ; L0=3,5 нФ; L1=7,5 нГн; L2=20 нГн; U0=40 кВ
Рис.12
1.4. Анализ полученных результатов
Экспериментальные и теоретические исследования различных режимов
работы LC-контура и LC-инвертора показали, что в обоих случаях наибольшая
энергия генерации достигается в том случае, если параметры системы
возбуждения таковы, что позволяют сформировать для возбуждения активной
среды лазера сдвоенный импульс: короткий высоковольтный ((2U0) для
формирования разряда и длинный (( 10 кВ) для энерговклада в него. На стадии
энерговклада Е/P ~ 1 /(см тор), при таких условиях фактически не происходит
размножения электронов, а только компенсируются их потери в процессах
прилипания и рекомбинации. Следует отметить то обстоятельство, что анализ
