штыревым электродом. Каждый искровой промежуток питался от отдельного
конденсатора при срабатывании общего для всех управляемого разрядника РУ1.
Для исследования описанного лазера была создана экспериментальная
установка, блок-схема которой приведена на рис.2. Она состоит из
исследуемого лазера, вакуумной системы и системы газонаполнения (ВС и СГН),
источника высокого постоянного напряжения (ИВН), системы управления и
системы регистрации.
Вакуумная система и система газонаполнения разработаны и смонтированы
в виде единого блока, схема которого представлена на рис.3. Основными
узлами вакуумной системы являются: форвакуумный насос НВР-40 (1) и
высоковакуумный "Норд 250" (2), соединенные между собой посредством
вентилей (3) и (4). Для поглощения паров масла в вакуумную магистраль
включена ловушка (5), охлаждаемая жидким азотом. Измерение вакуума
осуществлялось термопарным вакууметром ВИТ-1А с лампой ПМТ-2 (6). Вакуумная
система отделена от системы газонаполнения запорным вентилем (7). Вентили
(3,4 и 7) имеют проходное сечение 20 мм.
Система газонаполнения состоит из 8 вентилей (8-15), газопроводов и
баллонов. Гибкие полиэтиленовые газопроводы соединяют вентили (8-13) и
баллоны с гелием, неоном, аргоном, ксеноном, хлористым водородом, смесью
хлористого водорода с гелием соответственно. Вентиль (14) является
выхлопным, а (15) – резервным. Через вентиль (16) к системе подключен
стрелочный вакуумметр (17) для измерения низких парциальных давлений
газовых компонент. Вакуумметр ВО-1227, класса точности 0,25 позволял
измерять давления от 2 мм рт.ст. до атмосферного. Для измерения давлений,
больших 1 атм., служил манометр (18).
Через вентиль (19) и газопровод (20) компоненты рабочей смеси
поступают в камеру лазера. Давление рабочей смеси контролируется манометром
(21). Манометры МО-11202, класса точности 0,4, позволяли измерять
абсолютное давление от 1 атм. до 5 атм. При используемых рабочих давлениях
(2-4 атм.) погрешность измерений составляла менее 1%.
Методика приготовления рабочей смеси заключается в следующем. При
открытых вентилях (3), (7), (16) и (19) насос (1) откачивает камеру лазера
до давления (10-2 мм рт.ст. Для обеспечения более высокого вакуума,
например, при обезгаживании лазерной камеры, включался насос (2),
открывался вентиль (4), а вентиль (3) закрывался. При достижении
необходимого разрежения вентилем (7) отключалась вакуумная система от
системы газонаполнения, выключались насосы, и начиналось приготовление
рабочей смеси. Первой напускают ту компоненту, которая имеет наименьшее
парциальное давление. Дальше напуск газов осуществляется в очередности
возрастания парциального давления компонент. Низкие парциальные давления
измеряются вакуумметром (17). Поскольку в смеси используется давление
хлористого водорода (1 мм рт.ст., то для повышения точности измерений
использовался не чистый HCl, а его смесь с гелием в соотношении 1:19,
которая предварительно приготавливалась. Перед напуском буферного газа
(гелий, неон, аргон) вентиль (16) закрывался и вакуумметр (17) отключался
от системы. В экспериментах, использовались газы следующей степени чистоты:
Хе – 99,9987%, HCl – 99,4%, Ar – 99,98%, Ne – 99,99%, He – 99,99%.
Источник ИВН обеспечивает на выходе регулируемое постоянное
напряжение до 50 кВ и максимальный ток 20 мА. Контроль высокого напряжения
осуществлялся киловольтметром класса точности 1,5. При используемых рабочих
напряжениях 30-40 кВ, ошибка составляла около 2%.
Система управления лазером содержит генераторы Г1 и Г2, и блоки
поджигов разрядников РУ1 и РУ – БП1 и БП2 соответственно (см. рис1.3 и
1.4.). В качестве Г1 и Г2 использовались генераторы Г5-54 или их аналоги.
Блоки поджига разрядников формируют импульсы высокого напряжения амплитудой
40 кВ, длительностью 30 нс и фронтом нарастания (10 нс.
Описанный выше лазер работает следующим образом. Предварительно
лазерная камера вакуумируется, после чего приготавливается рабочая смесь.
От источника высокого напряжения через зарядные резисторы R1 и R2
заряжаются накопительные емкости С1 и С2 (или С1), а через R3 и R4 –
емкость Спр. Генератор импульсов Г1 запускает блок поджига БП1.
Синхроимпульсом запускается генератор Г2, который через регулируемую
задержку запускает блок поджига БП2, и осциллограф 6ЛОР-04. БП1 поджигает
разрядник в контуре возбуждения предыонизации РУ1 и емкость Спр разряжается
на промежуток катод-электрод предыонизации. Блок БГ2 запускает разрядник
системы возбуждения основного разряда РУ. Введение задержки между запуском
БП1 и БП2 позволяет осуществить предыонизацию активной среды до начала
основного разряда. После срабатывания РУ (в случае LC-контура) емкость С1
через L1 заряжает С0. После пробоя межэлектродного промежутка, С0 через L0,
а С1 через L0 + L1 разряжаются на него. В случае LC-инвертора после
срабатывания РУ на емкости С2 происходит инверсия напряжения, емкости С1 и
С2 включаются последовательно, напряжение на них удваивается. Дальнейшие
процессы аналогичны условиям работы LC-контура.
В работе осуществлялась одновременная регистрация энергии,
длительности и формы импульса генерации, временного поведения разрядного
тока и напряжения, спектрального состава излучения. Излучение лазера с
помощью двух кварцевых пластинок делилось на три пучка (рис. 2.). Основной
пучок, содержащий 85% энергии генерации направлялся в калориметр ИМО-2Н.
Так как сечение лазерного пучка (3,5 х 2) см2 было больше диаметра входного
окна ИМО-2Н, то лазерный пучок подфокусировался кварцевой линзой (Л) с
фокусным расстоянием 600 мм. В некоторых экспериментах регистрировалось
распределение энергии по сечению пучка генерации и суммированием
определялась полная энергия излучения. Для контроля калориметров ИМО-2Н
применялось образцовое средство измерения энергии и мощности ОСИЭМ.
Измерение энергии генерации проводилось путем усреднения 10
экспериментальных значений. Для исключения ошибок каждая серия повторялась
дважды. Во избежание старения рабочей смеси эксперименты проводились с
ограниченным числом импульсов генерации, после чего смесь менялась. Второй
пучок, отделенный кварцевой пластинкой (П1), направлялся в спектрограф СТЭ-
1. Третий пучок, от кварцевой пластинки (П2), попадал на вакуумный фотодиод
ФЭК-22 СПУ, сигнал с которого подавался на осциллограф. Перед фотодиодом
устанавливались ослабители (О). Измерение электрических и оптических
сигналов производилось шестилучевым осциллографом 6ЛОР-04. Он позволял
одновременно регистрировать до шести однократных быстропротекающих
процессов с их взаимной временной привязкой. Погрешность осциллографа как
по оси времени, так и по оси процесса составляла (5% на диапазон.
Большинство измерений было произведено при развертках 250 нс и 500 нс, при
этом погрешность составляла (12,5 нс и (25 нс соответственно.
Напряжение на обострительной емкости регистрировалось с помощью
резистивного делителя, содержащего высоковольтное R5 и измерительное R6
плечо (см. рис.1.). Измерительное плечо равнялось 75 Ом. Высоковольтное
плечо выбиралось таким, чтобы амплитуда исследуемого сигнала, поступающего
на отклоняющие пластины осциллографа, соответствовала диапазону линейного
изменения чувствительности.
Измерения разрядного тока проводились в основном поясом Роговского,
хотя применялись в отдельных случаях и шунты. Пояс Роговского представлял
собой торроидальную катушку внешним диаметром 40 мм и внутренним 6 мм,
калиброванную на образцовом разрядном контуре. Пояс располагался на одном
из вводов излучателя у заземленной шины.
Разработанная экспериментальная установка, позволяла проводить
исследование систем возбуждения и предыонизации эксимерных лазеров и их
макетирование, оптимизацию их параметров и поиск эффективных режимов
возбуждения, а также исследовать влияние компонентного состава активной
среды и ее давления на выходные характеристики генерации. Используемый в
установке макет эксимерного лазера, благодаря секционированию элементов,
позволял производить оперативную смену типа системы возбуждения и
регулировку их параметров, изменять условия и режимы коммутации, управлять
задержкой между основным разрядом и предыонизацией. Это позволило провести
сравнительные исследования влияния различных факторов на работу эксимерных
лазеров при одинаковых условиях.
Следует отметить, что система регистрации, созданная для исследования
описанного выше макета электроразрядного эксимерного лазера, является
универсальной. Она использовалась для работы с рядом других макетов и
экспериментальных образцов электроразрядных эксимерных лазеров. Причем это
осуществлялось путем простого переключения датчиков системы регистрации на
исследуемый объект. Обработка результатов исследований осуществлялась с
использованием компьютеров.
Эксперименты, результаты которых представлены ниже, проведены на
рабочей смеси (е:Хе:НС1 (3040:15:1) при давлении 4 атм и зарядном
напряжении Uо = 34 кВ. Состав рабочей смеси и ее давление были выбраны
после предварительной оптимизации.
1.1.3. Исследование влияния типа предыонизации активной среды
на генерационные характеристики ХеС1-лазера
1.1.3.1. Предыонизация с отдельным контуром возбуждения
В настоящем разделе представлены результаты исследования влияния
задержки между основным разрядом и разрядом предыонизации на энергию
генерации мощного XeCl-лазера, а также результаты оптимизации параметров
контуров возбуждения разряда с емкостной и искровой предыонизацией.
В лазерах на галогенидах инертных газов предыонизация разрядом,
ограниченным диэлектриком, имеет потенциальные преимущества, поскольку по
сравнению с предыонизацией искрой или скользящим разрядом, она в меньшей
степени разлагает активную смесь и тем самым продлевает срок ее службы
[10]. Кроме того, обеспечивается более однородная подсветка УФ-излучением
основного разрядного промежутка по сравнению с искровой предыонизацией.
Однако меньшая по сравнению с сильноточной искрой эффективность образования
УФ-излучения и ограниченный ресурс работы диэлектрика, сдерживают широкое
применение этого вида предыонизации. Это приводит к тому, что в большинстве
электроразрядных эксимерных лазеров, выпускаемых серийно, применяется, как
