Эффективное излучение хлоридов инертных газов в электроразрядных эксилампах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

П Г г; А Л

1 I О V» п

На правах рукописи

Сосннн Эдуард Анатольевич

ЭФФЕКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ХЛОРИДОВ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ЭКСИЛАМПАХ

(Специальность 01.01.05 - оптика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТОМСК - 1997

Работа -выполнена в Институте сильноточной электроники СО РАН и в Томском государственном университете.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор В.Ф.Тарасенко.

Официальные оппоненты:

д.ф.-м.н., профессор Лисицын В.М. (Томский политехнический университет),

д.ф.-м.н Синица Л.Н. (Институт 01 пики атмосферы СО РАН) Ведущая организация:

Сибирский физико-технический институт, г.Томск.

Защита состоится " 15У* уА.уЬ _1997г. в__час. на

заседании диссертационного Совета К 063.53.03 по присуждению ученой степени кандидата - физико-математических наук при Томском государственном университете (634050, г.Томск, прЛенина, 36).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан "_"___1997г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

Актуальность темы. После активного изучения эксицлексных лазеров и кинетических процессов, происходящих в их активных средах, возрос интерес к- изучению источников спонтанного излучения па связанно-свободных переходах эксимерных и эксицлексных молекул (эксиламп). Это обусловлено тем, что во многих технических приложениях достаточно использовать некогерентный, но мощный источник, излучающий в относительно широком диапазоне длин волн. Кроме того, эксилампы просты в изготовлении, не критичны к мощности накачки и допускают различные конфигурации активной области. Эксилампы не требуют для ■ своей работы привлечении специальных оптических элементов (затворов, призм, зеркал и т.д.) и их КПД обычно превышает КПД источников -когерентного излучения. Все вышесказанное определяет широкие возможности использования эксиламп в микроэлектронике, для организации фотопроцессов'осаждения, очистки и т.п.; в экологии, для разрушения токсичной органики; в медицине и биологии. Ввиду непорогового характера зависимости спонтанного излучения от мощности и типа накачки возможности использования различных типов разрядов для возбуждения эксиламп значительно шире, чем для лазеров. Очень часто способы, системы и режимы накачки эксимерных' сред, имеющие ограниченные возможности для создания лазерной генерации, тем не менее пригодны для создания источников с высокой средней мощностью

I

эксимерной флуоресценции. К середине 90-х гг. было опробовано несколько типов эксимерных и эксиплексных источников спонтанного ультрафиолетового (УФ) и. вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения, в которых для возбуждения рабочей среды использовались барьерный разряд, объемный разряд с УФ-нредыонизацией и микроволновой разряд. В этих исследованиях основное внимание было уделено спектральному составу излучения и кинетике образования эксимерных молекул. К началу нашей работы были также апробировапы схемы возбуждения продольным и искровым разрядами. Однако в известных

публикациях осталось практически не изучено влияние способа накачки, типа разряда, состава и давления рабочей смеси fia амплитудно-временные и энергетические характеристики излучения эксиламп.

Отметим, что для получения ультрафиолетового излучения в настоящее время широко используются ртутные лампы, а'также ксеиоиовые и криптоновые лампы, которые выпускаются серийно. Но для этих типов ламп, по сравнению с эксилампами, характерны широкие полосы излучения с малой эффективностью в отдельных спектральных областях.

Исходя из широки* потенциальных возможностей использования эксиламп в промышленности и для научных исследований, а также из многообразия способов получения спонтанного ультрафиолетового излучения, актуальной является задача исследования различных способов, систем и режимов накачки эксиламп и определение условий получения максимальных эффективностей излучения эксимерных и эксиплексных молекул.

Целью настоящей работы, начатой в 1993 году, явилось определение условий получения эффективного УФ и ВУФ излучения эксиплексных молекул при возбуждении разными типами разряда, а также создание, экспериментальное и теоретическое исследование источников спонтанного излучения со сравнительно узкими полосами излучения в отдельных спектральных областях, в частности, в области длин волн 200-250 им.

Конкретная реализация цели работы предполагала решение следующих задач: 1) анализ и оценка известных данных по получению и исследованию спонтанного УФ и ВУФ излучения; 2) создание и исследование лабораторных источников спонтанного УФ и ВУФ излучения; 3) изучение влияния параметров накачки, способа возбуждения и состава рабочей смеси на среднюю мощность и эффективность излучения; 4) анализ экспериментальных результатов для определения механизмов, ответственных за получение эффективной эмиссии, и моделирование процессов в оптических средах.

Актуальность работы подтверждена: 1) получением фанга РФФИ №9-02-16668-а (1996 и 1997 гг.) "Эффективное излучение эксимерных молекул в электроразрядной плазме низкого давления"; 2) включением на конкурсной основе проекта по теме диссертации "Создание зкеиламн с высокой средней мощностью" в Государственную цаучно-чехническую профамму "Мелкосерийной и малотоннажная наукоемкая продукция" в 1995 году; 3) контрактом № В266538 на исследование и поставку КгС1-эксилампы между Инсппугом сильноточной электроники СО РАН и Лоуренсовской Ливерморской национальной лабораторией, исполнение которого проводилось в 1993-1995 годах; 4) фантом № а96-66 профаммы "Соросовские аспиранты и студенты" (Дж. Сороса) института 185ЕР.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели использовались стандартные методы регистрации спектров излучения (спектрограф ИСП-30, монохроматор МДР-23), амплитудно-временных характеристик излучения (вакуумные фотодиоды ФЭК-22СПУ и осциллофафы С8-17, С8-14, С7-19), средней мощности излучения (калориметр ИМ0-2Н) и вольт-амперных характеристик, импульсных и стационарных разрядов на специально созданных для этого лабораторных источниках спонтанного получения (целители напряжения, токовые шунты и осцилло1рафы С8-17, С8-14, С7-19). Для проверки экспериментальных данных осуществлялся повторный эксперимент и использовались разные схемы измерения.

Положения, выносимые на защиту:

1) При реализации однородною разряда и низкой но отношению к скорости излучатель!юго распада скорости безызлучательной релаксации рабочих молекул эффективность излучения КгС1* и ХеС1* эксиплексов относительно мощности накачки в положительном столбе тлеющего разряда превышает 25%.

2)' В смесях Не-С12 при накачке тлеющим разрядом низкого давления реализуется высокая эффективность спонтанного излучения молекул С>2* (~ 5%) в области длин волн £«=258 нм.

3) В смесях Nc-Kr-HCl при уменьшении рабочего давления эффективность образования молекул за счет тройной ион-ионной рекомбинации уменьшается, а гарпунная реакция при увеличении концентрации HCl не может компенсировать снижение эффективности из-за снижения температуры электронов и соответственного уменьшения скорости образования возбужденных атомов криптона.

4) При пикачкс импульсным разрядом наибольшие эффективности излучения KrCI* и ХеС1* молекул достигаются в смесях с CI2, при давлениях (1-20 мм рт.ст.), при длительностях импульсов накачки (> I мс) и мощностях накачки < 1 Вт/см3.

5) В непрерывном тлеющем разряде, не ограниченном стенками, в смесях инертных газов с галогенами при увеличении рабочего давления до 10 мм рт.ст. и при разрядных токах 1-10 мА реализуются точечные области, эффективно излучающие в УФ области спектра.

Достоверность результатов подтверждается: 1) согласием экспериментальных данных об эффективности спонтанного излучения ХеС1* и KrCI* молекул в тлеющем. и продольном разряде в сопоставимых условиях с результатами (Taylor R.S., Leopold К.Е., and Tan K.O.I991, Головицкий А.П. 1992, Головицкий А.П., Кан B.C. 1993 и др.); 2) совпадением ряда результатов натурных экспериме!Ггов, в частности, экспериментов с объемным разрядом в лампе самостоятельного разряда с искровой подсветкой и в экспериментах с XeCl-лампой тлеющего разряда низкого давления с теоретическими оценками и расчетом.

Научная новизна: 1) найдены условия возбуждения КгС! и ХеС1-срсд, оптимальные применительно к задаче увеличения средней мощности и эффективности спонтанного излучения; 2) впервые исследованы CI2 и Не-С12 оптические среды в условиях возбуждения тлеющим разрядом низкого давления,- 3) исследованы механизмы образования молекул KrCI* в смесях Ne(Hc)-Kr-HCl при уменьшении рабочего давления; 4) предложены и апробированы новые эксилампы на основе тлеющего разряда низкою давления. (Заявки на патент: №94028315 от 27.07.94, положии-льное

решение от 29.06.95; №95121858 от 26.12.95, положительное решение от 27.06.96; №95117515 от 16.10.95, положительное решение от 08.08.96)

Научная н практическая ценность: 1) в рамках подробной кинетической модели КтС1-лампы установлена роль галогеноносигеля НС1, который с понижением давления смесей эффективно охлаждает электроны, уменьшает наработку возбужденных состояний криптона и снижает число молекул КгС1*, возникающих за счет гарпунной реакции; - 2) дано объяснение высокой эффективности спонтанного излучения тлеющего разряда в бинарных смесях Хе(Кг)-С12, согласно которому скорости образования и высвечивания эксиплексных молекул в плазме тлеющего разряда принимают близкие но порядку величины значения; 3) созданные лабораторные образцы коаксиальных и цилиндрических эксиламп с накачкой разрядами различных типов (тлеющим разрядом низкого давления и импульсным продольным разрядом) позволяют получать спонтанное ультрафиолетовое излучение в области длин волн Х»308 нм (ХеС1*), Хх222 нм (КгС1*) и Я^258 нм (С1г*) со средней мощностью излучения до 200 Вт и эффективностью до 15%; 4) предложенный способ увеличивает импульсную мощность спонтанного излучения коаксиальной ХеС1 и КгС1 эксиламп соответственно а 2.3 и 3.8 раза по сравнению с мощностью излучения, реализуемой при накачке барьерным разрядом; 5) предложенная рабочая среда лампы тлеющего разряда низкого давления позволяет снижать напряжение зажигания разряда до 50% и до 1.5 раза увеличивает мощность спонтанного излучения; 6) предложенный способ для указанного диапазона значений длительности импульса накачки увеличивает среднюю мощность и КПД лампы тлеющего разряда с электроотрицательными газами в рабочей смеси на 15% по сравнению со стационарной накачкой; 7) полученный массив данных об условиях возбуждения и рабочих смесях для эксиламп с различными тйпами накачки (тлеющим разрядом низкого давления, продольным импульсным и барьерным разрядом) позволяет выбирать оптимальные, с точки зрения

получения максимальной средней мощности конструкции излучателей и рабочие смеси. i

Сведения о внедрении результатов диссертации: KrCl-эксиламна со средней мощностью излучения >100 Вт в области длин волн <250 нм передана Лоуренсовскую Ливерморскую национальную лабораторию (США).

. Предложения по использованию результатов работы: 1) материалы первой " главы,- где дается обзор работ, посвищенных созданию УФ и ВУФ источников спонтанного излучений, целесообразно использовать в учебном процессе при чтении курсов, посвященных квантовой электронике и фотонике, для освещении их современного состояния; 2) результаты второй, третьей, четвертой и пятой глав, где излагаются данные о способах и условиях возбуждения эксиламп с различными типами ' накачки, целесообразно применять при разработке технологического оборудования, предназначенного для использования при производстве изделий микроэлектроники, для низкотемпературного окисления опасных <■ органических соединений, для закрепления лаков и красок в полиграфии.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, обсуждались на следующих конференциях^ 1) научно-технический семинар "Энергетика: экологии, безопасность, надежность". Томск, 1994; 2) 2-я Международная конференция "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул". Томск, 1995; 3) 9-я конференция но радиационной физике и химии неорганических материалов "РФХ-9". Томск, 1996; 4) Conference on lasers and Electro-Optics (CLEO-96). Anahaim, CA, 1996; 5) VHb конференция no физике газового разряда. Рязань, 1996; 6) 3-й и 4-й Международные симпозиумы Fotonics West-96. San-Jose, 1996 и 1997 гг.

Структура и объем работы. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 статьях, 4 докладах международных конференций, 4 тезисах докладов, 4 патентах.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы. Общий объем: 140 стра'ниц (наборный шрифт -

ч

"Times New Roman Cyr-14"), 52 рисунка, 3 таблицы и 108 наименований в списке литературы.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований, их научная новизна, практическая значимость. Представлены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе содержится краткий обзор литературных данных по оптическим средам для получения эффективной флуоресценции в диапазоне 120-350 нм и рассматриваются наиболее распространенные источники спонтанного ультрафиолетового излучения (п. 1.2).

В настоящее время широко используются ртутные, а также ксеноновые и криптоновые лампы (и. 1.2.1) для получения ультрафиолетового излучения. При накачке микроволновым разрядом (п.1.2.2) было получено объемное возбуждение в смесях Fj с Кг и/или Ат с добавками буферных газов Ne и Не, а также в смесях F2 с Не. Во всех этих случаях эффективность по шюженной энергии превышает эффективность соответствующих газоразрядных лазеров, однако, системная эффективность таких устройств низка из-за плохой конверсии поступающей в СВЧ-устройство электрической энергии в микроволновую. Накачка барьерным разрядом (п. 1.2.3), позволяет преобразовывать энергию электрического ноля в УФ и ВУФ излучение с высоким КПД (110 %). Средние энергии электронов (1-10 эВ) и их концентрация (до 1014-1015см_3) в отдельных микроразрядах поддаются регулированию изменением внешних параметров - геометрии разрядного промежутка и диэлектрических свойств используемых барьеров. В настоящее время в барьерном разряде получены континуумы большинства эксимерных и эксиплексных молекул. Накачка импульсным самостоятельным разрядом с УФ-предыонизацией (н.1.2.4) позволяет осуществить однородное возбуждение спонтанной*.эмиссии при рабочих давлениях выше атмосферного. Наибольшие импульсные и средние мощности были получены здесь

*

в смесях He(Ne)-Kr-F2 (248 им), Ne-Xe-HCI (308 им), Ne-Kr-HCl (222 им), He(Ne)-Ar-F2 (193 им) и в Хе или в смеси Хе-Нс (172 нм).

Имеется малое количество работ, посвященных исследованиям тлеющего . разряда (и. 1.2.5) и применении его к накачке эксиламп. В работе Taylor R.S., Leopold К.Е., Tan К.О. на В -> X переходах KrCl*, XeCl*, KrR, XeF* молекул в импульсном тлеющем разряде достигнута эффективность ~1%, а в работах Головицкого А.П. в непрерывном тлеющем разряде низкого давления достигнута уже на порядок большая эффективность при мощности 8 Вт в Кг-С12 и Xe-Cl2 смесях. Это резко повышает интерес к, изучению накачки эксиламп тлеющим разрядом. Кроме того, нуждаются в объяснении различия в экспериментах Taylor и Головицкого.

Во второй главе дано описание оригинальных и известных конструкций излучателей эксиламп, а также электрических схем генераторов накачки и экспериментальной аппаратуры и методик, используемых в настоящей работе. Для возбуждения смесей, содержащих галогены и инертные газы, использовались различные схемы генераторов накачки (п.2.1). Это обеспечивало широкий диапазон параметров импульсов накачки, а также непрерывную накачку тлеющего разряда. В экспериментах использовались разрядные камеры (излучатели эксиламп) разных типов (i 1.2.2): камера лампы для импульсного самостоятельного разряда с искровой подсветкой; планарная, коаксиальная и цилиндрическая сборки и их модификации, связанные с изменением формы электродов и различиями в охлаждении. В заключение (н.2.3.) перечислена диагностическая аппаратура и газовые смеси, используемые в экспериментах. Амплитудно-временные характеристики излучения определялись при помощи вакуумного фотодиода ФЭК-22СПУ, сигнал с которого.подавался на осциллограф (С8-14, С8-17, С7-19) либо на вход цифрового вольтметра. Фотодиод калибровался излучением эксиплексных лазеров,- а необходимый спектральный диапазон выделялся стеклами УФС, БС, КС и ЖС-тинов. Входное окно фотодиода ограничивалось диафрагмой площддыо I см2. В ряде случаев при помощи калориметра ИМО-2Н измерялась средняя

мощность, излучаемая и оптическом диапазоне, и средняя мощность в диапазоне 210-600 нм, выделяемом при помощи' фильтров. Спектры излучения снимхтись при помощи спектрографа ИСП-30 на фотопленке РФ-3 или регистрировались монохроматором МДР-23 с решеткой 1200 лтрихов/мм, снабженным фотоумножителем ФЭУ-100, сигнал с которого |ерез усилитель подавался на графопостроитель.

В третьей главе изложены результаты теоретического и эксперимен-ального исследования энергетических характеристик эксиплексной KrCl-ампы (222 нм) на смеси Ne-Kx-HCl, накачиваемой объемным разрядом, и казаны основные процессы, определяющие эффективность формиро-ания спонтанного излучения, в' частности, при изменении давления, (одробная теоретическая модель KrCI-сред для случая накачки 1мостоятельным разрядом не строилась. Теоретически показывалось, что тимальные условия работы инертно-галоидных эксиламп (ArF, KrF) зстигаются при существенно более низких рабочих давлениях (30-100 мм г.ст.), чем в лазерах (>1атм). Как показал теоретический расчет и ссперименталыюе исследование, в отличие от ArF и KrF-эксиламп, люльзующих смеси с галогеноносителем F2, оптимальные давления KrCI-[мпы не являются низкими и составляют 0.5-1 атм., а оптимальные шцентрации HCl не превышают получаемых в KrCl лазере (пп.3.2, 3.3). ричиной этого являются особенности молекулы HCl. С понижением вления смесей с F2 происходит постепенная смена механизма наработки сиплексов, и тройная ион-ионная рекомбинация заменяется гарпунными акциями. В результате оптимальная концентрация F2 в смесях еличивается. Для смесей с HCl этого происходить не будет, так как при

А

:личепии начальной концентрации этого галогеноносителя будут все лее эффективно охлаждаться электроны, что снизит наработку збужденных состояний криптона, и поэтому число молекул KrCl*, шикающих за счет гарпунной реакции, будет мало. На рис.1 приведены ¡исимостй КПД излучения от давления, полученные теоретически и

экспериментально. Зависимости хорошо коррелируют между собой, показывая резкий спад эффективности при давлении, меньшем ~ 0.5 атм.

' Четвертая глава посвящена исследованию энергетических характеристик эксиламн на молекулах галогенидов благородных газов ArF* (193 нм), КгС1* (222нм), XeCI* (308нм), КгР (248нм), ХеР (353нм) с накачкой импульсными барьерным и продольным разрядами. Представлены данные оптимизации по давлению и составу смеси, мощности и длительности импульсов накачки, а также делаются замечания о ресурсе рабочих смесей.

Показано, что накачка XeCI и KrCl-эксиламп скользящим разрядом ограничивается: 1) низкими рабочими давлениями (pi < 0.4 атм.), недостаточными для эффективного образования' эксиплексов; 2) малым объемом, занимаемым разрядом. По этим причинам даже в оптимальных по составу газовых средах излучаемые импульсные мощности малы. В скользящем разряде оптимальное соотношение Кг/HCl « 20/1, а для Хе/НС1 = 5/1. Максимальная эффективность, полученная при накачке скользящим разрядом, оказалась небольшой: в смеси Ne/Xe/HCl = 0.5/15/1 (мм рт.ст.)' и запасаемой за импульс в накопителе энергии, равной 1.8 Дж, она составляла 0.06%. Качественно наблюдаемые зависимости средней мощности от частоты повторения Uo, Q> не отличались от полученных в опытах с барьерным разрядом; увеличение длины разрядного промежутка при прочих равных условиях вело к пропорциональному росту длительности импульсов излучения на полувысоте то.5 и обратно пропорциональному снижению их амплитуды, так что импульсная мощность заметно не изменялась. Таким образом, накачка только скользящим разрядом не позволяет работать при повышенных давлениях, необходимых для эффективного образования эксиплексных молекул в 1рехчастичных реакциях ион-ионной рекомбинации.

Дополнительным способом увеличения импульсной Мощности и степени заполнения газоразрядной плазмой объема излучателя является использование комбинированной схемы накачки, включающей пред-ыонизацию барьерным разрядом длинного газоразрядного промежутка.

Сопоставление данных, полученных при возбуждении эксиламп, содержащих смеси Ne-Kr-HCl, указывает на сходство комбинированной накачки с накачкой объемным разрядом с УФ-предыонизацией (п.3.3), а именно: (1) значение общего давления смеси, при котором эффективность комбинированной накачки максимальна, совпадает со значением, полученным при расчете и в эксперименте с накачкой объемным разрядом с УФ-предыонизацией, составляя ~0.5 атм.; (2) оптимальные для комбинированной накачки соотношения Kr/HCl = 36/1 лежат вблизи расчетных для накачки объемным разрядом (п.3.2). Показано, что накачка комбинированным разрядом (импульсная однонолярная) при прочих, равных условиях позволяет увеличивать импульсную мощность излучения в смесях He(Ne)-Xe(Kr)-HCl в 2.3 и 3.8 раза (соответственно для Хе, Кг-содержащих смесей) по сравнению с мощностью излучения, реализуемой При накачке барьерным разрядом.

Проведены исследования амплитудно-временных характеристик эксиламп с накачкой барьерным разрядом при различных длительностях импульсов накачки (н.4.1.), в ходе которых показано, что накачка нано-секундными импульсами приводит к уменьшению эффективности излучения, а максимальные энергетические параметры достигаются при возбуждении двухполярными импульсами длительностью в десятки микросекунд. При этом излучение состоит из огдельных пичков и длинных импульсов, на фоне которых наблюдаются короткие пйчки.

Экспериментально, на примере исследования KrCl эксиламп с накачкой Импульсным продольным тлеющим разрядом, выявлено существенное шшяние параметров импульсов накачки на эффективность излучения (п.4.2.2) и показано, что наибольшие эффективности излучении KrCl* и ХеС1* молекул достигаются в смесях с С12, при давлениях (1-20 мм рт.ст.), при длительностях импульсов накачки (> I мс) и мощностях накачки < 1 * Вт/см3.

В пятой главе представлены результаты исследований тлеющего разряда в смесях низкого давления (1-20 мм рт.ст.) инертных газов и галотюи в

цилиндрических и коаксиальных трубках различных размеров: Разработаны и экспериментально исследованы цилиндрические XeCl (Xä308 нм), KrCI (Ъс222 нм) и CI2 (W58 нм) эксилампы с активным объемом до 1 л. На рис.2 показан наилучший результат, полученный в коаксиальной KrCI (Х»222 нм) эксиламне (с 8.5 мм зазором между трубками) в смеси Kr/Cl2=10/1 при общем давлении 6 мм рт.ст. (п.5.1). Излучение молекул XeCl* и KrCI* в тлеющем разряде в тонких трубках исследовалось в смесях Хе(Кг)-НС1(С12). При использовании в качестве галогеноносителя HCl мощность излучения на Х=222 и 308 нм не превышала ~ 5 Вт при эффективности не более 2-3%. Эффективность не изменялась, а излучаемая мощность росла пропорционально увеличению длины разрядного промежутка, что говорит'о сохранении хорошей однородности положительного столба разряда.- Использование С1г вместо HCl увеличивает мощность и эффективность УФ. излучения в несколько раз. Объясняется это тем, что скорость образования эксиплексных молекул через ионный канал в разряде низкого давления мала. Кроме того, в смесях с HCl гарпунный канал также работает плохо из-за большой энергии связи молекулы HCt(V=0) и неэффективного колебательного возбуждения молекул HCl в условиях тлеющего разряда из-за высокой энергии электронов в плазме. Для того чтобы объяснить высокую эффективность, оценивались скорости образования эксиплексных молекул XeCl* в плазме тлеющего разряда на примере Хе-С12 смеси. Для этого по данным о дрейфовой скорости электронов в инертных газах оценивалась плотность электронов, а затем по ней делалась оценка концентрации метастлбилей ксенона:

N«. = Кв X NXc X Ne / Кг X Neu ~ 5Х1010 см-3, где Кв, Кг - константа возбуждения ксенона электронным ударом и константа гарпунной реакции. Отсюда оценка скорости образования XeCl*: dNxcd'M =КгХ Nxc'XNCi2~ 1018CM-V'. ^ Удельная мощность излучения XeCl'-эксилампы в наших экспериментах достшала I Вт/см3, что соответствует высвечиванию в 1 см3 в 1 секунду

I018 молекул XeCl*. Совпадение скоростей рождения и высвечивания >ксиплексных молекул в плазме тлеющего разряда говорит о низкой корости их безыалучателыюй релаксации, с чем и может быть связана толь высокая эффективность эксиламп с накачкой тлеющим разрядом. Ьмерення, сделанные при помощи помещенного в рабочий объем жсиламны подвижного электрода, показали, что эффективность свечения юлекул XeCI* и KrCI* в положительном столбе тлеющего разряда реально 1ыше 15% за счет того, что падение напряжения в катодной области леющего разряда п смесях с хлором составляет около половины тпряжения на разрядной трубке. -

Показана возможность практической организации и исследованы жергетическис характеристики Планерной ХеС1-зксиплексной ламны • леющего разряда низкого давления (н.5.3). При использовании 2 см »азрядного промежутка и смеси Xe-Clj в интервале длин волн 200 - 380 им юлучены средняя мощность излучения до 20 мВт и эффективность 0.4%, а юл пая эффективность излучения п угол 4 л превышала 4 %. В работе 1омаева М.И., Полякевича A.C. (1996) было показано, что в области шбочих давлений 0.5-2.0 мм рт.ст. в тлеющем разряде сохраняются высокие КПД излучения молекул XeCl* ~ 10 %, если им соответствуют дельные мощности накачки ~ 0.3' Вт/(см3 мм рт.ст.). Оценка в шалогичной газовой смеси Хе/С12=3/1 значения удельной мощности мкачки в среде планарной лампы, при общем давлении р=2 мм рт.ст., шет величину, близкую к 1 Вт/(см3 мм рт.ст.), и, следовательно, дхтскую эт оптимальной. Кроме того, низкое значение собственной эффективности свечения (~4.2%) объясняется низкой эффективностью ихтучения из катодного слоя, занимающего большую часть .межэлектродного пространства. Показано, что в планарной эксилампе с удаленными стенками при увеличении рабочего давления до 10 мм рг.ст. и малых гоках разряда (1-10 мА) можно получать точечные обласги, • эффективно излучающие ii ультрафиолете.

В заключение приводятся и обобщаются основные результаты диссертационной работы.

' Результаты работы отражены в следующих публикациях:

1. Соснин Э.А., Визирь В.А, Скакун B.C., Сморудов Г.В., Тарасенко В.Ф., Фомин Е.А., Червяков В.В. Мощная лампа для расщепления опасных органических огходов. // Тез. докл. научно-технического семинара "¿Энергетика: экология, безопасность, надежность", Томск. 27-29 октября, 1994,- С.84.

2. Визирь В.А, Скакун B.C., Сморудов Г.В., Соснин ЭЛ., Тарасенко В.Ф., Фомин'Е.А., Червяков В.В. Коаксиальные эксиламны, накачиваемые барьерным и продольным разрядами.// Квантовая электроника. - т.22. -№5. - 1995. - С.519-522.

3. Lomaev M.I., Skakun V.S., Sosnin Е.А., Panchenko A.N., and Tarasenko V.F. High-Average-Power Exciplex Flashlamps.// SP1E Proceedings. - vol.2619. - 1995. - pp.294-302.

4. Ломаев М.И.. Панченко A.H., Скакун B.C., Соснин ЭЛ., Тарасенко В.Ф. Мощные источники спонтанного УФ-излучения с накачкой импульсными и непрерывными разрядами.// Оптика атмосферы и океана. -т.9 - №2. - 1996. - С. 199-206.

f 5. Панченко А.Н., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Ломаев

М.И. Мощные коаксиальные эксиламны со средней мощностью более 100 Вт.// Письма в ЖТФ. - т.21 - вьш.20. - 1995. - С.77-80.

6. Tarasenko V.F., Lomaev M.I., Skakun V.S., Panchenko A.N., and Sosnin E.A. Higli Power UV Excilamps.// Proceedings of NATO Advanced Study lastilutc on High Power Lasers - Science and Engineering, Karlovy-Vary, Czech Republic. July 16-28, 1995. - pp.331-346.

7. Tarasenko V.F.,Lomaev M.I., Skakun У-S., Panchenko A.N., Sosnin E.A. High Power coherent and incoherent UV and VUV sources. // SP1E Proceedings. San-Jose, USA. Jan.31- 1 Feb., 1996. - vol. 2702. - pp.296-307.

8: Бойченко A.M., Якоиленко С.И., Тарасенко В.Ф., Соснин ЭЛ., Скакун B.C. Исследования Kr-CI экснплексной лампы, накачиваемой

объемным разрядом.// Квантовая электроника. - т.29. - №4. - 1996. -С.456-464. -

9. Соснин Э.А., Панченко A.M., Тарасснко В.Ф., Скакун B.C., Ломаев М.И. Новые экаиампы с накачкой продольным разрядом. // Тез. докл. 9-й конф. по ралианионной физике и1-химии неорганических материалов "РФХ-9", Томск. 23-25 апреля 1996. - C.36I.

10. Tarasenko V.F., Lomaev M.I., Skakun V.S., Panchenko A.N., Sosnin E.A., Fedenyov A.V. High-energy !asen> and high-power excilamps.// in Conference on lasers and Electro-Optics. - Opt. Soc. оГ America, Washington, DC (OSA Technical Digest Series),1996. - pp.375.

11. Tarasenko V.F., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin E.A., Lomaev M.l. Powerful! sources of spontaneous UV-radiation pumped by pulse and continuous discharges. // Proc. of Intern, conf. on LASERS 95. - STS Press, McLEAN, VA, 1996. - pp. 195-202Г

12. Панченко A.H., Скакун B.C., Соснин Э Л., Тарасснко В.Ф., Ломаен М.И. Эффективные источники УФ-излучения на основе непрерывного тлеющею разряда. // Тез. докл. 8-й конф. но физике газового разряда. Ч. 1,Рязань, 1996. - С.47.

13. Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасснко В.Ф. Лампа для получения мощного излучения в оптическом диапазоне спектра. Заявка на патент №94028315 от 27.07.94. Положительное решение от 29.06.95.

14. Панченко А.Н., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасснко В.Ф. Мощная лампа тлеющего разряда. Заявка на патент №95112337 от 18.07.95. Положительное решение от 10.11.96.

15. Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасснко В.Ф. Рабочая среда лампы-тлеющего разряда низкого давлении. Заявка на патент №95121858 от 26.12.95. Положительное решение от 27.06.96.

16. Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасснко В.Ф. Способ накачки лампы -тлеющего разряда с электроотрицательными газами в рабочей смеси. Заявка иа''патсн+ N«95117515 от 16.10.95. Положительное решение от 08.lfe.96.

17. Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые KrCl-зксиламны с накачкой импульсным продольным разрядом. // ЖТФ. -т!67. - Вып. 4. - 1997. - С.78-82.

18. Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Adamson M.G., Myers B.R., Wang F.T. Excilamp Producing up to 130 W of Output Power and Possibility of its Applications. //Laser and Particle Beams. - vol.15. - №2. - pp.241- 246.

1.0

0.5

0.0

н.ед.

p, атм

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

Рис.1. Зависимости КПД излучения относительно запасаемой энергии, полученные при расчетах (!) и в-женериментах (2,3) при давлении кри1ГГ0на«?5 мм рт.ст., HCl - 3 мм рт.ст. для смеси с Ne (1,2) и Не(3),

200

100

Рср, Вт

15.0

) 0.0

5.0

0.0

200

300

400

500 I, мД

1410.2. Зависимости средней мощности (I) и КПД получения (2) (222 им) коаксиальной КгС1--)ксилампы с накачкой тлеющим разрядом сп тока разряда. Рабочая смесь Кг/С1г=10/1, обшсс давление 6 мм рт.ст., разрядный промежуток 50 см, зазор между трубками 8.5 мм.

Заказ Тираж wo экз.

У0П ТГУ, Томск, 29, НихитинаА