предыонизации) описывается следующей системой кинетических уравнений:
[pic] (21)
где k0a, k1a, k2a – скоростные коэффициенты диссоциативного прилипания
прилипания электрона к молекуле в разных колебательных состояниях,
соответственно ?=0, ?=1, ?=2. Cкоростные коэффициенты возбуждения
электронами колебательных уровней молекулы и основного состояния обозначены
как k01, k02. Производительность источника прдыонизации считается
постоянной и равной I. Ne, No, N1, N2 концетрации электронов и HCl.
Скорость рекомбинации – ?. Допускалось, что средняя энергия электронов
постоянна и скоростные коэффициенты брались из работы [29-31]. Для
упрощения во внимание принимались только наиболее интенсивные каналы
возбуждения колебательных состояний молекулы HCl. Эффективная частота
прилипания ? при этом зависит от времени и равна:
?(t)=[pic]
(22)
Система уравнений (21) решалась численно с помощью стандартных
программ MathCad. При этом использовались величина концентрации HCl
типичная для эксимерных лазеров. На рис.15-17 представлены зависимости от
времени концентраций электронов и молекул HCl в разных колебательных
состояниях. Температура газа считалась равной Т=300 К и поэтому начальные
концентрации молекулы HCl в возбужденных колебательных состояниях брались
равными:
Кинетика предыонизации
[pic]
a)
[pic]
б)
Парциальное давление HCl: 1торр(а); 2 торр(б). Производительность источника
предыонизации I=3.6?1014 (см?с)-1.
Рис.15
Кинетика предыонизации
[pic]
а)
[pic]
б)
Парциальное давление HCl: 4торр(а); 8 торр(б). Производительность источника
предыонизации I=3.6?1014 (см?с)-1.
Рис.16
Кинетика предыонизации
[pic]
а)
[pic]
б)
Парциальное давление HCl: 1торр. Производительность источника предыонизации
I=14.4?1014 (см3?с)-1.
Рис.17
[pic]; [pic] (23)
Величина колебательного кванта для молекулы HCl составляет 0.37 эВ. N0
определялось начальной концентрацией HCl.
Результаты численных расчетов показывают, что концентрация электронов
примерно через 100 нс выходит на стационарный уровень (I/?), причем частота
прилипания определяется только концентрацией молекул HCl в основном
колебательном состоянии. Для получения концентрации электронов
предыонизации ~ 108 см-3 необходимо обеспесчить производительность
источника предыонизации ~ 14.4?1014 (см3?с)-1 при концентрации молекул HCl
~ 3.3?1016 см-3. На рис.18 представлены зависимость концентрации электронов
достигаемой за 100 нс от парциального давления HCl и производительности
источника предыонизации.
Кинетика предыонизации
[pic]
Зависимость частоты прилипания и концентрации электронов предыонизации
от парциального давления HCl (a). Производительность источника
предыонизации I=3.6?1014 (см?с)-1.
Зависимость концентрации электронов предыонизации от
производительности источника предыонизации (б); Iо=3.6?1014 (см?с)-1.
Рис.18
Заключение
Разобраны особенности моделирования импеданса разряда различными
схемами замещения и вопрос о зависимости активного сопротивления разряда от
времени. Исследовано влияние собственной индуктивности разряда на
напряжение на разрядном промежутке. Разработана методика расчета систем
возбуждения ХеСl лазера, выполненных по типу LC-контура, позволяющая
рассчитывать форму импульса напряжения на лазерных электродах и энерговклад
в активную среду в зависимости от параметров цепи возбуждения. На практике
обычно измеряют напряжение на обострительной емкости, а не на разрядном
промежутке. Наша методика позволяет по экспериментальным осциллограммам
напряжения на обострительной емкости и разрядного тока достаточно точно
расчетным путем получать импульс напряжения на лазерных электродах. Это
дает возможность определить реальное Е/P в зависимости от времени на
разряде и его среднего значения. Показано, что для уточнения нашей модели
расчета LC-контура необходимо задаваться пробойным напряжением конкретного
разрядного промежутка для определенного состава газовой смеси.
Теоретические расчеты по кинетике плазмохимических реакций выполняются
как правило при постоянном Е/P. Сейчас получено довольно много данных по
эффективности образования XeCl* молекул в различных диапазонах Е/P.
Поэтому, зная среднее значение Е/P, можно оценивать генерационные
характеристики и эффективность работы лазера. Обычно работу системы
возбуждения оценивают только по мощности энерговклада в активную среду. Но
при одинаковой мощности энерговклада, эффективность системы возбуждения
целиком определяется тем, насколько оптимальна величина Е/P для образования
XeCl* молекул. Поэтому, при определении мощности энерговклада мы учитывали
при каком Е/P основная часть энергии вкладывалась в разряд Изучено влияние
параметров контуров возбуждения на энергетические характеристики эксимерных
лазеров. Для систем возбуждения ХеСl лазера, выполненных по типу LC-
контура, теоретически и экспериментально исследована зависимость разрядного
напряжения и энергии генерации от величины обострительной емкости при всех
режимах его работы. Показано, что для уменьшения потерь энергии в системе
возбуждения необходимо применять многоканальную коммутацию. Наибольшая
энергия генерации для LC-контура 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.
Полученные результаты нашли применение для конструирования систем
возбуждения технологических электроразрядных эксимерных лазеров. Созданные
эксимерные лазеры использованы для изучения воздействия УФ-излучения на
полимерные материалы.
Список использованных источников
1. High-power XeCl discharge laser with a large active volume / T.Hasama,
K.Miyazaki, K.Yamada e.a. // J.Appl. Phys. – 1987. – Vol.61, №.9. –
P.4691–4693.
2. Верховский В.С., Мельченко С.В., Тарасенко В.Ф. Генерация на молекулах
XeCl при возбуждении быстрым разрядом // Квант. электрон. – 1981. – Т.8,
№2. – С.417–419.
3. Боровков В.В., Воронин В.В., Воронов С.Л. и др. Высокоэффективные
газовые лазеры на основе трехэлектродной схемы формирования двойного
разряда // Квант. электрон. – 1996. – Т.23, №1. – С.41–42.
4. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Христофоров О.Б. Эксимерный электроразрядный
лазер с плазменными электродами // Квант. электрон. – 1981. – Т.8, №1. –
С.165–167.
5. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Курганский А.Д. Низкоимпендансный генератор
высоковольтных импульсов. // ПТЭ. – 1990. – №3. – С.99–101.
6. С.С.Ануфрик, А.П.Володенков, К.Ф.Зноско, А.Д.Курганский. Влияние
параметров LC-инвертора на энергию генерации ХеС1-лазера. // Межвуз. сб.
“Лазерная и оптико–электронная техника. – Минск: Университетское, 1992. –
С.91–96.
7. С.С. Ануфрик, А.П. Володенков, К.Ф. Зноско, А.Д. Курганский. Влияние
параметров LC-инвертора на выходноую энергию XeCl-лазера. // Лазерная
физика и спектроскопия: Труды конференции под ред.
А.А. Афанасьева.–Минск: Институт физики НАНБ, 1997.–т.1,–С.200-203.
8. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Курганский А.Д. Оптимизация двухконтурной
схемы возбуждения ХеС1-лазера. // Межвуз. сб. “Лазерная и
оптико–электронная техника. – Минск: Университетское, 1989. – С.87–91.
9. Anufrik S.S., Znosko K.F., Kurgansky A.D. XeCl-laser with LC-circuit
excitation research // Abstracts III-rd Symposium on Laser Technology.
Szcecin-Swinoujscie, 24–27 September 1990. – P.47–48.
10. Anufrik S.S., Znosko K.F., Kurgansky A.D. XeCl-laser with LC-circuit
excitation research // SPIE. – 1991. – Vol.1391. – P.87–92.
11. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Курганский А.Д. Влияние параметров контура
возбуждения на длительность и форму импульса генерации ХеС1-лазера. //
Межвуз. сб. “Лазерная и оптико-электронная техника. – Минск:
Университетское, 1992. – С.86–90.
12. Ануфрик С.С., Зноско К.Ф., Володенков А.П., Исследование
энергетических и временных характеристик генерации XeCl-лазера //
Программа и тезисы докладов XIV Литовско-Белорусского семинара.– Прейла:
Литва.–1999.–с.16.
13. С.С.Ануфрик, К.Ф.Зноско, А.Д. Курганский. Влияние параметров LC-
контура на энергию генерации XeCl-лазера.// Квантовая электроника.
–1989- Т.16, №11.-с.2228-2231.
14. Елецкий А.В. Эксимерные лазеры // УФН. – 1978. – Т.125. – Вып.2. –
С.279–314.
15. Ю.И.Бычков, С.В.Мельченко, Г.А.Месяц и др. Квазистационарный режим
возбуждения электроразрядных лазеров. // Квант.электрон. – 1982. – Т.9,
№12. – С.2423–2431.
16. Hogar D.C., Kearsley A.J., Webb C.E. Resistive stabilisation of a
discharge-excitrd XeCl-laser // J.Phys.D: Appl.Phys. – 1980. – Vol.13,
№2. – P.225–228.
17. В.М.Багинский, П.М.Головинский, В.А.Данилычев и др. Динамика развития
разряда и предельные характеристики лазеров на смеси Не-Хе-НС1 // Квант.
электрон. – 1986. – Т.13, №4. – С.751–758.
18. Osborne M.R. and Hutchinson M.H.R. Long pulse operation and premature
termination of a high-power disharge pumped XeCl laser // J.Appl.Phys. –
1986. – Vol.59, №3. – P.711–715.
19.Massey H S W Negative Ions (Cambridge, New York: Cambridge Univ. Press,
1976)
20.Smirnov В М Negative Ions (New York, London: McGraw Hill, 1982)
21.Illenberger E, Momigny J Gaseous Molecular Ions: An Introduction to
Elementary Processes Induced by lonization (Darmstadt: Stein-kopfVerlag,
1992)
22.Schulz G J Rev. Mod. Phys. 45 423 (1973)
23.Caledonia G E Chem. Rev. 75 333 (1975)
24.Елецкий А В, Смирнов Б М УФН 147 459 (1985)
25.Oster Т, Kiihn A, Illenberger E Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 89 1
(1989)Т. 168, № 7]765
26.Illenberger E Chem. Rev. 92 15 89 (1992)
27.Ingolfsson О, Weik F, Illenberger E Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 155
1 (1996)
28.Chutjian A, Garscadden A, Wadehra J M PAy,s. Rep. 264393(1996)
29.Смирнов Б М УФН 168 731(1998)
30.В.М.Багинский, П.М.Головинский, В.А.Данилычев и др. Динамика развития
разряда и предельные характеристики лазеров на смеси Не-Хе-НС1 // Квант.
электрон. – 1986. – Т.13, №4. – С.751–758
31.Christov Ch.G., Chaltakova N.G. Simplified discharge model for excimer
lasers.// Bul. J.Phys. – Vol.15–5. – P.497–506(1988).
-----------------------
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
