Розрядна система ексимерного лазера (варіанти)

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНІКИ.

Винахід відноситься до квантовій електроніці, зокрема до імпульсно-періодичним ексімерним лазерів з УФ предионизацией ковзаючим розрядом і може бути використано при проектуванні і виготовленні ексимерних лазерів та лазерних систем з високою середньою потужністю випромінювання.

ПОПЕРЕДНІЙ РІВЕНЬ ТЕХНІКИ

У потужних ексимерних лазерах збудження активного середовища здійснюється імпульсно-періодичним об'ємним розрядом високого (2,5-5 атм) тиску в сумішах інертних газів (Ne, He, Xe, Kr, Ar) з галогеносодержащими молекулами F2, HCl при високій ~1 МВт/см3щільності потужності накачування. Такий розряд принципово нестійкий, і час збереження об'ємним розрядом однорідної форми зазвичай не перевищує кількох десятків наносекунд. При цьому забезпечення оптимального рівня предионизации активної середовища, піддається ряду змін в процесі довготривалої безперервної роботи, відноситься до основних чинників, що визначають досягнення високих вихідних характеристик ексимерних лазерів. Крім цього, конфігурація блоку УФ предионизации в чому визначає геометрію розрядної системи лазера і, відповідно, умови накачування активного середовища.

З�рів їх потужність постійно зростає. Однак підвищення енергії і середньої потужності випромінювання ексимерних газорозрядних лазерів має фундаментальні фізичні обмеження, які при перевищенні оптимальних значень енергії генерації та частоти повторення імпульсів зумовлюють зменшення ефективності лазера, зниження надійності і стабільності його роботи і, в кінцевому рахунку, збільшення витрат на експлуатацію лазера.

Все це визначає актуальність пошуку рішень, що дозволяють оптимізувати конструкцію і метод роботи ексимерних лазерів, підвищити їх потужність і стабільність роботи, знизити витрати на отримання енергії генерації.

Відома розрядна система ексимерного лазера [1], в якій УФ предионизация здійснюється зажигаемими збоку від високовольтного електрода коронними розрядами. При використанні в эксимерному лазері розрядна система дозволяє ефективно отримувати енергію генерації при високій частоті проходження імпульсів. Недоліком вказаного пристрою є малий рівень предионизации, що обмежує можливість збільшення апертури основного розряду, підвищення енергії генерації і середньої потужності лазера.

Цього недоліку позбавлена розрядна система ексимерного лазера з УФ пр� конденсаторів збоку від високовольтного електрода, розташованого з боку стінки лазерної камери [2]. Ця система забезпечила досягнення високої (600 Вт) середньої потужності лазерного УФ випромінювання в эксимерному KrF лазері. Недоліком електродної системи з УФ предионизатором у вигляді рядів окремих іскрових проміжків є просторова неоднорідність предионизации по довжині електродів, що зменшує ККД лазера, і її складність із-за необхідності герметизувати десятки токовводов предионизатора. Крім того, іскрові проміжки зумовлюють підвищене надходження в газ продуктів ерозії електродів блоку предионизации, що зменшує час життя газової суміші лазера.

Частково цих недоліків позбавлена розрядна система ексимерного лазера з предионизацией, здійснюваної через частково прозорий електрод УФ випромінюванням завершеного ковзного розряду (СР) по плоскій поверхні діелектричної. пластини [3]. В даній електродної системи забезпечується високий рівень і просторова однорідність предионизации розрядної зони між високовольтним і заземленим електродами лазера. Досягається можливість підвищення енергії генерації і середньої потужності випромінювання лазера. При цьому реалізується можливість нескогазовой суміші. При генерації XeCl середня потужність ексимерного лазера з даної електродної системою сягала понад 1 кВт. Проте частково прозорий електрод з блоком предионизации, розташованим з його зворотного боку, має відносно великі поперечні розміри, що підвищує індуктивність розрядного контуру. Цей фактор обмежує отримання високоефективної генерації в ексимерних лазерах на фторидах інертних газів (KrF, Арфа), для яких спостерігається різка залежність ефективності лазера від індуктивності розрядного контуру. Крім цього, частково прозорі електроди складні і дорогі у виготовленні.

Частково цих недоліків позбавлена розрядна система ексимерного лазера, що містить розташовані в лазерної камері протяжні перший електрод, встановлений з боку стінки лазерної камери, другий електрод, зону об'ємного розряду між першим і другим електродами, поздовжні осі яких паралельні один одному, блок предионизации, що містить, систему формування однорідного завершеного ковзного розряду (CP), що включає в себе діелектричну пластину,

підпалює електрод, встановлений на лицьовій поверхні діелектричної пластини вздовж неї, і протяжний инициируости протяжної діелектричної (сапфіровою) пластини розташована збоку від другого електрода, виконаного суцільним. УФ предионизация від ковзного розряду забезпечує просторово однорідну предионизацию зони розряду між електродами лазера оптимально високої інтенсивності, при відносно малому энерговкладе в ковзний розряд. Все це дозволяє отримувати високоефективну генерацію лазера з високою (до 5 кГц) частотою проходження імпульсів при великому часу життя газової суміші.

Однак, система формування CP, інтегрована в систему циркуляції газового потоку лазера, володіє великими поперечними розмірами, що збільшує витрати на прокачування газу. Крім цього, не вся зона основного розряду, що примикає до другого електроду, сполученого з ініціюючим електродом, оптично пов'язана з частиною поверхні плоскої пластини, що використовується для запалювання CP, здійснює УФ предионизацию. Це обумовлює можливість отримання лише відносно вузького, шириною £ 3мм, розряду між першим і другим електродами і обмежує можливості одержання високих (понад ~0,1 Дж/імпульс) значень вихідної енергії лазера при генерації на экимерних молекулах.

РОЗКРИТТЯ ВИНАХОДУ

Завданням винаходу є створення розрядних систем, інтегрованих у нЈения енергії генерації і середньої потужності лазерного УФ випромінювання.

Технічним результатом винаходу є поліпшення розрядної системи ексимерного лазера, підвищення енергії генерації, середньої потужності випромінювання при високому ККД лазера і зниження експлуатаційних витрат.

Для вирішення зазначених завдань пропонується розрядна система ексимерного лазера, що включає в себе розташовані в лазерної камері протяжні перший електрод, встановлений з боку стінки лазерної камери і другий електрод, зону об'ємного розряду між першим і другим електродами, поздовжні осі яких паралельні один одному, щонайменше, один блок предионизации, що містить систему формування однорідного завершеного ковзного розряду (CP) між розташованими на поверхні протяжної діелектричної пластини протяжними поджигающим електродом і або ініціюючим електродом, або додатковим електродом, сполученим з ініціюючим електродом, при цьому протяжна діелектрична пластина має в поперечному перерізі вигнуту форму, підпалює електрод встановлений на лицьовій поверхні зігнутої діелектричної пластини вздовж неї, протяжний ініціюючий електрод примикає до зворотної поверхні

діелектричної пластини і, по менической пластини є циліндричною.

У варіантах винаходу система формування CP встановлена так, щоб твірні циліндричної поверхні зігнутої діелектричної пластини були паралельні подовжнім осях першого і другого електродів.

У варіантах винаходу лицьова і зворотна сторони зігнутої діелектричної пластини є циліндричними.

У варіантах винаходу, щонайменше, частина вигнутої поверхні діелектричної пластини, поєднана з поверхнею ініціюючого електрода, є кругло - циліндричної.

У варіантах винаходу вигнута діелектрична пластина виконана у вигляді протяжної частини тонкостінної циліндричної діелектричної трубки, укладеної між двома поздовжніми перерізами трубки, паралельними її поздовжньої осі.

У варіантах винаходу два ідентичних блоку предионизации розташовані з боків або першого електрода, виконаного суцільним, або другого електрода, виконаного суцільним.

У варіантах винаходу лицьова поверхня зігнутої діелектричної пластини опукла.

У варіантах винаходу в якості матеріалу зігнутої діелектричної пластини використовується або сапфір, або кераміка, зокрема, Al2O3.<�носієм.

У варіантах винаходу кожна точка зони розряду між першим і другим електродами знаходиться в зоні прямої видимості, по меншою мірою, частини поверховості зігнутої діелектричної пластини, використовуваної для формування СР.

У варіантах винаходу лицьова поверхня зігнутої діелектричної пластини увігнута.

У варіантах винаходу частина зігнутої діелектричної пластини, не використовувана для формування CP, розташована на звороті або першого електрода, або другого електрода.

У варіантах винаходу вигнута діелектрична пластина виконана у вигляді тонкостінної циліндричної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом.

У варіантах винаходу вигнута діелектрична пластина виконана у вигляді тонкостінної циліндричної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом, ініціюючий електрод розміщений всередині діелектричної трубки, і додатковий електрод з'єднаний з ініціюючим електродом через поздовжній розріз діелектричної трубки.

У варіантах винаходу система формування CP містить в якості зігнутої діелектричної пластини цілісну діелектричну трубку, всередині якої розміщений

ініціюючий елек� При цьому бажано, що додатковий електрод, підключений до ініціює електроду через торець діелектричної трубки.

У варіантах винаходу або підпалювали електрод, або додатковий електрод, з'єднаний або з першим електродом, або з другим електродом.

У варіантах винаходу підпалює електрод, або додатковий електрод або поєднаний з першим електродом, або з другим електродом.

У варіантах винаходу або перший електрод, або другий електрод виконаний частково прозорим, мають із зворотного боку протяжну нішу, в якій, принаймні, частково, розміщений протяжний блок предионизации, при цьому в блоці предионизации система формування CP виконана симетричною відносно площини, що включає в себе поздовжні осі першого і другого електродів, і містить дві зони CP, симетрично розташовані по обидві сторони зазначеній площині.

При цьому бажано, що в протяжної ніші, щонайменше, частково, розміщений керамічний ізолятор з п-подібним, або П-подібним поперечним перерізом, і система формування CP, щонайменше, частково розміщена в протяжному керамічному ізоляторі.

В іншому аспекті винахід відноситься до розрядної систем�новлений з боку стінки лазерної камери, другий електрод, зону об'ємного розряду між першим і другим електродами, поздовжні осі яких паралельні один одному, і, щонайменше, один блок предионизации, при цьому кожен блок предионизации містить систему формування однорідного завершеного CP на поверхні цілісної діелектричної трубки між протяжними поджигающим додатковим електродом і електродом, встановленими на лицьовій поверхні діелектричної трубки вздовж неї, причому всередині діелектричної трубки розміщений протяжний ініціюючий електрод, що примикає до зворотної поверхні діелектричної трубки.

Переважно, що додатковий електрод підключений до ініціює електроду через торець діелектричної трубки.

У варіантах винаходу на лицьовій поверхні цілісної діелектричної трубки вздовж неї діаметрально протилежно розміщені підпалює електрод і додатковий електрод.

Вищезазначені та інші об'єкти, аспекти, особливості та переваги винаходу стануть більш очевидними з подальшого опису та формули винаходу.

Опис подається у вигляді, достатньому для розуміння принципів винаходу фахівцями в галузі лазерної техніки. Детальний про�ество винаходу пояснюється доданими кресленнями, які представлені у вигляді достатньому для розуміння принципів винаходи і жодною мірою не обмежують обсягу цього винаходу.

Фіг.1 - схема розрядної системи з одним блоком предионизации.

Фіг.2 - схема лазера з розрядною системою, що включає два блоки предионизации, встановлені з боків другого електрода.

Фіг.3 - схема розрядної системи з двома блоками предионизации, встановленими з боків першого електрода.

Фіг.4 - схема лазера з розрядною системою, що включає два блоки предионизации, встановлені з боків першого електрода.

Фіг.5 - схема розрядної системи з блоками предионизации, що включають систему формування СР по увігнутій поверхні діелектрика.

Фіг.6 - схема лазера з предионизацией випромінюванням СР на увігнутій поверхні діелектрика.

Фіг.7 - схема розрядної системи з блоками предионизации, що включають систему формування СР по поверхні діелектричної трубки з поздовжнім розрізом.

Фіг.8 - схема лазера з блоками предионизации, що включають систему формування СР по поверхні діелектричної трубки з поздовжнім розрізом.

Фіг.9 - схема розрядної системи з двома блоками предионизации, що включають систему формування частково прозорий перший електрод.

Фіг.11 - схема лазера з предионизацией через частково прозорий перший електрод.

Фіг.12 - схема розрядної системи з частково прозорим першим електродом і системою формування СР по поверхні цілісної діелектричної трубки.

Фіг.13 - схема лазера з частково прозорим першим електродом і системою формування СР по поверхні цілісної діелектричної трубки.

На кресленнях співпадаючі елементи пристрою позначені однаковими номерами позицій.

ВАРІАНТИ ЗДІЙСНЕННЯ ВИНАХОДУ

Згідно з винаходом розрядна система ексимерного лазера містить розташовані в лазерної камері 1 протяжні перший електрод 2, встановлений з боку стінки лазерної камери 1, другий електрод 3, зону об'ємного розряду 4 між першим і другим електродами 2, 3, поздовжні осі яких перпендикулярні площини Фіг. 1, паралельні один одному. Розрядна система також містить блок предионизации 5 із системою формування однорідного завершеного ковзного розряду (CP). Система формування CP включає в себе протяжну діелектричну пластину 6, підпалює (як ми його називаємо) електрод 7, встановлений на лицьовій поверхні 8 діелектричної пластини 6 уздовж неї, прстини 6 і розташований на поверхні діелектричної пластини протяжний додатковий (як ми його називаємо) електрод 14, який або з'єднаний або поєднаний (Фіг. 1) з ініціюючим електродом 9. Необхідна для високоефективної високостабильной роботи лазера однорідність завершеного CP досягається, коли міжелектродну відстань l системи формування CP на поверхні діелектричної пластини (6) між поджигающим електродом (7) і додатковим електродом (14) не менше визначеного характерного значення: l≥1,5 см. При цьому протяжна діелектрична пластина 6 має в поперечному перерізі вигнуту форму і, щонайменше, частина зворотної поверхні 10 діелектричної пластини 6, примикає до протяжному ініціює електрода 9, є циліндричною.

Розрядна система ексимерного лазера також містить набір конденсаторів 12, приєднаних до першого і другого електродів 2, 3, та імпульсний джерело живлення 11, підключений до конденсаторів 12 і призначений для їх імпульсної зарядки до напруги пробою, забезпечує газовий розряд між першим і другим електродами 2, 3 для порушення газової суміші лазера і генерації променя лазера за допомогою резонатора (не показаний). Переважно, що імпульсний джерело живлення 11 пов'язаний з блоком предионизации 5 через додаткові конденсатори 13, пѽизации 5.

Використання зігнутої діелектричної пластини в системі формування завершеного ковзного розряду забезпечує компактність розрядної системи лазера, що зумовлює зменшення індуктивності розрядного контуру і можливість високоефективного підвищення генерації енергії, а також

збільшення частоти проходження імпульсів і підвищення середньої потужності випромінювання лазера. Виконання, принаймні, частини діелектричної пластини, що примикає до ініціює електроду, циліндричної забезпечує відносну простоту виготовлення зігнутої діелектричної пластини 6 і спрощує суміщення її зворотній поверхні 10 з поверхнею протяжного ініціюючого електрода 9, що необхідно для високої однорідності СР.

У кращих варіантах винаходу система формування СР встановлена так, щоб твірні циліндричної поверхні 10 зігнутої діелектричної пластини 6 були паралельні подовжнім осях першого і другого електродів 2, 3. При цьому зона СР паралельна зоні об'ємного розряду 4. Це забезпечує однорідний рівень предионизации по всій довжині протяжної зони об'ємного розряду 4 і, відповідно, його високу однорідність і устойчивЏ (Фіг.1) блок предионизации 5 встановлено поблизу другого електрода 3. При цьому згідно з одним з варіантів винаходу ініціюючий електрод 9 системи формування СР з'єднаний з другим електродом 3 лазера. Це забезпечує компактність пристрою, зменшує індуктивність розрядного контуру лазера, підвищуючи його ефективність.

У варіантах винаходу (Фіг 1) вигнута діелектрична пластина 6 виконана у вигляді протяжної частини тонкостінної циліндричної діелектричної трубки, укладеної між двома поздовжніми перерізами трубки, паралельними її поздовжньої осі. Це спрощує виготовлення зігнутої діелектричної пластини 6.

У варіантах винаходу (Фіг.1) лицьова 8 і 10 зворотна сторони зігнутої діелектричної пластини 6 є кругло циліндричними. Це забезпечує подальше спрощення виготовлення зігнутої діелектричної пластини 6 при використанні в якості заготовки кругло-циліндричної діелектричної трубки.

Для підвищення генерації енергії та потужності лазера у варіантах винаходу (Фіг.2-9) пристрій містить два ідентичних блоку предионизации 5, розташовані з боків виконаного суцільним або першого електрода 2, або другого електрода 3.

Особливості та переваги розрядної системи більш наглзер на молекулярному фтор, поперечний переріз якого показано на Фіг.2, містить лазерну камеру 1, заповнену газовою сумішшю. У прикладі реалізації винаходу (Фіг.2) лазерна камера 1 виконана на основі керамічної труби, в якій розміщені віддалені один від одного протяжні перший електрод 2, розташований з боку стінки лазерної камери 1, і другий електрод 3.

Два ідентичних блоку предионизации 5 розташовані з боків другого електрода 3, виконаного суцільним, що забезпечує відносну простоту електрода, його високу надійність і великий час життя.

Як правило, розміщення систем формування CP поблизу другого електрода 3 дозволяє мінімізувати індуктивність розрядного контуру, що підвищує ККД високоэнергетичного ексимерного лазера.

У кожному блоці предионизации 5 завершений CP формується на поверхні зігнутої діелектричної пластини 6 між поджигающим електродом 7 і додатковим електродом 14. При цьому на ініціюючий електрод 9 замикається тільки струм заряджання ємності частини діелектричної пластини, на якій запалюють СР. У зв'язку з цим протяжний масивний ініціюючий електрод 9 може бути виготовлений з відносно дешевого матеріалу, переважно з високою �про CP виконується з ерозійно-стійкого металу, наприклад, Ni, Cu-W та ін У зв'язку з цим у варіантах винаходу додатковий електрод 14 системи формування CP сполучений з другим електродом 3 лазера (Фіг. 2), або з першим електродом 2. У варіантах винаходу додатковий електрод 14 з'єднаний з другим електродом 3, або з першим електродом 2 В кращих варіантах винаходу додатковий електрод 14 з'єднаний з ініціюючим електродом 9 (Фіг 2). Все це спрощує електричну ланцюг системи формування СР.

Поза лазерної камери 1 вздовж неї розташований набір конденсаторів 12, приєднаних до першого і другого електродів 2, 3 через приєднані до обкладкам конденсаторів струмоведучі шини, електричні вводи 15, 16 лазерної камери 1 і газопроникні зворотні струмопроводи 17, розташовані в лазерної камері 1 по обидві сторони від електродів 2, 3. До конденсаторів 12 підключений імпульсний джерело живлення 11. Також імпульсний джерело живлення 11 пов'язаний з блоком предионизации 5 через додаткові електричні вводи 18 лазерної камери 1 і газопроникні додаткові зворотні струмопроводи 19.

Для оновлення газу в зоні об'ємного розряду 4 між черговими розрядними імпульсами в лазерної камері 1 розміщена система циркуляції газу, з�а 22, виконаних у варіанті винаходу керамічними, і протяжні напрямні лопаті 23 для формування газового потоку (Фіг.2).

Для генерації променя лазера зовні лазерної камери 1 розміщений резонатор (для спрощення не показано). Лазерна камера також може містити фільтр (не показаний), зокрема, електростатичний для чищення газової суміші лазера від продуктів ерозії елементів лазерної камери.

У варіантах винаходу (Фіг 1, Фіг.2) лицьова поверхня 8 зігнутої діелектричної пластини 6 опукла. На відміну від відомого з [4] використання плоскої діелектричної пластини реалізується можливість інтеграції високоефективного блоку предионизации 5 в систему циркуляції газу таким чином, що підпалює і додатковий електроди 7, 14 системи формування СР не перешкоджають формуванню високошвидкісного потоку газу в зоні об'ємного розряду 4.

Крім цього, на відміну від відомої з [4] розрядної системи з плоскою діелектричною пластиною системи формування СР, усуваються неосвещаемие області зони об'ємного розряду 4 поблизу другого електрода 3. Для реалізації можливості високоефективного підвищення енергії генерації лазера у варіантах винаходу кожна точ� поверховості зігнутої діелектричної пластини 6, використовується для формування СР. Для цього вигнуті діелектричні пластини 6 блоків предионизации 5 повинні бути встановлені так, щоб дотична до поверхні першого другого електрода 3, перпендикулярна площині, що включає в себе поздовжні осі першого і другого електродів 2, 3, стосувалася або перетинала частина поверховості кожної зігнутої діелектричної пластини 6, використовуваної для запалювання СР. Високий однорідний рівень предионизация зони об'ємного розряду 4, забезпечуваний УФ випромінюванням двох СР покращує однорідність і стійкість об'ємного розряду, забезпечує підвищення стабільності вихідних характеристик лазера, а також можливість збільшення апертури лазерного пучка, енергії генерації і середньої потужності випромінювання лазера.

Виконання протяжної діелектричної пластини зігнутої в поперечному перерізі, зокрема, з опуклою лицьовою поверхнею дозволяє видаляти електроди 7, 9, 14 систем формування СР від зони об'ємного розряду 4 (Фіг.2). Це мінімізує спотворення, що вносяться блоками предионизации 5 розподіл напруженості електричного поля в зоні об'ємного розряду 4, забезпечуючи однорідність об'ємного розряду і стійкість його однородн�ся висока стабільність енергії лазерного випромінювання від імпульсу до імпульсу і високу якість лазерного променя.

Для ексимерних лазерів газ, що заповнює лазерну камеру при характерному тиску в діапазоні від 2,5 до 5 атм являє собою суміш інертних газів з донорами галогенів. У зв'язку з цим у варіантах винаходу в якості матеріалу зігнутої діелектричної пластини 6 кожного блоку предионизации 5 переважно використовуються эрозионностойкие і галогеностойкие діелектрики: або сапфір, або кераміку, зокрема, Al2O3, які забезпечують великий час життя діелектричної пластини у складі блоку предионизации, а також великий час життя газової суміші лазера, що містить надзвичайно хімічно активні компоненти F2або HCl.

У варіанті винаходу (Фіг.2) ініціює електрод 9 і примикає до нього вигнута діелектрична пластина 6, нагрівається СР охолоджуються, щонайменше, частково за рахунок передачі тепла масивною металевою протяжної направляючої лопаті 23, в свою чергу охолоджуваної газовим потоком, що циркулює в лазерної камері 1.

У варіантах винаходу ініціюючий електрод 9 може бути охолоджується рідким теплоносієм. Для цього ініціюючий електрод може або мати канал для циркуляції охолоджуючої рідини.

У вариантахмере 1, маючи з тильного боку ініціюючого електрода 9 ребра чи штирі радіатора.

Можливості досягнення максимальної потужності УФ лазерного випромінювання в лазерах і лазерних системах з використанням лазерних камер, виконаних на основі керамічної труби, детальніше розглянуто в [6].

У варіантах винаходу, иллюстрируемих Фіг.3 два ідентичних блоку предионизации 5 розташовані з боків першого електрода 2. Як правило, таке розміщення систем формування СР спрощує систему струмопроводів лазерної камері 1.

У варіантах винаходу (Фіг.3) у кожному блоці предионизации 5 додатковий електрод 14 встановлений на звороті 10 зігнутої діелектричної пластини 6. Установка додаткового електрода 14 із зворотного боку 10 зігнутої діелектричної пластини 6 на невеликій відстані від її краю дозволяє додатково зменшити поперечний розмір системи формування однорідного СР. За рахунок цього досягається компактність розрядної системи і її мала індуктивність, що підвищує ККД високоэнергетичного широкоапертурного ексимерного лазера.

У варіантах винаходу додаткового електрод 14 поєднаний з ініціюючим електродом 9, що в ряді випадків спрощує систему форм� сполучений з першим електродом 2 (Фіг.3).

Розрядна система (Фіг.3), виконана у відповідності з цим винаходом, застосовна для потужних ексимерних лазерів різних конструкцій, в тому числі, для конструкції лазера, представленої на Фіг.2.

Для ілюстрації на Фіг.4 показана розрядна система, виконана у відповідності з варіантом цього винаходу, стосовно до потужного эксимерному лазера з конструкцією, відмінною від розглянутої раніше. Для цього варіанту винаходу лазерна камера 1, виконана переважно металевої, містить протяжні керамічні контейнери 24, встановлені поблизу першого електрода 2. Кінцеві частини кожного керамічного контейнера 24 герметично закріплені на торцях лазерної камери 1. В керамічних контейнерах 24 розміщені конденсатори 12 малоиндуктивно приєднані до першого і другого електродів 2, 3 через токовводи 15, 16 і газопроникні зворотні струмопроводи 17. З боку першого електрода 2 в металевій стінці лазерної камери 1 вздовж неї встановлені герметичні високовольтні токовводи 25, кожен з яких забезпечений керамічним ізолятором 26. Всередині лазерної камери 1 по обидві сторони керамічних контейнерів 24 розміщені протяжні заземлені струмопроводи 27, сої�нденсаторам 12 через високовольтні токовводи 25 і заземлені струмопроводи 27, а також через високовольтні і заземлені токовводи 15, 16 кожного керамічного контейнера 24. Таке малоиндуктивное підключення джерела живлення 11 конденсаторів 12 забезпечує високі значення швидкості наростання електричного поля і величини напруженості електричного поля в області розряду 4 на стадії пробою. Це покращує однорідність об'ємного розряду лазера і підвищує стійкість однорідної форми розряду до акустичних збурень, що виникають у лазерної камері при високій частоті повторення розрядних імпульсів. В результаті досягається збільшення ККД лазера.

По обидві сторони від першого електрода 2, виконаного суцільним, встановлені два ідентичних блоку предионизации 5, кожен з яких містить систему формування СР з вигнутої поверхні діелектричної пластини 6, виконаної у вигляді протяжної частини кругло-тонкостінної циліндричної трубки, укладеної між її двома поздовжніми перерізами. При цьому в кожному блоці предионизации 5 підпалює електрод 7 системи формування СР, встановлений на опуклій лицьовій поверхні зігнутої діелектричної пластини 6 з'єднаний з першим електродом 2, а додатковий електрод 14 з'єднаний з ініціюючим эдионизации, спрощує експлуатацію лазера, в керамічних контейнерах 24 розміщені додаткові конденсатори 13, ємність яких багаторазово менше ємності конденсаторів 12, і вони займають незначну частину об'єму контейнерів 24. Додаткові конденсатори 13 зв'язані з блоком предионизации 5, а саме з'єднані з додатковим електродом 14 системи формування СР через додаткові токовводи 18.

На Фіг.4 кожен керамічний контейнер 24 має форму прямокутної труби, що забезпечує компактність керамічних контейнерів 24 з високим ступенем їх заповнення керамічними конденсаторами 12, використовуваними для потужних газорозрядних лазерів. В результаті досягається мала індуктивність розрядного контуру і підвищення ККД лазера.

У варіантах винаходу, иллюстрируемих Фіг.4, з метою зменшення індуктивності розрядного контуру конденсатори 12 максимально наближені до області 4 розряду. У цих варіантах винаходу протяжні керамічні контейнери 24 розміщені збоку від області розряду 4, утворюючи своїми поверхнями, зверненими до зоні розряду 4, розташовані вгору і вниз по потоку від області розряду 4 напрямні газового потоку або спойлери, значно змінюють напрями, �оскольку вона усуває небажаний ефект відриву газового потоку від другого електрода 3 після проходження потоком області 4 розряду. Як це більш детально розглянуто в [7], використання керамічних контейнерів з розміщеними в них конденсаторами дозволяє оптимізувати геометрію газового потоку, розрядного контуру і розрядної системи ексимерного лазера в більш широких порівняно з відомими аналогами межах. Поряд з цим, за рахунок розміщення керамічних контейнерів 24 по боках області розряду 4, розташовані в них конденсатори 12 можуть бути максимально наближені до області 4 розряду. При цьому в запропонованому винаході стінка контейнера може бути тонше, ніж стінка керамічної розрядної камери лазерів, відомих з [1] і застосовуються потужної двопроменевий лазерній системі VYPER [8]. Відповідно, індуктивність розрядного контуру може бути зменшена. Крім цього, за рахунок застосування блоків предионизации 5, виконаних у відповідності з цим винаходом (Фіг.4) рівень предионизации вище, ніж в аналогах [1, 7], що використовують предионизацию коронним розрядом. Все це забезпечує можливість підвищення стабільності вихідних характеристик ексимерного лазера, а також возма.

У варіантах реалізації винаходу (Фіг.5) у двох ідентичних блоках предионизации 5, розташованих з боків першого електрода 2, лицьова поверхня 8 зігнутої діелектричної пластини 6 увігнута. Вигнута діелектрична пластина 6 переважно виконана у вигляді протяжної частини кругло-тонкостінної циліндричної трубки, укладеної між двома перерізами трубки, паралельними її поздовжньої осі. При цьому зворотна поверхня 10 зігнутої діелектричної пластини 6, виконаної з кераміки або сапфіру, є частиною зовнішньої поверхні кругло циліндричної трубки, що полегшує можливість її обробки з високою точністю при обертанні трубки-заготовки. Поряд з цим протяжна поверхню ініціюючого електрода, що примикає до звороті діелектричної пластини 6 є увігнутою кругло-циліндричної, що також полегшує можливість її точної обробки фрезерним інструментом. Все це спрощує технологію виготовлення системи формування СР з точним поєднанням поверхонь зігнутої діелектричної пластини 6 і протяжного ініціюючого електрода 9. В результаті досягається високоефективна робота блоку предионизации 5 за рахунок забезпечення високо електрода 9.

Згідно з варіантами винаході частина зігнутої діелектричної пластини, не використовувана для формування СР, розташована на звороті або першого електрода 2 (Фіг.5), або другого електрода 3 (Фіг.6), що також забезпечує компактність розрядного контуру лазера.

Фіг.6 ілюструє варіант реалізації винаходу з двома ідентичними блоками предионизации 5, встановленими з боків другого електрода 3. У варіанті винаходу (Фіг.6) лазерна камера 1 виконана переважно керамічної. Для автоматичної предионизации імпульсний джерело живлення 11 пов'язаний з кожним блоком предионизации 5 через додаткові конденсатори 13, додаткові токовводи 18 лазерної камери, додаткові газопроникні зворотні струмопроводи 19 і токовводи 28, забезпечені керамічними ізоляторами.

У даних варіантах реалізації винаходу поряд із спрощенням технології виготовлення системи формування СР досягається мала індуктивність розрядного контуру, в тому числі, за рахунок розміщення зігнутої частини діелектричної пластини 6 із зворотного боку або першого електрода 2 (Фіг.5), або другого електрода 3 (Фіг.6).

У варіантах винаходу, иллюстрируемих Фіг.7, розрядна з�му з двох блоків предионизации 5 система формування СР характеризується наступним:

- вигнута діелектрична пластина 6 виконана у вигляді тонкостінної циліндричної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом 29,

- ініціюючий електрод 14 розміщений всередині діелектричної трубки 6 і з'єднаний з ініціюючим електродом 9 через поздовжній розріз 29 діелектричної трубки 6,

- додатковий електрод 14 кожного блоку предионизации 5 з'єднаний з другим електродом 3.

Тут розріз означає, що його поперечний розмір багато менше діаметра трубки і близький за величиною товщині тонкостінної діелектричної трубки.

При виконанні пристрою у зазначеному вигляді також досягається поліпшення компактності системи формування СР і зниження індуктивності розрядної системи, що дозволяє підвищити ККД широкоапертурного високоэнергетичного ексимерного лазера. Виконання зігнутої діелектричної пластини 6 у вигляді керамічної трубки з поздовжнім розрізом 29, поряд з компактністю блоку предионизации, забезпечує відносну простоту технології виготовлення системи формування СР. Виконання тонкостінної трубки, тобто при значенні її товщини, що не перевищує певної верхньої межі, забезпечує на стадії запалення СР високу напруженість электшенного СР. Характерні розміри тонкостінної трубки 6 можуть бути наступними: діаметр 15 мм товщина 1,3 мм

На Фіг.8, ілюструє розрядну систему у складі потужного високоэнергетичного ексимерного лазера, ідентичні блоки предионизации 5 з вигнутими діелектричними пластинами 6 у вигляді трубки з поздовжнім розрізом розташовані по обидві сторони від першого електрода 2 лазерної камері 1, виконаної на основі керамічної труби. У цьому варіанті досягається простота і компактність розрядного контуру системи формуванні СР за рахунок з'єднання або суміщення підпалювача електрода 7 з першим електродом лазера 2 і з'єднання додаткового електрода 14 з додатковими конденсаторами 13 через додаткові токовводи 18, встановлені в стінці лазерної камери 1 вздовж її довжини (без використання додаткових газопроникних зворотних струмопроводів 19, як в схемах Фіг.2 і Фіг.6).

В інших варіантах винаходу система формування СР кожного блоку предионизации 5 містить в якості зігнутої діелектричної пластини 6 суцільну циліндричну тонкостінну діелектричну трубку, всередині якої розміщений ініціюючий електрод 9, при цьому на зовнішній поверхні цілісної діелектричної труии 5 розташовані з боків другого електрода 3. Ці варіанти винаходу дозволяють поряд із забезпеченням компактності блоків предионизации 5 дозволяють ще більше спростити вигнуту діелектричну пластину системи формування СР. При цьому у варіантах винаходу додатковий електрод, переважно, хоча не обов'язково, приєднаний до ініціює електроду через торець діелектричної трубки, що підвищує напруженість електричного поля в плазмі СР на стадії його запалення і покращує однорідність завершеного СР.

Ці варіанти винаходу дозволяють мінімізувати розміри розрядної системи з предионизацией УФ випромінюванням СР і дозволяє підвищити енергію генерації і потужність лазерного випромінювання при використанні простих і надійних суцільних електродів лазера, що в цілому спрощує розрядну систему ексимерного лазера.

Подальше підвищення генерації енергії та/або потужності ексимерного лазера можливо при використанні в розрядній системі частково прозорого електрода.

У зв'язку з цим у варіантах винаходу або перший електрод (Фіг.10-12), або другий електрод (Фіг.13) виконаний частково прозорим, блок предионизации 5 розміщений на звороті частково прозорого електрода, при цьому система формироваго електродів 2, 3, перпендикулярні площини креслення (Фіг.10). При цьому система формування СР містить дві зони СР, симетрично розташовані по обидві сторони зазначеній площині 30. Кожна зона СР розташована на вигнутої поверхні діелектричної пластини між поджигающим електродом 7 і додатковим електродом 14 або ініціюючим електродом 9 при відсутності додаткового електрода 14. За винятком двох кінцевих частин протяжної зігнутої діелектричної пластини 6 дві зони СР займають всю лицьову поверхню 8 зігнутої діелектричної пластини 6, розташовану по боках підпалювача електрода 7. У варіантах винаходу частину лицьової поверхні частково прозорого електрода, що примикає до зони об'ємного розряду 4, виготовлена тонкостінної, профилирована з лицьового боку і виконана з щілинними отворами 33.

У варіанті винаходу (Фіг.10) вигнута діелектрична пластина 6 виконана у вигляді протяжної частини тонкостінної циліндричної діелектричної трубки, укладеної між двома поздовжніми перерізами трубки, паралельними її поздовжньої осі. При цьому лицьова поверхня зігнутої діелектричної пластини 6 опукла і обернена до частково прозорому першого електрода �чеський пластини 6, а інша частина поверхні ініціюючого електрода 9 з'єднана, або поєднана з додатковим електродом 14. Підпалює електрод 7 системи формування СР встановлений на опуклій циліндричної поверхні зігнутої діелектричної пластини 6 і з'єднаний з частково прозорим першим електродом 2 струмопроводами 34, встановленими вздовж довжини підпалювача електрода 7, виконують роль кріплень підпалювача електрода 7 і практично не знижують, завдяки високій прозорості, рівень предионизации в зоні розряду 4.

Частково прозорий електрод 2 (Фіг.10) має із зворотного боку протяжну нішу 35, в якій, принаймні, частково, розміщений протяжний блок предионизации 5. Це забезпечує компактність електродного вузла і підвищує ефективність блоку предионизации 5 за рахунок його розміщення в безпосередній близькості від зони розряду 4.

У варіантах винаходу в протяжної ніші 35 частково прозорого електрода 2 (Фіг.10), щонайменше, частково розміщений протяжний керамічний ізолятор 36 з π-образним (Фіг.10), або п-образним (не показано) поперечним перерізом. При цьому блок предионизации 5, щонайменше, частково розміщений у протяжному керамічному ізоляторі 36 з обр� компактність електродного вузла та розрядної системи лазера в цілому при усуненні з допомогою протяжного керамічного ізолятора 36 паразитних пробоїв між частково прозорим електродом і блоком предионизации 5. Для усунення паразитних пробоїв між токовводами 16 і 18 вони переважно повинні розташовуватися в різних поперечних перерізах розрядної системи або іншими словами в шаховому порядку при вигляді зверху. При цьому закрилки π-образного перерізу протяжного керамічного ізолятора 36 запобігають паразитний пробою з струмовведення 18 на крайку частково прозорого електрода 2 (Фіг.10).

Розрядна система, виконана у відповідності з цим винаходом, застосовна для потужних ексимерних лазерів різних конструкцій. Для ілюстрації на Фіг.11 показана розрядна система, виконана у відповідності з варіантом цього винаходу, стосовно до потужного эксимерному лазеру, в якому лазерна камера 1, виконана переважно металевої, містить протяжні керамічні контейнери 24, встановлені поблизу частково прозорого першого електрода 2. В керамічних контейнерах 24, кінцеві частини яких герметично закріплені на торцях лазерної камери 1, розміщені конденсатори 12, малоиндуктивно приєднані до першого і другого електродів 2, 3 через токовводи 15, 16, встановлені в даному варіанті винаходу в керамічних контейнерах 24, і через газопроникні зворотні �ическими ізоляторами 26 високовольтні токовводи 25 лазерної камери 1 і заземлені струмопроводи 27, а також через високовольтні і заземлені токовводи 15, 16 кожного керамічного контейнера 24.

Розміщені в керамічних контейнерах 24 додаткові конденсатори 13, що забезпечують автоматичну предионизацию, пов'язані з блоком предионизации 5 через додаткові токовводи 18, встановлені в керамічних контейнера 24 по їх довжині.

Блок предионизации 5 частково розміщений у протяжному ніші 35 із зворотного боку частково прозорого першого електрода 2 (Фіг.11). При цьому система формування СР виконана симетричною відносно площини, що включає в себе поздовжні осі першого і другого електродів 2, 3 і включає дві зони СР, симетрично розташовані по обидві сторони зазначеній площині. Підпалює електрод 7, встановлений на опуклій циліндричної поверхні зігнутої діелектричної пластини 6, з'єднаний з частково прозорим першим електродом 2 струмопроводами 34. Вигнута діелектрична пластина 6 може бути виконаний у вигляді частини кругло-тонкостінної циліндричної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом. При цьому ініціюючий електрод 9 розміщений всередині діелектричної трубки, і додатковий електрод 14 з'єднаний з ініціюючим електродом 9 через продольняженного СР максимально компактна, що дозволяє мінімізувати поперечні розміри частково прозорого електрода, на звороті якого встановлений блок предионизации 5, і зменшити індуктивність розрядного контуру.

У варіантах винаходу кожен керамічний контейнер 24 має форму або круглої або прямокутної труби (Фіг.11). В останньому випадку забезпечується більша компактність керамічних контейнерів 24 з високим ступенем заповнення їх обсягу керамічними конденсаторами 12. В результаті досягається мала індуктивність розрядного контуру і підвищення ККД лазера.

На Фіг.11 частини поверхні кожного керамічного контейнера 10, звернені до області 4 розряду, встановлені врівень з першим електродом 2, утворюючи поблизу нього розташовані верх і вниз по потоку напрямні газового потоку. Це дозволяє формувати високошвидкісний потік газу в області 4 розряду.

За рахунок використання частково прозорого електрода знижується мінімальний, достатній для підтримання максимального ККД лазера, коефіцієнт До зміни газу в розрядному обсязі при високій частоті повторення імпульсів. Внаслідок цього реалізується можливість збільшення частоти проходження розрядних імпульсів, підвищення середньої�м, сприяє зниженню індуктивність розрядного контуру є те, що при здійсненні предионизация через частково прозорий перший електрод 2 звернені до області розряду 4 ізолюючі поверхні керамічних контейнерів 24 не схильні до УФ опромінення блоком предионизации 5, що дозволяє зробити розрядний контур максимально компактним.

Для роботи з високою частотою проходження імпульсів додатковий електрод 14, з'єднаний з ініціюючим електродом 9 переважно виконаний охолоджується потоком газу.

У варіантах винаходу (Фіг.12, 13), спрямованих на подальше спрощення системи формування СР, вигнута діелектрична пластина 6 виконана у вигляді цільної діелектричної трубки, на лицьовій зовнішньої поверхні якої уздовж неї діаметрально протилежно розміщені підпалює електрод 7 і додатковий електрод 14, На Фіг.12 представлена схема даного варіанту винаходу з першим електродом 2, виконаним частково прозорим, У варіантах винаходу додатковий електрод 14 приєднаний, до ініціює електрода 9, розміщеного всередині діелектричної трубки, через торець діелектричної трубки, наприклад, за допомогою електричного провідника 37 (Ф�рубку з діаметром, рівним внутрішньому діаметру діелектричної трубки (Фіг.12), а електричний провідник 37 може бути частиною тонкої металевої пластини (фольги).

Фіг.13 ілюструє варіант винаходу з другим електродом 3, виконаним частково прозорим у складі ексимерного лазера з лазерної камерою 1 на основі керамічної труби. Варіант винаходу із застосуванням другого електрода, виконаного частково прозорим, забезпечує мінімальну індуктивність розрядного контуру. Це досягається за рахунок того блок предионизации 5 і струмовий контур СР розташовані зовні розрядного контуру основного об'ємного розряду, що дозволяє мінімізувати його індуктивність.

Розрядна система з предионизацией через частково прозорий електрод (Фіг.10-13) характеризується малим (близьким до одиниці) коефіцієнтом зміни газу До в зоні розряду 4, що дозволяє підвищити енергію генерації і потужність ексимерного лазера при забезпеченні її високої ефективності.

У відповідності з варіантом винаходу ініціюючий електрод 9 може бути виконаний охолоджується рідким теплоносієм. Для цього ініціюючий електрод може або мати канал 38 для циркуляції охолоджуючої рідини (Фіг.13).

Розрядна система �ктродами лазера, а також на підключених до них конденсаторах 12 починає наростати напруга. Потенціал високовольтного першого електрода 2, розташованого з боку стінки газонаповненої лазерної камери 1, через додаткові конденсатори 13, зв'язують джерело живлення 11 з блоком предионизации 5, розташованим збоку від другого електрода 3 (Фіг.1), передається на протяжний підпалює електрод 7, встановлений уздовж лицьової поверхні 8 протяжної діелектричної пластини 6, що має в поперечному перерізі вигнуту форму. Між поджигающим електродом 7 і ініціюючим електродом 9 системи формування СР, сполученим з заземленим другим електродом 3 лазера, також починає наростати напруга. На лицьовій поверхні 8 тій частині зігнутої діелектричної пластини 6, до зворотної поверхні 10 якій, є циліндричної, примикає протяжний ініціюючий електрод 9, розвивається хвиля іонізації. В процесі пробігу хвилі іонізації від підпалювача електрода 7 до ініціює електрода 9 відбувається зарядка розподіленої електричної ємності зігнутої діелектричної пластини 6 до напруги, приблизно рівної напрузі підпалювача електрода 7. Після пробігу хвилі іонізації від до якого обмежений струмом зарядки додаткових конденсаторів 13. Електрична ємність додаткових конденсаторів 13 вибирається багаторазово менше ємності конденсаторів 12, підключених до першого і другого електродів 2, 3, поздовжні осі яких паралельні один одному. УФ випромінювання СР на вигнутої поверхні діелектричної пластини 6, твірні циліндричної поверхні 10 якої паралельні подовжнім осях першого і другого електродів 2, 3, здійснює предионизацию зони 4 розряду між першим і другим електродами 2, 3. Предионизация здійснюється з боку другого електрода 3 (Фіг.1). Після того, як напруга між першим і другим електродами - 3, 4 досягає значення пробивної напруги, відбувається основний об'ємний розряд між ними. Енергія, запасена в конденсаторах 12 вкладається в об'ємний розряд між першим і другим електродами 2, 3, що з допомогою резонатора (не показаний) дозволяє отримати енергію генерації лазера.

Використання зігнутої діелектричної пластини 6 порівняно з плоскою забезпечує компактність системи формування СР і розрядної системи лазера в цілому, що зменшує індуктивність розрядного контуру, що забезпечує можливість підвищення частоти проходження імпульсів і збільшення середньої потужності лазі�примикає до ініціює електроду, циліндричної забезпечує відносну простоту виготовлення зігнутої діелектричної пластини 6. За рахунок того, що твірні циліндричної поверхні 10 зігнутої діелектричної пластини 6 паралельні подовжнім осях першого і другого електродів 2, 3, зона СР паралельна зоні об'ємного розряду 4, забезпечуючи однорідний рівень предионизации по всій довжині протяжної зони об'ємного розряду 4. Це забезпечує високу однорідність об'ємного розряду лазера і його стійкість до акустичних збурень в режимі з високою частотою проходження імпульсів.

У варіантах винаходу (Фіг.1) СР здійснюють по поверхні зігнутої діелектрична пластина 6 виконаної у вигляді протяжної частини тонкостінної циліндричної діелектричної трубки, укладеної між двома поздовжніми перерізами трубки, паралельними її поздовжньої осі. Це спрощує виготовлення зігнутої діелектричної пластини 6. У варіантах винаходу для подальшого спрощення пристрою СР здійснюють за вигнутої поверхні діелектричної пластини 6 лицьова 8 і 10 зворотна сторони якої переважно є кругло-циліндричними.

З'єднання у варіантах винаходу ініціюючого електр�повідомляє його і зменшує індуктивність розрядного контуру лазера, підвищуючи його ефективність.

При здійсненні роботи з високою частотою повторення імпульсів використовують систему циркуляції газу в лазерної камері 1. Цикл роботи пристрою повторюють, коли охолоджуваний трубками теплообмінника 21 високошвидкісний потік газу, забезпечуваний діаметральним вентилятором 20 і направляючими газового потоку, до яких відносяться спойлери 22 і напрямні лопаті 23, змінить газ в області 4 розряду між електродами 2, 3 після чергового лазерного імпульсу (Фіг.2).

У варіантах винаходу для підвищення генерації енергії та потужності лазера предионизацию здійснюють одночасно двома ідентичними блоками предионизации 5, розташованими з боків виконаного суцільним або першого електрода 2 (Фіг.2, 4, 8), або другого електрода 3 (Фіг.3, 5-7, 9). З цією метою предионизацию здійснюють блоками предионизации 5, встановленими так, що кожна точка зони розряду 4 знаходиться в зоні прямої видимості, по меншою мірою, частини поверховості зігнутої діелектричної пластини 6, використовуваної для формування СР. Виконання першого і другого електрода суцільними забезпечує їх відносну простоту, високу надійність і великий час життя.

У варіантах изобретениѼи конденсаторами 13, додаткові електричні вводи 18 лазерної камери 1, виконаної у варіантах винаходу (Фіг.2, 6, 8) на основі керамічної труби, і газопроникні додаткові зворотні струмопроводи 19, забезпечують можливість циркуляції газу в лазерної камері 1.

У варіантах винаходу струм завершеного СР протікає між поджигающим електродом і, щонайменше, одним протяжним додатковим електродом 14 (Фіг.2-13), переважно сполученим з ініціюючим електродом 9, що спрощує блок предионизации 5. У варіантах винаходу додатковий електрод 14 системи формування СР з'єднаний або поєднаний з другим електродом 3 (Фіг.2), або з першим електродом (ці варіанти для спрощення не показано). Все це спрощує електричну ланцюг системи формування СР.

У варіантах винаходу СР запалюють не тільки на лицьовій поверхні 8 зігнутої діелектричної пластини 6, але також на її протяжної бічній кромці (Фіг.1, 3-6) і в деяких варіантах (Фіг.3) по малій частині зворотної поверхні 10. Це дозволяє додатково зменшити розмір системи формування СР.

Струм основного об'ємного розряду протікає по малоиндуктивному розрядному контуру, що включає в себе конденсатори 12, токоввсновной розряд вкладається порівняно мала електрична енергія, запасена за час імпульсної зарядки додаткових конденсаторах 13, яка частково виділяється в СР.

В процесі роботи пристрою забезпечують відсутність паразитних пробоїв між високовольтними першим електродом 2 і заземленими токовводами 16 за рахунок їх розміщення на певній відстані один від одного. В деяких варіантах винаходу розміщення систем формування СР поблизу другого електрода 3 дозволяє мінімізувати індуктивність розрядного контуру завдяки максимально можливого наближення до першого електрода 2 токовводов 16 із-за відсутності блоків предионизации 5 поблизу першого електрода 2 (Фіг.2), що підвищує ККД високоэнергетичного ексимерного лазера.

В процесі роботи пристрою за рахунок застосування опуклої лицьовій поверхні 8 кожної зігнутої діелектричної пластини 6 блоки предионизации 5, забезпечують високий однорідний рівень предионизации в кожній точці зони розряду 4, не перешкоджають формуванню високошвидкісного потоку газу між першим і другим електродами 2, 3 (Фіг.2). Це покращує однорідність і стійкість об'ємного розряду, забезпечує підвищення стабільності вихідних характеристик лазера, а також можливість збільшення апертми формування СР віддалені від зони розряду 4 (Фіг.2). Це мінімізує спотворення, що вносяться блоками предионизации 5 розподіл напруженості електричного поля в зоні об'ємного розряду 4, забезпечуючи однорідність об'ємного розряду і стійкість його однорідної форми в режимі з високою частотою проходження імпульсів. В результаті досягається висока стабільність енергії лазерного випромінювання від імпульсу до імпульсу і високу якість лазерного променя.

Для забезпечення великого часу життя зігнутої діелектричної пластини 6 у складі блоку предионизации 5, а також великого часу життя газової суміші лазера, що містить надзвичайно хімічно активні компоненти F2або HCl у варіантах винаходу в якості матеріалу зігнутої діелектричної пластини 6 переважно використовуються эрозионностойкие і галогеностойкие діелектрики: або сапфір, або кераміку, зокрема, Al2O3.

У варіанті винаходу (Фіг.2) ініціює електрод 9 і примикає до нього вигнута діелектрична пластина 6, нагрівається СР охолоджуються в процесі роботи, щонайменше, частково за рахунок передачі тепла масивною металевою протяжної направляючої лопаті 23, в свою чергу охолоджуваної газовим потоком, що циркулює в лаий електрод 9 або додатковий електрод 14 можуть мати з тильного боку штирі радіатора або ребра радіатора, перпендикулярні поздовжніх осях першого і другого електродів.

У варіантах винаходу ініціюючий електрод 9 охолоджують рідким теплоносієм, для цього ініціюючий електрод 9 має канал 38 для циркуляції охолоджуючої рідини (Фіг.13).

У прикладах реалізації винаходу, иллюстрируемих Фіг.4 і Фіг.11 з допомогою джерела живлення 11 здійснюють імпульсну зарядку конденсаторів 12 і додаткових конденсаторів 13, розміщених в двох керамічних контейнерах 24, розташованим, щонайменше, частково з боків зони розряду 4 (Фіг.4), або з боків першого електрода 2 (Фіг.11). Заряджання конденсаторів 12 здійснюють за малоиндуктивной електричної ланцюга, що включає в себе герметичні високовольтні токовводи 25 з керамічними ізоляторами 26, встановлені з боку першого електрода 2 в металевій стінці лазерної камери 1 уздовж неї. Малоиндуктивний контур зарядки конденсаторів 12 також включає токовводи 15, 16 встановлені вздовж керамічних контейнерів 24 і розміщені всередині лазерної камери 1 по обидві сторони керамічних контейнерів 24 протяжні заземлені струмопроводи 27, сполучені з металевою стінкою лазерної камери 1. Одночасно здійснюють зарядку вспомогательн�здійснюють по електричному ланцюзі, включає в себе додаткові токковводи 18 і протяжний поверхневий розрядний проміжок між поджигающим і додатковим електродами 7, 14 блоку предионизации 5. При цьому оптимізована величина ємності допоміжних конденсаторів 13 у багато разів менше ємності конденсаторів 12, що визначає відносно малий энерговклад в допоміжний ковзний розряд блоку предионизации 5. У кожному блоці предионизации 5 УФ випромінювання допоміжного завершеного ковзного розряду по поверхні протяжної сапфіровою пластини 7 здійснює предиионизацию газу в області 4 розряду. При досягненні напруги пробою на електродах 2, 3 між ними запалюється об'ємний газовий розряд. Енергія, запасена в конденсаторах 12, вкладається в розряд по малоиндуктивному розрядному контуру, що включає в себе високовольтні і заземлені токовводи 15, 16 і газопроникні зворотні струмопроводи 17, розташовані по обидві по обидві сторони першого і другого електродів 2, 3. Розряд забезпечує збудження газової суміші в області 4 розряду, що дозволяє отримати генерацію променя лазера. Коли з допомогою системи циркуляції газу, що містить діаметральний вентилятор 20, охолоджувані водою трубки 21 ті� 23, та частини поверхні керамічних контейнерів 24, звернені до зоні розряду, змінить газ в області розряду 4, цикл роботи лазера повторюється.

У цих прикладах реалізації винаходу (Фіг.4, 11) розміщення конденсаторів 12 в керамічних контейнерах 24 дозволяє забезпечити малу індуктивність розрядного контуру і підвищити ККД лазера. Крім цього, протяжні частини контейнерів 24, звернені до зоні розряду, утворюючи поблизу неї розташовані верх і вниз по потоку напрямні газового потоку, що дозволяють ефективно формувати високошвидкісний потік газу між електродами лазера, що дозволяє реалізувати високоефективний режим роботи лазера з високою середньою потужністю випромінювання.

У варіантах винаходу СР запалюють на вигнутої поверхні діелектричної пластини 6, лицьова поверхня якої увігнута (Фр.5, 6). При цьому у варіантах винаходу СР запалюють у двох ідентичних блоках предионизации 5, розташованих з боків або першого електрода 2 (Фіг.5), або другого електрода 3 (Фіг.6). У варіантах винаходу контур протікання СР може включати токовводи 28, забезпечені керамічними ізоляторами (Фіг.6). Вигнута діелектрична пластина 6 переважно виконана у вигляді протяжної � поздовжньої осі. У даних варіантах винаходу полегшується обробка поверхні зігнутої діелектричної пластини 6, точніше зовнішньої поверхні трубки-заготовки, поєднуваної з поверхнею ініціюючого електрода 9. Це спрощує технологію виготовлення системи формування СР з точним поєднанням поверхонь зігнутої діелектричної пластини 6 і протяжного ініціюючого електрода 9. В результаті досягається високоефективна робота блоку предионизации 5 за рахунок забезпечення високої однорідності СР і ефективного охолодження зігнутої діелектричної пластини 6 допомогою ініціюючого електрода 9.

Згідно з варіантами винаході частина зігнутої діелектричної пластини, не використовувана для формування СР, може бути розташована на звороті або першого електрода 2 (Фіг.5), або другого електрода 3 (Фіг.6).

У даних варіантах реалізації винаходу поряд із спрощенням технології виготовлення системи формування СР досягається мала індуктивність розрядного контуру, в тому числі, за рахунок розміщення зігнутої частини діелектричної пластини 6 із зворотного боку або першого електрода 2 (Фіг.5), або другого електрода 3 (Фіг.6).

У варіантах винаходу предион�вання СР з вигнутої поверхні діелектричної пластини 6, виконаної у вигляді тонкостінної циліндричної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом 29. При цьому ініціюючий електрод 14 розміщений всередині діелектричної трубки 6 і додатковий електрод 14 з'єднаний з ініціюючим електродом 9 через поздовжній розріз 29 діелектричної трубки 6.

При виконанні пристрою у зазначеному вигляді досягається найбільша компактність системи формування СР і зниження індуктивності розрядної системи, що дозволяє підвищити ККД широкоапертурного високоэнергетичного ексимерного лазера.

Виконання зігнутої діелектричної пластини 6 у вигляді керамічної трубки з поздовжнім розрізом 29, поряд з компактністю блоку предионизации, забезпечує відносну простоту технології виготовлення системи формування СР.

У варіантах винаходу (Фіг.9, 12, 13) СР запалюють на вигнутої поверхні діелектричної пластини 6, у якості якої використовують цільну діелектричну трубку, всередині якої розміщений ініціюючий електрод 9, при цьому додатковий електрод 14 розміщений на зовнішній поверхні цілісної діелектричної трубки. У варіантах винаходу додатковий електрод 14 переважно приєднаний до ініціює електроду чешое відмінність у роботі блоку предионизации полягає в тому, що на стадії незавершеного СР заряджання ємності зігнутої діелектричної пластини 6 здійснюється за електричного контуру, що включає в себе електричний провідник 37, з'єднує додатковий електрод 14 з ініціюючим електродом 7 через торець діелектричної трубки. При виконанні у вказаному вигляді забезпечується простота конструкції зігнутої діелектричної пластини, її компактність, а також мала індуктивність розрядної системи, що підвищує ККД високоэнергетичного широкоапертурного ексимерного лазера.

У варіантах винаходу предионизацию здійснюють через частково прозорий або перший електрод 2 (Фіг.10-12), або другий електрод 3 (Фіг.13) блоком предионизации, розміщеним із зворотного боку частково прозорого електрода. У цих варіантах винаходу з системою формування СР, виконаної симетричною відносно площини 30, включає в себе поздовжні осі 31, 32 першого і другого електродів 2, 3, СР запалюють по обидві сторони підпалювача електрода 7, встановленого на опуклій циліндричної поверхні зігнутої діелектричної пластини 6 і сполученого з частково прозорим першим електродом 2 струмопроводами 34 (Фіг.10-13). Для забезпечення компактності еле�ни розряду 4 за рахунок, щонайменше, часткового розміщення блоку предионизации 5 в протяжної ніші 35, виконаної на зворотній стороні частково прозорого електрода (Фіг.10-13).

Для забезпечення більшої компактності електродного вузла у варіантах винаходу в процесі роботи пристрою запобігають паразитні пробої між блоком предионизации 5 і частково прозорим електродом за рахунок принаймні часткового, розміщення протяжного керамічного ізолятора 36 з π-образним (Фіг.10), або п-подібним поперечним перерізом (не показано) в протяжної ніші 35 частково прозорого електрода.. При цьому блок предионизации 5, щонайменше, частково розміщують у протяжному керамічному ізоляторі 36 із зворотного боку частково прозорого електрода 2 (Фіг.10). У цих варіантах винаходу досягається максимальна компактність електродного вузла та розрядної системи лазера в цілому.

Виконання системи запалювання ковзного розряду в запропонованому вигляді забезпечує компактність предионизатора, що розміщується в безпосередній близькості від частково прозорого електрода. У порівнянні з аналогами, в якому для запалювання ковзного розряду використовується плоска діелектрична пластина, використання, �меньшает поперечний розмір діелектричної пластини за рахунок згортання пластини в трубку. Крім цього, виконання системи запалювання СР у запропонованому вигляді дозволяє уникнути паразитних пробоїв між частково прозорим електродом і предионизатором. Все це дозволяє значно, до 2-х разів, зменшити поперечний розмір частково прозорого електрода. При використанні високоенергетичних ексимерних лазерів з частково прозорим електродом мінімізація розмірів високоефективного блоку предионизации на основі однорідного протяжного СР, інтегрованого в електродний вузол, дозволяє зменшити поперечні розміри частково прозорого електрода, підвищити енергію генерації і потужність лазера при його високому ККД. Крім цього, зменшення поперечних розмірів частково прозорого електрода спрощує конструкцію і технологію його виготовлення, підвищує надійність і час життя частково прозорого електрода, знижує витрати на одержання генерації енергії в процесі експлуатації високоэнергетичного ексимерного лазера.

Виконання розрядної системи ексимерного лазера відповідно з винаходом дозволяє зменшити поперечний розмір високоефективного блоку предионизЕистеми і її мала індуктивність, що підвищує ККД високоэнергетичного широкоапертурного ексимерного лазера і зменшує експлуатаційні витрати.

В цілому, виконання розрядної системи ексимерного лазера відповідно з винаходом дозволяє мінімізувати індуктивність розрядного контуру при забезпеченні високошвидкісного потоку газу між електродами і малого коефіцієнта До зміни газу між електродами, що дозволяє підвищити енергію генерації і потужність экимерного лазера при зниженні витрат на отримання лазерного випромінювання.

ПРОМИСЛОВА ПРИДАТНІСТЬ

Винахід дозволяє створити найбільш високоэнергетичние, потужні і високоефективні ексимерні лазери та лазерні системи з різними поєднаннями довжини хвилі випромінювання (від 157 до 351 нм), енергії генерації (від ~0.01 до понад 2 Дж/імпульс) і частоти проходження імпульсів (від ~300 Гц до ~6000 Гц) для великих промислових виробництв, наукових досліджень та інших застосувань. До них відносяться: виробництво плоских LCD і OLED дисплеїв методом лазерного відпалу, модифікація та зміцнення поверхні, 3D-микрообработка матеріалів, виробництво високотемпературних надпровідників методом імпульсної лазерної абляції, екологічний моніторинг з використанням �ЦІЇ

1. US Patent 6757315.

2. V M Borisov, D Basting, U Stamm, et al, "Compact 600-W KrF laser", Quantum Electron, 1998, 28 (2), pp.119-122.

Позначення

1. лазерна камера

2. перший електрод

3. другий електрод

4. зона об'ємного розряду

5. блок предионизации

6. діелектрична пластина

7. підпалює електрод

8. лицьова поверхня діелектричної пластини

9. ініціюючий електрод

10. зворотна поверхня діелектричної пластини

11. джерело живлення

12. конденсатори

13. додаткові конденсатори

14. додатковий електрод

15, 16 високовольтні і заземлені токовводи

17. зворотні струмопроводи

18. додаткові токовводи

19. додаткові зворотні струмопроводи

20. діаметральний вентилятор

21. трубки теплообмінника

22. спойлери

23. напрямні лопаті

24. керамічні контейнери

25. високовольтні токовводи

26. керамічні ізолятори

27. протяжні заземлені струмопроводи

28. токовводи

29. поздовжній розріз діелектричної трубки

30. площина, що включає поздовжні осі першого і другого електродів

31, 32 поздовжні осі першого і другого електродів

33. щілинні отвори частково прозорого електрода

34. струмопроводи

<рлятор

37. електричний провідник

38. канал для циркуляції охолоджуючої рідини

3. V. Borisov, I. Bragin. High-Energy Lasers. In Excimer Laser Technology. Ed. by D. Basting, G. Marowsky. Springer-Verglas Berlin Heidelberg (2005).

4. Patent EP 1525646 В1.

5. US Patent 20030118072.

6. Патентна заявка RU 2012131330.

7. Патентна заявка RU 2012131348.

8. Coherent Inc. Excimer & UV Optical Systems Product Catalog 2012.

1. Розрядна система ексимерного лазера, що включає в себе розташовані в лазерної камері (1) протяжні перший електрод (2), встановлений з боку стінки лазерної камери (1), другий електрод (3), зону об'ємного розряду (4) між першим і другим електродами (2), (3), поздовжні осі яких паралельні один одному, щонайменше, один блок предионизации (5), що містить
систему формування однорідного завершеного ковзного розряду (CP) між розташованими на поверхні протяжної діелектричної пластини (6) протяжними поджигающим електродом (7) і ініціюючим електродом (9), або додатковим електродом (14), сполученим з ініціюючим електродом (9),
при цьому протяжна діелектрична пластина (6) має в поперечному перерізі вигнуту форму,
підпалює електрод (7) встановлений на лицьовій поверхні (8) зігнутої діелектричної пластини (6) вздовж неї,
протя� міру, примикає до ініціює електроду (9) протяжна частина зворотної поверхні (10) зігнутої діелектричної пластини (6) є циліндричною.

2. Пристрій п. 1, в якому система формування CP встановлена так, щоб твірні циліндричної поверхні зігнутої діелектричної пластини (6) були паралельні подовжнім осях першого і другого електродів(2), (3).

3. Пристрій п. 1, в якому, лицьова і зворотна сторони (8), (10) зігнутої діелектричної пластини (6) є циліндричними.

4. Пристрій п. 1, в якому, щонайменше, частина вигнутої поверхні діелектричної пластини (6), поєднана з поверхнею ініціюючого електрода (9), є кругло - циліндричної.

5. Пристрій п. 1, в якому вигнута діелектрична пластина (6) виконана у вигляді протяжної частини тонкостінної циліндричної діелектричної трубки, укладеної між двома поздовжніми перерізами трубки, паралельними її поздовжньої осі.

6. Пристрій п. 1, в якому два ідентичних блоку предионизации (5) розташовані з боків або першого електрода (20), виконаного суцільним, або другого електрода (3), виконаного суцільним.

7. Пристрій п. 1, у якій лицьова поверхна зігнутої діелектричної пластини (6) використовується або сапфір, або кераміка, зокрема, Al2O3.

9. Пристрій п. 1, в якому ініціюючий електрод (9) виконаний охолоджуваним або потоком газу, або рідким теплоносієм.

10. Пристрій п. 1, в якому кожна точка зони розряду (4) між першим і другим електродами (2), (3) знаходиться в зоні прямої видимості, по меншою мірою, частини поверховості зігнутої діелектричної пластини (6), використовуваної для формування СР.

11. Пристрій п. 1, у якій лицьова поверхня (8) зігнутої діелектричної пластини (6) увігнута.

12. Пристрій п. 1, в якому частина зігнутої діелектричної пластини (6), не використовується для формування CP, розташована на звороті або першого електрода (2), або другого електрода (3).

13. Пристрій п. 1, в якому вигнута діелектрична пластина (6) виконана у вигляді тонкостінної циліндричної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом (29).

14. Пристрій п. 1, в якому вигнута діелектрична пластина (6) виконана у вигляді тонкостінної циліндричної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом (29), ініціюючий електрод (9) розміщений всередині діелектричної трубки, і додатковий електрод (14) з'єднаний з ініціюючим електродом (9) рід (7), або додатковий електрод (14), з'єднаний або з першим електродом (2), або з другим електродом (3).

16. Пристрій по кожному з пп. 1-5, 7-9, 12, 13, 15, в якому або перший електрод (2), або другий електрод (3) виконано частково прозорим, мають із зворотного боку протяжну нішу (35), в якій, щонайменше, частково розміщений протяжний блок предионизации (5), при цьому в блоці предионизации (5) система формування CP виконана симетричною відносно площини (30), що включає в себе поздовжні осі (31), (32) першого і другого електродів (2), (3), і містить дві зони CP, симетрично розташовані по обидві сторони зазначеній площині (30).

17. Пристрій по кожному з пп. 1-5, 7-9, 12, 13, 15, в якому або перший електрод (2), або другий електрод (3) виконано частково прозорим, мають із зворотного боку протяжну нішу (35), в якій, щонайменше, частково
розміщений протяжний керамічний ізолятор (36) з п-подібним, або П-подібним поперечним перерізом, і система формування CP, щонайменше, частково розміщена в протяжному керамічному ізоляторі (36), містить дві зони CP, симетрично розташовані по обидві сторони площині (30), що включає в себе поздовжні осі (31), (32) першого і другого електродів (2енние перший електрод (2), встановлений з боку стінки лазерної камери (1), другий електрод (3), зону об'ємного розряду (4) між першим і другим електродами (2), (3), поздовжні осі яких паралельні один одному, і, щонайменше, один блок предионизации (5), при цьому
кожен блок предионизации (5) містить систему формування однорідного завершеного CP на поверхні цілісної діелектричної трубки (6) між протяжними поджигающим електродом (7) і додатковим електродом (14), встановленими на лицьовій поверхні діелектричної трубки (6) вздовж неї, причому всередині діелектричної трубки розміщений протяжний ініціюючий електрод (9), що примикає до зворотної поверхні (10) діелектричної трубки (6).

19. Пристрій п. 18, в якому додатковий електрод (14) приєднаний до ініціює електроду (9) через торець діелектричної трубки.

20. Пристрій п. 18 з яких першим електродом (2), або другим електродом (3), виконаним частково прозорим, мають із зворотного боку протяжну нішу (35), в якій, щонайменше, частково розміщений протяжний блок предионизации (5), при цьому в блоці предионизации (5) система формування CP виконана симетричною відносно площини (30), що включає в себе продольн�и зазначеній площині (30).

21. Пристрій по кожному з пп. 18-20, в якому підпалює електрод 7 і додатковий електрод 14 розміщені діаметрально протилежно на лицьовій поверхні цілісної діелектричної трубки уздовж неї.



 

Схожі патенти:

Пристрій для збудження молекул і атомів газу

Винахід відноситься до пристрою для збудження молекул і атомів газу в системах накачування газових лазерів. Пристрій являє собою кювету у вигляді витягнутого паралелепіпеда або циліндра, що має зовнішній корпус з ізоляційного матеріалу. Усередині корпусу вздовж стін кювети, паралельно один одному, розташовані сітчасті електроди - анод і катод. Простір між електродами являє собою розрядну камеру для здійснення горіння тліючого розряду. У зонах між кожною сіткою-електродом і внутрішньою поверхнею кювети утворені камери, що виконують роль формувача газового потоку. У кожну з камер здійснюється індивідуальний підведення газу. При цьому в одній з бічних стінок газової кювети виконана щілину для випуску з розрядної камери потоку збуджених молекул або атомів газу в область резонатора, що генерує потік випромінювання. Технічний результат - зниження габаритів і потужності пристрою при збереженні энерговклада. 2 з.п. ф-ли, 2 іл.

Розрядна система високоефективного газового лазера

Винахід відноситься до лазерної техніки. Розрядна система високоефективного газового лазера містить розташовані в корпусі лазера протяжні перший і другий електроди, що визначають зону розряду між ними. Збоку від одного з електродів розміщений УФ предионизатор, виконаний у вигляді системи запалювання однорідного ковзного розряду між протяжними поджигающим додатковим електродом і електродом, розташованими на поверхні діелектричного шару, що покриває протяжну металеву підкладку, з'єднану з додатковим електродом. Діелектричний шар виконаний у вигляді прямої тонкостінної діелектричної трубки з поздовжнім розрізом. На зовнішній поверхні діелектричної трубки вздовж неї розміщені підпалює електрод і додатковий електрод, а металева підкладка розміщена всередині діелектричної трубки так, що, принаймні, частина поверхні металевої підкладки поєднана з протяжною частиною внутрішньої поверхні діелектричної трубки. Додатковий електрод з'єднаний з металевою підкладкою через поздовжній розріз діелектричної трубки. Технічний результат полягає в забезпеченні можливості збільшення енергії гене�

Газовий лазер

Винахід відноситься до галузі квантової електроніки, зокрема до газових лазерів ТІ-типу з високою частотою проходження імпульсів, таким як ексимерні, азотні,2-лазери

Електродна система ті-лазера

Винахід відноситься до галузі квантової електроніки, зокрема до електродним газових систем ТІ-лазерів

Газорозрядний лазер

Винахід відноситься до галузі квантової електроніки

Спосіб отримання безискрового розряду в щільних газах і пристрій для його реалізації (варіанти)

Винахід відноситься до квантовій електроніці, спектроскопії, плазмохімії

Пристрій накачування широкоапертурного газового лазера або підсилювача високого тиску

Винахід відноситься до галузі квантової електроніки і може бути використане в газових електророзрядних лазерах або підсилювачах сверхатмосферного тиску з рентгенівською предионизацией активного середовища

Лазер

Лазер // 2170484
Винахід відноситься до квантовій електроніці, а більш конкретно до створення частотно-періодичних газових лазерів з електричною накачуванням і рентгенівської предионизацией, і може бути використане в різних галузях народного господарства

Спосіб отримання когерентного випромінювання

Винахід відноситься до лазерної техніки і може бути використане для створення газових джерел когерентного випромінювання
Up!