нескольких полос (рис.2). Наиболее интенсивная полоса идентифицируется с
переходом В(2()(Х(2(), именно на этом переходе и работают эксимерные
лазеры. При высоких давлениях газа в излучении наблюдаются ярко выраженные
пики, обусловленные высокорасположенными колебательными уровнями верхнего
электронного состояния. При низком давлении полоса смещается в
коротковолновую часть спектра. Это смещение обусловлено переходом с более
высоких колебательных уровней, которые обычно тушатся релаксируют на
нижние уровни ) при высоком давлении.
В длинноволновой области спектра полосы расположена широкая область
континиума, соответствующая переходам на отталкивательный уровень А (2П)
нижнего электронного состояния. Спектр излучения любой из полос связан с
переходом валентного электрона от отрицательного иона галогена (верхнее
состояние). То что, переход В(2()(Х(2() является самым интенсивным
объясняется тем, что из всех валентных орбиталей начальная и конечная р(-
орбитали этого электронного перехода наиболее сильно перекрываются [4].
Поскольку D--состояние расположено выше самого нижнего возбужденного
(ионного) состояния примерно на одну и ту же величину энергии независимо от
межядерного расстояния, полоса D(Х оказывается смещенной в голубую часть
спектра по сравнению с полосой перехода В(Х. В случае молекулы Кr2F
излучение в полосе D(Х происходит на длине волны около 220 нм, и на рис.2
не указанo. Переходы на 2П-термы основного состояния являются существенно
менее интенсивными и образуют относительно широкий континуум, поскольку
нижний уровень является отталкивательным. На риc.2 широкий спектр излучения
Кr2F простирается по обе стороны от центра, расположенного вблизи 400 нм.
Анализ термов возбужденных молекул, составленных из атомов инертных
газов и галогенидов, может упроститься благодаря существованию глубокой
аналогии, связывающей молекулы данного типа и молекулы, составленные из
атомов щелочного металла и галогена. В самом деле, валентный S-электрон в
валентном атоме инертного газа характеризуется величиной энергии связи,
близкой энергии связи валентного электрона в атоме щелочного металла,
следующего в периодической таблице за рассматриваемым атомом инертного
газа. Поскольку характерные основные особенности волновой функции слабо
связанного электрона в возбужденном атоме определяется величиной его
энергии связи, имеет место близкое совпадение различных параметров
рассматриваемых пар молекул.
1.2. Кинетика процессов, происходящих в эксимерных XeCl лазерах
Если рассматривать кинетику реакций в газах на галогенидах инертных
газов, то она довольно сложна. В кинетических процессах участвует много
частиц: атомы и молекулы в основном и возбужденном состоянии, несколько
сортов ионов, а также большое число возбужденных атомов и молекул. В
работе [7] приводится более 50 реакций между возбужденными молекулами,
атомами и ионами, а так же излучением, которые необходимо учитывать при
рассмотрении кинетики процессов, происходящих в ХеСl-лазере в результате
электрического возбуждения смеси. С целью упрощения рассмотрения кинетики
реакций происходящих в эсимерных лазерах, условимся считать все реакции,
происходящие в плазме, разделенными на 8 групп и ограничимся рссмотрением
лишь наиболее важных из них. При этом некоторые реакции могут принадлежать
не только одной группе, а двум и более. Первыe три группы составляют:
1. Первичные реакции с электронами, например:
e + He ( He+ +e +e
(1)
e + Xe ( Xe* + e
(2)
e + HCl ( HCl(v) +e
(3)
2. Реакции между частицами буферного газа, например
He* + He + He ( He2* + He
(4)
He+ + 2He ( He2+ + He
(5)
Ne* + Ne + Ne ( Ne2* + Ne
(6)
3.Реакции с HCl, например:
e + HCl ( HCl(v) +e
(7)
e + HCl ( H + Cl-
(8)
e + HCl ( HCl+ +2e
(9)
4. Реакции с потерями электронов и положительно заряженных ионов: а)
диссоциативная рекомбинация:
HeXe+ +e ( Xe* + He (10)
б) тройная рекомбинация, например:
He2+ + e + He ( He* + 2He (11)
в) прилипание электрона к нейтральным частицам, например:
e + HCl ( H + Cl- (13)
Cl +e + Ne ( Cl- +e + Ne (14)
отрицательный и положительный ионы могут рекомбинировать как бинарно
(перезарядка):
Cl- + Xe+ ( Xe* + Cl (15)
так и в тройных соударениях:
Xe+ + Cl- + Ne ( XeCl* + Ne (16)
Реакции (13) и (14) протекают достаточно быстро. Следует заметить
необычайную зависимость скорости этих реакций от давления. При давлении
ниже одной атмосферы константа скорости этих реакций имеет достаточно
большое значение. Реакция типа (14) вносит существенный вклад в
образование возбужденных молекул галогенидов инертных газов. Это
предположение основано на высоких КПД лазеров, наблюдаемых на молекулах
ХеСl. Теоретическим обоснаванием эффективности такого процесса является то,
что кривая кулоновской потенциальной энергии вдоль которой происходит
движение ионов, пересекает большую часть ковалентных кривых на довольно
больших межьядерных расстояниях. Это затрудняет переход электрона от
отрицательного к положительному иону, препятсвуя образованию ковалентной
связи [5].
5. Реакции, в результате которых образуются молекулы ХеСl* . Помимо
рекции (15) наиболее важными являются реакции:[pic]
Xe* + HCl(v) ( XeCl* + H
(17)
NeXe* + Cl- ( XeCl* + Nе
(18)
Реакциия (14) наиболее существенна, и основной канал образования ХеСl*
проходит именно через нее. Данная реакция аналогична взаимодействию между
ионом щелочного металла и ионом галогена.
Реакция (15) не вносит существенного вклада в образование ХеСl* (около
5%), тем не мение представляет интерес в других лазерах данного класса. Это
так называемая гарпунная реакция [6].
Реакция (16) протекает только в присутсвии неона либо при
использование его как буферного газа. Посредством данной реакции образуется
30% молекул ХеСl* и неудивительно, что замена гелия на неон вкачестве
буферного газа повышает энергию в импульсе реальных устройств почти вдвое.
6. Реакции, обуславливающие процессы тушения, протекающие в плазме. К
ним, например, относятся реакции:
XeCl* + He ( Xe + He + Cl
(19)
XeCl* + Xe ( 2Xe + Cl (20)
XeCl* + HCl(v) ( Xe + HCl + Cl
(21)
Наиболее важной, по крайней мере, при низком давлении, является прямое
тушение в столкновениях с галогеносодержащими молекулами (19). Константа
скорости такой реакции достаточно высока, т. е. тушение происходит при
каждом столкновении. Для типичной газовой смеси время тушения 10 нс. Столь
быстрое тушение электронно-возбужденных молекул наблюдается давольно часто
и связано с передачей энергии тушащей молекуле [7].
Прямое тушение молекул ХеСl* в столкновениях с атомами инертных газов
(9) представляет собой значитель более медленный процесс. Однако при
высоком давлении возбужденные галогениды эффективно тушаться при
столкновениях с атомами инертных газов с образованием трехатомных молекул.
7.Реакции с излучением. Вот некоторые из них:
XeCl* + h( ( Xe + 2h(
(22)
Cl- + h( ( Cl +e
(23)
He* + h( ( He+ + e
(24)
HeXe + h( ( Xe+ + He
(25)
8.Реакции с примесями, например:
HCl + O2 ( 4ClO2 + 2H2O
(26)
Xe* + O2 ( XeO
(27)
Xe* + H2O ( XeO + H2
(28)
Они обусловлены тем, что несмотря на строгие требования к чистоте
газов, газовая смесь может содержать до 1% О2,N2 H2,CO2,H2O. Вода является
главной вредной примесью в газовых смесях эксимерных лазеров. Из одной
молекулы фтора получается 4 молекулы агрессивного фтороводорода:
F2 + 2H2O ( 4HF + O2
(29)
Кроме вышеприведенных реакций в плазме протекает еще значительное
количество побочных, которые в основном уводят энергию из основного канала.
Все полезные возбужденные состояния достаточно короткоживущие,
дополнительно тушатся при взаимных столкновениях и столкновениях с другими
образованиями в плазме. Тем не менее, можно считать, что основные реакции,
приводящие к образованию возбужденных галогенидов инертных газов, протекают
достаточно быстро и эффективно. Учитывая все эти процессы, а так же потери
в схеме возбуждения, можно оценить, что в реальных устройствах в
образованиe молекул ХеСl, в лучшем случае вкладывается только 8-10%
энергии, запасенной первоначально в накопительных емкостях [7].
1.3. Формирование объемного однородного
разряда в активной среде ЭЭЛ
В образовании эксимерных молекулы ХеСl участвуют атомы Хе, молекулы
