Длинноимпульсные электроразрядные лазеры на смесях инертных газов и азота с фторсодержащими молекулами

Тельминов, Алексей Евгеньевич

Длинноимпульсные электроразрядные лазеры на смесях инертных газов и азота с фторсодержащими молекулами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Тельминов, Алексей Евгеньевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Длинноимпульсные электроразрядные лазеры на смесях инертных газов и азота с фторсодержащими молекулами»

Автореферат диссертации на тему "Длинноимпульсные электроразрядные лазеры на смесях инертных газов и азота с фторсодержащими молекулами"

0034Б2550

На правах рукописи

Тельминов Алексей Евгеньевич

ДЛИННОИМПУЛЬСЫЫЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЕ ЛАЗЕРЫ НА СМЕСЯХ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ И АЗОТА С ФТОРСОДЕРЖАЩИМИ МОЛЕКУЛАМИ

01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 с о::::::

Томск-2009

003462550

Работа выполнена в ГОУ ВПО Томский государственный университет и в Инсти. сильноточной электроники СО РАН.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Тарасенко Виктор Федотович

Научный консультант:

кандидат физико-математических нау Панченко Алексей Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессо Евтушенко Геннадий Сергееви1

доктор физико-математических наук Лосев Валерий Федорович

Ведущая организация:

Институт Оптики атмосферы СО РАН, г.Томск

Защита состоится 12 марта 2009 г. в 14.30 на заседании диссертационного совет Д 212.267.04 при Томском государственном университете по адресу: 634050, Томе пр. Ленина, 36, ауд. 119.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томског государственного университета, 634050, Россия, Томск, пр. Ленина, 34а

Автореферат разослан 9 февраля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

/Б.Н. Пойзнер/

Актуальность работы. Увеличение длительности импульса и энергии излучения электроразрядных газовых лазеров имеет большое практическое и научное значение. С одной стороны, снижение импульсной мощности излучения позволяет существенно увеличить энергию в импульсе, а также среднюю мощность излучения, передаваемую по световоду. С другой, стороны, увеличение числа проходов в резонаторе дает возможность эффективно управлять такими параметрами лазерного излучения, как расходимость и ширина линии генерации, что важно для различных технологических приложений электроразрядных лазеров. Поэтому задачи исследований, поставленные и решаемые в данной диссертационной работе, актуальны.

Для увеличения длительности импульса излучения электроразрядных газовых лазеров необходимо увеличить длительность импульса накачки, что приводит к рассогласованию импеданса генератора накачки и сопротивления объемного разряда, и как следствие влечет падение коэффициента полезного действия (КПД) генерации. Поэтому задачи повышения длительности импульсов генерации, энергии излучения и эффективности работы электроразрядного лазера достаточно тесно связаны. Значительные длительности импульсов излучения газового лазера и его КПД могут быть получены при решении следующих двух основных проблем: 1) формирование и оддержание в течение длительного времени (0,1 мкс и более) однородного бъемного разряда в газовых смесях, содержащих молекулы доноров фтора; 2) беспечение высокой эффективности передачи энергии, запасенной в накопительном лементе генератора накачки, в активную среду лазера (плазму объемного разряда), ля этого разработан метод накачки двойным разрядом с использованием достаточно ложных импульсных генераторов на основе искровых разрядников и магнитных ючей. При этом генератор накачки формирует сначала высоковольтный редымпульс, инициирующий объемный разряд в лазерном промежутке, а затем сновной накопитель (конденсатор или формирующая линия) вкладывает в активную реду лазера основную часть запасенной энергии в режиме согласования импедансов. одобные генераторы с использованием импульсных формирующих линий озволили создать электроразрядные лазеры на хлоридах инертных газов с ффективностью до 4-5 % и длительностью импульса генерации до 1 мкс. Однако до астоящего времени не удалось одновременно увеличить длительность и ффективность генерации в смесях, содержащих №3 или Рг (Р2, ХеР, КгР, и АгР -азеры, лазеры на линиях атомарного фтора), из-за быстрого развития контракции бъемного самостоятельного разряда.

Ранее в ИСЭ СО РАН был предложен способ формирования и поддержания

объемного разряда при помощи генераторов с прерывателями тока (ГПТ) [1] на основе взрывающихся проводников, плазменно-эрозионных и полупроводниковых прерывателей основе SOS-диодов. Проведены исследования возбуждения различных газовых лазеров двойным разрядом от ГПТ. Получены уникальные параметры излучения эксимерных ХеС1- лазеров на 308 нм: плотность мощности 150 мДж/см2 при длительности импульса на полувысоте до 300 не [2]. Получен предельный КПД (до 10% относительно вложенной в активную среду энергии) электроразрядных HF(DF)-fla3epoB [3]. Была осуществлена эффективная накачка С02-лазера, КПД которого составил 15% [4]. Однако характеристики разряда и лазерного излучения в смесях инертных газов и азота с фторсодержащими молекулами подробно не исследовались.

Данная диссертационная работа является продолжением исследований по возбуждению электроразрядных лазеров при помощи генераторов с полупроводниковыми прерывателями тока. Основное внимание при выполнении работы уделялось исследованию параметров объемного разряда и лазерных характеристик в смесях Ne-Xe(Kr)-NF3(F2), N2-SF6(NF3), He-F2 (NF3).

Целью данной работы является: увеличение длительности импульсов излучения и энергии генерации азотных, эксимерных XeF- и KrF- лазеров и лазера на переходах атомарного фтора при накачке двойным разрядом с формированием высоковольтного предымпульса ГПТ и прерывателем тока на основе SOS-диодов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:'

1. Определить параметры предымпульсов, формируемых генератором с прерывателем тока, при которых достигается максимальная длительность объемной стадии разряда в газовых смесях с фторсодержащими молекулами.

2. Экспериментально исследовать характеристики объемного разряда и параметров генерации при различных режимах накачки XeF, KrF, N2 и FI -лазеров с использованием ГПТ и двухконтурных LC - генераторов с обострительными и накопительными емкостями.

Методы исследования. Основным методом исследования в работе является физический эксперимент, включающий в себя измерения энергетических, временных и спектральных характеристик лазерного излучения и электрических параметров объемного разряда в различных газовых смесях. Дополнительно проводилось сравнение экспериментальных результатов и результатов численного моделирования N2- и KrF-лазеров с накачкой поперечным объемным разрядом.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При накачке смесей KrF- и XeF-лазеров с содержанием электроотрицательной добавки <1,5 Тор генератором с прерывателем тока, высоковольтный предымпульс с передним фронтом тф= 10-20 не обеспечивающий максимальную напряженность поля на лазерном промежутке не менее Е/р = 5 кВ/смхатм и скорость нарастания тока разряда не менее dl\dt = 2,6 кА/нс увеличивает длительность импульсов генерации на X = 353 и 248 нм до -100 не.

2. Реализация одновременной генерации на второй {С3Пи - B3ITg) и первой (В3Пг -А31?и) положительных системах азота увеличивает длительность импульса УФ-излучения до 100 не за счет разгрузки нижнего лазерного уровня В3Пё.

3. При возбуждении смесей азота с NF3 и SF6 LC-генераторами с соотношением величин обострительной и накопительной емкостей Ci:Co<l:20 и периоде колебаний тока в цепи Ci менее 35 не реализуется двухпичковый режим генерации лазера на самоограниченных переходах азота на длине волны 337,1 нм.

4. В электроразрядном XeF-лазере с накачкой от генератора с прерывателем тока при передаче в промежуточный индуктивный накопитель 10% запасаемой энергии и длительности импульса тока разряда 150 не реализуется режим генерации с внутренним КПД до 3%.

Достоверность научных положений и других результатов подтверждается: -применением общепринятых методик измерения параметров объемного разряда и лазерного излучения, использованием современной регистрационной аппаратуры, -согласование полученных экспериментальных данных, результатов численных расчетов и данных, приведенных в работах других авторов, -воспроизводимостью полученных результатов;

Новизна защищаемых положений и других результатов:

1. Определены параметры предымпульсов, формируемых генератором с полупроводниковым прерывателем тока, при которых длительность объемной стадии разряда в рабочих смесях XeF-, KrF- и FI- лазеров возрастает до 100 -200 не.

2. Экспериментально показана возможность разгрузки нижнего лазерного уровня перехода С*Пи —► В3Пе молекулы азота на X = 337,1 нм вынужденными переходами первой положительной системы азота B3IJg - А31?и на X = 869,5 -1046,9 нм.

3. Впервые при накачке самостоятельным поперечным разрядом реализован режим работы азотного лазера на длине волны X = 337.1 нм с двумя пиками излучения в течение одного импульса возбуждения.

4. Впервые в электроразрядном XeF - лазере при длительности импульса возбуждения -150 не реализован КПД относительно вложенной энергии 3 %.

5. Впервые зарегистрировано рентгеновское излучение из искровых промежутков системы УФ - предыонизации электроразрядных лазеров.

6. Впервые получены максимальные на данное время энергия и импульсная мощность излучения азотного лазера на X = 337,1 нм. При активной длине лазера 1 = 1 м и поперечном сечении области объемного разряда до 6 х 10 см2 в смеси N2 - SF6 энергия излучения на молекулах азота достигала 80 мДж при пиковой мощности излучения до 6 МВт.

Научная ценность результатов:

1. Показано, что ГПТ позволяет формировать предымпульсы с оптимальными для различных газовых смесей, содержащих молекулы галогенов, амплитудой напряжения, длительностью переднего фронта и скоростью нарастания тока разряда, что повышает стабильность и время горения объемной стадии разряда, улучшает энергетические и временные параметры лазерного излучения в газовых смесях инертных газов и азота с молекулами SF6, NF3, F2.

2. Экспериментально показана возможность увеличения длительности импульса УФ - генерации азотного лазера до ~100 не за счет разгрузки нижнего лазерного уровня вынужденными переходами на первой (fi3I1g -А32?и) положительной системе азота.

3. Показано, что система предыонизации на основе искровых промежутков, кроме УФ и ВУФ излучения формирует импульсы мягкого рентгеновского излучения, которые могут влиять на формирование объемного разряда в различных газовых смесях.

Практическая значимость работы заключатся в следующем:

1. Разработаны импульсные генераторы с полупроводниковыми прерывателями тока, позволяющие реализовать оптимальные режимы накачки двойным разрядом и получить максимальные энергетические и временные характеристики импульсов излучения различных газовых лазеров.

2. Найдены новые режимы работы азотного лазера при накачке от ГПТ, в

которых наблюдаются два пика излучения в течение одного импульса

накачки, а полная длительность импульса генерации достигает 50 не. В данных режимах достигается максимальная энергия излучения на X = 337,1 нм и X = 869,5 - 1046,9 нм.

3. Создан электроразрядный эксимерный KrF лазер с накачкой от ГПТ с энергией в импульсе 0,65 Дж и длительностью импульса излучения ~90 не на полувысоте при полной длительности импульса излучения до 120 не.

4. Создан электроразрядный эксимерный XeF лазер с накачкой от генератора с полупроводниковым прерывателем тока с энергией в импульсе 0,4 Дж при электрическом КПД до 1,6% и КПД от вложенной энергии 3%. Полная длительность импульса составила 200 не, длительность на полувысоте 100 не.

5. Получены максимальные энергия и мощность излучения лазера на атомарных переходах фтора при накачке двойным разрядом от ГПТ. Энергия и мощность излучения достигали значений 7.5 мДж и 400 МВт, соответственно.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных и российских конференциях: International Conference on High-Power Laser Ablation VI, VII, Taos, NM, USA, 2006, 2008; 13th International Conference on Method of Aerophysical Research (ICMAR), Novosibirsk, Russia, 2007; International Conference ICONO/LAT, Minsk, Belarus, 2007; Харитоновские чтения -международная научная конференция «Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергий», РФЯЦ - ВНИИЭФ, г.Саров, Россия, 2006 и 2008; VII и VIII Международные конференции Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул, г.Томск, Россия, 2005, 2007; 13th and 14th Symposiums on High Current Electronics, Tomsk, 2006, 2008, 9th Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technologies, Tomsk, 2008.

Личный вклад автора состоит в участии в постановке экспериментов, разработке и создании экспериментальных установок, проведении экспериментальных исследований, интерпретации и анализе полученных результатов.

Моделирование двухпичковой генерации азотного лазера Гл. 4 п. 4.2, 4.3 проводилось на основе модели, разработанной научным сотрудником лаборатории теоретической физики ИСЭ СО РАН А.И. Сусловым. Расчеты параметров электроразрядных KrF - лазеров производились на основе модели, разработанной в

лаборатории газовых лазеров д.ф-м.н. Ю.И. Бычковым, к.ф.-м.н. А.Г. Ястремским и к.ф.-м.н. С.А. Ямпольской.

Постановка задачи и общее руководство работой осуществлялось профессором, д.ф.-м.н. (специальность 01.04.03-радиофизика) Тарасенко В.Ф. Экспериментальные исследования проводились в Институте сильноточной электроники СО РАН под руководством научного консультанта, с.н.с, к.ф.-м.н. (специальность 01.04.04-физическая электроника) Панченко А.Н. Представленные в диссертационной работе результаты получены лично Тельминовым А.Е. или совместно с соавторами при его непосредственном участии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, и библиографического списка. Диссертационная работа изложена на 132 страницах машинописного текста, иллюстрируется 61 рисунком, содержит 122 библиографические ссылки.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, приведены научные положения, выносимые на защиту, а также новизна, научная ценность и практическая значимость работы.

В первой главе дан обзор литературы, посвященный физике процессов, происходящих в плазме объемного самостоятельного разряда в смесях эксимерных и азотных лазеров, лазера на атомарных линиях фтора. Рассматриваются условия, необходимые для создания инверсии населенностей, на переходах молекулы азота, эксиплексных молекул и атомарного фтора. Также описаны конструкции и принципы работы импульсных генераторов, применяемых для создания активной среды газовых лазеров с накачкой объемным самостоятельным разрядом.

Лазер на молекулах N2 на УФ - переходах первой положительной системы был

создан в 1963 г. и до сих пор находит широкое применение благодаря не токсичности

и дешевизне рабочей смеси, простоте конструкции. Азотный лазер относится к

лазерам на самоограниченных переходах, поскольку время жизни нижнего лазерного

уровня (НЛУ) в 250 раз больше, чем время жизни верхнего лазерного уровня (ВЛУ).

На рис. 1 показаны термы молекулы азота. ВЛУ азотного лазера на переходе С*Пи —»

В3ПЯ лежит на 11 эВ выше основного состояния молекулы N2, и его радиационное

время жизни всего ~40 не. Заселение ВЛУ происходит в столкновениях с

электронами, чья энергия е > 11 эВ. Для получения такой температуры электронов

необходимо иметь на лазерном промежутке величину параметра Ед/р не менее 100

В/см хТор, где Е(/р=11(/рс1 - напряженность электрического поля на лазерном

промежутке, определяемая приложенным напряжением С/о, расстоянием между

электродами с! и давлением газа р. Требуемую величину параметра Ео/р можно

и.оУ

поддерживать длительное время только при

использовании напряжений на лазерном

промежутке С/о, давлений и межэлектродных м'зум'р*) ,

иСбущ'р') промежутков а, соответствующих левой ветви кривой Пашена. Однако давление азота в данных

^'зум^") условиях оказываются настолько малыми, что порог генерации не достигается.

При накачке азотного лазера поперечным разрядом требуемая электронная температура может быть получена в течение очень короткого

04 м <■* 28 " к, а интервала времени (менее 10 не) на стадии спада

Рисунок 1 - Потенциальные кривые _

молекулы азота и лазерные переходы напряжения после пробоя лазерного промежутка. Ьу - >.=337,1 нм; Ьу| - Х= 1048 нм. Соответственно, длительность лазерного импульса на >.=337,1 нм также обычно не превышает ~5-10 не. При этом начальное напряжение на лазерном промежутке должно в несколько раз превышать его статическое пробивное напряжение. Перенапряжение на лазерном промежутке обеспечивается коротким фронтом подаваемого импульса. Поэтому для накачки азотных лазеров применяются высоковольтные генераторы с емкостными накопителями энергии на основе полосковых линий или ЬС - контуры с низким импедансом на основе керамических конденсаторов, которые формируют короткие импульсы возбуждения. Максимальные энергия (40 мДж) и мощность (5 МВт) излучения на Х.=337,1 нм получены в [5-6]. Максимальная энергия генерации на 1=1047 нм не превышала 5 мДж [7].

В свою очередь лазеры на молекулах галогенидов инертных газов работают в квазистационарной стадии разряда при небольших значениях параметра Е\р. Поэтому для оптимальной накачки данных лазеров необходимо обеспечить следующие два основных условия:

1. Сформировать однородный объемный разряд и поддерживать его в течение максимально возможного времени.

2. Обеспечить эффективную передачу энергии из импульсного генератора накачки в активную среду лазера. Для формирования однородного объемного разряда применяют системы предыонизации газа, специальные профили электродов. Кроме того, очень важно обеспечить высокое перенапряжение в момент пробоя разрядного промежутка и крутой передний фронт роста разрядного тока. Эффективность передачи энергии от генератора накачки в газоразрядную нагрузку г/ согласно [8, 9] определяется как:

'-М-

где % - напряжение в квазистационарной стадии разряда, а Уо - зарядное напряжение емкостного накопителя генератора импульсов. Сопротивление объемного разряда Я при этом равно:

V 7

к+у/

где 20 - импеданс цепи генератора. При У0 = 2У$ и Я = 20 емкостной накопитель разряжается в согласованном режиме, а эффективность передачи энергии в разряд г] = 100 %. Однако, при У0 - 2 У$ практически невозможно формировать объемный разряд в газовой смеси эксиплексного лазера.

Поэтому для создания эффективных газоразрядных лазеров необходимы сложные схемы накачки двойным разрядом на основе искровых разрядников [10] и магнитных ключей [11]. Например, в [11-12] применение генератора с использованием импульсной формирующей линией позволило создать длинноимпульсные ХеС1-лазеры с полной длительностью импульса до 1 мкс не. При длительности импульсов возбуждения ~200 не КПД ХеС1-лазера может достигать 4-5 % [10].

Однако способ накачки с двойным разрядом оказался малоэффективным для возбуждения газовых смесей, содержащих фториды (Р2, ХеБ, КгБ* и АгБ* лазеры). Для накачки этих лазеров в настоящее время используются импульсы малой длительности и большой мощности [13-15], соответственно, длительность импульса излучения оказывается малой и обычно не превышает ~ 30 не. Попытки увеличения длительности импульса накачки [11] приводили к контракции объемного разряда и снижению энергии излучения и эффективности лазеров на молекулах КтР*. В связи с этим общепринято считать, что для лазеров на молекулах ХеР*, КгР* и АгР* и Р1 лазера малая длительность импульса возбуждения является необходимым условием эффективной накачки.

Во второй главе описаны конструкции лазерных установок, используемых в экспериментах, а также описаны приборы и методики измерений спектров излучения систем искровой предыонизации, параметров объемного разряда, лазерного излучения которые использовались для решения задач, поставленных в диссертационной работе, рассмотрены вопросы, связанные с погрешностями измеряемых величин.

В экспериментах использовались три лазерные установки, активная среда в

которых создавалась генераторами с прерывателями тока или обычными двухконтурными [.С-генераторами с обострительной и накопительной емкостями. Две лазерные установки с поперечным сечением разрядного промежутка (зазор х ширина) 4x2 см2 были идентичны по конструкции и отличались только длиной активной области (1 = 72 и 90 см). В данных установках использовалась УФ -предыонизации от искровых промежутков, образованных острийными электродами.

Третья установка представляла собой широкоаппертурный лазер с поперечным сечением разрядного промежутка 6x10 см2,1 = 100 см и рентгеновской подсветкой, разработанная в лаборатории газовых лазеров ИСЭ СО РАН к.ф.-м.н. И.Н. Коноваловым.

Во всех установках в качестве прерывателя тока использовались полупроводниковые 80Б - диоды, подключенные параллельно обострительным конденсаторам. Каждый ЗОБ - диод обрывал ток до 4 кА за время, не превышающее «10 нс.

Принципиальные электрические схемы установок приведены на рис. 2. Сравнение режимов накачки лазеров от ГПТ и ЬС-генераторами показано на рис. 3. Для работы диодов в режиме прерывателя через них в течение 500 не пропускался в прямом направлении от конденсатора Со. Если конденсатор Со не заряжается, схема работает как обычный ЬС - генератор. После срабатывания разрядника 51¥0 через диоды в цепи Со — Ьо - О - 5IVо начинает протекать обратный ток. Через ~30 не сопротивление диодов начинает расти, и ток в них прерывается. В течение этого времени часть энергии, запасенной в накопительном конденсаторе = Ьо12оре>/2, где 1ореп - ток срабатывания полупроводникового прерывателя, передается в индуктивность контура Ь0 (индуктивный накопитель энергии).

а б 1УЛ__ПГ\_____—гуп.

2L,

SW„

г0- НьШнй

с,п П С,я ,, tí"'

С„1 Ч

о»

/л

СА) и

4CJ

л»

№ (С,) L6

ИЕГ

Рисунок 2 - Принципиальная электрическая схема лазеров с накачкой от генераторов с прерывателем тока с апертурой излучения 4x2 см2 (а) и 6x10 см2 (б): D - SOS - диоды, LG - лазерный промежуток; SW - искровые разрядники; С0 -первичный емкостной; накопитель; C¡ - обострительные конденсаторы; L -индуктивности; Rsh - токовые шунты, U¡ - зарядные напряжения, U¿ U(C0), U(C¡), I¡ - сигналы с делителей напряжения, поясов Роговского и токовых шунтов.

'о

1У*'

1 А А

V v

О 50 100 150 200 t,HC

Рисунок 3 - Осциллограммы напряжения на SOS-диодах и обострительных конденсаторах (U), тока через диоды (Isos), лазерный промежуток (Id) и токов в цепях накопительного (1о) и обострительных (10 конденсаторов при накачке азота при 78 Topp от ГПТ (а) и LC- (б) генераторов, С0=70 нФ, ll0=30 kB, U,=25 kB.

На стадии обрыва тока происходит быстрое нарастание напряжения на лазерном промежутке. После формирования объемного разряда ток индуктивного накопителя 1о складывается с током разряда обострительных конденсаторов //, что обеспечивает быстрое нарастание тока разряда. При не полном согласовании импеданса импульсного генератора и сопротивлением объемного разряда все последующие осцилляции тока протекали через диоды, что уменьшает эрозию электродов лазера.

Из рис. 3 видно, что использование ГПТ увеличивает перенапряжение на лазерном промежутке, скорость нарастания тока разряда и формирует короткий мощный пик накачки. Данный пик, с одной стороны, облегчает формирование объемного разряда, а с другой стороны, уменьшает время запаздывания импульса генерации лазера.

В третьей главе проведено сравнение режимов накачки, эксимерных лазеров и лазера на атомарных переходах фтора от различных импульсных генераторов, исследован спектр излучения искровых промежутков системы УФ - предыонизации.

В п. 3.2 и 3.3. исследованы характеристики разряда и лазерного излучения при возбуждении смесей Ne:Xe:NF3 и Ne:Kr:F2 двойным разрядом от ГПТ. Проведенные исследования показали, что высоковольтный предымпульс, формируемый генератором с индуктивным накопителем, существенно повышает стабильность и длительность горения объемной стадии разряда в смесях с NF3 и F2, а также

увеличивает энергию излучения и длительность импульса генерации на В - X переходе молекул XeF* и KrF*. Полученные результаты представлены на рис. 4-5. При использовании искровой предыонизации получены импульсы излучения XeF-лазера с полной длительностью до 200 не при длительности на полувысоте до 100 не. Максимальная энергия излучения XeF - лазера (Я = 348, 351 и 353 нм) достигала 0,4 Дж при электрическом КПД до 1,6%. КПД от вложенной в газ энергии составил 3 %. Столь высокие значения КПД характерны для накачки XeF лазеров пучками электронов, когда проблемы с развитием неоднородностей объемного разряда отсутствуют. Для KrF - лазера максимальная энергия излучения составила 650 мДж при КПД от вложенной энергии 3.3% и электрическом КПД 1.5%. Максимальная мощность излучения составила 8 МВт. Максимальная длительность импульса составила 150 не (на полувысоте 90 не) (рис. 4).

Рисунок 4 - Осциллограммы напряжения на лазерном промежутке, тока разряда и временная форма лазерного импульса в_ смеси Ne:Kr:F2=3 атм:60:1.5 Topp (а), Ne:Xe:NF, = 2.5 атм :3:0.75 Торо (б), Un = 36 kB.

Рисунок 5 - Зависимость энергии выходного излучения и КПД от Uo, для ГПТ и LC генератора а) смесь Ne:Kr:F2=3 атм:60:1.5 Topp б) смесь Ne:Xe:NF3 = 2,5 атм:6:1.5 Topp.

Проведено математическое моделирование кинетических процессов формирования плазмы, создания инверсной населенности и характеристик лазерного излучения в смесях №-Кг-Р2. Рассмотрены характерные электрофизические процессы в схеме питания, содержащей полупроводниковый прерыватель тока и индуктивный накопитель энергии.

На рис. 7-8 представлены расчетные зависимости от времени: концентрации различных частиц в плазме объемного разряда в смеси №-Кг-Р2, а также скоростей и^.кВ,^, кА Р| , МВт процессов ионизации, рекомбинации и

прилипания. Получено хорошее согласие расчетных (рис. 6) и экспериментальных (рис. 4 а) временных зависимостей характеристик разряда и лазерного излучения. Следует отметить, что в расчетах объемный разряд принимался полностью однородным. Поэтому хорошее совпадение расчетных и экспериментальных импульсов излечения КгР-лазера является

t, не

Рисунок 6 - Расчетные временные зависимости напряжения на лазерном промежутке Ud, тока разряда Ij, и мощности лазерного излучения P|as.

-3

п, см

dn/dt, см V

10'

F2(0)

IF^VT-

1 e

fr к ---------

jp \ / ............"4-s']........

Kr* : 4

| / hv~ ^^^.....i......V

1 А .•"•■•. .......>. А

■Ii ;"KrF* СВ, v=0) VI......

tri.............. ..................\......4

50-

200

ТГнс

Рисунок 7 - Временные зависимости концентраций молекул фтора в основном Рг(0) и колебательно-возбужденном Р2(у) состояниях, электронов е, возбужденного криптона Кг* и молекул КгР* в В -состоянии КтР*(В, у=0).

100 150 t, не

Рисунок 8 - Временные зависимости скоростей: 1 - прямой ионизации (увеличено в 10 раз), 2 - ступенчатой ионизации, 3 - рекомбинации и 4 -прилипания электронов к Р2(0) и F2(v).

дополнительным доказательством высокой однородности и устойчивости объемного разряда в смесях №-Кг-Р2, формируемого ГПТ. На рис. 5-8 видно что, при

использовании ГПТ высоковольтный предымпульс и быстрое нарастание тока в первые ~5 не развития объемного разряда обеспечивают рост концентраций электронов в плазме до ~1015 см'3. В этот период времени рост концентрации заряженных частиц происходит в основном в процессе прямой ионизации. Можно предположить, что данная особенность накачки от ГПТ может обеспечить высокую однородность формируемого объемного разряда. Поясним это следующими рассуждениями: прямая ионизация является процессом, который сильно зависит от параметра Е/р на лазерном промежутке. Если в какой-то малой области разряда увеличится концентрация электронов, напряженность электрического поля в этой области снизится из-за роста проводимости, что замедлит дальнейший рост концентрации электронов. Этот процесс приведет к выравниванию концентрации плазмы во всей области объемного разряда при его формировании от ПГГ. Расчеты также показали, что в квазистационарной стадии разряда основным каналом гибели заряженных частиц является рекомбинация, которая может замедлить развитие неоднородностей в активном объеме KrF-лазера.

В п. 3.4 исследовался лазер на атомарных переходах фтора. Типичные формы импульсов напряжения на лазерном промежутке, тока разряда и интегрального

лазерного импульса на красных линиях фтора в оптимальной газовой смеси приведены на рис. 9. Использование генератора с индуктивным накопителем энергии позволяло зажигать устойчивый объемный разряд с длительностью до 200 не. В результате длительность лазерного импульса увеличилась с 10 до 80 не. Энергия лазерного излучения (7,5 0 50 100 150 200 t, не мДж) была удвоена по сравнению с

Рисунок 9 - Осциллограммы напряжения литературными данными [16], а пиковая на лазерном промежутке, тока разряда и

временная форма лазерного импульса с лазерная мощность излучения достигала

накачкой от ГПТ в He:F2=760:2 Topp. 400 кВт.

Энергия лазерного излучения была сосредоточена в 5 дублетных и квартетных линиях. Максимальная интенсивность во всех смесях наблюдалась на Х.=731,1 нм, переход 3p2S°i/2-3s2P3/2. До 70% и 85% энергии испускалось на этой линии, соответственно, в смесях с NF3 и F2.

В п. 3.5 показано, что искровые промежутки системы УФ - предыонизации кроме УФ и ВУФ излучения формирует импульсы мягкого рентгеновского

U,, kB, I, кА

d d

0,8 0,6 0,4 0,2-1

положителы полярность

излучения. Рентгеновское излучение зарегистрировано в различных газовых смесях при давлении до >0.5 атм. Максимум распределения рентгеновских квантов по энергиям лежал в диапазоне менее 5,5 кэВ. отрицательная Показано, что рентгеновское излучение позволяет увеличить энергию генерации электроразрядных лазеров. Наиболее сильно

полярность

22 24 26 28 30тт „

ио, кВ этот эффект проявлялся в не цепных

Рисунок 10 - Зависимость энергии , , „

3 1 химических лазерах (рис. 10). При

генерации от зарядного напряжения г чг у 1

для ИР лазера при различных положительной полярности подаваемых на

полярностях на электроде лазерный промежуток импульсов в искровых прелыонизации.

промежутках генерируется рентгеновское излучение, которое осуществляет дополнительную предыонизацию активной среды, что может улучшить условия формирования объемного разряда и характеристики лазеров.

В главе 4 экспериментально исследованы характеристики генерации в азотном лазере с апертурой разряда 2x4 см2 и 6x10 см2 при различных режимах накачки. Показано, что добавки электроотрицательных газов позволяют управлять формой и длительностью импульса генерации на переходе С?Пи — В1Пг азота. В смесях азота с №3 и ББв за счет увеличения коэффициента прилипания электронов происходит повторный рост электрического поля на разрядном промежутке, достаточный для повторного достижения инверсии населенностей. Это приводит к генерации импульсов излучения на длине волны 337.1 нм, состоящих из двух пиков, расположенных друг от друга на ~ 20 не (рис. И).

При снижении давления рабочей смеси и увеличении активной длины лазера получены импульсы излучения на X = 337,1 нм, близкие по форме к прямоугольным, длительностью 40 - 50 не с энергией до 50 мДж (рис. 12). В этих условиях получена максимальная на сегодняшний день энергия генерации на ИК переходах первой положительной системы азота (до 20 мДж).

На основе численной модели (п. 4.2, 4.3), разработанной научным сотрудником

лаборатории теоретической физики А.И. Сусловым проведены расчеты режимов

работы лазера на смесях азота с электроотрицательными газами. Результаты

моделирования работы азотного лазера с апертурой 2x4 см2 показали хорошее

согласование с экспериментальными данными. Модель дала возможность

прогнозировать характеристики азотных лазеров при изменении состава смеси и

Рисунок 11 - Осциллограммы напряжения Рисунок 12 - Временная форма

на лазерном промежутке, тока разряда и импульсов напряжения на разрядном

временная форма лазерного импульса с промежутке, и лазерного излучения на

накачкой от ГПТ на 337 и 1047 нм в смеси уф и ИК длинах волн; смесь N2:

N2:NF3=75:3 Topp, U0=36 kB. SF6=30:3 Topp, U0=33 kB.

параметров генератора накачки. Проведенные расчеты позволили определить оптимальные плотность тока разряда и величину обострительной емкости в генераторе накачки, при которых энергия и мощность излучения широкоапертурного азотного лазера максимальны. При уменьшении ширины области объемного разряда до ~3 см и величине Ci=8,5 нФ энергия излучения в импульсе в смеси N2-SF6 достигала ~ 80 мДж при пиковой мощности излучения до 6 МВт.

Показана возможность разгрузки нижнего лазерного уровня B3IIg перехода С3Пи — B3IJg вынужденными переходами на переходе B3Ilg - А32?и первой положительной системы азота. На рис. 12 приведены осциллограммы импульсов напряжения на лазерном промежутке и временная форма импульсов УФ- и ИК-генерации. Видно что, импульс генерации УФ излучения продолжается в течение импульса ИК генерации на первой положительной системе азота. Следует отметить, что в данном режиме работы азотного лазера энергия излучения на УФ и ИК переходах была одинакова. При этом энергия кванта ИК-излучения примерно в 3 раза ниже, чем на Х.=337,1 нм. Поэтому скорость разгрузки уровня B3I7g вынужденными ИК-переходами при низкой мощности УФ-излучения может быть достаточной для эффективной разгрузки НЛУ второй положительной системы и поддержания инверсии на переходе C3IJu-B3ng во время импульса ИК-генерации.

Основные результаты работы: 1. Показано, что искровая система предыонизации помимо УФ излучения также генерирует рентгеновское излучение, которое увеличивает энергию выходного излучения нецепных HF(DF)- и экимерных лазеров.

2. Показано, что предымпульс с высокой амплитудой и коротким фронтом совместно с резким нарастанием тока разряда и однородной подсветкой УФ и рентгеновским излучением значительно улучшает устойчивость и время поддержания объемного разряда в галогеносодержащих газовых смесях.

3. Реализовано увеличение длительности импульсов генерации N2- и электроразрядных лазеров на молекулах XeF и KrF в ~1.5 раза. Получена длительность импульса лазерного излучения на 337,1 нм в смесях азота с NF3 и SF6 -100 не.

4. Показана возможность разгрузки нижнего лазерного уровня второй положительной системы азота, генерацией на первой положительной системе азота, которая приводит к дополнительному увеличению импульса УФ-генерации (длительность возрастает до ~ 100 не)

5. При накачке от генератора с прерывателем тока, получены наибольшие энергия (7.5 мДж) и мощность излучения (400 кВт) для электроразрядного лазера на красных линиях атомарного фтора.

6. Получен внутренний КПД 3% (относительно вложенной энергии) электроразрядного XeF-лазера.

Список использованных источников и литературы:

1. Бычков Ю.И., Котов Ю.А., Лосев В.Ф., Тарасенко В.Ф. Применение

колебательного контура с прерывателем тока для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах // Квантовая электроника. - 1976. - Т. 3, № 7. - С. 16071608.

2. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Газовые лазеры с накачкой от генератора с плазменным прерывателем тока и индуктивным накопителем // Квантовая электроника.- 1990,- Т.17.- № 1.- С. 32-34.

3. Baksht E.H., Panchenko A.N., and Tarasenko V.F. Discharge Lasers Pumped by Generators with Inductive Energy Storage // IEEE J. Quant. Electron.- 1999.- Vol. 35.-№3.- P. 261-265.

4. Bychkov Yu.I., Baksht E.H., Panchenko A.N., Tarasenko V.F., Yampolskaya S.A., and Yastremsky A.G. Formation of pumping discharge of XeCl laser by means of semiconductor opening switch // Proc. SPIE.- 2001,- Vol. 4747.- P. 99-105.

5. Буранов C.H., Горохов B.B, Карелин В.И. Репин П.Б. Электроразрядный ^-лазер с добавками SF6 и Не // Квантовая электроника,- 1990,- Т.17,- №3.- С. 161-163.

6. Armandillo Е., and Kearsley A.J. High-power nitrogen laser // Appl. Phys. Lett.- 1982,-Vol.41.-№7.- P. 611-613.

7. Sanz F.E., and Perez J.M.G. A high power high energy pure N2 laser in the first and second positive system // Appl. Phys. В.- 1991.- Vol.52.- № 1.- P. 42-45.

8. Rothe D.E., Wallace C., Retach I. Efficiency optimization for discharge - excited high-energy excimer lasers // Proc. Conf. Excimer Lasers. - 1983. - New York. - P. 33 - 43.

9. Osborne H.R., Smith P.W., Hutchinson M.H.R. The effect of pulse forming line impedance on the performance of an X - ray preionized XeCl discharge laser // Opt. Comm. - 1985.- Vol. 52.- № 6. - P. 415-420.

10. Long W.H., Plummer J., Stappaerts E.A. Efficient discharge pumping of an XeCl laser using a high-voltage prepulse // Appl. Phys. Lett.- 1983.- Vol.43.- № 8,- P. 735-737.

11. Taylor R.S., and Leopold K.E. Ultralong optical-pulse corona preionized XeCl laser // J. Appl.Phys.- 1989.- Vol. 65.- № 1,- P. 22-29.

12. Taylor R.S., and Leopold K.E. Pre-preionization of a long optical pulse magnetic-spiker sustainer XeCl laser//Rev. Sci. Instrum.- 1994,- Vol.65.- № 12,- P. 3621-3627.

13. Mathew D., Bastianes H.M.J., Boiler K.-J., and M.Peters P.J. Current filamentation in discharge-excited F2-based excimer laser // Appl.Phys.Lett.- 2006. - Vol.88.- № 10.- Paper No.l01502,3 pages.

14. Жупиков А. А., Ражев A.M. Эксимерный KrF-лазер на основе буферного газа Не с энергией 0.8 Дж и КПД 2% // Квантовая электроника,- 1998,- Т. 25,- №8,- С. 687-689.

15. Mizoguchi Н., Endoh A., Jethwa J., Racz В., and Schgifer F.P. Rapid Discharge-Pumped Wide Aperture X-ray Preionized KrF Laser // Appl. Phys. В.- 1991.- Vol. 52.-№3.-P. 195-199.

16. Bigio I.J., and Begley R.F. High-power visible laser action in neutral atomic fluorine // App. Phys. Lett.- 1976,- Vol.28.- № 5.- P. 263-264.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Тельминов А.Е. УФ азотный лазер с накачкой поперечным разрядом, формирующий двойные импульсы генерации // Оптика атмосферы и океана.- 2006,- Т. 19,- №2-3,- С. 178-181.

2. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Тельминов Эффективный электроразрядный XeF - лазер с накачкой от генератора с индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника,- 2006.- Т.36,- №5,- С.403-407.

3. Tarasenko Victor F., Panchenko Alexei N., and Tel'minov Alexei E., Gas discharge lasers pumped by generators with inductive energy storage // Proceedings of SPIE.- 2006.-Vol.6261.- paper № 626137,- 11 p.

4. Panchenko A.N., Telminov A.E., and Tarasenko V.F. Long-pulse excimer and nitrogen lasers pumped by generators with inductve energy storage // Известия ВУЗов.

Физика.- 2006,- №11 Приложение. С. 476-479.

5. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Тельминов А.Е. Рентгеновское излучение искровой системы предыонизации и плазмы объемного разряда в лазере с индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника.- 2007.- Т.37.-№1.-С. 103-107.

6. Бычков Ю.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Тельминов А.Е., Ямпольская С.А., Ястремский А.Г. Теоретическое и экспериментальное исследование ХеС1 -лазера с использованием полупроводникового прерывателя тока в схеме питания // Квантовая электроника.- 2007. Т.37. №4, С. 319-324.

7. Панченко А.Н., Суслов А.И., Тарасенко В.Ф., Тельминов А.Е. Лазер на смеси азота с электроотрицательными газами, накачиваемый поперечным разрядом от генератора с индуктивным накопителем энергии: теория и эксперимент // Квантовая электроника.- 2007.- Т.37.- №5,- С. 433-439.

8. Коновалов И.Н., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Тельминов А.Е. Широкоапертурный электроразрядный азотный лазер // Квантовая электроника,-2007.- Т.37,- №7.- С. 623-627.

9. Panchenko A.N., Tel'minov А.Е., and Tarasenko V.F. Efficient discharge lasers with semiconductor opening switch in pumping circuit // Proc. XIII International Conference on Methods of Aerophysical Research, Novosibirsk, Russia, 5-10 February, 2007, Partr II, p. 137-142.

10. Panchenko A.N., Tarasenko V.F., Tel'minov A.E. Efficient lasers pumped by generators with semiconductor opening switch // Proc. SPIE.- 2007.- Vol. 6735,- paper № 67350C.-10 p.

11. Konovalov I.N., Panchenko A.N., Suslov A.I., Tarasenko V.F., Tel'minov A.E Longpulse discharge nitrogen lasers // Proc. SPIE.- 2007,- Vol. 6735,- paper № 67350G.- 7 p.

12. Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Тельминов A.E. Рентгеновское излучение из разрядника с лазерным запуском // Известия ВУЗов, Физика,- 2008,- Т.51.- №11.-С.105-106.

13. Tarasenko Victor F., Panchenko Alexei N, and Tel'minov Alexei E. Efficient gas lasers pumped by the generators with inductive energy storage // Proc. High-Power Laser Ablation VII conference 20-24 April 2008.- the Sagebrush Inn and Convention Center in Taos, New Mexico USA.

14. Бычков Ю.И., Панченко A.H., Тельминов E.A., Тарасенко В.Ф., Ямпольская С.А., Ястремский А.Г. KrF-лазер с накачкой двойным разрядом от генератор^ с индуктивным накопителем // Известия Томского политехнического

университета,- 2008,- Т.312,- № 2.- С. 113-116.

15. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Тельминов А.Е. УФ и ИК лазеры с накачкой от генератора с индуктивным накопителем энергии // Труды международной научной конференции «X Харитоновские тематические научные чтения - Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергий», РФЯЦ-ВНИИЭФ, г.Саров, 1114 марта 2008 г. С.25-30.

Тираж 100. Заказ 1145. Институт сильноточной электроники. 634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Тельминов, Алексей Евгеньевич

Введение

ГЛАВА 1. ФИЗИКА ПРОЦЕССОВ В АЗОТНОМ, ЭКСИМЕРНЫХ ЛАЗЕРАХ И ЛАЗЕРЕ НА АТОМАРНЫХ ЛИНИЯХ ФТОРА. ГЕНЕРАТОРЫ НАКАЧКИ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ.

1.1. Механизмы создания инверсии населенностей в газовых лазерах.

1.1.1. Эксимерные лазеры.

1.1.2. Лазер на атомарных переходах фтора.

1.1.3. Азотный лазер.

1.2. Генераторы накачки с емкостными накопителями, применяемые для создания активной среды газовых лазеров.

1.3. Генераторы с прерывателем тока (ГПТ).

1.4. Лазеры с накачкой от ГПТ.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ

ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1. Электроразрядный лазер с накачкой от генератора с промежуточным индуктивным накопителем, и прерывателем тока на основе SOS-диодов.

2.2. Мощный широкоапертурный азотный лазер.

2.3. Диагностическая аппаратура и методики измерений.

2.4. Особенности режимов накачки газовых лазеров от ГПТ.

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИТИКИ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА И

ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СМЕСЯХ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ С ФТОРСОДЕРЖАЩИМИ МОЛЕКУЛАМИ ПРИ НАКАЧКЕ ГПТ.

3.1. Лазер на молекулах XeF*.

3.2. Электроразрядный КгР*-лазер.

3.3. Лазер на переходах атома фтора (FI).

3.4. Рентгеновское излучение искровой системы предыонизации и плазмы объемного разряда в лазере с индуктивным накопителем энергии.

ГЛАВА 4. ГЕНЕРАЦИЯ НА ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ АЗОТА ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ГПТ.

4.1. Исследование характеристик объемного разряда и лазерного излучения в смесях азота с NF3 и SF6.

4.2. Моделирование азотного лазера с накачкой самостоятельным разрядом в смесях N2 с электроотрицательными газами.

4.3. Обсуждение результатов численных расчетов и сравнение их с экспериментом.

4.4. Широкоапертурный азотный лазер.

Введение диссертация по физике, на тему "Длинноимпульсные электроразрядные лазеры на смесях инертных газов и азота с фторсодержащими молекулами"

Актуальность работы. Увеличение длительности импульса и энергии излучения электроразрядных газовых лазеров имеет большое практическое и научное значение. С одной стороны, снижение импульсной мощности излучения позволяет существенно увеличить энергию в импульсе, а также среднюю мощность излучения, передаваемую по световоду. С другой стороны, увеличение числа проходов в резонаторе дает возможность эффективно управлять такими параметрами • лазерного излучения, как расходимость и ширина линии генерации, что важно для различных технологических приложений электроразрядных лазеров. Поэтому задачи исследований, поставленные и решаемые в данной диссертационной работе, актуальны.

При этом генератор накачки формирует сначала высоковольтный предымпульс, инициирующий объемный 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. Подобные генераторы с использованием импульсных формирующих линий позволили создать электроразрядные лазеры на хлоридах инертных газов с эффективностью до 4-5 % и длительностью импульса генерации до 1 мкс [1 — 5]. Однако, до настоящего времени не удалось одновременно увеличить длительность и эффективность генерации в смесях, содержащих NF3 или F2 (F2, XeF, KrF, и ArF - лазеры, лазеры на линиях атомарного фтора), из-за быстрого развития контракции объемного самостоятельного разряда [6, 7, 10].

Ранее в ИСЭ СО РАН был предложен способ формирования и поддержания объемного разряда при помощи генераторов с прерывателями тока (ГПТ) на основе взрывающихся проводников[11] плазменно-эрозионных [12] и полупроводниковых прерывателей на основе SOS-диодов [13]. Проведены исследования возбуждения различных газовых лазеров двойным разрядом от ГПТ. Получены уникальные параметры излучения эксимерных ХеС1- лазеров на 308 нм: плотность мощности 150 мДж/см" при длительности импульса на полувысоте до 300 не [14, 15]. Получен предельный КПД (до 10% относительно вложенной в активную среду энергии) электроразрядных HF(DF)^a3epOB [16, 17]. Была осуществлена эффективная накачка С02-лазера, КПД которого составил 15% [18]. Однако характеристики разряда и лазерного излучения в смесях инертных газов и азота с фторсодержащими молекулами подробно не исследовались [19].

NF3).

Целью данной работы является: увеличение длительности импульсов излучения и энергии генерации азотных, эксимерных XeF- и KrF- лазеров и лазера на переходах атомарного фтора, при накачке двойным разрядом с формированием высоковольтного предымпульса ГПТ и прерывателем тока на основе SOS-диодов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

2. Экспериментально исследовать характеристики объемного разряда и параметров генерации при различных режимах накачки XeF, KrF, N2 и

FI - лазеров с использованием ГПТ и двухконтурных LC — генераторов с обострительными и накопительными емкостями.

Методы исследования. Основным методом исследования в работе является физический эксперимент, включающий в себя измерения энергетических, временных и спектральных характеристик лазерного излучения и электрических параметров самостоятельного объемного разряда в различных газовых смесях. Дополнительно проводилось сравнение экспериментальных результатов и результатов численного моделирования N2- и KrF-лазеров с накачкой поперечным объемным разрядом.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При накачке смесей KrF— и XeF-лазеров с содержанием электроотрицательной добавки <1,5 Тор генератором с прерывателем тока, высоковольтный предымпульс с передним фронтом 10-20 не обеспечивающий максимальную напряженность поля на лазерном промежутке не менее Е/р = 5 кВ/смхатм и скорость нарастания тока разряда не менее dl\dt = 2,6 кА/нс увеличивает длительность импульсов генерации на X = 353 и 248 нм до —100 не.

2. Реализация одновременной генерации на второй (CflJ,, — В3П8) и первой (B3IJg - A3Z?~U) положительных системах азота увеличивает длительность импульса УФ-излучения до 100 не за счет разгрузки нижнего лазерного уровня В3ПУ.

3. При возбуждении смесей азота с NF3 и SF6 LC-генераторами с соотношением величин обострительной и накопительной емкостей С/: С0< 1 : 20 и периоде колебаний тока в цепи С/ менее 35 не реализуется двухпичковый режим генерации лазера на самоограниченных переходах азота на длине волны 337,1 нм.

4. В электроразрядном XeF—лазере с накачкой от генератора с прерывателем тока при передаче в промежуточный индуктивный накопитель 10% запасаемой энергии и длительности импульса тока разряда 150 не реализуется режим генерации с внутренним КПД до 3%.

Достоверность научных положений и других результатов подтверждается:

-применением общепринятых методик измерения параметров объемного разряда и лазерного излучения, использованием современной регистрационной аппаратуры,

-согласованием полученных экспериментальных данных, результатов численных расчетов и данных, приведенных в работах других авторов, -воспроизводимостью полученных результатов;

Новизна защищаемых положений и других результатов:

2. Экспериментально показана возможность разгрузки нижнего лазерного уровня перехода С3Пи —» В3П8 молекулы азота на X = 337,1 нм вынужденными переходами первой положительной системы азота B3ng

- А3£"и на I = 869,5 - 1046,9 нм.

4. Впервые в электроразрядном XeF - лазере при длительности импульса возбуждения -150 не реализован* КПД относительно вложенной энергии 3%.

5. Впервые зарегистрировано рентгеновское излучение из искровых промежутков системы УФ — предыонизации электроразрядных лазеров.

6. Впервые получены максимальные на данное время энергия и импульсная мощность «излучения азотного лазера на X = 337,1 нм. При активной- длине лазера 1 = 1 м и поперечном сечении области объемного разряда до 6х 10 см. в смеси N2 - SF6 энергия излучения на молекулах азота достигала! 80 мДж при пиковой мощности* излучения до 6 МВт.

Научная ценность результатов:

1. Установлено; что ГПТ позволяет формировать предымпульсы с оптимальными для различных газовых смесей, содержащих молекулы галогенов, амплитудой напряжения, длительностью переднего фронта и скоростью нарастания^ тока разряда, что повышает стабильность и время горения объемной стадии разряда, улучшает энергетические и временные параметры лазерного излучения в газовых смесях инертных газов и азота с молекулами SF6, NF3, F2.

2. Экспериментально^ показана возможность увеличения длительности импульса УФ - генерации-азотного лазера до.—100 не за счет разгрузки нижнего лазерного уровня'вынужденнымишереходами на первой (B3IJg

- А32?и) положительной системе азота.

3. Показано, что система предыонизации на основе искровых промежутков, кроме УФ* и ВУФ излучения формирует импульсы мягкого рентгеновского излучения, которые могут влиять на формирование объемного разряда в различных газовых смесях. Практическая значимость работы заключатся в следующем:

2. Найдены новые режимы работы азотного лазера при накачке от ГТГГ, в которых наблюдаются два пика излучения в течение одного импульса накачки, а полная длительность импульса генерации достигает 50 не. В данных режимах достигается максимальная энергия излучения на X = 337,1 нм и Х - 869,5 - 1046,9 нм.

3. Создан электроразрядный эксимерный KrF лазер с накачкой от ГПТ с энергией в импульсе 0,65 Дж и длительностью импульса излучения —90 не на полувысоте при полной длительности импульса излучения до 120 не.

4. Создан электроразрядный эксимерный XeF лазер с накачкой от генератора с полупроводниковым прерывателем тока с энергией в импульсе 0,4 Дж при электрическом КПД до 1,6% и КПД от вложенной энергии 3%. Полная длительность импульса составила 200 не, а длительность на полувысоте 100 не.

Апробация работы:

2006, 2008; 13th International Conference on Method of Aerophysical Research (ICMAR), Novosibirsk, Russia, 2007; International Conference ICONO/LAT, Minsk, Belarus, 2007; Харитоновские чтения - международная научная конференция «Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергий», РФЯЦ - ВНИИЭФ, г.Саров, Россия, 2006 и 2008; VII и VIII Международные конференции Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул, г.Томск, Россия, 2005, 2007; 13th and 14th Symposiums on High Current Electronics, Tomsk, 2006, 2008, 9th Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technologies, Tomsk, 2008.

Постановка задачи и общее руководство работой осуществлялось профессором, д.ф.-м.н. (специальность 01.04.03-радиофизика) Тарасенко В.Ф. Экспериментальные исследования проводились в Институте сильноточной электроники СО РАН под руководством научного консультанта, с.н.с, к.ф.-м.н. (специальность 01.04.04-физическая электроника) А.Н. Панченко Представленные в диссертационной работе результаты получены лично автором или совместно с соавторами при его непосредственном участии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, и библиографического списка. Диссертационная работа

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

Заключение

В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований по возбуждению электроразрядных лазеров генераторами с прерывателями тока. Основное внимание при выполнении работы уделялось исследованию параметров объемного разряда и лазерных характеристик в смесях Ne - Xe(Kr) - NF3(F2), N2 - SF6(NF3), Не - F2 (NF3).

1. Показана перспективность применения генераторов с прерывателями тока для формирования однородного разряда в лазерных смесях содержащих фториды (FI, N2, KrF, XeF).

2. Создан ряд длинноимпульсных (XeF, KrF, FI и N2 — лазеры) лазеров с накачкой генератором с полупроводниковым прерывателем тока.

3. Показано, что предымпульс напряжения с высокой амплитудой и крутым фронтом совместно с резким нарастанием тока разряда и подсветкой УФ и рентгеновским излучением значительно улучшает устойчивость и время жизни объемного разряда в галогеносодержащих газовых смесях.

4. Получено увеличение длительности импульсов (ти) генерации в азотных и эксиплексных лазерах на молекулах XeF (ти=200 не) и KrF (т„=150 не). Длительность лазерного излучения на 337,1 нм в смесях азота с NF3 и SF6 достигала ти=50 не.

5. Показана возможность разгрузки нижнего лазерного уровня второй положительной системы азота генерацией на первой положительной системе азота, которая приводит к дополнительному удлинению импульса генерации (до 100 не).

6. Получены наибольшие энергия 7.5 мДж и мощность излучения 400 кВт лазера на красных линиях фтора с накачкой от генератора с прерывателем тока и промежуточным индуктивным накопителем энергии.

7. Получен КПД от вложенной энергии 3% для XeF -лазера. Столь высокие КПД до сих пор достигались только при накачке таких лазеров пучком электронов, где отсутствуют проблемы, связанные с контракцией разряда. Электрический КПД составил 1.5 %.

8. Для KrF - лазера получен импульс генерации, продолжающийся до конца импульса тока, что говорит о хорошей однородности разряда и возможности дальнейшего удлинения импульса генерации.

9. Осуществлена накачка азотного лазера в двух режимах работы генератора с прерывателем тока. В режиме, когда в индуктивность передается большая часть энергии основного накопителя, получен эффективный режим работы азотного лазера с КПД 0.17 %, от вложенной энергии. В режиме, когда в индуктивность передается малая часть энергии основного накопителя, получен двухпичковый режим работы азотного лазера на длине волны 337.1 нм.

10. Показано, что искровая система предыонизации помимо УФ излучения испускает также рентгеновское излучение. Данное рентгеновское излучение может оказывать влияние на формирование разряда в различных газовых смесях. В частности наличие дополнительной подсветки рентгеновским излучением позволяет объяснить увеличение энергии эксимерных и HF(DF)- не цепных лазеров, полученное в наших экспериментах.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Тельминов, Алексей Евгеньевич, Томск

1. Long W.H., Plummer J., Stappaerts E.A. Efficient discharge pumping of an XeCl laser using a high-voltage prepulse // Appl. Phys. Lett.- 1983.- Vol.43.-№8.- P. 735-737.

2. Taylor R.S., and Leopold K.E. Ultralong optical-pulse corona preionized XeCl laser // J. Appl.Phys.- 1989.- Vol.65.- №.1.- P.22-29.

3. Fisher C.H., De Hart Т.Е., Ewing J.J. et al. High efficiency XeCl laser with spiker and magnetic isolation // Appl. Phys. Lett.- 1986.- Vol.48.- №23.-P. 1574- 1576.

4. Hueber J-M., Fontaine B. L., Bernard N., Forestier В. M., Sentis M. L., and Delaporte Ph. C. Long pulse KrCl excimer laser at 222 nm // Applied Physics Letters.- 1992.- Vol.61.- №19.- P. 2269-2271.

5. Casper L.C., Bastiaens H.M.J., Peters P.J.M., Boiler K.-J. and Hofstra R.M. Long-pulse KrCl laser with a high discharge quality // Applied Physics B: Lasers and Optics.- 2007.- Vol.88.- №1.- P. 61-66.

6. Kushner M. J. Microarcs as a Termination Mechanism of Optical Pulses in Electric-Discharge-Excited KrF Excimer Lasers // IEEE Transactions on Plasma Science.- 1991.- Vol.19.- №2.- P. 387-399.

7. Demyanov A.V., Feenstra L., Peters P J.M., Napartovich A.P., Witteman WJ. Kinetic modelling of a discharge-pumped ArF excimer laser and the effects of discharge filamentation // Appl. Phys. В.- 2001.- Vol.72.- №7.- P. 823-833.

8. Peters P.J.M., Trentelman M., Witteman WJ. Optimisation of the pulse duration of a discharge-pumped XeF(B-X) excimer laser // Appl. Phys. B.-1995.- Vol.60.- №6.- P.553-556.

9. Ю.Бычков Ю.И., Котов Ю.А., Лосев В.Ф., Тарасенко В.Ф. Применение колебательного контура с прерывателем тока для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах // Квантовая электроника. 1976. - Т. 3.-№7.-С. 1607- 1608.

10. П.Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Газовые лазеры с накачкой от генератора с плазменным прерывателем тока и индуктивным накопителем // Квантовая электроника 1990.- Т. 17.- № 1.- С. 32-34.

11. Baksht Е.Н., Panchenko A.N., and Tarasenko V.F. Discharge Lasers Pumped by Generators with Inductive Energy Storage // IEEE J. Quant. Electron.-1999.- Vol.35.- №3.- P.261-265.

12. Bychkov Yu.I., Baksht E.H., Panchenko A.N., Tarasenko V.F., Yampolskaya S.A., and Yastremsky A.G. Formation of pumping discharge of XeCl laser by means of semiconductor opening switch // Proc. SPIE.- 2001.- Vol.4747.-P.99-105.

13. Baksht E.H., Panchenko A.N., Tarasenko V.F., Matsunaga Т., and Goto T. Long-pulse discharge XeF and KrF lasers pumped by a generator with inductive energy storage // Jap. J. Appl. Phys.- 2002.- Vol.41.- №6A.- P.3701-3703.

14. Panchenko A.N., and Tarasenko F.V. Pulsed Gas Lasers Pumped by Generators with Inductive Energy Storage // Laser Physics.- 2006.- Vol. 16-№1.- P. 23-39.

15. Панченко A.H., Орловский B.M., Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х. Эффективные режимы генерации HF лазера с накачки нецепнойхимической реакцией, инициируемой самостоятельным разрядом // Квантовая электроника.- 2003.- Т.ЗЗ.- №5.- С. 401-407.

16. Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Эффективные HF(DF) лазеры, с накачкой нецепной химической реакцией, инициируемой самостоятельным разрядом // Письма в ЖТФ.- 2004.- Т.ЗО.- Вып. 11.-С.22-28.

17. Бакшт Е.Х., Орловский В.М., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Эффективный электроразрядный СОг-лазер с предымпульсом, формируемым генератором с индуктивным накопителем энергии // Письма в ЖТФ.- 1998.- Т.24.- №4.- С.57-61.

18. Hag P.J., Danning Т.Н. The covalent and ionic states of the xenon halides // J.Chem.Phys.- 1978.- Vol.69.- №5.- P.2209-2220.

19. Елецкий A.B. Эксимерные лазеры // УФН.- 1978.- T.125.- Вып.2.- С.279-314.

20. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Месяц Г.И. и др. Инжекционная газовая электроника.- Новосибирск: Наука.- 1982.- 236 с.

21. Rothe D.E., Wallace С., Retach I. Efficiency optimization for discharge -excited high-energy excimer lasers // Proc. Conf. Excimer Lasers. 1983. -N.Y.- 1983. - P.33 -43.

22. Osborne H.R., Smith P.W., Hutchinson M.H.R. The effect of pulse forming line impedance on the performance of an X ray preionized XeCl discharge laser // Opt, Comm. - 1985. -Vol. 52.- №6. - P. 415 - 420.

23. Taylor R.S., and Leopold K.E. Pre-preionization of a long optical pulse magnetic-spiker sustainer XeCl laser // Rev. Sci. Instrum.- 1994.- Vol.65.-№12.- P. 3621-3627.

24. Mathew D., Bastianes H.MJ., Boiler K.-J., and M.Peters P.J. Current filamentation in discharge-excited F2-based excimer laser // Appl.Phys.Lett.-2006.- Vol.88.- №10.- Paper №101502.- 3 p.

25. Жупиков A.A., Ражев A.M. Эксимерный KrF-лазер на основе буферного газа Не с энергией 0.8 Дж и КПД 2% // Квант. Электроника.- 1998.-.Т.25.-№ 8.- С. 687 689.

26. Mizoguchi Н., Endoh A., Jethwa J., Racz В., and Schgifer F.P. Rapid Discharge-Pumped Wide Aperture X-ray Preionized KrF Laser // Appl. Phys. В.- 1991.- Vol. 52.- №3.- P. 195 199.

27. Taylor R.S., and Leopold K.E. Magnetic spiker exitation of gas-discharge laser // J. Appl.Phys. В.: Lasers and Optics.- 1994.- Vol. 59.- № 5.- P. 479508.

28. Kovacs M.A., and Ultee C.J. Visible laser action in fluorine I // Appl.Phys. Lett.- 1970.- Vol.17.- №1.- P.39-40.

29. Peet V.E. and Treshchalov A.B. Study of a Discharge-Pumped Atomic Fluorine Laser// Laser Physics.- 1993.-Vol. 3.- №1.- P.88-93.

30. Parvin P., Mehravaran H., and Jaleh B. Spectral lines of the atomic-fluorine laser from 2 psi (absolute) to 5,5 atm // Applied Optics.- 2001.- Vol.40.-№21.- P.3 532-353 8.

31. Razhev A.M., Mkhitaryan V.M., Churkin D.S. 703-to 731-nm FI laser excited by a transverse inductive discharge // JETP Letters.- 2005.- Vol.82.-№5.- P. 259-262.

32. Donald C.Morton. Atomic data for resonance absorption lines. I -Wavelengths longward of the Lyman limit // Astrophysical Journal Supplement Series.- 1991.- Vol.77.- №1.- P. 119-202.

33. Hocker L.O., and Trinh Bang Phi Pressure dependence of the atomic fluorine laser transition intensities // Applied Physics Letters.- 1976.- Vol.29.- №8.- P. 493-494.

34. Schaefer G., Kirkici H. On the excitation mechanism of the CW atomic fluorine laser// IEEE Journal of Quantum Electronics.- 1989.- Vol.25.- №11.-P. 2344 2349.

35. Радциг A.A., Смирнов Б.М. Параметры атомов и атомных ионов. Справочник.-М.: Энергоатомиздат.- 1986.-344 с.

36. Радциг А.А., Смирнов Б.М Справочник по атомной и молекулярной физике, М.: Атомиздат.- 1980.- 240 с.

37. Sansonetti Е., and Martin W.C. Handbook of Basic Atomic Spectroscopic Data // Journal of Physical and Chemical Reference Data.- 2005.- Vol.34.-Issue 4.- P. 1559-2259.

38. Zaeferani M.S., Parvin P., Sadighi R. Pressure dependence of the spectral lines of high power, high pressure atomic fluorine laser punped by a charge transfer from He2+ // Optics & Laser Technology.- 1996.- Vol. 28.- №3.- P. 203-205.

39. Collins C.B., Lee F.W., and Carroll J.M. An atomic-fluorine laser punped by charge transfer from He2+ at high pressure // AppLPhys. Lett.- 1980.- Vol. 37.-№10.-P. 857-859.

40. Razhev A. M., Zhupikov A.A., and Churkin D. S. Nitrogen, atomic fluorine and C02 lasers excited by a pulsed inductive discharge // Proc. SPIE.- 2007.-Vol.6938.- paper №693803.- 10 p.

41. Schaefer Gerhard. Fast Plasma Mixing-A new excitation method for CW gas lasers // IEEE J. of Quantum Electronics.- 1986.- Vol. 22.- №10.- P. 2022-2025.

42. Chapovsky P.L., Kochubei S.A., Lisitsyn V.N., and Razhev A.M., Excimer ArF/XeF Lasers Providing High-Power Stimulated Radiation in Ar/Xe and F Lines // Applied Physics A: Materials Science & Processing.- 1977.- Vol. 14.-№2.-P. 231-233.

43. Koprinkov I. G., Stamenov K.V., and Stankov. K.A. Intense laser generation from an atomic-fluorine laser // Appl. Phys. B: Photophysics and Laser Chemistry.- 1984.- Vol. 33.- № .- P. 235-238.

44. Heard H.G. Ultra-violet Gas Laser at Room Temperature // Nature.- 1963.-Vol. 200.- № 4907.- P. 667.

45. Ali A.W., Kolb A.C., and Anderson A.D. Theory of the pulsed molecular nitrogen laser// Applied Optics.- 1967.- Vol.6.- №12.- P. 2115-2125.

46. Бычков Ю.И., Лосев В.Ф., Савин B.B., Тарасенко В.Ф. Повышение эффективности N2 лазера // Квантовая электроника.- 1975.- Т.2.- №2.-С. 2047-2053.

47. Shipman J.D., Jr. Travelling Wave Excitation of High Power Gas Laser // Appl. Phys. Lett.- 1967.- Vol.10.- №1.- P. 3-4.

48. Levatter J.I., Lin S.-C. High-power generation from a parallel-plates-driven pulsed nitrogen laser// Appl. Phys. Lett.- 1974.- Vol.25.- №12.- P. 703-705.

49. Woodward B.W., Ehlers V.J., and Lineberger W.C. A reliable repetively pulsed, high power nitrogen laser // Rev. Sci. Instrum.- 1973.- Vol. 44.- №7.-P. 882-887.

50. Willet C.S., and Litynski D.M. Power increase of N2 UV and IR lasers by addition of SF6// Appl. Phys. Lett.- 1975.- Vol.26.- №3.- P.l 18-120.

51. Fellows C.E., Rodegheri C.C., Tauber U., Tsui K.H., de Castro M.P.P., and Carvalho C.E.M. Alpha particle bias ionization in a pulsed nitrogen laser // Appl. Phys. B: Lasers and Optics.- 2004.- Vol.78.- №3-4.- P.421^24.

52. Rahimian K., Ghoreyshi S., and Hariri A. Behavioral studies of gain and saturation energy density in a N2 laser with corona preionization // Laser Physics. 2006.- Vol.16.- №3.- P. 447-454.

53. Panchenko A.N., Tel'minov A.E., and Tarasenko V.F. Long-pulse excimer and nitrogen lasers pumped by generators with inductve energy storage // Известия ВУЗов. Физика.- 2006.- T.49.- №11. Приложение.- С. 476-479.

54. Kunabenchi R.S., Gorbal M.R. and Savadatti M.I. Nitrogen Lasers // Progress in Quantum Electronics.- 1984.- Vol.9.- №4.- P. 259-329.

55. Lofthus A. and Krupenie P. H., The Spectrum of Molecular Nitrogen // Journal of Physical and Chemical Reference Data.- 1977.- Vol.6.- №1.-P.l 13-307.

56. McFarlane R.A. Observation of а 'П-1Е" Transition in the N2 Molecule // Phys. Rev.- 1965.- Vol.140.- №4A.- P. A1070 A1071.

57. McFarlane R.A. Measurements on the wlAu^a'ng Transition in Molecular Nitrogen // Phys. Rev.- 1966.- Vol.146.- №1.- P. 37-39.

58. Tagliaferri A.A., Gallardo M., Massone C.A., Garavaglia M. UV stimulated emission from N2 and NO // Physics Letters A.- 1973.- Vol.45.- №3.- P. 211212.

59. McFarlane R.A. Precision spectroscopy of new infrared emission system of molecular nitrogen // IEEE J. Quant. Electr.- 1966.- Vol.QE-2.- №8.- P. 229232.

60. Basov N.G., Danilychev V.A., Dolgikh V.A., Kerimov O.M., Lobanov A.M. and Suchkov A.F. Ultraviolet high-pressure laser using an Ar+N2 mixture // JETP Lett.- Vol.20.- №2.- P. 53-54.

61. Golden J., Eden J.G., Mahaffey R.A., Pasour J.A., AH A.W., and Kapetanakos C.A. Intense proton-beam-pumped Ar-N2 laser // Appl. Phys. Lett.- 1978.- Vol.33.- №2.- P.143-146.

62. Dube A., Jayasankar K., Prabakaran L., Kumar V., and Gupta P.K. Nitrogen laser irradiation (337 nm) causes temporary inactivation of clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis // Lasers in Medical Science.- 2004.- Vol. 19.-№1.-P. 52-56.

63. Dadgea W.J., Krishnamurthy V.N., and Aiyera R.C. Nitrogen laser induced fluorescence in laser dyes for sensing of organic compounds // Sensors and Actuators B: Chemical.- 2006.- Vol. 113.- №2.- P. 805-808.

64. Rebhan U., Hildebrandt J., and Skopp G. A High Power N2-Laser of Long Pulse Duration // Applied Physics A: Material Science&Processing.- 1980.-Vol.23.- №4.- P. 341-344.

65. Буранов C.H., Горохов B.B, Карелин В.И. Репин П.Б. Электроразрядный ^-лазер с добавками SF6 и Не // Квантовая электроника.- 1990.-Т.17.-№2.-С. 161-163.

66. Armandillo Е., Kearsley A.J., High-power nitrogen laser // Appl. Phys. Lett.-1982.-Vol.41.-№7.-P. 611-613.

67. Sanz F.E., Perez J.M.G. A high power high energy pure N2 laser in the first and second positive system // Appl. Phys. В.- 1991.- Vol.52.- №1.- P.42-45.

68. Dong Hwan Kim, Hong Chu, Young Min Jhon, and Sang Sam Choi, Controllable pulse duration of a XeCl laser // Rev. Sci. Instrum.- 1994.-Vol.65.- №12.- P. 3634-3638.

69. Efthimiopoulos Т., Radzewiczt C., and Katharakis M. An auto-pre-pulse and long-pulse XeCl laser //Meas. Sci. Technol.- 1995.- Vol.6.- №2.- P. 167-169.

70. Панчеко А.Н. Тарасенко В.Ф. Накачка газовых лазеров от генератора с индуктивным накопителем // Квантовая электроника.- 1990.- Т. 17.- №1.-С. 32-34.

71. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. ^-лазер с накачкой от генератора с индуктивным накопителем энергии и полупроводниковым прерывателем тока // Квантовая электроника.- 1995.- Т. 22.- №5.- С. 441-442.

72. Бакшт Е.Х., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Эффективный-длинноимпульсный XeCl лазер с предимпульсом формируемым индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника.- 2000.-Т.ЗО.- № 6.- С. 506-508.

73. Басов В.А., Коновалов И.Н. Электроразрядный ХеС1-лазер с КПД 4% и энергией генерации 14 Дж // Квантовая электроника.- 1996.- Т.23,- №9.-С. 787-790.

74. Балбоненко Е.Ф., Басов В.А., Коновалов И.Н., Сак К.Д., Червяков В.В. Источник мягкого рентгеновского излучения для электроразрядного эксимерного лазера // ПТЭ.- 1994.- №4.- С. 112-114.

75. Ломаев М.И., Мельченко С.В., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Нестационарный режим возбуждения электроразрядных эксимерных лазеров // Изв. АН СССР. Серия физическая.- 1984.- Т48.- №7.- С. 13851388.

76. Makarov, Bonnet J., Pigache D. High efficiency discharge-pumped XeCl laser // Appl. Phys. В.- 1998.- Vol. 66.- №4.- P.417-426.

77. Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Тельминов A.E. Эффективный электроразрядный XeF лазер с накачкой от генератора с индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника.- 2006.- Т.36.- №5.- С. 403-407.

78. Trentelman М., Peters P.J.M., Mei Q.-C., and Witteman W.J. Gas-discharge XeF (B—>X) laser excited by a prepulse-main-pulse circuit with magneticswitching // Journal of Optical Society of America, В.- 1995.- Vol.12.- №12.-P.2494-2501.

79. Рукин C.H. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывателями тока// ГГГЭ.- 1999.- №4.- С. 5-36.

80. Верховский B.C., Мельченко С.В., Тарасенко В.Ф. Генерация на молекулах ArF*, KrCl*, XeCl* и XeF* при возбуждении быстрым разрядом // Квантовая электроника.- 1981.- Т.8.- № 2.- С. 417-419.

81. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Кирюхин Ю.Б., Степанов Ю.Ю. Об изменении характеристик электроразрядного XeF — лазера при увеличении давления // Квантовая электроника.- 1978.- Т.5.- №10.ч1. С. 2285-2289.

82. Sadighi-Bonabi R., Lee F.W., and Collins C.B. Gain, saturation, and optimization of the XeF discharge laser // J. Appl. Phys.- 1982.- Vol.52.-№12.- P. 8508-8515.

83. Mandl A., and Litzenberger L. XeF laser at a high electron beam pump rate // Appl. Phys. Lett.- 1987.- Vol.51.- №13.- P. 955-957.

84. Nishida N., and Tittel F.K. Intrinsic efficiency comparison in various low-pressure XeF laser mixtures pumped at high excitation rates and with short-pulse electron beam pumping // Appl. Phys. Lett.- 1988.-'Vol.52.- №22.- P. 1847-1849.

85. Mandl A., XeF(B X) long-pulse laser studies // J. Appl. Phys.- 1992.-Vol.71.- № 4.- P.1630-1637.

86. Bigio I J., and Begley R.F. High-power visible laser action in neutral atomic fluorine // App. Phys. Lett.- 1976.- Vol.28.- №5.- P.263-264.

87. Ниген У. Газовые лазеры /Под ред. И. Мак-Даниэль.- М.: Мир, 1986.552 с.

88. Баранов В. Ю., Борисов В. М., Степанов Ю. Ю. Электроразрядные эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-216 с.

89. Mesyats G.A., Osipov V.V., Tarasenko V.F. Pulsed gas lasers // SPIE. Opt. Eng. Press: Bellingham, Washington, USA.- 1995.-374 p.

90. Станкевич Ю.Л., Калинин В.Г. Быстрые электроны и рентгеноское излучение в начальной стадии развития импульсного искрового разряда в воздухе // ДАН СССР.- 1967.- Т. 177.- №1.- С. 72-73.

91. Noggle R.C., Kriger Е.Р., Way Land I.R. A search for X-rays from helium and air discharges at atmospheric pressure // J. Appl. Phys.- 1968.- V.39.-№10. -P. 4746-4748.

92. Тарасова Л.В., Худякова Л.Н. Рентгеновское излучение при импульсных разрядах в воздухе // ЖТФ.- 1969.- Т. 39.- С. 1530-1533.

93. Павловский А.И., Босамыкин B.C., Карелин В.И., Никольский B.C. Электроразрядный ОКГ с инициированием в активном объеме // Квантовая электроника.- 1976.- Т. 3.- №5.- С. 601-603.

94. Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И., Павловский А.И., Репин П.Б. Широкоапертурный источник рентгеновского излучения для предыонизации электроразрядных лазеров большого объема // Квантовая электроника.- 1991.-Т. 18.- №7 .- С. 891-893

95. Павлинский Г.В. Физика рентгеновского излучения: сборник задач.-Иркутск: ИГУ, 2003.- 47 с.

96. Saloman E.B., Hubbell J.H. and Scofield J.H. X-Ray Attenuation Cross Sections for Energies 100 eV to 100 keV and Elements Z = 1 to = 92 // At. Data Nucl. Data Tables. 1988.-Vol. 38.- P. 1-197.

97. Алексеев С.Б., Бакшт E.X., Костыря И.Д., и др. УФ лазеры на смесях N2-SF6 и N2-NF3 с накачкой поперечным и продольным разрядом // Квантовая электроника.- 2004.- Т. 34.- № 11.- С. 1033-1039.

98. Bruno Godard. A simple High-Power Large-Efficiency N2 Ultraviolet Laser // IEEE Journal of Qantum Electronics.- 1974.- Vol. 10.- №2.- P. 147-153.

99. Rebhan U., Hildebrandt J., Skopp G. A High power N2-laser of long pulse duration // Applied Physics. 1980. Vol. 23.- №.11.- P. 341-344.

100. Fletcher C.A.J. Computational Galerkin Methods // Springer.- 1984.- New York.

101. Panchenko A.N., Tel'minov A.E., and Tarasenko V.F. Efficient discharge lasers with semiconductor opening switch in pumping circuit // Proc. XIII ICMAR, Partr II.- Novosibirsk, Russia.- 2007.- P. 137-142.

102. Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. В.Е. Фортова.-М.:, Наука, 2000.- T.III. с 263.

103. Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Тельминов A.E. Рентгеновское излучение искровой системы предыонизации и плазмы объемного разряда в лазере с индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника.-2007.- Т.37.- №1.- С. 103-107.

104. Herron T.J. Evaluated Chemical Kinetics Data for Reactions of N(2D), N(2P), and N2 (A3E+U) in the Gas Phase // J. Phys. Chem. Ref. Data.- 1999.-Vol.28.- №5.- P.1453-1483.

105. Химия плазмы / Под ред. Б.М. Смирнова. М.: Энергоатомиздат, вып. 10.- 1983.- С. 108.

106. Коссый И.А., Костинский А.Ю., Матвеев А.А., Силаков В.П. Плазмохимические процессы в азотно-кислородной смеси // Труды ИОФАН. 1994. - Т. 47. - С. 37-57.

107. Nandi D., Rangwala S.A., Kumar S.V.K., Krishnakumar E. Absolute cross sections for dissociative electron attachment to NF3 // International Journal of Mass Spectrometry.- 2001.- Vol. 205.- №1-3.- P. 111-117.

108. Christophorou L.G., and Olthoff J.K. Electron attachment cross sections and negative ion states of SF6 // International Journal of Mass Spectrometry.-2001.- Vol.205.- № 1-3 P.27-41.

109. ПЗ.Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Тельминов A.E. УФ азотный лазер с накачкой поперечным разрядом, формирующий двойные импульсы генерации // Оптика атмосферы и океана.- 2006.- Т.19.- №2-3.- С. 178181.

110. Suchard, S. N., Galvan L., and Sutton D. G.Quasi-cw laser emission from the second positive band of nitrogen // Appl. Phys. Lett.- 1975.- Vol.26.- №9.-P. 521-523.

111. Лосев В.Ф., Тарасенко В.Ф. Влияние добавок SF6 на характеристики N2-лазера // ЖТФ.- 1976.- Т. 46.- № 10.- С.2202 2204.

112. Panchenko A.N., Tarasenko V.F., TePminov А.Е. UV and an IR lasers pumped by generators with inductive energy storage // Proc. 15th Int. Symp. on High Current Electronics.- 2008.- P. 526-529.

113. Коновалов И.Н., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф., Тельминов А.Е. Широкоапертурный электроразрядный азотный лазер // Квантовая электроника.- 2007.- Т.37 №7.- С. 623-627.

114. Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И., Репин П.Б. Электроразрядный N2- лазер с добавками SF6 и Не // Квантовая электроника.- 1990.- Т. 17.- № 11.- С. 161.

115. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф., Верховский B.C. УФ-генерация в азоте и смесях N2 Не (Ne, Ar, NF3) при накачке поперечным разрядом // Электронная техника. Лазерная техника и оптоэлектроника.- 1991.-вып. 1.(57).- С. 58-62.

116. Tzolov V.P., Grozdanov К.A., Atanasov P.A. Nitrogen laser employing twin sliding discharges // J. of Appl. Phys.- 1994.- Vol.75.- №2.- P.1210-1212.

117. Аполлонов В.В., Ямщиков В.А. К вопросу об эффективности электроразрядного ^-лазера // Квантовая электроника.- 1997.- Т.24.-№6.- С. 483-486.

118. Тарасенко В.Ф. Эффективность азотного УФ лазера с накачкой самостоятельным разрядом // Квантовая электроника.- 2001.- Т.31.- № 6.-С.489^494.