- •Министерство образования и науки российской федерации
- •Исследование электроразрядных эксимерных лазеров пояснительная записка
- •«Национальный исследовательский
- •6. Консультанты по разделам выпускной квалификационной работы
- •7. Дата выдачи задания на выполнение выпускной квалификационной работы
- •Содержание
- •1 Особенности работы и применения электроразрядных эксимерных лазеров
- •1.1 Образование эксимерных молекул
- •1.2 Способы создания активной среды электроразрядных эксимерных лазеров и системы накачки рабочей смеси
- •1.2.2 Схема с перезарядкой емкости на емкость и искровой предыонизацией
- •А) односторонняя б) двухсторонняя
- •1.3 Источники предыонизации газа
- •1.3.2 Рентгеновская предыонизация
- •1.4 Системы прокачки рабочей смеси
- •2 Экспериментальные приборы и методики измерений
- •3 Экспериментальные результаты и их обсуждение
- •3.1 Расчет характеристик вентилятора и свойств газового тракта лазера
- •Рассмотрим некоторые зависимости для вентилятора.
- •Расчет охлаждения газовой смеси теплообменника.
- •3.2 Экспериментальные установки и их характеристики
- •3.2.1 Исследование электроразрядных импульсно-периодических лазеров на модекуле KrF*
- •3.2.2 Исследование электроразрядных импульсно-периодических лазеров на модекуле XeCl*
- •4. Метод лазерной абляции
Содержание
Введение 7
1 Особенности работы и применения электроразрядных эксимерных лазеров 10
1.1 Образование эксимерных молекул 10
1.2 Способы создания активной среды электроразрядных эксимерных лазеров и системы накачки рабочей смеси 19
1.2.1 LC – генератор с инвертированием напряжения 23
1.2.2 Схема с перезарядкой емкости на емкость и искровой предыонизацией 25
1.3 Источники предыонизации газа 29
1.3.1 УФ-предыонизация 29
1.3.2 Рентгеновская предыонизация 31
1.4 Системы прокачки рабочей смеси 33
2 Экспериментальные приборы и методики измерений 38
3 Экспериментальные результаты и их обсуждение 42
3.1 Расчет характеристик вентилятора и свойств газового тракта лазера 42
3.2 Экспериментальные установки и их характеристики 55
3.2.1 Исследование электроразрядных импульсно-периодических лазеров на модекуле KrF* 55
3.2.2 Исследование электроразрядных импульсно-периодических лазеров на модекуле XeCl* 67
4. Метод лазерной абляции 79
Заключение 84
Список использованных источников 86
Введение
Интенсивное развитие микроэлектроники и возможность эффективного применения в этой области электроразрядных импульсно-периодических эксимерных лазеров вызывает у исследователей интерес к дальнейшему изучению и совершенствованию таких типов лазеров. Основными требованиями предъявляемые к эксимерным лазерам являются: высокий КПД, надежность и компактность конструкции, а также продолжительное время работы в частотном режиме.
В настоящее время в литературе имеется большое количество экспериментальных и теоретических работ посвященных исследованиям импульсно-периодических электроразрядных лазеров. В этих работах отмечается: сложность достижения высокого КПД лазера, формирующееся низкокогерентное излучение в режиме свободной генерации, трудность удержания горения однородного объемного разряда в течение длительности накачки.
Эксимерные лазеры находят все более широкое применение в качестве мощных источников УФ излучения в научных исследованиях и различных технологиях.
Характеристики эксимерных лазеров, такие как диапазон длин волн 157 - 351 нм, высокие пиковая и средняя мощности, эффективность порядка нескольких процентов и значительный ресурс, делают их весьма перспективными для использования в микротехнологиях, фотолитографии, лазерной медицине и ряде других областей. Незаменимым инструментом оказываются эксимерные лазеры в системах дистанционного контроля состава атмосферы, в системе лазерного зондирования [1-5].
Увеличение энергии генерации и мощности лазеров этого класса открывает новые перспективы при их использовании в различных технологиях.
Система генератор-усилитель состоит из маломощного задающего генератора, в котором формируется излучение с определенными пространственными и спектральными характеристиками и усилителя усиливающего это излучение. Данные системы являются технически более сложными, но позволяют в широких пределах менять параметры выходного излучения, при сохранении высокой энергии в импульсе.
Использование таких лазерных систем существенно расширяет диапазон применения эксимерных лазеров, одним, из которых является создание лазерных лидарных систем.
Известно, что в настоящее время лазерные лидарные системы получили широкое распространение для дистанционного контроля и обнаружения различных веществ в атмосфере.
Таким образом, целью настоящей работы является разработка и исследование электроразрядных импульсно-периодических эксимерных лазеров с возможностью использования их в различных приложениях.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить ряд задач:
1. Экспериментальное исследование лазера на молекулах KrF* и XeCl*.
2. Проведение расчета характеристик вентилятора и магнитной муфты;
3. Исследование влияния параметров разряда накачки на характеристики лазерного излучения;
4. Разработка KrF лазерной системы, состоящей из двух лазерных модулей, для формирования высокоэнергетического качественного излучения;
5. Использование эксимерных лазеров в различных приложениях.
На защиту выносятся следующие положения:
1. В XeCl лазере при переходе от однородного объемного разряда к частично неоднородному разряду, состоящего из перекрывающихся диффузных каналов, привязанных к плазменным пятнам на катоде, эффективность работы эксимерного лазера увеличивается с 1.1 до 2.4 %;
2. При зажигании однородного объемного разряда без интенсивных плазменных пятен на катоде, вкладываемая удельная мощность накачки ограничена величиной 1,5 МВт/см3;
3. Изменение величин индуктивности и емкостей в цепи накачки двух отдельных KrF лазерных модулей позволяет использовать один коммутатор в объединенной цепи накачки данной лазерной системы и получить запаздывание срабатывания между ними с точностью в 20±0.5 нс;
4. При воздействии лазерным излучением с длиной волны 248 нм на поверхность материала АМГ, в диапазоне плотностей энергии от 2 до 8 мДж/мм2 происходит очищение поверхности от грязевых отложений, масла и др., с повышением плотности энергии пучка более 10,5 мДж/мм2 на поверхности образца начинают проявляться очаги оплавления поверхности мишени.