Эффективные источники вынужденного и спонтанного излучения с накачкой от индуктивных и емкостных накопителей энергии

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. ФОРМИРОВАНИЕ ОБЪЕМНЫХ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ 21
РАЗРЯДОВ В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
§ 1.1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЕ 21
§ 1.2. СИСТЕМЫ НАКАЧКИ САМОСТОЯТЕЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ 25
С ЕМКОСТНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ
§ 1.3. СИСТЕМЫ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРОВ С 28
ИНДУКТИВНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ ГЛАВА II. МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ 35 АППАРАТУРА
§ 2.1. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСИЛАМП И 35 ЛАЗЕРОВ
§ 2.2. ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСОВ ТОКА И ПАДЕНИЯ 40
НАПРЯЖЕНИЯ НА РАЗРЯДНОМ ПРОМЕЖУТКЕ
§ 2.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ РАБОЧИХ СМЕСЕЙ 41
§ 2.4. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ 42
§ 2.5. КОНСТРУКЦИИ ИСТОЧНИКОВ СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 43
2.5.1. Мощные эксилампы барьерного разряда. 43
2.5.2. Мощные эксилампы с возбуждением поперечным самостоятельным 43 разрядом
2.5.3. Мощные эксилампы тлеющего разряда 45
§ 2.6. КОНСТРУКЦИИ ЛАЗЕРОВ С ФОРМИРОВАНИЕМ 46
ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА ГЕНЕРАТОРАМИ С ЕМКОСТНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ
2.6.1. ХеС1* - лазеры с промышленными коммутаторами 48
2.6.1.1. Мощные лазеры «ЛИДА-101» и «ЛИДА-КТ» 48
2.6.1.2. Лазер «ЛИДА-Д» с переменной длительностью импульса 48 излучения
2.6.1.3. Длинноимпульсный ХеС1* - лазер «ЛИДА-М» 49
2.6.2. Универсальные лазеры «ФОТОН» 53
2.6.3. Многоволновой лазер «ДИЛАН» 56
2
§ 2.7. КОНСТРУКЦИИ ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРОВ С ИНДУКТИВНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ И ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
2.7.1. Лазер с накачкой от генератора с плазменно-эрозионным прерывателем тока
2.7.2. Лазеры с накачкой от генераторов с прерывателями тока на основе промышленных диодов типа СДЛ
2.7.3. Лазеры с накачкой от генераторов с полупроводниковыми прерывателями тока на основе SOS - диодов
2.7.3.1. Лазеры с искровой предыонизацией
2.7.3.2. Широкоапертурный азотный лазер с рентгеновской предыонизацией
2.7.3.4. Лазеры с возбуждением продольным разрядом ГЛАВА III. ЭФФЕКТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ УФ - СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАЗРЯДОВ В СМЕСЯХ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ И ГАЛОГЕНОВ
§ 3.1. ЭКСИЛАМПЫ С НАКАЧКОЙ НОРМАЛЬНЫМ ТЛЕЮЩИМ РАЗРЯДОМ
3.1.1. Цилиндрические эксилампы на молекулах XeF*, ХеС1 , КгСГ
3.1.2. Коаксиальные эксилампы на молекулах ХеСГ и КгСГ
§ 3.2. ХеСГ И КгСГ - ЭКСИЛАМПЫ С НАКАЧКОЙ ПОДНОРМАЛЬНЫМ ТЛЕЮЩИМ РАЗРЯДОМ
§ 3.3. КОАКСИАЛЬНЫЕ БАРЬЕРНЫЕ ЭКСИЛАМПЫ С
ПОВЫШЕННОЙ ЭНЕРГИЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ В ИМПУЛЬСЕ § 3.4. МОЩНЫЕ ЭКСИЛАМПЫ С НАКАЧКОЙ ПОПЕРЕЧНЫМ САМОСТОЯТЕЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ
3.4.1. Спектральный состав излучения эксилампы
3.4.2. Вольтамперныс и излучательные характеристики поперечного объемного разряда
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ III
58
58
60
61
61
64
66
68
69
69
80
81
85
91
91
94
99
3
ГЛАВА IV. ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЕ ЛАЗЕРЫ С ЕМКОСТНЫМИ 103 ГЕНЕРАТОРАМИ НАКАЧКИ
§ 4.1. УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ, ВРЕМЕННЫМИ И 103
ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ
ХеСІ* - ЛАЗЕРОВ
§ 4.2. ЭФФЕКТИВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО 116 ЛАЗЕРА НА МОЛЕКУЛАХ КгСҐ
§ 4.3. ЭФФЕКТИВНЫЕ НЕЦЕПНЫЕ НЕ(ОЕ) - ЛАЗЕРЫ С 133
НАКАЧКОЙ ОБЪЕМНЫМ САМОСТОЯТЕЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ IV 154
ГЛАВА V. ЭФФЕКТИВНЫЕ ЛАЗЕРЫ УФ И ВИДИМОГО ДИАПАЗОНА 156 С НАКАЧКОЙ ОТ ГЕНЕРАТОРОВ С ИНДУКТИВНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ И ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ
§ 5.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПЛАЗМЕННО-ЭРОЗИОННОГО 157 ПРЕРЫВАТЕЛЯ ТОКА
§ 5.2. ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЕ ЛАЗЕРЫ С НАКАЧКОЙ ОТ 165
ГЕНЕРАТОРА С ПЛАЗМЕННО-ЭРОЗИОННЫМ ПРЕРЫВАТЕЛЕМ ТОКА
§ 5.3. ЛАЗЕРЫ С НАКАЧКОЙ ПОПЕРЕЧНЫМ 169
САМОСТОЯТЕЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ ОТ ГЕНЕРАТОРОВ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА (ГПТ)
5.3.1. Особенности работы полупроводниковых прерывателей тока в 169 импульсных генераторах
5.3.2. Пеннинговский плазменный лазер на смеси неона с водородом 176
5.3.3. Лазер на атомарных переходах фтора (Г1 - лазер) 179
5.3.4. Эффективные лазеры на галогенидах инертных газов с большой 184 длительностью импульса излучения
5.3.4.1. Расчетные модели электроразрядных ХеСІ* - и КіТ - лазеров с 184 накачкой от генераторов с полупроводниковыми прерывателями тока
5.3.4.2. ХеБ* - лазер с накачкой от ГПТ 188
5.3.4.3. КтР* - лазер с накачкой двойным разрядом от генератора с ГПТ 195
5.3.4.4. ХеС'Г - лазер с накачкой двойным разрядом от ГПТ на основе 203 Я08 - диодов с длительностью импульса накачки 150 не
5.3.4.5. Длинноимпульсные ХеСІ* - лазеры с накачкой двойным 211 разрядом от ГПТ
4
5.З.4.6. Задающий генератор на основе длинноимпульсного ХеСГ - 220 лазера с накачкой от ГПТ ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ V 221
ГЛАВА VI. ЭФФЕКТИВНЫЕ АЗОТНЫЕ, С02 - И НЕЦЕПНЫЕ 225 ХИМИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРЫ С НАКАЧКОЙ ОТ ГЕНЕРАТОРОВ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА
§ 6.1. ЛАЗЕРЫ С ПРОДОЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ, ВОЗБУЖДАЕМЫЕ 225 ГЕНЕРАТОРАМИ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ
ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА
§ 6.2. МОЩНЫЕ ДЛИННОИМПУЛЬСНЫЕ АЗОТНЫЕ ЛАЗЕРЫ С 235 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА
6.2.1. Расчетная модель лазера на смесях азота с электроотрицательными 239 газами
6.2.2. Параметры генерации азотного лазера и харакі еристики объемного 245 разряда в смесях азота с электроотрицательными газами
6.2.3. Режимы работы азотного лазера на смесях азота с 8Р6 и ЫР3 251
6.2.4. Широкоапертурный элекгроразрядный азотный лазер 259 § 6.3. ЭФФЕКТИВНЫЕ С02 - ЛАЗЕРЫ С НАКАЧКОЙ ОТ 264 ГЕНЕРАТОРОВ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ ТОКА
§ 6.4. НЕЦЕПНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРЫ С НАКАЧКОЙ ОТ 270 ГЕНЕРАТОРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕРЫВАТЕЛЯМИ
ТОКА
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ VI 277
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 280
ПРИЛОЖЕНИЕ А 286
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 320
5
ВВЕДЕНИЕ
Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена исследованию физических процессов в рабочих средах источников вынужденного и спонтанного излучения (лазеров и эксиламп) на основе газовых смесей различного состава при накачке самостоятельными электрическими разрядами, формируемыми источниками импульсного и постоянного напряжения, а также определению энергетических, спектральных и временных характеристик излучения данных источников. Основное внимание в работе уделено исследованию характеристик лазерного излучения, генерируемого в поперечных объемных самостоятельных разрядах, формируемых импульсными генераторами на основе емкостных ЬС -генераторов и генераторов с прерывателями тока различных типов, а также параметров спонтанного излучения молекул галогенидов благородных газов в тлеющем и барьерном разрядах.
Актуальность работы. В настоящее время газоразрядные источники спонтанного (эксилампы) и вынужденного (лазеры) излучения находят широкое применение при проведении исследований взаимодействия излучения с веществом, в многочисленных технологических приложениях, медицине, биологии, при синтезе новых материалов и модификации их свойств, фотостимулирования различных химических процессов, в фотобиологии, фотомедицине, т.д. [1, 2]. Поэтому создание источников излучения, улучшение их рабочих параметров, поиск новых эффективных режимов работы данных источников является актуальной задачей, имеющей большое научное и пракгическое значение.
К началу настоящей работы было обнаружено излучение гетероядерных возбужденных молекул, состоящих из атома инертного газа и галогена или кислорода, которые были названы эксиплексами и положили начало развитию эксиплексных лазеров и эксиламп на молекулах галогенидов благородных газов (ГБГ) [3]. Интенсивная флуоресценция молекул (К - атом инертного газа, X - атом галогена) впервые обнаружена при взаимодействии атома инертного газа в мстастабильном состоянии 3Р2 с галогеносодержащими молекулами [4, 5]. Первый экиплексный лазер был запущен на молекулах ХеВг* в 1975 г. [6]. Несколько позже была получена генерация и на молекулах Хер\ ХеС'Г и КгР* [ 7, 8].
С этого времени также начались исследования, направленные на получение спонтанного ультрафиолетового или вакуумного ультрафиолетового излучения эксиплексных молекул. Было показано, что ряд эксимерных и эксиплексных сред, на которых не достигается порог лазерной генерации, пригодны для формирования
6
спонтанного излучения при различных условиях возбуждения. В ряде работ изучались излучательные характеристики импульсного тлеющего и поперечного объемного разрядов в смесях инертных газов и галогенов высокого давления. Получена люминесценция молекул АЮ\ АгСГ, ХеС1\ ХеВг\ ХеН* и ХеГ [9-12]. Эффегсгивность излучения в импульсных разрядах была крайне низка из-за развития контракции объемного разряда. Существенное повышение излучательных характеристик эксиламп на молекулах ГБГ было достигнуто при накачке тлеющим разрядом постоянного тока [13]. Максимальная эффективность свечения молекул ХеСГ и КгСГ достигала 10% при мощности излучения около 10 Вт, однако исследования, направленные на дальнейшее увеличения КПД и мощности излучения эксиламп данного типа, не проводились. Сравнимые значения мощности излучения и эффективности имеют эксилампы барьерного разряда [14, 15]. Для возбуждения эксиламп данного типа используются относительно короткие импульсы, следующие с большой частотой. При этом возможность повышения пиковой мощности эксиламп барьерного разряда практически не исследовалась. Объемный поперечный разряда также используется для получения мощного спонтанного УФ - и ВУФ - излучения [12, 16]. Однако приведенные в литературе параметры таких источников спонтанного излучения крайне низки. Тем не менее, повышение характеристик эксиламп, в которых рабочая излучающая среда формируется самостоятельными разрядами различных типов, актуально в силу растущих потребностей в мощных и недорогих источниках УФ - и ВУФ - излучения в различных областях науки и техники, а улучшение параметров эксиламп требует дополнительных исследований.
Формирование и поддержание объемного поперечного самостоятельного разряда также весьма важно при создании эффективных импульсных газовых лазеров. В настоящее время для формирования самостоятельных разрядов и накачки импульсных элскгроразрядных лазеров широко используются генераторы, основанные на емкостных накопителях энергии (ЕНЭ) различных конструкций. Применение генераторов накачки с ЕНЭ на основе ЕС - контуров позволило создавать лазеры с высокой импульсной и средней мощностью излучения на переходах различных атомов и молекул [17-26 ]. При использовании ЕС - генераторов для создания мощных эффективных лазеров приходится решать ряд сложных проблем, связанных с повышением мощности накачки, формированием однородного объемного разряда и эффективной передачей в создаваемую акгивную среду энергии, запасенной в генераторе накачки. При этом к электрической цепи генератора предъявляются жесткие и зачастую противоречивые гребования: минимизировать индуктивность разрядного контура, обеспечить высокое напряжение на разрядном
7
промежутке на стадии формирования разряда и значительно более низкое напряжение на стадии ввода основной энергии в разряд и т.п. Удовлетворение вышеприведенных гребований, как правило, сопряжено с серьезными трудностями, которые приводят к заметному усложнению конструкции импульсного генератора. При этом накачка от генераторов с емкостными накопителями энергии не всегда позволяет реализовать эффективные режимы работы источников спонтанного и вынужденного излучения. Также для ряда активных сред не определены параметры импульсов возбуждения, формируемых генераторами с емкостными накопителями, и составы газовых смесей, позволяющие достичь предельных эффективностей работы источников вынужденного излучения.
Вместе с тем уже достаточно давно известны методы генерации импульсов высокого напряжения с помощью индуктивных накопителей энергии (ИНЭ) и прерывателей тока различных типов [27]. В этом случае определенная часть энергии первичного емкостного накопителя (накопительной емкости Со) передается в индуктивность цепи генератора, а затем при срабатывании прерывателя тока может быть использована для создания активной лазерной среды на основе объемного самостоятельного разряда. В генераторе накачки прерыватель выполняет (совместно с ИНЭ) функции усилителя мощности, умножителя напряжения, а также обостри/геля фронта импульсов тока и мощности накачки. Таким образом, применение прерывателя тока позволяет более широко использовать потенциальные возможности LC - генератора накачки, а перечисленные свойства делают ИНЭ и прерыватель важными инструментами при решении проблем, связанных с формированием объемного разряда и эффективной передачей энергии в активную среду, что, в свою очередь, может обеспечить эффективную лазерную генерацию в различных рабочих газовых смесях. Несмотря на перечисленные достоинства генераторов с ИНЭ к началу выполнения настоящей работы подробные исследование характеристик объемного разряда и лазерных параметров в рабочих газовых смесях высокого давления при накачке генераторами с прерывателями тока (ГПТ) практически не проводились. Основная причина этого связана с отсутствием простых и надежных прерывателей тока, способных работать в импульсно-периодическом режиме. Ситуация изменилась после открытия эффекта наносекундного обрыва тока в промышленных силовых диодах типа СДЛ и КЦ и создания на основе этого эффекта специального прерывателя тока - SOS - диода (от англ. Semiconductor Opening Switch). SOS - диоды позволяют переключать на нагрузку токи в десятки килоампер за единицы наносекунд с частотой повторения в несколько килогерц. При этом они компактны, способны выдерживать многократные перегрузки по току и напряжению,
8
имеют практически неограниченный срок службы. Поэтому возможности, которые открывает применение прерывателя в генераторах накачки, в сочетании с уникальными свойствами современных полупроводниковых прерывателей тока (ПИТ) делают генераторы с ИНЭ и ППТ весьма привлекательными для возбуждения импульсных газовых лазеров.
Таким образом, к началу выполнения настоящей работы актуальными оставались следующие направления исследований и создания газоразрядных источников спонтанного и вынужденного излучения. Во-первых, исследование физических процессов в плазме самостоятельных разрядов с целью получения максимальных эффективностей газоразрядных источников спонтанного излучения с рабочими средами на основе смесей инертных газов с галогенами при использовании различных режимов возбуждения. Во-вторых, исследование параметров объемного самостоятельного разряда и вынужденного излучения в различных рабочих газовых смесях при накачке от - генераторов и поиск режимов возбуждения, в которых реализуются максимальные эффективности работы электроразрядных лазеров. В-трстьих, широкие исследования режимов работы электроразрядных газовых лазеров с накачкой генераторами с индуктивными накопителями и прерывателями тока различных типов, включая ранее не использовавшиеся для этой цели. В связи с этим, тематика настоящей диссертационной работы, связанная с исследованием протекающих в различных газовых рабочих средах физических процессов, направленных на достижение максимальных выходных парамезров источников вынужденного и спонтанного излучения, является актуальной.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью работы было изучение физических процессов, протекающих в активных и рабочих средах газоразрядных источников вынужденного и спонтанного излучения при их возбуждении самостоятельными разрядами различных типов для повышения их выходных харакгеристик: эффективности, энергии, мощности и длительности импульсов излучения. При этом основное внимание уделено рабочим средам источников вынужденного излучения при формировании объемного самостоятельного разряда генераторами с прерывателями тока и источников спонтанного излучения на основе тлеющих разрядов различных типов.
Достижение цели работы предполагало решение следующих задач:
1). Исследование эксиламп на молекулах Хер\ ХеСГ и КтО*, возбуждаемыми нормальным и поднормальным тлеющими разрядами, а также барьерным и поперечным разрядами, определение влияния частоты следования и формы
9
импульсов тока разряда, а также состава рабочих газовых смесей на эффективность работы различных эксиламп.
2). Определение оптимальных условий возбуждения поперечным объемным разрядом с УФ - предыонизацией электроразрядных лазеров на молекулах KrCl* и HF (DF), при которых достигаются максимальные эффективности генерации лазерного излучения.
3). Проведение исследований работы плазменного прерывателя тока и генератора с ИНЭ и прерывателем данного типа, исследование накачки ХеСГ, азотного лазеров и лазера на смеси, Ne-H2 данным Г ПТ для определения возможности использования генераторов с ИНЭ для накачки импульсных газовых лазеров.
4). Определение параметров импульсов возбуждения, формируемых генератором с полупроводниковым прерывателем тока на основе SOS - диодов, при которых достигается максимальная длительность существования объемной стадии разряда в активных газовых смесях эксиплексных XeF*- , KrF*- , ХеСҐ - лазеров и в смесях гелия с фтором и трифторидом азота.
5). Экспериментальное и теоретическое исследование характеристик объемного разряда и параметров вынужденного излучения на молекулах галогенидов инертных газов и азота при различных режимах накачки рабочих газовых смесей генераторами с полупроводниковыми прерывателями тока.
6). Исследование возможности получения новых эффективных режимов работы лазеров на молекулах азота, С02, HF (DF) при формировании объемного самостоятельного разряда генераторами с полупроводниковыми прерывателями тока.
Методы исследований. Основным методом исследований является физический эксперимент. Для определения характеристик разряда использовались стандартные методики измерения и регистрации осциллограмм импульсов тока разряда, напряжения на плазме объемною самостоятельного разряда, свечения разряда и стандартные методики опенки ошибок эксперимента. Для интерпретации полученных экспериментальных данных использовалось математическое моделирование работы ряда источников излучения на основе кинетических моделей, разработанных в Лаборатории газовых лазеров и Лаборатории теоретической физики Института сильноточной электроники СО РАН и оценочные расчеты.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. В положительном столбе нормального и поднормального тлеющего разряда в смесях Хе(Кг) : СІ2 = (6-3): 1 при давлении дор ~ 10 мм рт.ст. при добавках легких
10
инертных газов (гелия и (или) неона) при содержании рИс добавки pG < рНс < 3pG, где ро - парциальное давление хлора и возбуждении импульсами длительностью 10 ' с < / < 10'2 с достигается КПД излучения эксиплсксных молекул КгСГ и ХеС1*
18 -3 “I
до 20% за счет высокой (до -10 см с ) скорости их образования в гарпунных реакциях и низкой (-1017 см V1) скорости их безызлучательной релаксации в активном объеме эксилампы.
2. При накачке смесей Хе(Кг) : С12 = (150-100) : 1 при давлении 100-200 мм рт.ст. объемным барьерным разрядом максимальная эффективность 8-10% свечения молекул ХеСГ и KrCl достигается при удельной энергии накачки 0,1-0,2 мДж/см3 в течение импульса возбуждения длительностью не более 500 не. Увеличение энергии накачки с 0,2 мДж/см3 до 1 мДж/см3 приводит к уменьшению КПД эксиламп барьерного разряда с 8-10% до 3%, связанному с падением скорости образования эксиплексных молекул в гарпунной реакции из-за роста потерь возбужденных атомов инертного газа в процессе ступенчатой ионизации и ростом скорости тушения эксиплексных молекул в столкновениях с электронами.
3. При накачке активной среды, состоящей из Ne, Кг и НС1 с соотношением компонентов Kr : НС1 = (100 - 200) : 3 мм рт.ст. при давлении Ne 3-5 атм, объемным самостоятельным разрядом длительностью 40-120 не в квазистационарной стадии разряда реализуется генерация на молекулах KrCl* с эффективностью 2-2,5% при удельных мощностях накачки Руй= 2 - 7 МВт/см3.
4. В смесях SF6 с водородом и дейтерием в соотношении SF6:H2(D2) = 8:1 при давлениях смеси 20-50 мм рт.ст. достигаются предельные КПД генерации нецепных электроразрядных HF - и DF - лазеров до 7-10% при длительности импульса тока объемного самостоятельного разряда не более 100 150 не и удельной энергии накачки 30-70 Дж/л, что связано с появлением каскадных переходов, увеличивающих количество лазерных линий в спектре выходного излучения лазера.
5. Использование высоковольтного предымпульса с временем нарастания тф= 10-20 не, обеспечивающего приведенную напряженность поля на лазерном промежутке не менее Е/р = 5 кВ/(смхатм), скорость нарастания тока разряда dl/dt =2-3 кА/нс и удельную мощность накачки не менее 1 МВт/см3, является условием формирования устойчивого объемного разряда в смесях Ne Kr F2, Ne-Xe-NFj при соотношении компонент смеси Kr : F2 = 60 : 1,5 мм рт.ст, Xe : NFj = (6-3) : (1,5 -0,5) мм рт.ст. и в смесях Не - Р2(№з) при содержании F2(NF3) 1,5-3 мм рт.ст. и давлении буферного газа пеона или гелия до 3 атм с длительностью до 150 не. В этих условиях достигается лазерная генерация на В-Х переходах молекул KrF ,
11
ХсН* с эффективностью до 3% и реализуются максимальные мощность (до 400 кВт) и энергия (до 8 мДж) излучения на атомарных переходах фтора с длительностью импульса излучения до 150-200 не.
6. В газовых смесях N6 - Хе - НС1 при соотношении компонентов смеси Хе : НС1 = (12-10) : (1,2-1,0) мм рт.ст. и давлении буферного газа до 3 атм формируется устойчивый объемный разряд с полной длительностью до г = 550 не, и реализуется эффективная генерация на молекулах ХеСГ с энергией до (2 = 1,5 Дж, КПД т]о=1,5% и длительностью лазерного импульса на иолувысоте до 6п = 300 не при использовании предымпульса, обеспечивающего на лазерном промежутке максимальное значение параметра Е/р не менее 5 кВ/(смхатм), скорость нарастания тока разряда не менее 4 кА/нс и мощность накачки не менее 2 МВт/см3.
7. При возбуждении объемным поперечным разрядом смесей азота с добавками ЫН3 и 8Н6 при давлении азота /?(Ы2) = 30 - 60 мм рт.ст. и содержании добавки (0,1-0,25)х^(Ы2), максимальном значении параметра Е/р на лазерном промежутке не менее 200 В/(смхмм рт.ст.) и активной длине лазера / не менее 70 см реализуется режим работы азотного лазера на А.=337,1 нм с двумя пиками излучения в течение одного импульса накачки из-за увеличения напряжения горения объемного разряда за счет прилипания к электоротрицательным молекулам. При увеличении / до 90 см и Е/р до 300 В/(смхмм рт.ст.) достигается режим генерации прямоугольных импульсов на А. = 337,1 нм с длительностью >50 не при максимальной энергии и эффективности генерации азотного лазера, а дополнительная разгрузка уровня В3П8 вынужденными переходами на полосе В’Пе-А31и’ азота увеличивает длительность импульсов генерации на А. = 337,1 нм до 100 не.
8. При формировании объемного разряда в смесях Не : С02 : N2 —3:1:1 атмосферного давления предымпульсами, обеспечивающими максимальное значение параметра Е/р на лазерном промежутке не менее 35 кВ/(смхатм) и скорость нарастания тока разряда не менее 2 кА/нс, реализуется режим накачки при оптимальном для заселения верхнего лазерного уровня С02 - лазера значении параметра Е/р < 15 В/(смхмм рт.ст.) и достигается мощная (до Q = 6,2 Дж и Рлаз = 45 МВт) эффективная (до //;т= 20%) генерация на Я = 10,6 мкм.
Достоверность результатов исследований обусловлена применением общепринятых методик измерения параметров электрических импульсов и характеристик лазерного и спонтанного излучения, использованием современной
12
регистрационной аппаратуры и современных методик эксперимента, современных аналитических и численных методов; количественным совпадением экспериментальных данных с результатами модельных расчетов, согласованием полученных результатов с данными, полученными другими авторами в подобных условиях эксперимента. Использованная в экспериментах аппаратура позволяла проводить измерения импульсов с временным разрешением не хуже 10 не, максимальная относительная ошибка измерений энергии (мощности) излучения и КПД лазеров не превышала ±10% и ±15%, соответственно, относительная ошибка измерения мощности и КПД эксиламп составляла ±25%, спектральная полуширина аппаратной функции спектральных приборов не превышала 2,5 нм.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
1). Предложены рабочие среды г азоразрядных источников спонтанного излучения с накачкой тлеющим разрядам, состоящие из смесей Хе С12 и Кг-С12 с добавками Не и (или) Ne, в которых достигается увеличение эффективности спонтанного излучения молекул ХеСГ и КгСГ по сравнению с ранее использовавшимися смесями. (Патент Российской Федерации RU 2089962 С1. Опубл. 09.10.1997 г.);
2). Определены оптимальные для достижения максимальной эффективности работы КгСГ - и ХеСГ - эксиламп тлеющего разряда формы импульса возбуждения, частота их следования и плотность тока разряда. Измерена эффективность свечения молекул ХеСГ и КгСГ в положительном столбе тлеющего разряда. (Патент РФ RU №2089971 С1. Опубл. 9.10.1997 г., Патент РФ RU №2096863 С1, НО 1J61/02, Н01J61/64. Опубл. 20.11.1997 г., US Patent 6376972 Bl. Publ. April 23, 2002);
3). Измерена эффективность свечения эксиплексных молекул в поднормальном тлеющем разряде в смесях инертных газов с хлором. Сделаны предположения о причинах высокого КПД свсчеггия эксиплексных молекул в разряде данного типа. Предложено использовать поднормальный тлеющий разряд для создания эффективных источников УФ - излучения.
4). Предложен механизм ограничения эффективности свечения молекул KrCl\ ХеСГ в объемном барьерном разряде в смесях ксенона или криптона с хлором при повышении мощности возбуждения.
5). Определены условия возбуждения поперечным объемным разрядом смесей SF6 с водородосодержащими молекулами и дейтерием, обеспечивающие максимальные КПД работы нецепиых HF - и DF - лазеров.
13
6). Определены условия, при которых достигаются максимальные скорости обрыва тока в эрозионной лазерной плазме, создаваемой импульсами ХеСГ - лазера. Предложено использовать плазменно-эрозионный прерыватель с лазерной плазмой в генераторе с индуктивным накопителем для накачки газовых лазеров.
7). Предложено использовать генераторы с прерывателями тока на основе полупроводниковых 508 - диодов газовыми лазерами для возбуждения двойным разрядом различных рабочих газовых смесей. Показано, что ГПТ повышает стабильность и длительность горения объемной стадии самостоятельного разряда в смесях инертных газов с ИС1, ЫГз и Г2, в смесях Ы2-8Г6 (НРз) и Не-СОг-^ и увеличивает энергию излучения и длительность импульса генерации на В--Х переходах молекул ХсР*, КгР*, ХеСГ, на переходах первой и второй положительных системах молекулы азота и атомарных переходах фтора.
8). Показано, что при накачке смесей Ы2-8Р6 (ЫР3) объемным самостоятельным разрядом значение параметра Е/р на лазерном промежутке в квазистационарной стадии разряда за счет прилипания электронов к электроотрицательным молекулам достигает значений, достаточных для увеличения времени существования инверсии на переходе С ’Пи-В3П& молекулы азота.
9). Реализованы новые режимы генерации азотного лазера в смесях азота с 8Г6(КРз):
-с двумя пиками излучения в течение одного импульса накачки;
-режим генерации прямоугольных импульсов с большой длительностью;
-режим каскадной генерации, позволяющий увеличивать длительность лазерных импульсов на полосе С3Пи-В3ПЁ за счет разгрузки уровня В 'Пе вынужденными переходами на полосе В3ПЕ-А '1и+.
10). Найдены условия, при которых использование ГПТ расширяет диапазон длительностей импульса и удельной энергии накачки нецепных химических НГ (ОТ) - лазеров, в которых реализуется эффективная генерация.
Научная ценность полученных в работе результатов состоит в том, что:
1). Сделано предположение о причине повышения КПД эксиламп тлеющего разряда в тройных смесях Не(Ыс)-Хс(Кг)-НС1, связанное с увеличением коэффициента вторичной эмиссии для ионов Не+ и Ые+ по сравнению с ионами Хе+ и Кг', что снижает катодное падение и увеличивает энерговклад в положительный столб тлеющего разряда.
2). Показано, что высокая скорость образованием эксиплексных молекул в гарпунных реакциях и низкая скорость их безызлучательной релаксации в плазме разряда
14
является физической причиной высокой (до 15%) эффективности свечения эксиплексных молекул в положительном столбе нормального тлеющего разряда.
3). Определена оптимальная удельная энергия возбуждения барьерных эксиламп. Показано, что причиной падения эффективности эксиламп барьерного разряда при увеличении удельной энергии накачки является падение скорости образования эксиплексных молекул и рост скорости их в столкновительного тушения.
4) Измерены энергетические параметры излучения молекул АгСГ, КгС|\ ХеС1* в поперечном объемном самостоятельном разряде. На основе проведенных исследований и результатов других работ сделан вывод, что причиной низкой эффективности свечения молекул АгСГ может служить их предиссоциация.
5). Установлены оптимальные условия накачки КгСГ - лазера поперечным объемным разрядом и определен максимальный КПД лазерной генерации на молекулах КгС1 .
6). Показана возможность разгрузки нижнего уровня перехода С^Пи-В3Пе вынужденными переходами первой положительной системы азота В'П§-АТи\ позволяющая увеличить длительность излучения на А.=337,1 нм до 100 не при накачке смесей N2-8^ объемным самостоятельным разрядом, формируемым ГПТ.
7) Определены условия и предложен механизм повышения устойчивости объемного разряда, формируемого ГПТ, в активных газовых смесях лазеров на эксиплексных молекулах.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
1). Существенно улучшены выходные параметры эксиламп с накачкой тлеющим разрядом. Созданы КгСГ - и ХеСГ - эксилампы с мощностью излучения до 500 Вт и КПД до 15%.
2). Созданы импульсные источники ВУФ - и УФ - спонтанного излучения с повышенной плотностью мощности излучения:
а) импульсные барьерные ХеСГ - и КгСГ - эксилампы с энергией излучения до 25 мДж, пиковой мощностью излучения до 150 кВт при удельной мощности УФ -излучения на поверхности эксилампы до «100 Вт/см2 и КПД «10%.
б) эксилампы на молекулах ХеС1*, КгСГ, АгСГ с накачкой поперечным объемным разрядом с плотностью мощности излучения до «2 кВт/см2 при энергии в импульсе до £ « 3 мДж. Данные источники излучения были использованы в компании ШУАР (Аргентина).
15
3). Разработаны образцы электроразрядных эксиплексных и азотных лазеров, которые использовались для проведения исследований в различных учреждениях (Институте общей физики АН СССР (г. Москва), Институте физики АН УССР (г. Киев), Сибирском физико-техническом институте (г. Томск), Институте физики АН БССР (г. Минск), Физико-энергетическом институте (г. Обнинск), Научно-исследовательском кабельном институте (г. Томск), Институте сильноточной электроники (г. Томск), НИИ полупроводниковых приборов (г. Томск)).
4). Созданы электроразрядные эксиплсксные KrCl* - лазеры (X = 222 нм) с энергией излучения до Q = 0,6 Дж и КПД до 0,8%.
4). Созданы нецепные электроразрядные HF(DF) - лазеры с предельной эффективностью и энергией излучения до 4 Дж.
5). Создан электроразрядный XeCI* - лазер с длительностью импульса излучения на полу высоте до 300 не при полной длительности импульса излучения 550 не и
л
плотности энергии излучения >150 мДж/см для использования в качестве задающего генератора в мощной лазерной системе, поставленной в Китайский Северно-западный институт ядерной технологии (СНЯТ), г. Сиань, КНР.
Сведения о внедрении результатов и предложения по их использованию. При
участии автора созданы и внедрены лазеры «ДИЛАН», «ЛИДА - КТ», «ЛИДА - 101», «ЛИДА -Т», «ФОТОН», мощные импульсные эксилампы с возбуждением барьерным и поперечным разрядами, генераторы с полупроводниковыми прерывателями тока для накачки лазеров, длинноимпульсные XeCI* - лазеры с накачкой Г'ПТ, которые были переданы в научные и коммерческие организации, как в России, так и за рубежом. Так, лазеры серии «ЛИДА» были внедрены в Институте физики АН УССР (1986 г.), Институте физика АН БССР (1986 г.), Институте общей физики АН СССР, г. Москва, (1990 г.), Сибирском физико-техническом институте, г. Томск (1989 г.). Мощные импульсные XeCI*- KrCl* - лампы были поставлены в компанию INVAP (Аргентина). Длинноимпульсный ХсСГ - лазер использовался в качестве задающего генератора в мощной лазерной системе. Генератор с полупроводниковым прерывателем тока для накачки лазеров был поставлен в компанию Beams Inc., Япония. Акты внедрения и копии контрактов включены в 11риложение диссертации.
Полученные результаты могут быть использованы при создании электроразрядных лазеров на различных переходах атомов и молекул, мощных эффективных эксиламп непрерывного и импульсного действия, а также газоразрядных источников спонтанного излучения повышенной импульсной мощности.
16
Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетных НИР, проводившихся в Лаборатории оптических излучений (ЛОИ) ИСЭ СО РАН в период 1986 - 2011 гг., а также в ходе проведения ряда работ в области фундаментальных и прикладных исследований, поддержанных:
1). Проектами РФФИ: «Эффективное излучение эксиплексных молекул в электроразрядной плазме низкого давления», № 96-02-16668-а (1996-1998 гг.); «Исследование и создание эффективных газоразрядных источников спонтанного излучения в ВУФ области спектра», № 05-08-33621-а (2005 - 2007 гг.), № 06-08-01196-а «Комплексное исследование лазерной абляции твердых материалов при воздействии импульсами ИК - и УФ - излучения различной длительности: механизмы и пути управления» (2006-2008 гг.), 09-08-00880-а «Физикохимические механизмы формирования плазмы при импульсном лазерном пиролизе органических полимеров» (2008 - 2010 гг.), 10-08-00916-а «Поиск путей управления параметрами лазерного абляционного факела на жидкометаллической мишени» (2010-2012 гг.), 11-08-00427-а «Формирование микроструктур на поверхности жидких металлов при лазерной абляции» (2011-2012 гг.).
2). Проектом INTAS № 96-0351 (1997 - 1999 гг.).
3). Проектами МИТЦ (ISTC): № 1270 (2001-2003 гг.), № 2706 (2004-2006 гг.), №3583р (2007-2010 гг.).
4). Средствами по контрактам с зарубежными компаниями: INVAP, Аргентина (2 контракта, 2004 г.); Всекитайская компания «Синь Ши Дай», Северо-западный институт ядерных технологий, КНР (2 контракта, 1999-2001 гг.); компания Beams Inc., Япония (1 контракт-, 2003 г.).
5). Средствами но хоздоговорам с Институтом физики АН БССР, г. Минск, (1986 г.), Институтом физики АН УССР, г. Киев (1983 г.), Физико-энергетическим институтом, г. Обнинск (1991 г.), Институтом общей физики, г. Москва (1990 г.).
Личный вклад автора. В исследованиях, представленных в настоящей диссертационной работе, автору принадлежит выбор направлений исследований в рамках общего направления и постановка задач, анализ и интерпретация полученных результатов. Результаты исследований получены автором лично или при его определяющем участии. На различных этапах в работе принимали участие сотрудники ЛОИ ИСЭ СО РАН: М.И. Ломаев, Э.А. Соснин - при исследовании эксиламп тлеющего разряда; А.Е. Тельминов, Е.Х. Бакшт - при проведении исследований электроразрядных лазеров с ГГ1Т. Моделирование эксиламп тлеющего разряда было выполнено А.М. Бойченко, С.И. Яковленко, А.II. Ткачевым (Институт
17
обшей физики РАН, г. Москва). Разработка численных моделей эксиплексных ХсСГ-KrF - лазеров с накачкой от ГП Г и моделирование работы лазеров проведены А.Г. Ястремским, Ю.И. Бычковым и С.А. Ямпольской (Лаборатория газовых лазеров ИСЭ СО РАН). Моделирование работы азотного лазера на смесях с электроотрицательными газами проведено А.И. Сусловым (Лаборатория теоретической физики, ИСЭ СО РАН). Часть экспериментов проводилась с использованием широкоапертурного лазера, разработанного И.Н Коноваловым (Лаборатория газовых лазеров ИСЭ СО РАН). Решающее влияние на выбор общего направления исследований и возможность проведения большинства исследований, представленных в настоящей диссертационной работе, было оказано заведующим Лабораторией оптических излучений ИСЭ СО РАН В.Ф. Тарасенко.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано более 100 работ, включая 75 публикаций в журналах из списка ВАК и 14 патентов, из них один международный.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и симпозиумах: Всесоюзном совещании «Инверсная населенность и генерация на переходах в атомах и молекулах» (г. Томск, Россия, 1986 г.); Nonlinear Optical Processes in Solids: Icono'91 (Санкт-Петербург, Россия, 1991), Gas and Chemical Lasers (San Jose, California, USA, 1996 г.), LASERS'97 (New Orleans, Louisiana, 1997), Excimer Lasers, Optics, and Applications (San Jose, California, USA, 1997 г.), LASERS'98 (Tucson, Arizona, USA, 1998 г.); LASERS'99; LASERS’2000 (Albuquerque, New Mexico, USA, 1999, 2000 гг.), Gas and Chemical Lasers and Intense Beam Applications (San Jose, California, USA, 1998 г.), Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing III-V (San Jose, California, USA, 1998, 1999, 2000 гг.), High-Power Laser Ablation II - VII (Santa Fe, New Mexico, USA, 1998, 2000 гг., Taos, New Mexico, USA, 2002, 2004, 2006, 2008 гг.), Laser Beam Control and Applications (San Jose, California, USA, 2006 г.), 13th International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers and High Power Laser Conference (Florence, Italy, 2000 г.), Conferences on Lasers, Applications, and Technologies (LAT), (Minsk, Belarus, 2007 г., Kazan, Russia, 2010 г.), XIV, XV, XVI11 International Symposiums on Gas Flow, Chemical Lasers, and Iligh-Power Lasers (Wroclaw, Poland, 2002 г., Prague, Czech Republic, 2004 r., Sofia, Bulgaria, 2010 гг.), 1 - X Международных конференциях «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул» (г.Томск, Россия, 1992, 1995, 1998, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009, 2011 гг.); the 5- (2000 г.) and 7^ (2004 г.) Russian-Chinese Symposium on Laser
18
Physics and Laser Technologies (Tomsk, Russia); 13- - 16- Intern. Symposium on High Current Electronics (Tomsk, Russia, 2004, 2006, 2008, 2010 гг.); 13- International Conference on Radiation Physics and Chemistry of Inorganic Materials (Tomsk, Russia, 2006 r.); 24th Summer School and International Symposium on the Physics of Ionized Gases (Novi Sad, Serbia, 2008 г.), VI International Symposium on Laser Technologies and Lasers (Smolyan, Bulgaria, 2009 г.), 10th International Conference on Laser Ablation (COLA-2009) (r. Singapore, Singapore, 2009 г.), на IX и X Харитоновских чтениях -международной конференции «Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергии», РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров, Россия, 2006, 2008 г.); XIII - XV Международных конференциях по методам аэрофизических исследований (ICMAR) (г. Новосибирск, Россия, 2007, 2009, 2011 гг.), International Symposium on Laser Interaction with Matter (LIMIS 2010) (Changchun, China, 2010 г.).
Структура и объем работы.
Структура и объём диссертации. Диссертация включает Введение, 6 Глав, Заключение, Приложение, список цитированной литературы из 396 наименований, из них 74 - работы автора. Объём диссертации составляет 353 страницы, включая 164 рисунка и 12 таблиц.
Во Введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, задачи работы, научная новизна, научная значимость и практическая значимость работы, приведены структура диссертации и защищаемые положения. Приводятся сведения об апробации, внедрении и практической реализации работы, демонстрируется место и значимость работы в решении крупной научно-технической задачи - исследовании и создании газоразрядных источников спонтанного и вынужденного излучения с рабочими средами на основе газовых смесей различных газов с галогенами.
Первая глава диссертации носит обзорный характер. В этой главе описаны условия формирования объемных разрядов, систематизируются результаты использования различных импульсных генераторов для накачки электроразрядных газовых лазеров и возбуждения эксиламп, рассматриваются основные принципы работы генераторов накачки с индуктивными накопителями и различными прерывателями тока.
Во второй главе описаны конструкции разработанных и использовавшихся при проведении экспериментов источников спонтанного и лазерного излучения, приведены методики измерения различных характеристик разряда, спектральных, энергетических и амплитудно-временных параметров лазерного и спонтанного
19
излучения, анализируются источники ошибок и оцениваются погрешности измерений различных величин.
Третьи глава посвящена исследованию характеристик эксиламп тлеющего разряда и мощных импульсных эксиламп с возбуждением барьерным и поперечным объемным разрядом.
В четвертой главе приведены результаты экспериментов по управлению параметрами излучения ХсСГ - лазеров, реализованы эффективные режимы работы электроразрядных КгСГ - и нецепных НР(П)Р) - лазеров на смесях 8Р6 с водородосодержащими молекулами и дейтерием при накачке различными ЬС -генераторами.
Пятая глава посвящена исследованию параметров лазеров УФ - и видимого
диапазонов при накачке от генераторов с прерывателями тока различных типов.
Показано, что ГПТ позволяют создавать лазеры с высоким коэффициентом полезного действия, причем именно наличие индуктивного накопителя энергии дает возможность обеспечить оптимальные условия возбуждения активной среды, увеличить длительность и эффективность лазерной генерации в различных рабочих газовых смесях.
В шестой главе приведены результаты исследований параметров объемного разряда и лазерного излучения в смесях азота с электроотрицательными газами, БГ^-С2Пб, Не - С02 - И2. Проведено моделирование работы азотного лазера на смесях N2 с БРб и ЫГ3, реализованы новые режимы работа азотного лазера, получена эффективная генерация на молекулах С02, НР и ЭР при накачке генераторами с
полупроводниковыми прерывателями тока.
В Заключении приведены основные результаты работы.
В Приложении приведено техническое описание, копии актов внедрения и контрактов на изготовление и поставку электроразрядных лазеров «ДИЛАН»,
«ЛИДА», «ФОТОН», ГПТ и лазеров с накачкой от ГПТ и различных эксиламп, разработанных и созданных в ходе выполнения настоящей диссертационной работы, копия диплома, полученного при экспонировании на Российской выставке эксиламп, разработанных при проведении настоящей работы.
20
ГЛАВА I. ФОРМИРОВАНИЕ ОБЪЕМНЫХ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАЗРЯДОВ В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
Механизм достижения инверсии населенностей был впервые предложен в [28] на основе изучения процессов в плазме тлеющего разряда в смеси гелия с неоном. Первый гелий - неоновый лазер был запущен через два года [29]. После этого самостоятельный разряд стал широко использоваться для получения генерации на электронных и колебательных переходах различных атомов и молекул в газовых смесях различного состава при различных давлениях. Применение поперечной геометрии накачки и резистивная стабилизация разряда [30] дали возможность формировать самостоятельные разряды в газах высокого давления, что позволило значительно увеличить вкладываемую в активную среду энергию. Следующим значительным шагом в развитии элекгроразрядного способа возбуждения было использование предварительной ионизации рабочей среды УФ - излучением от дополнительного разряда, который привел к значительному увеличению энергии и пиковой мощности импульсных газовых лазеров. [31]. В настоящее время возбуждение самостоятельным разрядом является наиболее распространенным способом накачки мощных импульсных газовых лазеров, в том числе и лазеров на плотных газах, а также лазеров низкого давления, в том числе непрерывных [17 - 26].
§ 1.1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЕ
В самостоятельном газовом разряде электроны теряют свою энергию на ионизацию, возбуждение электронных уровней, возбуждение колебательных и вращательных уровней молекулярных газов, а также в результате упругих столкновений. Электроны, образующиеся на катоде или в объеме, имеют малую энергию, а затем ускоряются в электрическом ноле. Средняя энергия электронов определяется параметром ЕУр = и1(Ь’с1), где II - напряжение на лазерном промежутке, с1 - длина межэлектродного зазора, N - концентрация частиц и составом газовой смеси.
Для зажигания самостоятельного разряда необходимо приложить к лазерному промежутку напряжение Ц которое значительно превышает статическое пробивное напряжение £/ст Для накачки газовых лазеров необходимо формировать самостоятельные разряды с равномерным распределением плотности тока в лазерном промежутке, то есть, самостоятельный разряд должен быть объемным. Условия формирования самостоятельных разрядов были сформулированы в [32, 33]. В газовой
21
смеси всегда присутствует некоторое количество электронов, например, из-за влияния естественного радиоактивного фона. Под действием электрического поля они ускоряются, возбуждая и ионизируя газ. После акта ионизации ускоряются уже два электрона, которые рождают еще два и так далее, и возникает электронная лавина. Число электронов в ней нарастает по экспоненциальному закону
N = N0 exp (ах), (1.1)
где No - число начальных инициирующих электронов, а - коэффициент ионизации, х -длина пути, пройденного головкой лавины. Так как масса ионов на несколько порядков больше массы электронов, то скорость их дрейфа в электрическом поле существенно меньше. Когда число электронов достигает определенного критического значения NKр~ К)8, поле объемного заряда электронов и ионов становится сравнимым с приложенным полем, и рост числа электронов замедляется. Критическая длина лавины при N0 = 1 определяется как
*кр = (In NK.p)/a. (1.2)
Характер разряда в газе существенно зависит от того, сможет или нет лавина на длине промежутка d набрать число электронов Лгкр, г.е. от соотношения хкр и d. Если то для продолжения разряда необходимо участие вторичных и последующих лавин, которые создаются вторичными электронами. Разряд этого типа принято называть таунсендовским, он характерен для малых давлений рабочего газа и
напряжений, превышающих статическое пробивное на несколько процентов.
Поскольку вторичные лавины возникаю! произвольно на различных участках поверхности катода, данный механизм формирования в большинстве случаев приводит к объемному протеканию тока разряда. При низких давлениях рабочей газовой смеси (до р ~ 10 мм рт.ст.) формируется стационарный тлеющий разряд, который находит широкое применение для накачки лазеров и эксиламп.
Если Хкр < d, то доминирующую роль в процессе развития самостоятельного разряда играет первичная лавина. Схема формирования пробоя приведена на рис.1.1. При этом пространственный заряд лавины становится достаточным, чтобы электрическое поле вну три нее стало сравнимым с внешним полем, а поле на головке и хвосте лавины усиливается. Лавина излучает достаточно фотонов для фотоионизации газа в области усиленного поля. В этих условиях из лавины начинают распространяться слабопроводящие образования, которые называют катодным и анодным стримером. В результате лазерный промежуток перемыкается узким каналом, выделение энергии в котором приводит к росту его проводимости и формированию искрового канала. Разряд этого типа называется стримерным, для него характерны более высокие перенапряжения (десятки процентов) и давления газа >100
22
катод
анод
катод
анод
Рисунок 1.1. - Схема формирования стримерного пробоя при инициировании разряда одной лавиной: а - начальная стадия пробоя, б - сформировавшийся токовый канал, в - формирование объемного разряда при использовании предыонизации [37].
ИП £о и
Рисунок 1.2. - Схемы ЬС - конту ров накачки электроразрядных лазеров с одним (а) и двумя емкостными (б) накопителями. РП - разрядный промежуток, ИП - искровые промежутки подсветки, Со, С|- накопительные и обострительные конденсаторы, БМо - - коммутаторы, 10, Ь\ -индуктивности контуров.
мм рт.ст. Для существования стримерного разряда необходимо также, чтобы лавина излучала достаточное количество фотонов, способных ионизовать молекулы газа вблизи ее головки. Отсюда следует, что при повышенных давлениях в газе должен формироваться самостоятельный разряд, состоящий из многочисленных высокопроводягцих каналов, непригодный для накачки газовых лазеров из-за неоднородного энерговклада.
Тем не менее, в смесях высокого давления возможно зажигание объемного самостоятельного разряда при высоком начальном перенапряжении на промежутке и использовании предварительной ионизации рабочей смеси. Термин «объемный» подчеркивает тот факт, что характеристики такого разряда определяются процессами собственно в разряде и не связаны с его взаимодействием со стенками камеры, как это имеет место в классическом тлеющем разряде. Условия формирования однородного объемного разряда при использовании предыонизации в газовых смесях высокого давления сформулированы в 134-36]. Модель быстрого формирования плазменного столба можно упрощенно пояснить следующим образом. Электроны, возникшие под действием УФ - излучения вспомогательного разряда или другого источника предыонизации и равномерно распределенные по всему основному объему с концентрацией пс> двигаясь в электрическом поле, набирают энергию и, ионизуя частицы газа, образуют электронные лавины. Число электронов в лавине нарастает по закону (1.1). Электроны, обладая существенно большей скоростью, находятся в головке лавины, а ионы распределены по всему се следу. Предполагается, что к моменту достижения в промежутке напряженности поля, достаточной для ионизационного размножения, в разрядной зоне находится столько электронов, что образованные ими лавины, достигшие критического размера, своими головками перекроют весь активный объем, то есть:
Гс = П'3 (1.3)
где ге - радиус лавины критического размера. При таком подходе начальная
4 # Л
концентрация электронов п0с должна составля ть не менее 10 - 10 см' . Кроме того, такой подход накладывает ограничения на длительность фронта подаваемого на лазерный промежуток импульса напряжения /ф. Необходимо, чтобы данная длительность была меньше времени дрейфа электронов на расстояние х, равное радиусу головки лавины ге, достигшей критического размера:
ге>х = уегф (1.4)
где ус - дрейфовая скорость электронов. С учетом этого требование к начальной концентрации электронов можно представить в виде [37]:
24
пог (см',)> Р,12(атм), (1.5)
Для типичных разрядов, где /ф составляет десятки наносекунд, а давление р -единицы атмосфер, «ос ^ 106см'3. В результате перекрытия электронных лавин формируется область разряда, состоящая из перекрывающихся тонких нитей (см. рис. 1.1, в). Плотность нитей возрастает при увеличении концентрации начальных электронов, что снижает удельную энергию, вводимую в область разряда и повышает однородность столба разряда и лазерные параметры [37].
Объемный разряд существует ограниченное время, а затем через 10 - 1000 не в зависимости от условий формирования, состава и давления газовой смеси, вводимой мощности контрагируется или переходит в канальную стадию. Из приведенных выше соотношений и результатов многочисленных исследований следует, что длительность горения объемной стадии (устойчивость) самостоятельного разряда возрастает при выборе геометрии электродов, обеспечивающих равномерное электрическое поле в лазерном промежутке [38], увеличении концентрации электронов предыонизации, увеличении скорости нарастания напряжения на лазерном промежутке и амплитуды приложенных импульсов [17-18, 20, 24, 25]. Эксперименты и расчеты также показали, что скорость нарастания тока разряда также влияет на длительность
существования объемной стадии самостоятельного разряда [39, 40]. Из
экспериментов следует, что при формировании объемного разряда на катоде возникают локальные неоднородности, из которых в разрядную область прорастают сильноточные каналы. При увеличении число катодных неоднородностей
растет, а скорость развития каналов падает, ч то приводит к повышению однородности объемного разряда.
§ 1.2. СИСТЕМЫ НАКАЧКИ САМОСТОЯТЕЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ С ЕМКОСТНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ
Для накачки объемным самостоятельным разрядом большинства газовых лазеров необходимы достаточно высокие удельные мощности накачки (Руа ~ 0,1 - 10 МВт/см'1). Кроме того, достаточно короткое время существования объемной стадии разряда делает необходимым вложить в активную среду максимальную энергию за минимальное время. Поэтому для накачки газовых лазеров обычно используют ЬС -контуры, формирующие короткие импульсы возбуждения, в состав которых входят емкостной накопитель и обострительная емкость (см. рис. 1.2, а). В качестве накопителя может использоваться сосредоточенная емкость, схема Фитча, генератор
25
Аркадьева-Маркса и т.д. Емкостные накопители могут быть собраны не только из конденсаторов, но и использовать полосковые линии с малым волновым сопротивлением. Конструкции различных ЬС - генераторов подробно описаны в [41].
В состав генератора накачки также входит источник предыонизации, как правило, совмещенный с активным элементом - газоразрядной камерой. Подсветка от искровых промежутков применяется в лазерах со сравнительно небольшой энергией излучения, работающих как в режиме однократных импульсов, так и в импульснопериодическом режиме. Излучение от искровых промежутков, расположенных равномерно по всей длине основных электродов, обеспечивает необходимую концентрацию электронов. Искровые промежутки устанавливаются или сбоку от разрядного промежутка, или у одного из электродов.
Подсветка рентгеновским излучением используется в лазерах с достаточно большим объемом активной среды, межэлектродные промежутки сі - 5 см и более. Рентгеновское излучение получают при торможении электронного пучка на аноде. Электронный пучок формируется при подаче высоковольтного импульса на острийный или плазменный катод. Анод и катод рентгеновского источника помещают в вакуумную камеру. Интенсивность рентгеновского излучения / при прочих равных условиях возрастает с увеличением атомного номера материала мишени Z, тока электронного пучка /„ и энергии электронов е.
Экспериментально установлено, что
/ = Ь„2г2, (1.6)
где к - коэффициент пропорциональности. Эффективность преобразования энергии электронного пучка в рентгеновское излучение
7] = к<ёе (1.7)
возрастает с увеличением ускоряющего напряжения. Однако с ростом энергии рентгеновского кванта уменьшается эффективность ионизации рабочего газа в разрядном промежутке. Поэтому для питания рентгеновского источника выгоднее всего рабочее напряжение порядка 50 кВ. В этом случае не нужна специальная биологическая защита, а энергия кванта достаточна для предыонизации промежутка длиной в десять сантиметров и более. Рентгеновские источники могут работать в импульсно-периодическом режиме.
Еще один способ предыонизации разрядного промежутка связан с созданием у катода плазмы, из которой в слабом элеюрическом поле вытягиваются электроны, заполняющие весь разрядный промежуток. Эти электроны способствуют формированию перекрывающихся электронных лавин. Достоинство данного способа
26
в том, что нс требуется одновременная предыонизация всего разрядного промежутка. Этот способ весьма перспективен для создания широкоапертурных С02- лазеров [21].
Основной недостаток £С - контура с одним накопителем состоит в низкой эффективности передачи энергии в плазму объемного разряда при увеличении длительности импульса накачки. Из соотношений, приведенных в [27], следует, что эффективность энерговклада г\ от емкостного накопителя определяется соотношением:
\2
7 = 1-
2Цх -Цс
и,
(1.8)
где Us - напряжение на лазерном промежутке в установившейся (квазистационарной) стадии горения объемного разряда, которая в большинстве рабочих газовых смесей начинается через ~10 нс после пробоя лазерного промежутка, a Uo - зарядное напряжение. Максимальная эффективность передачи энергии достигается при U0 = 2Us. Поскольку для формирования объемного разряда необходимы (У0 ~ (5 - 7)xt/s,
эффективность т] достаточно низка. Повысить ц можно при использовании схемы «двойного разряда» с двумя накопителями (см. рис. 1.2, б). Первый емкостной накопитель формирует объемный разряд, второй заряжается до Uq = 2 Us и
обеспечивает 7] = 100% [42]. Данный генератор накачки формирует сначала высоковольтный предымпульс, инициирующий разряд в лазерном промежутке, а затем основной накопитель (конденсатор или формирующая линия) вкладывает в активную среду лазера основную часть запасенной энергии в режиме согласования импедансов. В подобных генераторах накачки основной накопитель, как правило, коммутируется насыщающимися магнитными ключами [43-45]. Подробное описание конструкций таких генераторов и анализ режимов их работы сделаны в [45]. В зависимости от величины, полярности и амплитуды предымпульса относительно напряжения на основном накопителе различают три режима работы таких генераторов, именуемых в англоязычной литературе как «switch mode», «diode mode» и «overshot mode». Все режимы характеризуются наличием задержки между пробоем разрядного промежутка при подаче предымпульса и началом тока разряда основного накопителя. При этом скорость нарастания тока разряда существенно ограничивается импедансом контура основного накопителя. Амплитуда высоковольтного предымпульса также ограничена электрической прочностью используемых конденсаторов. Данные особенности не только снижают устойчивость формируемых объемных разрядов, но и существенно ограничивают состав рабочих газовых смесей, в которых генератор накачки данного тина позволяет сформировать объемный разряд.
27
Кроме того, данные генераторы достаточно громоздки, требуют импульсной зарядки основного накопителя и точной синхронизации срабатывания накопителей и рентгеновской подсветки.
§ 1.3. СИСТЕМЫ НАКАЧКИ НА ОСНОВЕ ГЕНЕРАТОРОВ С ИНДУКТИВНЫМИ НАКОПИТЕЛЯМИ ЭНЕРГИИ
Различные генераторы, основанные на емкостных накопителях энергии и используемые для накачки электроразрядных газовых лазеров, позволяют создавать лазеры с высокой импульсной и средней мощностью излучения. Однако далеко не всегда подобные генераторы обеспечивают необходимые параметры импульса возбуждения. Наиболее ощутимы недостатки генераторов с емкостными накопителями энергии при накачке лазеров с низким сопротивлением объемною самостоятельного разряда. Для реализации эффективных режимов работы таких лазеров необходимо использовать сложные генераторы двойного разряда. Вместе с тем уже достаточно давно известны и описаны в литературе [27] методы формирования импульсов высокого напряжения с помощью индуктивных накопителей энергии (ИНЭ) и описаны конструкции генераторов на основе ИНЭ. В генераторе данного типа энергия, запасенная в первичном емкостном накопителе, передается в индуктивность разрядного контура, а затем при помощи специального коммутатора, называемого прерывателем тока, в нагрузку. Известны также различные варианты применения ИНЭ для создания активных сред, формирующих лазерное и спонтанное излучение.
• Индуктивный накопитель энергии использовался в лазере на парах меди, возбуждаемом поперечным разрядом, для импульсного производства пара [46]. Полученные в этих экспериментах удельные выходные параметры излучения были одними из самых высоких для лазера на парах меди.
• Сверхпроводниковые прерыватели тока использовались в оптических системах накачки твердотельных лазеров для обострения фронта тока в цепи питания импульсных ламп [47, 48].
• Некоторые газовые смеси могут использоваться как активная среда и прерыватель тока одновременно. Например, при возбуждении ХсР* - лазера электрическим разрядом, контролируемым электронным пучком, в рабочей смеси лазера (Аг - Хе - ЫР3) наблюдалось быстрое восстановление электрической прочности лазерного промежутка после завершения действия пучка [49]. Это связано с прекращением ионизации газа после выключения электронного пучка и
28
увеличением скорости прилипания электронов к NF3 при увеличении средней энергии электронов до s « 2 эВ [50]. Совместное действие из этих двух факторов ведет к формированию короткого мощного импульса накачки длительностью ~ 10 не.
• В [51] сообщается о получении генерации на самоограниченных переходах азота в смеси Ar - N2 при возбуждении ионным пучком, сформированного в плазменно-эрозионном прерывателе тока.
• В [52] исследовалось возбуждение XeCl* - лазера пучком электронов, который генерировался в плазмонаполненном диоде с помощью индуктивного накопителя энергии.
• Проводились эксперименты но использованию устройства «плазменный фокус» одновременно в качестве индуктивного накопителя энергии и прерывателя за счет скачка активного сопротивления в линчующемся разряде [53]. Эта методика представлялась авторам перспективной для создания в капиллярном разряде активной среды рентгеновского лазера. Устройство позволяло переключать в нагрузку токи до 100 кА, но стабильность его работы была весьма низкой.
• В качестве прерывателя тока могут использоваться газоразрядные приборы низкого давления промышленного изготовления - таситроны, кроссатроны, тиратроны и псевдоискровые разрядники. Однако их практическое применение ограничено из-за сложной системы управления и малой амплитуды тока обрыва [54 -55].
• В [56] получено обострение тока разряда, двукратное умножение вводимой удельной мощности и увеличение интенсивности свечения эксиплексиых молекул XeCl* при зажигании разряда в смеси Не - Xe - НС1 в больших межэлектродных промежутках при включении параллельно разрядной камере прерывателя тока па основе взрывающихся проводников.
• В [57] генератор с индуктивным накопителем и плазменно-эрозионным прерывателем тока был использован для получения усиленного спонтанного излучения на X = 46,9 нм в капиллярном разряде на многократных ионах аргона ArIX.
Рассмотрим далее особенности работы генераторов с индуктивными накопителями энергии с прерывателями тока. Как отмечалось в § 1.2, в системах накачки с емкостными накопителями максимальная мощность, вводимая в активную среду газовых лазеров, ограничена реальной электрической прочностью применяемых диэлектриков и неустранимой индуктивностью соединения системы накачки с лазерным промежутком. Кроме того, при использовании систем накачки импульсных газовых лазеров на основе емкостных ггакопителей эффективность
29
передачи энергии в активную среду лазера уменьшается из-за рассогласования сопротивления плазмы разряда и импеданса емкостного генератора. Эго ограничивает эффективность газовых лазеров, использующих емкостные генераторы накачки. Чтобы снять эти ограничения, можно использовать способ накачки газовых лазеров самостоятельным разрядом, в котором энергия от первичного емкостного накопителя переводится в энергию магнитного поля тока через индуктивный элемент, а затем после отключения тока с помощью специального ключа (прерывателя тока), расходуется на возбуждение активной среды. При быстром отключении тока прерывателем напряжение на нем будет нарастать пропорционально скорости обрыва тока и индуктивности контура генератора. Если параллельно прерывателю тока включена лазерная камера, это напряжение окажется приложенным к лазерному промежутку и вызовет пробой рабочего газа, а энергия, запасенная в индуктивном элементе, будет вложена в активную среду лазера.
Рассмотрим принцип работы генератора с индуктивным накопителем энергии на основе простой схемы, приведенной на рис. 1.3 [27]. Пусть к моменту времени/= О
Рисунок 1.3. - Принципиальная схема генератора с индуктивным накопителем энергии [27]. Ь\ - накопительная индуктивность, Дг - импеданс генератора, /?Пт и Лн -сопротивление прерывателя тока и нагрузки, £2 - индуктивность соединений между прерывателем тока и нагрузкой.
индуктивность 1\ “заряжается” током /(0) = /0 в течение гр = Ь[/Лг от генератора, напряжение на котором падает до С/р = 0. Г енератором может служить, например, конденсатор, заряженный до высокого напряжения. В этот же момент времени сопротивление прерывателя тока мгновенно возрастает с 0 до /?пт- При условиях /?пт » /?г, Кн Н Ь/ » І2 ДЛЯ ТОКОВ в первичном /| и вторичном /2 контурах с учетом начальных условий /|(0) = /о, /2(6) - 0 можно получить:
Ген
(1.9)
1'* //|7°/ ч [схрН 1т-)■ ехР(_//г+ )1
+ Ь2)
30
При этом ток через прерыватель /щ равен:
/ \
(1.10)
где Г+ — 1*2 / — ^1 КК Ян)
Из приведенных выражений следует, что скорость нарастания тока в нафузке
Длительность импульса тока в нафузке равна г_ = Ь1/(ЯПТ + Я/{) & гр К\/(Яг + Ян) и при большом сопротивлении нагрузки Ян > Яг может быть значительно короче длительности импульса генератора гр. При этом легко получается умножение передаваемой в нагрузку мощности. Коэффициент умножения мощности М можно записать как:
Из приведенных выше соотношений следует, что в общем случае использование индуктивного накопителя дает возможность сократить длительность импульса накачки, «обострить» передний фронт импульса тока в нагрузке и увеличить вводимую в нагрузку мощнос ть.
При использовании индуктивного элемента для накачки газовых лазеров можно выделить и другие особенности.
1) В момент обрыва тока прерывателем на электродах лазера возникает импульс высокого напряжения, много большего начального напряжения в первичном накопителе. Амплитуда данного импульса I) = 1\<Н]у{/Ж определяется только
параметрами контура генератора накачки и скоростью обрыва тока в прерывателе. Данный импульс обеспечивает пробой промежутка и формирование устойчивого объемного разряда в активном объеме газового лазера.
2) Вся энергия из индуктивного элемента будет вложена в активную среду лазера. В самом деле, при любом сопротивлении плазмы разряда в лазерном промежутке ток от индуктивного элемента через омическую нагрузку (объемный разряд) Я всегда
имеет апериодический характер: I, =/0ехр(—I)
I*
Поэтому использование индуктивных накопителей энергии для накачки газовых лазеров решает проблему согласования импеданса генератора и газоразрядной нагрузки.
3) Длительность разряда индуктивного элемента /1 ~ /Ян слабо меняется при увеличении размеров газового лазера. В этом случае индуктивность разрядного контура 1\ и сопротивление плазмы разряда /?н увеличиваются одновременно. В
определяется величиной Т+’1 = Япт/^2 И тем больше чем больше Япт и меньше Ь2.
М~4ад.|'’//?г(2.1+£г)2.
(1.12)
31
случае емкостного накопителя длительность ввода энергии в активную среду лазера 1С « -.ЦС и увеличивается при увеличении размера лазера из-за роста индукгивности и емкости в цепи генератора накачки. Поэтому индуктивные накопители энергии будут весьма эффективны при накачке широкоапертурных лазеров, в которых длительность импульса накачки ограничена контрагированием разряда (эксиплексных лазеры, неценных НР (ОР) - лазеры и т.д.).
4) При использовании индуктивного накопителя энергии можно получить два режима возбуждения газовых лазеров. В первом случае вся энергия из емкостного накопителя передается в индуктивный элемент. Это значит, что ток срабатывания прерывателя /0 нужно подобрать равным по амплитуде максимальному току в первичном ЬС - контуре 1т = 10 = ио(Со/1{)г/\ где 1/0 зарядное напряжение первичного емкостного накопителя Со. В этом случае индуктивный генератор дает короткий мощный импульс накачки с быстрым нарастанием тока разряда и умножением мощности накачки. Данный режим может использоваться для возбуждения лазеров, для эффективной работы которых необходим мощный импульс возбуждения небольшой длительности (например, для лазеров на самоограниченных переходах азота, для нецепных НР - лазеров).
Второй режим характеризуется частичной передачей энергии из первичного накопителя в индуктивный элемент, т.е., /о < В этом случае индуктивный элемент в момент обрыва тока генерирует высоковольтный прсдымпульс, формирующий объемный разряд в активном объеме лазера, а основная доля энергии вкладывается в лазерную среду от первичного накопителя, который подключается в согласованном режиме. Данный режим накачки может использоваться для возбуждения лазеров, работающих в квазистационарной стадии разряда (например, эксиплексных и С02 -лазеров, лазеров на атомарных переходах ксенона).
В первых лазерах с накачкой от генератора с индуктивным накопителем энергии использовались прерыватели тока на основе медных взрывающихся проводников. В 1976 году был запущен азотный лазер [58]. Схема данного лазера и характерные осциллограммы приведены на рис. 1.4. Конденсатор Со = 1 мкФ заряженный до Со = 10 кВ разряжался через индуктивность 1^=90 нГн и прерыватель тока, состоящий из 80 соединенных параллельно медных проводников диаметром 20 мкм. При этом происходил нагрев проводников джоулевым теплом и их взрыв, вызывающий обрыв тока в цепи. Активная длина лазера равнялась / = 20 см.
Использование индуктивного накопителя энергии привело к двукратному росту мощности лазерного излучения за счет увеличения напряжения на лазерном
32
промежутке, также на 30% возросла длительность импульса генерации. Получена энергия лазерного излучения до 4 мДж. При использовании индуктивного накопителя
Ь0 5Ж0
Рисунок 1.4. - Схема азотного лазера с накачкой от генератора с индуктивным накопителем энергии и прерывателем тока на основе медных взрывающихся проводников (а) и осциллограммы тока через прерыватель (б), напряжения на электродах лазера без пробоя (в) и с пробоем газа (г) и лазерный импульс (д).
энергии пиковая мощность накачки возрастает, а длительность импульса возбуждения сокращается.
Через три года близкий по конструкции индуктивный генератор был использован для накачки нецепного лазера на смеси водорода с 8Р6 продольным разрядом [59]. Индуктивный накопитель удваивал напряжение, прикладываемое к лазерному промежутку, и увеличивал мощность накачки. За счет этого был получен однородный объемный разряд в кювете длиной до 50 см без предыонизации рабочего газа.
33