Газоразрядный лазер



Газоразрядный лазер
Газоразрядный лазер
Газоразрядный лазер
Газоразрядный лазер

 


Владельцы патента RU 2510110:

Христофоров Олег Борисович (RU)

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, протяженный блок предыонизации и систему циркуляции газа. Первый электрод расположен вблизи внутренней поверхности лазерной камеры. Набор конденсаторов, к которым подключен источник питания, расположен вне лазерной камеры и соединен с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов. При этом лазерная камера включает в себя керамическую трубу с двумя торцевыми фланцами, которые жестко скреплены между собой посредством протяженной крепежной системы, и керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которую установлен, по меньшей мере, первый электрод. Части внутренней поверхности трубы, примыкающие к нише, образуют расположенные вверх и вниз по потоку от первого электрода направляющие газового потока или спойлеры. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения мощности излучения и в уменьшении затрат на получение энергии генерации. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к устройству мощных газоразрядных, в частности эксимерных лазеров.

Уровень техники

Эксимерные лазеры являются наиболее мощными источниками направленного излучения в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. В зависимости от состава газа эксимерные лазеры излучают на переходах различных молекул: ArF (193 нм), KrCl (222 нм), KrF (248 нм), XeBr (282 нм), XeCl (308 нм), XeF (351 нм). Лазеры на молекулярном фторе F2 (157 нм) близки к эксимерным лазерам по составу газа и способу накачки. Наиболее эффективными, с кпд около 3%, высокоэнергетичными, до ~1 Дж/импульс, и мощными, до 600 Вт, являются KrF и XeCl лазеры, нашедшие наибольшее применение в различных технологиях. К ним относятся производство плоских LCD и OLED дисплеев, 3D-микрообработка материалов, производство высокотемпературных сверхпроводников методом лазерной абляции, мощные УФ-лидары. ArF лазеры благодаря оптимально короткой длине волны, позволяющей использовать надежную кварцевую оптику, широко применяются в крупномасштабном литографическом производстве интегральных схем с характерным размером элементов лишь в несколько десятков нм.

В соответствии с потребностями современных высокопроизводительных технологий с использованием эксимерных лазеров их мощность постоянно возрастает. Однако повышение энергии и мощности излучения газоразрядных эксимерных лазеров имеет фундаментальные физические ограничения, которые при превышении оптимальных значений энергии генерации и частоты повторения импульсов обусловливают уменьшение эффективности лазера, снижение надежности и стабильности его работы и, в конечном счете, увеличение затрат на эксплуатацию лазера.

Все это определяет актуальность поиска решений, позволяющих оптимизировать конструкцию и метод работы эксимерных лазеров, повысить их мощность и снизить затраты на получение энергии генерации при различных сочетаниях энергии генерации и частоты повторения импульсов.

Известен импульсно-периодический газоразрядный лазер с предыонизацией слаботочным коронным разрядом, United States Patent 6782030, в котором с целью уменьшения индуктивности разрядного контура, что обеспечивает высокую эффективность лазера, конденсаторы, подсоединенные к электродам, размещены вблизи высоковольтного электрода, размещенного со стороны стенки лазерной камеры. Для совместимости с агрессивной средой лазера предложено использовать конденсаторы с покрытием из инертного материала.

Недостатком данного технического решения является то, что в состав керамических конденсаторов входят компоненты, например припой, которые в случае нарушения защитного слоя при воздействии на них F2 или HCl приведут к выходу конденсатора и затем лазера из строя. Кроме этого, в газовой среде лазера паразитный пробой по поверхности существующих керамических конденсаторов, предназначенных для работы в электрически прочной среде, не позволяет заряжать их до номинального напряжения. Это резко снижает энергозапас конденсаторов при их размещении в газовой среде лазера, не позволяя достичь высоких уровней энергии генерации и мощности лазера.

Этого недостатка лишен газоразрядный эксимерный лазер с рентгеновской предыонизацией киловаттного уровня средней мощности излучения, в котором высоковольтный электрод размещен на протяженном керамическом фланце металлической лазерной камеры, к которому подсоединена дополнительная камера с электрически прочным газом. Laser Focus World, 25, N10, 23, 1989. Устройство лазера и способ генерации лазерного излучения позволяют увеличивать апертуру разряда и, соответственно, энергию генерации и среднюю мощность излучения лазера. Малая индуктивность разрядного контура, необходимая для высокой эффективности лазера, достигается за счет минимизации толщины диэлектрического фланца в результате уменьшения механической нагрузки на нем при выравнивании внутреннего и наружного давлений.

Недостатком указанного устройства и способа генерации лазерного излучения является сложность его эксплуатации и большие габариты, так как наличие рентгеновского блока предыонизации обуславливает применение слишком сложной лазерной камеры, поперечное сечение которой имеет трековую конфигурацию. Кроме этого, деформация лазерной камеры сложной формы при ее заполнении газом высокого давления может приводить к разрушению жестко закрепленного на нем керамического фланца.

Известна одна из наиболее мощных газоразрядных эксимерных лазерных систем для индустриальных применений - двухлучевой лазер VYPER, Coherent Inc. ExcimerProductGuide 2011, включающий размещенные на общем шасси два идентичных компактных лазера, аналогичных описанным в United States Patent 6757315, каждый из которых содержит корпус в виде металлической трубы, на которой крепится компактная керамическая разрядная камера с протяженным металлическим фланцем. На высоковольтном металлическом фланце керамической камеры установлены высоковольтный электрод и блок предыонизации. Способ генерации лазерного излучения предусматривает одновременную синхронизированную накачку двух идентичных лазеров и совмещение двух параллельных лазерных лучей вне лазера.

Данные устройство и способ обеспечивают параметры лазерного излучения, оптимально соответствующие ряду технологических применений при уровне энергии генерации 1 Дж/импульс и мощности лазерного УФ-излучения 600 Вт на каждый лазер с длиной электродов около 1 м.

Однако дальнейшее повышение энергии генерации лазерной системы затруднено из-за использования в каждом из ее лазеров предыонизации слаботочным коронным разрядом и ограниченных размеров керамической разрядной камеры, установленной на металлическом корпусе с системой циркуляции газа. Поскольку в разрядной камере поток газа резко меняет направление, это не позволяет эффективно увеличивать скорость газа в межэлектродном промежутке, приводя к ограничению дальнейшего повышения частоты повторения разрядных импульсов и средней мощности лазерного излучения.

Наиболее близким техническим решением, которое может быть выбрано в качестве прототипа, является газоразрядный, в частности, эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерного камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации для предыонизации газа между первым и вторым электродами; систему циркуляции газа для обновления газа в области разряда между очередными разрядными импульсами; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны от электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам и предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами для возбуждения газовой смеси лазера, и резонатор для генерации луча лазера. Patent EP 1525646 B1. Способ генерации лазерного излучения включает в себя осуществление предыонизации газа между первым и вторым электродами, импульсную зарядку конденсаторов, осуществление разряда между первым и вторым электродами и генерацию луча лазера.

В лазере реализуются возможность увеличения объема активной газовой среды при обеспечении высокого однородного уровня ее предыонизации и высокая скорость прокачки газа между электродами. В результате достигается возможность увеличения энергии генерации и мощности импульсно-периодического эксимерного лазера. Протяженная камера лазера включает в себя круглую цилиндрическую трубу, выполненную из керамики. Для формирования высокоскоростного потока газа в зоне разряда по обе стороны от первого электрода, расположенного на внутренней стенке цилиндрической трубы камеры, заподлицо с ним размещены протяженные керамические направляющие газового потока. Выполнение лазерной камеры преимущественно керамической определяет возможность достижения высокого времени жизни газовой смеси эксимерного лазера, содержащей такие чрезвычайно химически активные компоненты, как F2 или HCl.

Однако к настоящему времени не удалось реализовать изготовление цельных высококачественных труб больших размеров (например, диаметром 0,45 м и длиной 1,4 м) из керамики Al2O3 высокой (>95%) чистоты с высокими физико-химическими свойствами и необходимой точностью обработки, требуемыми для камер эксимерного лазера. Реализация технологии их изготовления требует слишком больших вложений. В прототипе предусмотрены различные варианты снижения вызываемой давлением газа радиальной составляющей механической нагрузки на керамическую трубу камеры, однако возможности снижения продольной составляющей этой нагрузки не предложены.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание более мощных по сравнению с существующими газоразрядных, в частности, эксимерных лазеров с различным сочетанием длины волны излучения, энергии генерации и частоты следования импульсов; обеспечение на этой основе возможности увеличения частоты следования импульсов, энергии генерации, средней мощности излучения при высоком кпд лазера и, в целом, уменьшение затрат на получение энергии генерации.

Для решения указанной задачи предлагается газоразрядный, в частности, эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам, в котором лазерная камера включает в себя керамическую трубу с двумя торцевыми фланцами, которые жестко скреплены между собой посредством протяженной крепежной системы, и керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которую установлен, по меньшей мере, первый электрод.

Предпочтительно, что по обе стороны первого электрода с наружной стороны керамической трубы в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы, за исключением ее концевых частей, либо ниши, либо ячейки, в которые, по меньшей мере, частично погружены конденсаторы.

Первый электрод может примыкать своими боковыми гранями к внутренним граням ниши или находится в непосредственной близости от них.

Предпочтительно, что в нише на внутренней поверхности керамической трубы наряду с первым электродом установлен, по меньшей мере, один блок предыонизации.

В некоторых вариантах блок предыонизации содержит систему формирования протяженного однородного скользящего разряда по поверхности диэлектрика.

В некоторых вариантах блок предыонизации содержит систему формирования коронного разряда.

В некоторых вариантах первый электрод и второй электрод выполнены сплошными и, по меньшей мере, один блок предыонизации установлен сбоку одного из двух указанных электродов.

В некоторых вариантах либо первый электрод, либо второй электрод выполнен частично прозрачным, и блок предыонизации установлен с обратной стороны частично прозрачного электрода.

Предпочтительно, что лазер содержит электрически связанные с блоком предыонизации и одним из электродов вспомогательные конденсаторы, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов.

Вышеупомянутые объекты, особенности и преимущества изобретения станут более очевидными из последующего описания и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, которые представлены в виде, достаточном для понимания принципов изобретения, и ни в коей мере не ограничивают объема настоящего изобретения.

На чертежах совпадающие элементы устройства имеют одинаковые номера позиций.

Фиг.1 - поперечное сечение лазера, в котором первый электрод установлен в нише на внутренней поверхности керамической трубы лазерной камеры в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - поперечное сечение лазера, в котором блоки предыонизации на основе коронного разряда расположены сбоку от первого электрода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - поперечное сечение лазера, в котором блок предыонизации размещен с обратной стороны частично прозрачного первого электрода, установленного в нише, а конденсаторы частично погружены в протяженные ниши на наружной поверхности керамической трубы камеры в соответствии с изобретением.

Фиг.4 - поперечное сечение лазера, в котором область разряда расположена в нише на внутренней поверхности керамической трубы лазерной камеры в соответствии с изобретением.

Варианты осуществления изобретения.

В соответствии с изобретением газоразрядный лазер, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, поперечное сечение которого схематично показано на фиг.1, содержит лазерную камеру, заполненную газовой смесью. Для эксимерных лазеров газ, заполняющий лазерную камеру при характерном давлении в диапазоне от 2,5 до 5 атм, представляет собой смесь инертных газов с галогенами, обычно F2 или HCl. Лазерная камера включает в себя керамическую трубу 1, в которой размещены отстоящие друг от друга протяженные первый электрод 2 и второй электрод 3, определяющие область разряда 4 между ними. Первый электрод 2 расположен вблизи или непосредственно на внутренней поверхности керамической трубы 1 лазерной камеры. В лазерной камере также размещен, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации 5 для предыонизации газа между первым и вторым электродами 2, 3. В варианте реализации лазера, показанном на фиг.1, один блок предыонизации 5, расположенный сбоку от второго электрода 3, выполнен в виде системы формирования скользящего разряда по поверхности диэлектрической (сапфировой) пластины 6, покрывающей инициирующий электрод 7, с поджигающим электродом 8, расположенным на поверхности диэлектрической пластины 6. Для обновления газа в области разряда между очередными разрядными импульсами в керамической трубе 1 лазерной камеры также размещена система циркуляции газа, содержащая диаметральный вентилятор 9, охлаждаемые водой трубки 10 теплообменника, направляющие лопасти 11 для формирования газового потока.

Керамическая труба 1 лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу 12, в которую установлен первый электрод 2. Части 13 внутренней поверхности керамической трубы 1, примыкающие к нише 12, в которую установлен первый электрод 2, образуют расположенные верх и вниз по потоку от области разряда 4 направляющие газового потока. Предпочтительно, что при этом первый электрод 2 примыкает своими боковыми гранями к внутренним граням ниши 12 или находится в непосредственной близости от них. Первый электрод 2 может быть расположен в нише 12 заподлицо с частями 13 внутренней поверхности керамической трубы, примыкающими к нише 12.

Вне лазерной камеры расположен набор распределенных вдоль керамической трубы 1 конденсаторов 14, соединенных с первым и вторым электродами 2, 3 через токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 1 лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы 19, расположенные в лазерной камере по обе стороны от электродов 2, 3. К конденсаторам 14 подключен импульсный источник питания 20, предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами для возбуждения газовой смеси лазера.

В соответствии с изобретением лазерная камера наряду с керамической трубой 1 включает в себя торцевые фланцы 21, каждый из которых герметизирован с керамической трубой 1. Два торцевых фланца 21 жестко скреплены между собой посредством протяженной крепежной системы 22, выполненной, например, в виде стяжных балок 22.

Газоразрядный лазер работает следующим образом. Включается источник импульсного питания 20, подсоединенный к конденсаторам 14, расположенным снаружи протяженной газонаполненной лазерной камеры, включающей в себя керамическую трубу 1, на концевых частях которой герметично установлены фланцы 21, скрепленные между собой посредством протяженной крепежной системы, например, в виде стяжных балок 22. Между поджигающим электродом 8 и инициирующим электродом 7 системы формирования блока предыонизации 5 зажигается завершенный скользящий разряд по поверхности протяженной сапфировой пластины 6, фиг.1. УФ-излучение вспомогательного разряда блока предыонизации 5 осуществляет предварительную ионизацию газовой смеси в области разряда 4 между первым и вторым электродами лазера 2, 3. Одновременно осуществляется импульсная зарядка конденсаторов 14 до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд в области 4 между первым и вторым электродами 2, 3. Энергия, запасенная в конденсаторах 14, вкладывается в разряд по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя набор конденсаторов 14, токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 1 лазерной камеры и обратные токопроводы 19, расположенные по обе стороны электродов 2, 3. Разряд обеспечивает возбуждение газовой смеси в области разряда 4, что позволяет получить генерацию луча лазера. Когда охлаждаемый трубками теплообменника 10 высокоскоростной поток газа, обеспечиваемый диаметральным вентилятором 9 и направляющими газового потока, к которым относятся поворотные лопасти 11, и спойлеры, образованные частями 13 внутренней поверхности керамической трубы 1, примыкающими к нише 12, в которой установлен первый электрод, сменит газ в области разряда 4, цикл работы лазера повторяется. Для обеспечения газового потока в области разряда 4 обратные токопроводы 19 выполнены газопроницаемыми.

Протяженная вдоль керамической трубы лазерной камеры крепежная система 22 обеспечивает крепление торцевых фланцев 21, каждый из которых нагружен многотонной (в характерном диапазоне от 4 до 8 т) силой давления газа, содержащегося в лазерной камере. Применение крепежной системы 24 торцевых фланцев 21 снимает с керамической трубы 1 продольную составляющую механической нагрузки, обусловленную давлением газа на торцевые фланцы. Это обеспечивает более высокую надежность металлокерамической лазерной камеры.

Применение для предыонизации УФ-излучения скользящего разряда (фиг.1, 3) в виде протяженного плазменного листа на поверхности диэлектрика (сапфира) 6 позволяет реализовать однородный по области разряда 4 оптимально высокий уровень предыонизации за счет возможности регулировки энерговклада во вспомогательный скользящий разряд. Это обеспечивает высокие: эффективность лазера, качество лазерного луча и стабильность работы лазера в долговременном режиме, что является преимуществом предыонизации данного типа.

Предложенная конструкция лазера позволяет эффективно формировать высокоскоростной поток газа в зоне разряда. Это обеспечивает возможность увеличения частоты следования импульсов и средней мощности лазерного излучения. Кроме этого, в отличие от прототипа, устраняется необходимость изготовления протяженных керамических направляющих, как в прототипе, что упрощает конструкцию лазера.

В вариантах лазера (фиг.2, 3) в нише 12 на внутренней поверхности керамической трубы 1 наряду с первым электродом 2 установлен, по меньшей мере, один блок предыонизации 5. При этом в вариантах лазера блок/блоки предыонизации могут быть расположены сбоку от первого электрода (фиг.2) или с обратной стороны первого электрода, рабочая поверхность которого выполнена частично прозрачной (фиг.3).

В варианте лазера, фиг.2, в нише 12 на внутренней поверхности керамической трубы 1 наряду с первым электродом 2 по бокам первого электрода 2 установлены два идентичных блока предыонизации 5, каждый из которых включает в себя систему формирования протяженного коронного разряда. Каждая система формирования коронного разряда выполнена в виде диэлектрической трубки 23 из керамики Al2O3 или сапфира, внутренняя поверхность которой совмещена с поверхностью размещенного в диэлектрической трубке внутреннего электрода 24. Внутренний электрод 24 с торца трубки 23 электрически связан с противоположным электродом 3 лазера (соединение для упрощения не показано).

В варианте лазера, показанном на фиг.2, при подаче напряжения между первым и вторым электродами 2, 3 лазера автоматически осуществляется коронный разряд между первым электродом 2 и внутренним электродом 40 блока предыонизации 5 через диэлектрический барьер 23. УФ-излучение коронных разрядов по бокам первого электрода 2 лазера осуществляет предыонизацию области разряда 4. В остальном работа лазера осуществляется, как описано выше.

Использование блока предыонизации, выполненного в виде расположенных по бокам первого электрода 2 двух идентичных систем формирования протяженного коронного разряда (фиг.2), позволяет в ряде случаев упростить разрядную систему лазера и уменьшить индуктивность разрядного контура.

В варианте устройства, показанном на фиг.3, первый электрод 2 выполнен частично прозрачным за счет щелевых окон 25 на его рабочей поверхности, перпендикулярных продольной оси электрода, и блок предыонизации 5 установлен с обратной стороны электрода.

Данный вариант изобретения позволяет реализовать широкоапертурный однородный объемный разряд при компактной малоиндуктивной разрядной системе лазера и высокой эффективности смены газа в области разряда 4.

При установке блока предыонизации 5 наряду с первым электродом 2 в нише 12 на внутренней поверхности керамической трубы 1 камеры (фиг.2, 3) предыонизация осуществляется со стороны первого электрода, что обычно позволяет упростить токоподводы к блоку предыонизации.

На фиг.4 каждая из двух идентичных систем формирования скользящего разряда блока предыонизации 5 аналогична показанной на фиг.1. Использование высокоэффективного предыонизатора в виде симметричной системы формирования скользящего разряда, расположенной по бокам первого электрода 2 в нише 12 керамической трубы 1 лазера (фиг.4), позволяет реализовать широкоапертурный однородный объемный разряд при использовании простого сплошного электрода.

Установка первого электрода 2 в нише 12 подразумевает наличие утолщения стенки керамической трубы 1 лазерной камеры по бокам ниши 12. Это позволяет без уменьшения механической прочности керамической трубы реализовать варианты изобретения, в которых по обе стороны первого электрода 2 с наружной со стороны керамической трубы 1 в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы лазерной камеры либо ниши, либо ячейки 26, фиг.3. Конденсаторы 14 погружены, по меньшей мере, частично в ниши/ячейки 26. Ниши 26 отличаются от ячеек 26 тем, что в каждой нише 26 размещается по несколько конденсаторов, а в каждой ячейке 26 по одному конденсатору 14, так что они отличаются только длиной и формой. За счет размещения в нишах/ячейках 26 конденсаторы 14 приближены к области разряда 4. Это уменьшает индуктивность разрядного контура и позволяет увеличивать энергию генерации лазера без снижения кпд лазера.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых фиг.4, с целью уменьшения индуктивности разрядного контура возможно еще большее приближение конденсаторов 14 к области разряда 4. В этих вариантах керамическая труба 1 лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу 27 столь большого объема, что в ней размещены не только первый электрод 2, но и, по меньшей мере, часть области разряда 4. Внутренние грани 28, 29 ниши 27, расположенные по обе стороны области разряда 4, образуют расположенные вверх и вниз по потоку от области разряда 4 направляющие газового потока, значительно изменяющие направление газового потока при прохождении области разряда. По обе стороны ниши 27 с наружной стороны керамической трубы 1 в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы лазерной камеры ниши/ячейки 26, в которые, по меньшей мере, частично погружены конденсаторы 14.

Керамическая труба 1 лазерной камеры может быть выполнена в соответствии с различными вариантами изобретения либо цельной, либо состоящей из нескольких керамических модулей.

Упрощение эксплуатации лазера достигается в вариантах изобретения с автоматической предыонизацией. В этих вариантах, иллюстрируемых фиг.4, лазер содержит электрически связанные с блоком предыонизации 5 и одним из электродов вспомогательные конденсаторы 30, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов 14. На фиг.4 блоки предыонизации 5 расположены вблизи первого электрода 2, а вспомогательные конденсаторы 30 электрически связаны с первым электродом 2 через вспомогательные электрические вводы 31, установленные в стенке керамической трубы 1 камеры вдоль нее.

В этих вариантах реализации лазера предыонизация области разряда 4 осуществляется автоматически с момента включения источника питания 20 за счет зарядки вспомогательных конденсаторов 30 через вспомогательный разрядный промежуток/промежутки блока/блоков предыонизации 5. В процессе автоматической предыонизации ток вспомогательного разряда предыонизации 5 протекает по малоиндуктивной разрядной цепи, включающей в себя первый электрод 2, вспомогательные электрические вводы 31 и вспомогательные конденсаторы 30. Малая емкость вспомогательных конденсаторов 30 определяет оптимально малый энерговклад во вспомогательный разряд предыонизатора. Это обеспечивает наряду с высокой эффективностью лазера большое время жизни предыонизатора, газовой смеси и лазера в целом. В остальном работа лазера осуществляется аналогично тому, как описано выше.

Выполнение лазера в указанном виде повышает его эффективность.

Таким образом, выполнение газоразрядного, в частности, эксимерного лазера в соответствии с изобретением позволяет увеличить энергию генерации, среднюю мощность излучения при высоком кпд лазера и, в целом, уменьшить расходы на получение энергии генерации.

Список обозначений

1 - керамическая труба

2 - первый электрод

3 - второй электрод

4 - область разряда

5 - блок предыонизации

6 - диэлектрическая (сапфировая) пластина

7 - инициирующий электрод

8 - поджигающий электрод

9 - диаметральный вентилятор

10 - трубки теплообменника

11 - направляющие лопасти

12 - ниша

13 - части внутренней поверхности керамической трубы, примыкающие к нише

14 - конденсаторы

15 - токоведущие шины

16 - электрические вводы

17 - электрические вводы

18 - электрические вводы

19 - обратные токопроводы

20 - импульсный источник питания

21 - торцевой фланец

22 - стяжные балки

23 - диэлектрическая трубка системы формирования коронного разряда

24 - внутренний электрод системы формирования коронного разряда

25 - щелевые окна на рабочей поверхности электрода

26 - расположенные вдоль лазерной камеры ниши либо ячейки, в которые частично погружены конденсаторы

27 - протяженная ниша большого объема

28 - часть внутренней поверхности керамической трубы, примыкающая к нише

29 - часть внутренней поверхности керамической трубы, примыкающая к нише

30 - вспомогательные конденсаторы

31 - вспомогательные электрические вводы.

1. Газоразрядный, в частности, эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, с первым электродом, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам, в котором лазерная камера включает в себя керамическую трубу с двумя торцевыми фланцами, которые жестко скреплены между собой посредством протяженной крепежной системы, керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которую установлен, по меньшей мере, первый электрод, и части внутренней поверхности керамической трубы, примыкающие к нише, образуют расположенные вверх и вниз по потоку от первого электрода направляющие газового потока или спойлеры.

2. Лазер по п.1, в котором части внутренней поверхности керамической трубы, примыкающие к нише, в которую установлен первый электрод, расположены заподлицо с первым электродом.

3. Лазер по п.1, в котором керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которой наряду с первым электродом размещена, по меньшей мере, часть области разряда, и внутренние грани ниши, расположенные по обе стороны области разряда, образуют расположенные вверх и вниз по потоку от области разряда направляющие газового потока/спойлеры, значительно изменяющие направление газового потока при прохождении области разряда.

4. Лазер по любому из пп.1-3, в котором по обе стороны первого электрода с наружной стороны керамической трубы в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы, за исключением ее концевых частей, либо ниши, либо ячейки, в которые, по меньшей мере, частично погруженые конденсаторы.

5. Лазер по любому из пп. 1-3, в котором первый электрод примыкает своими боковыми гранями к внутренним граням ниши или находится в непосредственной близости от них.

6. Лазер по любому из пп.1-3, в котором в нише на внутренней поверхности керамической трубы наряду с первым электродом установлен, по меньшей мере, один блок предыонизации.

7. Лазер по любому из пунктов 1-3, в котором блок предыонизации содержит систему формирования протяженного однородного скользящего разряда по поверхности диэлектрика.

8. Лазер по любому из пп.1-3, в котором блок предыонизации содержит систему формирования коронного разряда.

9. Лазер по любому из пунктов 1-3, в котором либо первый электрод, либо второй электрод выполнен частично прозрачным и блок предыонизации установлен с обратной стороны частично прозрачного электрода.

10. Лазер по любому из пп.1-3, в котором первый электрод и второй электрод выполнены сплошными и, по меньшей мере, один блок предыонизации установлен сбоку одного из двух указанных электродов.

11. Лазер по любому из пп.1-3, содержащий электрически связанные с блоком предыонизации и одним из электродов вспомогательные конденсаторы, емкость которых многократно меньше емкости конденсаторов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: лазерную камеру, имеющую отстоящие друг от друга протяженные электроды, протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, размещенных в керамических контейнерах, установленных вблизи первого электрода, указанные конденсаторы подключены к электродам через токовводы керамических контейнеров и через токопроводы, расположенные по обе стороны электродов.

Изобретение относится к лазерной технике. В газоразрядном лазере конденсаторы (11), малоиндуктивно подключенные к электродам (2, 3) лазера, размещены вблизи первого электрода (2) в керамических контейнерах (10) и малоиндуктивно соединены с импульсным источником питания (15) через токовводы (12, 13) каждого контейнера, высоковольтные токовводы (21) металлической лазерной камеры (1) и протяженные заземленные токопроводы (23), расположенные по обе стороны керамических контейнеров (10).

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, блок предыонизации, систему циркуляции газа, набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов, источник питания, подключенный к конденсаторам и предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, и резонатор для генерации луча лазера.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер, преимущественно эксимерный, включает в себя лазерную камеру, состоящую из керамического материала и имеющую протяженные первый и второй электроды, первый из которых расположен вблизи внутренней поверхности лазерной камеры, блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры, и источник питания, подключенный к конденсаторам.

Изобретение относится к лазерной технике. В газоразрядном лазере конденсаторы, малоиндуктивно подключенные к электродам лазера, размещены вблизи первого электрода в керамических контейнерах и малоиндуктивно соединены с импульсным источником питания через токовводы каждого контейнера, высоковольтные токовводы металлической лазерной камеры и протяженные заземленные токопроводы, расположенные по обе стороны контейнеров.

Комплекс содержит боевую машину с лазером и вспомогательные машины в виде заправщиков окислителя и горючего на многоколесном шасси. Боевая машина выполнена на гусеничной ходовой части.

Способ позиционирования трех передвижных зеркал в лазерном гирометре, содержащем три кольцевых лазерных резонатора, осуществляется при запуске гирометра. Каждый из резонаторов содержит среду, возбуждаемую для генерирования световых волн.

Изобретение относится к системам космических объектов (КО) с передачей между ними энергии и импульса посредством лазерного излучения и может быть использовано для КО, на борту которых создаются условия микрогравитации на уровне ~10-7 10-8 ускорения на поверхности Земли.

Изобретение относится к оборонительным боевым установкам. .

Изобретение относится к области вооружения, а именно к средствам и способам ведения наступательных или оборонительных действий с применением управляемого луча лазера с ядерной накачкой очень большой мощности.

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: лазерную камеру (1), состоящую из керамического материала и заполненную газовой смесью, протяженные электроды (2, 3), определяющие область разряда (4), блок предыонизации (5); систему циркуляции газа (9, 10, 11, 12, 13); набор конденсаторов (14), расположенных вне лазерной камеры (1) и соединенных с первым и вторым электродами (2, 3) через электрические вводы (17, 18) лазерной камеры (1) и газопроницаемые обратные токопроводы (19), расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам, и резонатор. Лазерная камера (1) включает в себя керамическую трубу (24) и два торцевых фланца (25), жестко скрепленных между собой посредством крепежной системы (26), протяженной вдоль керамической трубы (24). Крепежная система (26) выполнена либо в виде охватывающей керамическую трубу металлической трубы, снабженной достаточно широким протяженным вырезом для установки набора конденсаторов (14) и имеющей на торцах кольцевые фланцы, скрепленные с торцевыми фланцами (25) лазерной камеры (1), либо в виде стяжных балок. Технический результат заключается в увеличении мощности. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике. Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда (ОСР) содержит разрядную камеру, в которой установлены подключенные к источнику накачки три электродные пары, каждая из которых состоит из пластинчатых профилированных электродов. Каждая пластина катода расположена в плоскости соответствующей пластины анода, при этом электродные пары установлены либо параллельно продольной оси камеры, либо под острым углом к ней. Рабочая кромка центральных катодных пластин содержит расположенный по центру прямолинейный участок, к которому с обеих сторон примыкают участки с профилем Степперча. Рабочая кромка центральных анодных пластин имеет дугообразную форму и обращена выпуклостью в сторону разрядного промежутка. Участки рабочих кромок крайних анодных и катодных пластин, обращенные к центральным электродам, повторяют профиль рабочей кромки соответствующих анодных и катодных центральных пластин. Внешние участки рабочих кромок крайних анодных и катодных пластин имеют дугообразную форму и большую длину, чем участки рабочих кромок крайних анодных и катодных пластин, обращенные к центральным электродам, причем все участки рабочих кромок имеют плавное сопряжение. Технический результат заключается в обеспечении возможности формирования однородного ОСР между всеми парами электродных пластин в различных газовых средах. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для возбуждения активных сред газовых лазеров. Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах содержит источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения. На внешней поверхности цилиндра расположены электропроводящий экран и диэлектрическая пленка, причем коронирующий электрод установлен вдоль радиуса цилиндра с зазором относительно цилиндра. Экран выполнен в виде двух и более секции, протяженных вдоль цилиндра и электрически изолированных друг от друга, при этом секция, проходящая зону коронирующего электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с заземленным полюсом источника, а секция, проходящая зону токосъемного электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с потенциальным полюсом источника. Потенциал, подаваемый на секцию экрана, может регулироваться, например, потенциометром. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения мощности разряда. 2 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для возбуждения активных сред газовых лазеров. Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах содержит источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения. На внешней поверхности цилиндра расположены электропроводящий экран и диэлектрическая пленка, причем коронирующий электрод установлен вдоль радиуса цилиндра с зазором относительно цилиндра. Экран выполнен в виде двух и более секции, протяженных вдоль цилиндра и электрически изолированных друг от друга, при этом секция, проходящая зону коронирующего электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с заземленным полюсом источника, а секция, проходящая зону токосъемного электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с потенциальным полюсом источника. Потенциал, подаваемый на секцию экрана, может регулироваться, например, потенциометром. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения мощности разряда. 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. В газоразрядном лазере конденсаторы, малоиндуктивно подключенные к электродам лазера, размещены вблизи первого электрода в керамических контейнерах. При этом части каждого протяженного керамического контейнера размещены сбоку от области разряда, образуя расположенные вверх и вниз по потоку от области разряда направляющие газового потока/спойлеры, значительно изменяющие направление газового потока при прохождении области разряда. Конденсаторы малоиндуктивно соединены с импульсным источником питания через токовводы каждого контейнера, высоковольтные токовводы металлической лазерной камеры и протяженные заземленные токопроводы, расположенные по обе стороны электродов. Технический результат заключается в увеличении мощности лазера. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Эксимерная лазерная система содержит шасси, на котором размещены: импульсный источник питания, выводы которого малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам каждого лазерного модуля; дополнительный источник питания с полярностью, противоположной полярности источника питания, подключенный к дополнительным конденсаторам через торцы каждого керамического контейнера; первый лазерный модуль и второй лазерный модуль, идентичный первому. Каждый модуль включает в себя протяженный керамический корпус, в котором расположены система формирования газового потока, предыонизатор, первый и второй электроды, расположенные снаружи корпуса конденсаторы, подсоединенные к первому электроду через высоковольтные токовводы корпуса. Также в корпусе установлены либо один, либо два протяженных керамических контейнера, расположенные так, что стенки каждого керамического контейнера, обращенные к разрядной области, образуют часть системы формирования газового потока в приэлектродной области. В каждом контейнере размещены дополнительные конденсаторы, подключенные ко второму электроду через заземленные токовводы корпуса, протяженные заземленные газопроницаемые токопроводы, расположенные по обе стороны электродов, токовводы каждого керамического контейнера, и дополнительные конденсаторы. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения мощности лазера и уменьшении затрат на получение энергии генерации. 2 н. и 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области технологии изготовления оптических элементов и касается способа изготовления матриц сложной формы для заготовок элементов светоотражающих систем. Способ включает предварительную химико-механическую обработку поверхности, нанесение промежуточную цинкового слоя методом химического осаждения из многосоставного цинксодержащего раствора с последующим удалением этого слоя, повторное нанесение слоя цинка аналогичным методом и нанесение путем химического восстановления целевого никель-фосфорного слоя из раствора смеси многосоставных соединений никеля и фосфора. В состав раствора дополнительно вводят технологическую добавку аминоуксусной кислоты в количестве 10-15 г/л. Процесс получения целевого покрытия ведут за один прием при температуре 80-90°C. После нанесения никель-фосфорного слоя производят термообработку при температуре не более 400°C. Технический результат заключается в обеспечении высокой адгезии и прочности покрытия. 1 ил.

Изобретение относится к оптике. Способ оптического усиления лазерного излучения включает разделение исходного излучения по нескольким каналам, усиление излучения в каналах и формирование однонаправленного излучения на выходе из каналов. В качестве каналов используют нелинейно-оптические волноводы с туннельной оптической связью между ними. При этом подбирают интенсивности оптических волн на входе волноводов, и/или коэффициенты туннельной связи между волноводами, и/или длины туннельной связи волноводов, и/или частоты волн таким образом, что волны на выходе волноводов оказываются в одинаковой фазе. Технический результат заключается в повышении скорости формирования усиленного излучения. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике. Лазерная система содержит шасси, на котором размещены первый и второй идентичные лазерные модули. Каждый из модулей включает в себя металлический корпус, в котором размещены протяженные: система формирования газового потока, предыонизатор, первый электрод, расположенный со стороны стенки корпуса, второй электрод. Вблизи первого электрода установлены керамические контейнеры, в каждом из которых размещены конденсаторы, подсоединенные ко второму электроду через расположенные по обе стороны электродов протяженные заземленные газопроницаемые токопроводы. Импульсный источник питания имеет выводы, которые малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам в каждом лазерном модуле через изолированные токовводы металлического корпуса и токовводы каждого керамического контейнера. Технический результат заключается в увеличении энергии генерации и средней мощности излучения. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области плазмохимии, в частности к способу и реактору для плазмохимического синтеза, и может быть использовано при создании плазмохимических реакторов на основе лазеров. Способ включает формирование в реакторе, содержащем лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, и систему подачи реагентов посредством источника плазмы, плазменного образования, воздействие на него лазерным излучением, подачу в упомянутое плазменное образование реагентов и вывод полученных продуктов реакции. Используют набор лазеров с различными длинами волн с резонаторами или с резонаторами и с дополнительными резонаторами, причем плазменное образование располагают в упомянутых резонаторах лазеров. Технический результат заключается в снижении энергозатрат при высоком качестве продукции. 2 н.п. ф -лы, 2 ил.
Наверх