Кинетика процессов в плазме разряда накачки XeCl-лазера и их влияние на характеристики излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

□03062662

У

На правах рукописи

Ямпольская Софья Александровна

КИНЕТИКА ПРОЦЕССОВ В ПЛАЗМЕ РАЗРЯДА НАКАЧКИ ХеС1-ЛАЗЕРА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

01 04 13 — электрофизика, электрофизические установки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск —2007

003062662

Работа выполнена в Институте сильноточной электроники СО РАН

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук А Г, Ястремский

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук Климкин В М (Институт оптики атмосферы СО РАН, г Томск)

кандидат физико-математических наук Соснин Э А (Институт сильноточной электроники СО РАН, г Томск)

Ведущая организация

Институт лазерной физики СО РАН, г Новосибирск

Защита состоится «1$ » ЛлОЛ_ 2007 г в 1600 часов на заседании

диссертационного совета Д 003 031 01 в Институте сильноточной электроники СО РАН (634055 г Томск, пр Академический, 2/3)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института сильноточной электроники СО РАН

Автореферат разослан «/6» О прс 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

И Проскуровский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эксимерный лазер на молекуле ХеС1 является мощным источником интенсивного ультрафиолетового излучения Тридцатилетняя история его исследований позволила достичь большого прогресса в этой области На сегодняшний день реализованы как частотные, так и моноимпульсные режимы с генерацией в диапазоне длительностей от десятка до нескольких сотен наносекунд Большинство лазерных установок, работает в диапазоне удельной энергии излучения 2-35 Дж/л при эффективности 2 - 3 % Однако есть сообщения о полученной удельной энергии излучения превышающей 7 Дж/л1 и эффективности относительно вложенной энергии ~5 %2 Широкий диапазон возможных характеристик излучения, а так же длина волны X = 0,308 мкм, позволяют ХеС1-лазеру находить применение в различных областях индустрии, медицины, а так же делают его мощным инструментом научных исследований

Для накачки ХеС1-лазера используется объемный электрический разряд в трехкомпонентной смеси газов №/Хе/НС1 с концентрацией электронов ~1015 см"3 В такой плазме происходит большое число кинетических реакций Конечным результатом является то, что часть энергии накачки преобразуется в лазерное излучение, а остальная энергия по разным каналам переходит в тепло Проблема прогнозирования характеристик лазерного излучения, а также создания лазеров с максимальной энергией излучения и эффективностью, сводится к изучению процессов, по которым энергия накачки преобразуется в лазерное излучение, а так же выяснению физической возможности снижения потерь энергии в плазме

В опубликованных работах по моделированию ХеС1-лазера к настоящему времени, определены основные процессы, происходящие в плазме, получены расчетные зависимости концентраций частиц, мощности и энергии излучения для ряда режимов с определенными начальными параметрами накачки, проведена оптимизация ' некоторых лазерных систем При этом остается неизвестным, как изменение рабочих условий влияет на процессы в разрядной плазме и как, в свою очередь, от происходящих в плазме процессов зависят характеристики лазерного излучения

Riva R, Legentil M , Pasquiers S , Puech V Experimental and theoretical investigations of a XeCl lototriggered laser//J Phys D Appl Phys — 1995 — V 28 — P 856-872

PigacheD High efficiency discharge-pumped XeCl laser//Appl Phys B — 1998 —

V 66 — P 417-426

Цель работы Провести анализ динамики процессов в плазме разряда накачки во всем диапазоне рабочих условий ХеС1-лазера Обосновать возможность получения максимальных характеристик излучения Выявить процессы, в которых происходят потери энергии в плазме и влияние на них начальных параметров Задачи исследований

• Провести моделирование режимов накачки ХеС1-лазера, отличающихся длительностью импульса возбуждения, мощностью и вложенной энергией Выявить зависимости характеристик излучения от начальных параметров

• Определить временные зависимости скоростей процессов рождения и гибели электронов и эксимерных молекул

• Выявить основные процессы, в результате которых происходит потеря энергии в плазме

• Определить процессы, влияющие на время запаздывания начала генерации относительно накачки, выяснить возможность уменьшения времени запаздывания генерации

• Определить скорости реакций, в которых происходит разрушение молекул HCl, выяснить возможность уменьшения потерь

• Выяснить возможность увеличения удельной энергии излучения Методика исследований. Методом исследований является численное

моделирование режимов накачки, отличающихся мощностью накачки, длительностью импульса и составом газовой смеси Получение временных зависимостей концентрации электронов, возбужденных и нейтральных частиц, скоростей основных реакций, распределений поглощенной мощности и энергии по процессам Положения, выносимые на защиту

1 Энергия излучения определяется начальной концентрацией молекул HCl в газовой смеси и эффективностью их преобразования в фотоны индуцированного излучения С увеличением концентрации молекул HCl происходит снижение эффективности их преобразования в фотоны Оптимальная энергия накачки, при заданной концентрации молекул HCl, соответствует условию, при котором выгорание молекул HCl составляет ~ 80% от начального их значения Более высокая энергия накачки дает малое приращение энергии излучения и снижает эффективность лазера

2 В широком диапазоне параметров удельной энергии накачки (60 - 360) мДж см'3, мощности (0 5 - 6 0) МВт см'3 и длительности импульса (20 - 150) не, энергия

создания эксимерных молекул составляет (47 ± 3)% вложенной энергии Оставшаяся часть энергии переходит в тепло по трем каналам в следующем соотношении процессы тушения возбужденных уровней Хе и HCl (~ 30 %), преобразование атомарных ионов Хе+ в молекулярные NeXe+ (~ 15 %) и рекомбинация электронов (~ 7 %)

3 Энергия возбуждения молекул ХеС1(В,С) и ХеС1(Во Со) составляет ~ 16 % от энергии накачки Тушение этих молекул происходит в столкновениях с электронами, молекулами HCl(v) и атомами неона Суммарные потери энергии в процессах тушения соизмеримы с энергией индуцированного излучения при оптимальных условиях накачки, и возрастают с увеличением концентрации электронов

4 Кинетические процессы в плазме разряда накачки ХеС1-лазера позволяют увеличить удельную энергию излучения до 10 Дж/л при эффективности излучения 1 3 % Дальнейшее увеличение энергии накачки и содержания HCl, ведет к снижению эффективности

Достоверность, полученных результатов, подтверждается согласием расчетных зависимостей от времени тока разряда, напряжения на плазме, мощности излучения, а так же значений энергии излучения в широком диапазоне условий мощности накачки 0 5-6 МВт см"3, давления 2-6 атм, длительности импульса 20 - 150 не и вложенной энергии 50 - 350 мДж см"3, с экспериментальными данными, полученными в работах1, [2, 10, 17], а также с расчетными результатами других авторов1

Научная новизна работы

1) Впервые с использованием одной модели проведено моделирование процессов протекающих в плазме разряда накачки ХеС1-лазера в диапазоне мощностей накачки 0 5-6 МВт см"3, длительностей импульса 20 - 150 не и вложенной энергии 50-350 мДж см"3

2) Впервые получено распределение энергии вложенной в плазму по процессам создания лазерного излучения и в реакциях тепловых потерь

3) Впервые обосновано существование придельного значения удельной энергии излучения с увеличением в активной среде содержания HCl

Научная ценность работы

1) На основе расчетных данных выявлены основные каналы потерь поглощенной энергии в плазме, а так же влияние на них таких параметров как мощность накачки, вложенная энергия и состав смеси

2) Обоснованы оптимальные соотношения начальной концентрации HCl, вложенной энергии и мощности накачки, необходимые для получения максимальной энергии излучения и эффективности преобразования энергии вложенной в плазму в энергию излучения Практическая значимость работы Полученные результаты позволяют

1 Выбирать оптимальные начальные параметры для заданных характеристик излучения

2 Разрабатывать инженерные методы расчета конкретных лазеров

3 Проводить обучение студентов и аспирантов по специальностям физика плазмы и физика лазеров

Личный вклад автора заключается в активном участии в постановке задач и целей исследований, проведении расчетов, анализе полученных результатов и формулировке выводов Все результаты получены лично соискателем или совместно с соавторами при его непосредственном участии

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, обсуждались на следующих конференциях III, IV, V, VI International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers" (Томск 1997, 1999, 2001, 2003), школе-семинаре Сибирского физико-технического института (Томск, 2000), 5-th Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technology (Томск, 2000), XXVI International Conference on Phenomena in Ionized Gases (Greifswald (Germany), 2003), XXVII International Conference on Phenomena in Ionized Gases (Eindhoven (the Netherlands), 2005), XIII Международной конференции по методам аэрофизических исследований ICMAR (Новосибирск, 2007) Основные результаты исследований опубликованы в 13 печатных работах Структура и о бьем работы. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста, иллюстрируется 46 рисунками и 8 таблицами Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (69 источников) и приложения (16 страниц)

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, их научная новизна, приведена практическая значимость и защищаемые положения

В первой главе проведен обзор литературы и представлено состояние проблемы исследований Проведен анализ достигнутых к настоящему времени

характеристик ХеС1-лазеров Рассмотрены основные способы накачки Рассмотрены основные подходы к моделированию электроразрядного ХеС1-лазера

Вторая глава посвящена результатам моделирования ХеС1-лазера, на котором была получена в эксперименте рекордная на сегодняшний день удельная энергия излучения 7 6 Дж/л при длительности импульса ~50 не' Такая удельная энергия превышает типичные значения в два раза Генерация была получена в условиях повышенного содержания в активной среде донора галогена Отношение парциальных давлений компонент газовой смеси было равно Ке/Хе/НС1= 1000/5/1 7, при полном давлении б атм Представляло интерес выяснить особенности протекания кинетических процессов в плазме для этих условии, а также определить, является ли полученная удельная энергия максимально возможной

В п. 2.1 рассматриваются условия эксперимента Представлены результаты расчета во всем диапазоне экспериментальных условий ((Е/Ы)о 5—30 Тд, давлений 2-6 атм) Показано, что результаты расчетов и данные эксперимента хорошо согласуются

П 2.2 посвящен режиму с максимальной полученной энергией излучения Рассмотрены процессы, влияющие на электрические свойства плазмы, а так же кинетика эксимерной молекулы ХеСЛ*

Представлены (рис 1) временные зависимости концентраций электронов, возбужденных атомов Хе\ молекул НС1(0) в основном состоянии и НС1(у) в

»Г -3

А1, см

у, 108 с'1

ю

1Е17-

1Е16-

1Е15-

1Е14

1Е13

0

20 40

НС

60 80

0 20 40 60 80 <,нс

Рис 1 Концентрации частиц 1 - электроны, 2 - НС!(0), 3 - НСЭД, 4 - Хе' (сумма всех уровней)

Рис 2 Частоты (количество актов приходящихся на один электрон) процессов 1 -прямой ионизации, 2 - ступенчатой ионизации, 3 - прилипания, 4 - рекомбинации

колебательно возбужденном состоянии А также частоты (количество актов приходящихся на один электрон) (рис 2) прямой и ступенчатой ионизации, суммарной частоты прилипания электронов к молекулам НС1(0) и HCl(v) и частоты рекомбинации Выявлено, что в рассматриваемом режиме большая концентрация электронов до б 1015 см-3, быстрый рост концентраций Хе* и HCl(v) и сильное (90%) выгорание НС1 за время импульса накачки

В начальной стадии (до 10 не), рост концентрации электронов до уровня 1013 см"3 осуществляет прямая ионизация За последующие 10 не происходит переход от прямой к ступенчатой ионизации и свойства плазмы качественно изменяются Ступенчатая ионизация снижает энергетическую цену ионизации При максимальной мощности накачки 6 2 MB см3 и скорости ионизации равной 2 4 1024 с~'см~3 расход энергии накачки на одну ионизацию составляет 16 эВ, что соизмеримо с потенциалом ионизации атома ксенона 12 2 эВ, поэтому эффективность создания иона Хе+ очень высокая

Потери электронов в плазме происходят в реакциях рекомбинации и диссоциативного прилипания к молекулам НС1 Частота прилипания полностью определяется концентрацией колебательно-возбужденных молекул HCl(v), прилипание к которым во много раз выше, чем прилипание к основному состоянию НС1(0) Поэтому рост скорости ионизации обеспечивает одновременный рост скорости возбуждения молекул HCl(v) и это создает условия для высокой скорости создания положительных и отрицательных ионов Хе+ и СГ

Здесь же, рассматриваются процессы с участием молекулы ХеС1 Около 90% молекул XeCl* создается в реакции ион-ионной рекомбинации с участием NeXe+ и С1" Эксимерные молекулы рождаются в колебательно возбужденных состояниях XeCl" на уровнях с энергией ~ 8 эВ и выше Сталкиваясь с атомами Ne, они релаксируют на нижние колебательные уровни ХеС1(В) и ХеС1(С), а затем на уровни Во и Со Система уровней находится в связанном состоянии До начала генерации скорости переходов между уровнями В, Во, С и Со в несколько раз больше, чем скорость релаксации на них с верхних уровней XeCl" После достижения порога генерации возникает отток энергии с уровня ХеС1(Во) Энергия с остальных уровней ХеС1(В, С, Со) начинает передаваться на уровень ХеС1(Во) Таким образом, поскольку мощность возбуждения распределяется по четырем уровням, а инверсная населенность создается только на уровне ХеС1(Во), необходима большая мощность для преодоления порога генерации

Это является одной из причин большого времени запаздывания генерации в ХеС1-лазере

Тушение эксимерных молекул на всех уровнях ХеС1(В, Во, С, Со) значительно снижает эффективность лазерного излучения Тушение происходит в результате столкновений с электронами и тяжелыми частицами (в основном с HCl(v) и Ne) До начала лазерной генерации до 90 % всех созданных молекул ХеС1* гибнет в реакциях тушения По мере увеличения интенсивности излучения в резонаторе, увеличивается вероятность индуцированного излучения Это снижает концентрацию ХеС1(Во) и остальных связанных с ним уровней ХеС1(В, С, Со) В результате происходит снижение скорости тушения возбужденных эксимерных молекул После этого ~ 60% энергии возбуждения молекул ХеСГ переходит в энергию индуцированных фотонов При этом 25% всех молекул ХеСГ гибнет в столкновениях с электронами и 15% в столкновениях с тяжелыми частицами (рис 3)

В п. 2.3 представлен анализ распределения поглощенной энергии в плазме по основным процессам За время всего импульса накачки, 80% энергии передается на возбуждение Хе и HCl Энергия (~18%), расходуется в процессах ступенчатой ионизации Оставшаяся часть 2-3% энергии расходуется на возбуждение и ионизацию

Часть энергии поглощенной в плазме передается па образование эксимерных молекул, остальная часть уходит в тепло (рис 4) В момент времени соответствующий максимуму излучения ~50% энергии в единицу времени передается на образование эксимерных молекул XeCl" Потери энергии распределяются по четырем основным каналам Большая часть энергии теряется в процессах тушения уровней электронного и колебательного возбуждения молекул HCl и возбужденных уровней атома ксенона Хе* Эти потери составляют ~ 30% от

/, НС

Рис 3 Скорости процессов рождения (1) и гибели молекулы ХеС1 2 - тушение электронами, 3 - тушение тяжелыми частицами, 4 - индуцированное излучение

вложенной энергии

В актах электрон-ионной рекомбинации гибнет ион ЫеХе+ с энергией 11 эВ и рождается возбужденный атом Хе* с энергией ~ 9 9 эВ Энергия порядка 1 эВ уходит в тепло В максимуме тока потеря 1 эВ со скоростью 2 5 1024 см"3с"', дает 0 4 МВт мощности уходящей на нагрев газа За весь импульс накачки в процессах рекомбинации в тепло уходит -10% от вложенной энергии

Из-за высокого содержания № в активной среде, в плазме с высокой скоростью происходят реакции конверсии атомарного иона Хе+ в молекулярный ион №Хе+ Реакция идет с потерей энергии ~1 2 эВ в каждом акте Полные потери за весь импульс возбуждения в таких реакциях составляют 14% энергии накачки

Только часть энергии молекул ХеСГ* переходит в индуцированное излучение, остальная теряется в процессах их релаксации на уровни ХеС1(В, Во, С, Со) и тушения молекул ХеС1(В, Во, С, Со), которое происходит при столкновении с электронами и тяжелыми частицами (рис 5) Основная доля потерь энергии приходится на релаксацию эксимерных молекул с верхних колебательных уровней ХеС1** на уровень ХеС1(Во) Так теряется 31% энергии накачки

Представленные на рисунке 5 зависимости показывают, что суммарные потери мощности при тушении эксимерных молекул соизмеримы с мощностью индуцированного излучения Процессы тушения снижают эффективность лазера,

t, не

Рис 4 Мощность создания XeCl" - 4, мощность уходящая в тепло в реакциях тушения HCI(v), HCl* и Хе' - 1, рекомбинации - 2, конверсии Хе* в NeXe+ - 3, мощность накачки - 5

/, НС

Рис 5 Мощность индуцированного излучения - 1, мощность теряемая в процессах 2 - тушения ХеС1", 3 -релаксации с ХеС1** на ХеС1(В0), 4 -поглощения излучения

2 4 6 8 10 12 14 16 2 4 6 8 10 12 14 16 2 4 б 8 10 12 14 16

Л МВт см3 Р, МПгсм3 Р, МВт cmj

к и и'

а б в

Рис 6 Зависимость энергии излучения (а), эффективности (б) и степени выгорания HCl от мощности накачки для газовой смеси Ne Хе HCl 1 - 1000 5 0 85,2 - 1000 5 1 7,3 - 1000 5 3 4

примерно в два раза Процессы тушения электронами создают большую часть потери мощности, чем процессы тушения тяжелыми частицами При этом частицами, участвующими в тушении, в основном, являются молекулы HCl

Потери мощности в реакциях поглощения лазерных фотонов в полтора раза превышают выходную мощность лазера Частицами, создающими наибольшее поглощение являются отрицательные ионы хлора Эффективность лазера, определяемая, как отношение максимальных значений мощности генерации к мощности накачки составила 2 6%

В п 2 4 обсуждается возможность увеличения энергии излучения при увеличении содержания HCl в смеси Зависимости энергии излучения от удельной мощности накачки для разных парциальных давлений HCl, представлены на рис 6(а) Для смеси 1000 5 0 85, максимальная энергия составляет 5 мДжсм'3 Увеличение концентрации HCl в два раза позволяет поднять энергию излучения до 8 мДж см"3 При увеличении HCl еще в два раза максимальная лазерная энергия возрастает до 10 мДж см"3

Таблица 1. Число частиц необходимое для создания одного кванта излучения

Ne Хе HCl HCl -> СГ -> XeCl* -> hv„, Av„d

1000 5 0 84 70 05 40 20 146 66 -> 70 -> 30 -> 1

1000 5 1 7 104 06 4! 26 187 -> 72 77 36 -> 1

1000 5 3 4 15 9 1 t 5 9 3 4 27 5 98 -> 10 3 44 ->1

Последовательность преобразования молекул HCl в кванты излучения показана в таблице 1 Числа в строке показывают число соответствующих частиц необходимых для получения одного лазерного фотона Данные таблицы 1 соответствуют режимам, в которых получается максимальная энергия С увеличением концентрации HCl потери молекул HCl, эксимерных молекул и фотонов в среде существенно увеличиваются, и увеличивается число молекул HCl необходимых для получения одного кванта излучения С увеличением содержания в смеси HCl эффективность уменьшается (рис

Для каждой смеси максимум излучения достигается, когда выгорает 90% от начального содержания молекул НС1 (рис 6(в)) При дальнейшем увеличении мощности накачки происходит увеличение потерь (тушение возбужденных частиц и поглощение излучения) без увеличения количества эксимерных молекул Энергия излучения уменьшается

Третья глава посвящена режимам с короткой длительностью импульсов накачки Простые электрические схемы, высокие пиковые мощности и возможность создавать лазеры с высокой частотой повторения импульсов делают ХеС1-лазеры с длительностями импульсов накачки 20 -30 не привлекательным инструментом для различных применений

В п. 3.1 представлены результаты численного моделирования ХеС1-лазера с

6(6))

Л МВт см"

-з

длительностью импульса излучения ~30 не [10] В эксперименте и расчетах

№/Хе/НС1=770/8 0 /1 1 при давлении 3 б атм Объем разряда ~100 см3 В этом режиме при мощности накачки 2 7 МВт см'3, получена мощность излучения 10 МВт и лазерная энергия 360 мДж (3 6 мДж см"3) при эффективности 3 2% Концентрация электронов в максимуме достигает значения 4 1015 см'3 Сравнение результатов расчета с данными эксперимента показывают хорошее

использовалась

смесь

140 160 180

200 220 240

и НС

Рис 7 Мощность накачки - 1 и мощность лазерного излучения 3 - эксперимент, 2 -расчет

согласие. Характерно, что генерация начинается в области максимума накачки и лазерная генерация происходит на спаде первого импульса накачки и продолжается на втором импульсе (рис. 7). Высокие скорости тушения экси мерных молекул являются причиной большою времени запаздывания начала генерации. До начала генерации около 75% образовавшихся молекул ХеС1* гибнет в реакциях тушения и ~3% в процессах спонтанного излучения. При достижении порога генерации, потери эксимерных молекул в процессах тушения и спонтанного излучения уменьшаются больше, чем в полтора раза.

Распределение энергии накачки по основным процессам показано на рис. 8. Можно видеть, что на образование эксимерных молекул в плазме было затрачено 48% вложенной энергии,

В п. 3.2 представлены результаты численного моделирования Хе С [-лазера с длительностью импульса накачки -20 не [17]. Представленные результаты были получены для газовой смеси №/Хе/НС1=1750/30/2 при общем давлении 3.6 атм. Объем разряда -74 см5. В этом режиме при мощности накачки 3.2 МВт-см-, получена мощность излучения 7.5 МВт (рис. 9) и лазерная энергия 200 мДж (2.7 мДж-см"3) при эффективности 3.1%. Максимальная концентрация электронов 6-1015 см'3. Сравнение результатов расчета с данными эксперимента показывает хорошее согласие.

Анализируется влияние

12 3 4 5 6 7 8

Рис. В. Траты энергии по основным каналам за весь импульс возбуждений (в % от £„): тушение Хе\ НС1 ,(у) - I, конверсия - 2, рекомбинация - 3, образование ХеС]" - 4, релаксация - 5, тушение ХеС1 - 6, индуцированное излучение - 7, кпд лазера - 8.

Г , МВт см 3 Р , МВт

Я7 Лт

не

Рис. 9. Мощность накачки и мощность излучения (сплошная линия - расчет, точки - эксперимент).

увеличения мощности накачки на процессы в активной среде Показано, что даже с увеличением мощности накачки Р„ в несколько раз, не удается заметно уменьшить время запаздывания начала генерации Так при увеличении Л, с 3 МВт см*3 до 9 МВт см" 3, время запаздывания уменьшилось с 22 не до 15 не Анализ скоростей процессов рождения и гибели молекулы ХеС1 , показал, что с ростом мощности накачки (концентрации электронов) увеличиваются, не только скорости рождения ХеСГ, но и скорости их гибели в реакциях тушения Поэтому уменьшить время запаздывания начала генерации путем увеличения скорости нарастания концентрации электронов меньше значений 10-15 не не представляется возможным Большие времена запаздывания накладывают ограничение на возможности уменьшения длительности импульса накачки в обычной двух контурной схеме

Кроме того, было показано, что в рассматриваемом диапазоне мощности накачки эффективность преобразования вложенной энергии в излучение снижается с ее ростом (рис 10) Причиной такого поведения эффективности является увеличение потерь энергии в процессах рекомбинации, конверсии атомарного иона Хе+ в молекулярный ион №Хе+ Уменьшается часть энергии накачки, которая используется в плазме для образования эксимерных молекул Так, увеличение концентрации электронов с 5 1015 см"3 (3 МВт см'3) до 1016 см"3 (9 МВт см"3) уменьшает эффективность образования молекул ХеС1* с 49% до 33%

Четвертая глава посвящена результатам численных исследований режима накачки ХеС1-лазера с электрической схемой, содержащей полупроводниковый прерыватель тока [2] Использование таких прерывателей тока позволяет увеличить напряжение на обострительном конденсаторе более, чем в два раза, тогда как двухконтурная схема дает превышение напряжения менее чем в два раза, по сравнению с напряжением основного конденсатора При срабатывании прерывателя генерируется высоковольтный предымпульс, который позволяет сформировать плазму разряда и

Е , мДж см"

ЛЯГ

32-

27 22 16 1 1 05

-

\ "к

2 ч

ТЬ%

24

Р, МВт см

Рис 10 Зависимость удельной энергии излучения Елм и эффективности т| от мощности накачки Рн

создать инверсную населенность за время ~10нс Дальнейшая накачка активной среды осуществляется от основного конденсатора Проведены расчеты для диапазона зарядных напряжений 24-36 кВ Расчетные зависимости энергии излучения и эффективности лазера от зарядного напряжения хорошо согласуются с зависимостями полученными

экспериментально Максимальная энергия излучения 1 Дж (2 3 мДж см"3) получена при максимальном достигнутом в эксперименте зарядном напряжении 36 кВ На рис 11 приведены мощность, вводимая в разряд и мощность излучения Первый пик мощности накачки О 81 МВт см3 уже к моменту времени 9 не создает концентрацию электронов 1 3 1015 см"3 и концентрации молекул HCl(v) в состоянии колебательного возбуждения увеличиваются до 2 1016 см"3 Основной импульс накачки с мощностью 0 5 МВт см"3 поддерживает концентрацию электронов на уровне 1015 см"3 и обеспечивает эффективную генерацию ~150 не

Анализ распределения энергии по основным процессам показал, что снижение концентрации электронов до уровня 1015 см"3, по сравнению с предыдущими рассмотренными режимами накачки, уменьшает потери энергии в процессах тушения эксимерных молекул Это позволило получить эффективность от вложенной энергии 4%

Кроме того, в главе рассматривается влияние времени запаздывания начала генерации на эффективность лазера С увеличением зарядного напряжения Uo с 25 кВ до 36 кВ, эффективность лазера возрастает от 3 1% до 4% Показано, что в этом диапазоне увеличения Uo уменьшается время запаздывания начала генерации с 77 не до 39 не В результате этого, уменьшается часть энергии накачки, которая теряется в процессах тушения эксимерных молекул ХеС1 До начала генерации, в режиме с Ug = 25 кВ теряется 6 6% вложенной энергии Уменьшение времени запаздывания на 40 не, снижает эту долю почти в 2 раза

Р,1Вг

11С

Рис 11 Мощность накачки - 1 и мощность излучения 2 - расчет, 3 - эксперимент

% от Е

6050 40 3020100

% от Е

1 1 35-

30-

О о а

0 и 25-

А 20-

А А л б А. 1510-

А А в т

• л . 5-

г 0-

50 100 150 200 250 300 350

Е, мДж см'

Е, мДж см*

Рис 12 Зависимость от энергии накачки Е„ доли Е„ распределенной по каналам образование ХеС1 * - а, тушение Хе\ HCl*,(v) — б, конверсия - в, рекомбинация — г

Рис 13 Зависимость от энергии накачки Еи доли Я„ распределенной по каналам) релаксация - а, тушение ХеС1" - б, индуцированное излучение - в, кпд лазера - г

В заключение главы, приводится обобщение результатов полученных во всем диапазоне условий рассмотренных в главах 2, 3 и 4 Приведены зависимости от энергии накачки распределения ее доли по основньм процессам, происходящим в плазме (рис 12,13) Показано, что в режимах отличающихся длительностью импульса возбуждения, давлением и составом газовой смеси, с изменением энергии накачки в диапазоне 80 — 360 мДж см"3, сохраняется относительное распределение энергии затраченной в процессах образования молекул ХеС1* , тушения возбужденных уровней Хе*, HCl(v) и HCl', рекомбинации и конверсии Хе+ в NeXe+

Уменьшение эффективности с ростом вкладываемой энергии кореллирует с увеличением потерь энергии в процессах тушения эксимерных молекул электронным ударом

Кроме того, были выявлены еще некоторые закономерности (таблица 2) Во всех режимах, где получена максимальная для данной смеси энергия излучения, на использование одной молекулы HCl затрачена энергия накачки ~10 эВ

С ростом начальной концентрации HCl уменьшается эффективность его использования, т е возрастает количество молекул необходимых для образования одного кванта излучения

Наиболее высокая эффективность получена в режимах с концентрацией электронов 1015 см"3 Увеличение концентрации электронов в плазме позволяет

получать энергию излучения 5 мДж ем"3 и выше, но приводит к снижению эффективности лазера

Таблица 2. Основные характеристики некоторых рассмотренных режимов

Е„ мДж см3 Р„, МВт см3 НС1о, см3 п„ см3 AHCI, % р мДж см3 P,JP„, % £„/ДНС1, эВ кол-во HCl на 1 фотон

640 114 5 0 10" 7 10" 98 10 1 8 82 314

360 62 2 5 10" 6 10" 90 8 26 100 17 84

172 3 1 3 1017 4 10" 73 43 3 1 116 13 7

165 27 1 3 ю'7 4 10" 65 3 5 3 7 11 8 15 8

158 1 1 2 10'7 3 10" 82 56 42 99 114

123 08 1 0 1017 2 10" 79 49 42 97 10 4

63 06 1 0 1017 1 10" 50 28 4 8 79 113

В заключении перечислены основные выводы и результаты работы, полученные впервые

1 Увеличение частоты прилипания электронов к молекулам НС1(у) с колебательным возбуждением происходит одновременно с ростом частоты ступенчатой ионизации Этим обусловлена большая скорость образования ХеСГ* молекул и высокая эффективности их создания

2 Энергия, вложенная в плазму, расходуется по следующим четырем основным каналам - образование эксимерных молекул, тушение возбужденных состояний Хе и НС1, электрон-ионная рекомбинация и конверсия атомарного иона Хе+ в молекулярный ион №Хе+

3 Значительные потери эксимерных молекул происходят в процессах их тушения электронами и молекулами НС1(у) До начала генерации они составляют 80% всех образованных ХеСГ Начало генерации снижает эти потери до 40%

4 При увеличении мощности накачки, которое необходимо при малой длительности импульса накачки, тушение электронами становится доминирующим процессом Это затрудняет формирование фотонной лавины и снижает эффективность лазера

5 Обоснована возможность увеличения удельной энергии излучения путем одновременного повышения концентрации НС1 в газовой смеси и увеличении мощности накачки При этом увеличиваются потери энергии в процессах тушения, и увеличение удельной энергии излучения происходит при снижении эффективности генерации

В приложении описывается модель ХеС1-лазера, на основе которой, получены все изложенные в работе результаты Основное приближение - предположение, что во время всей длительности импульса накачки сохраняется пространственная однородность разряда Кинетика процессов в плазме описывается балансными уравнениями, которые учитывают 229 реакций между 39 частицами Для определения скоростей процессов с участием электронов решается уравнение Больцмана Используется одномерная модель резонатора, в которой лазерное излучение формируется двумя потоками лазерных фотонов направленных на встречу друг другу Кроме того, систему уравнений завершают уравнения для цепи накачки, в которые разряд входит как переменное сопротивление

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1 Бычков Ю И, Макаров М К, Ямпольская С А, Ястремский А Г 0D Модель ХеС1-лазера Проблема оптимизации разряда накачки // Оптика атмосферы и океана — 1998 — Т И,№2-3 —С 149-154

2 Бычков Ю И Горчаков С JI Ямпольская С А Ястремский А Г Электрический разряд накачки ХеС1 лазера // Известия ВУЗов, серия Физика — 2000 — №5 — С 76-86

3 Ямпольская С А Расчет пространственно-временных характеристик разряда в активном объеме ХеС1 лазера // Известия ВУЗов, серия Физика — 2000 — №9 — С 108-110

4 Bychkov Yu, Gortchakov S, Yampolskaya S, Yastremsky A Experimental and theoretical investigations of a discharge pumped XeCl laser // Proc V Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technology—Tomsk, 2001 —P 316-333

5 Bychkov Yu I, Gortchakov S L, Yastremsky A G , Yampolskaya S A 2D simulation of the plasma channels formation in XeCl discharges // Proc XXVI ICPIG — Greifswald, Germany, 2003 —V 3 —P 73-75

6 Bychkov Yu, Yampolskaya S , Yastremsky A Influence of Q-factor value of optical resonator on spatial discharge structure and output characteristics of long pulse XeCl laser//SPIE proc —2002 —V 4047 — P 93-98

7 Bychkov Yu I, Gortchakov S L , Yastremsky A G , Yampolskaya S A Effect of pre-lonization border on development of mhomogeneities in electrical discharge pumped XeCl laser//SPIE proc —2002 —V 4047 — P 106-112

8 Bychkov Yu, Baksht E , Panchenko A, Tarasenko V, Yampolskaya S , Yastremsky A Formation of pumping discharge of XeCl laser by means of semiconductor opening switch//SPIE proc —2002 — V 4047 — P 99-105

9 Bychkov Yu , Yampolskaya S , Yastremsky A Two-dimensional simulation of initiation and evolution a plasma channel in the XeCl laser pumping discharge // Laser and Particle Beams —2003 — V 21 — P 233-242

10 Bychkov Yul, Losev VF, Panchenko YuN, Yampolskaya SA, Yastremsky AG Peculiarities of work of short pulse electrical discharge XeCl laser // Proc SPIE — 2003 — V 5483 — P 60-66

11 Bychkov Yu I, Gorchakov S L, Yampolskaya S A , Yastremsky A G Analysis of a short pulse operation of a discharge-pumped XeCl laser // Proc XXVII Intr Conf on Phenomena m Ionized Gases —Eindhoven, the Netherlands, 2005 —P 18-22

12 Bychkov Yu I, Losev V F, Panchenko Yu N, Yampolskaya S A , Yastremsky A G Research of short pulse discharge XeCl laser // SPIE proc — 2004 — V 5777 — P 558-561

13 Bychkov Yu I, Yampolskaya S A, Yastremsky A G The possibility to obtain the maximum energy of a discharge-pumped XeCl-laser II Proc XIII Intr Conf on Methods of Aerophysical Research —Novosibirsk, 2007 —V 2 —P 47-51

Ведение.

Глава 1. Электроразрядный ХеС1 лазер, состояние дел на сегодняшний день обзор).

1.1 Электрические схемы накачки.

1.2. Экспериментальные данные характеристик лазерного излучения

1.3. Моделирование ХеС1 лазера с однородным разрядом накачки.

1.4. Выводы к главе 1.

Глава 2. Разряд накачки длительности 50 не.

2.1. Результаты расчета, сравнение с экспериментом.

2.2. Режим с максимальной полученной энергией излучения, результаты расчета.

2.2.1. Электрические свойства разряда накачки.

2.2.2. Кинетика эксимерной молекулы ХеС1.

2.3. Основные процессы распределения энергии в плазме.

2.3.1. Передача энергии накачки в активную среду.

2.3.2. Распределение запасенной энергии.

2.3.3. Тепловые и другие виды потерь энергии в активной среде.

2.4. Зависимость энергии излучения и эффективности лазера от парциального давления НС1.

2.5. Выводы к главе 2.

Глава 3. Импульс короткой длительности.

3.1. Разряд накачки длительности 30 не.

3.1.1. Результаты расчета, сравнение с экспериментом.

3.1.2. Соотношения скоростей и частот некоторых основных процессов

3.1.3. Время запаздывания начала излучения.

3.1.4. Распределение энергии вложенной в разряд по основным процессам.

3.2. Разряд накачки длительности 20 не.

3.2.1. Электрическая схема, параметры и сравнение с экспериментом.

3.2.2. Концентрации частиц и частоты рождения-гибели электронов.

3.2.3. Увеличение мощности вводимой в разряд.

3.3. Выводы к главе 3.

Глава 4. Разряд накачки длительности ~ 150 не.

4.1. Электрическая схема.

4.2. Сравнение экспериментальных и расчетных данных.

4.3. Режим с зарядным напряжением 36 кВ, результаты и обсуждение.

4.3.1. Распределение введенной в активную среду энергии по кинетическим процессам.

4.4. Влияние времени запаздывания начала излучения на эффективность лазера.

4.5. Общие закономерности протекания процессов в разрядной плазме в диапазоне энергий накачки 60 - 360 мДж-см"3.

4.6. Выводы к главе 4.

Актуальность темы. До настоящего времени, эксимерный лазер на молекуле ХеС1 является одним из наиболее мощных источников интенсивного ультрафиолетового излучения. Тридцатилетняя история исследований ХеС1-лазера позволила достичь большого прогресса в этой области. На сегодняшний день реализованы как частотные, так и моноимпульсные режимы с генерацией в диапазоне длительностей от десятка до нескольких сотен наносекунд. Большинство лазерных установок, о которых сообщается в литературе, работает в диапазоне удельной энергии излучения 2-3,5 Дж/л при эффективности 2 - 3%. Однако есть сообщения о полученной удельной энергии излучения превышающей 7 Дж/л [6] и эффективности относительно вложенной энергии ~ 5% [5]. Широкий диапазон возможных характеристик излучения, а так же длина волны X = 0,308 мкм, принадлежащая ультрафиолетовой области спектра, позволяют ХеС1-лазеру находить применение в различных областях индустрии, медицины, а так же делают его мощным инструментом научных исследований.

Несмотря на то, что генерация на молекуле ХеС1 получена более 30 лет назад, существует ряд нерешенных вопросов. И эти вопросы относятся, прежде всего, к динамике протекающих процессов. Плазма объемного электрического разряда с концентрацией электронов ~1015 см-3 до настоящего времени остается недостаточно изученной. Более того, именно эксимерные лазеры стимулируют изучение такой плазмы. Проблема состоит в том, что за время длительности импульса накачки сильно изменяются скорости и соотношения скоростей, происходящих в плазме кинетических процессов, именно от этих изменений зависят, как характеристики плазмы, так и характеристики выходного излучения. В свою очередь, сами скорости зависят от совокупности выбранных начальных параметров.

В опубликованных работах по моделированию ХеС1 лазера недостаточное внимание уделялось анализу кинетических процессов. Результатами расчета являлись, как правило, зависимости тока и напряжения от времени, а также энергии и мощности выходного лазерного излучения, которые сравнивались с экспериментальными данными. При этом не было попыток выявить зависимости выходных характеристик лазера от взаимодействия кинетических процессов в плазме, а также получить расчетные результаты и выполнить анализ кинетических процессов для различных режимов накачки в широком диапазоне начальных параметров.

Цель работы. Провести анализ динамики процессов в плазме разряда накачки в широком диапазоне начальных условий. Обосновать возможность получения максимальных характеристик излучения. Выявить процессы, в которых происходят потери энергии в плазме и влияние на них начальных параметров.

Задачи исследований:

• Провести моделирование и сделать анализ кинетических процессов, от которых зависят характеристики излучения. Выявить зависимости характеристик излучения от начальных параметров.

• Определить временные зависимости скорости и частоты процессов ионизации, рекомбинации и прилипания электронов, эффективность создания эксимерных молекул, а также выявить потери энергии.

• Определить процессы, влияющие на время запаздывания генерации относительно накачки, выяснить возможность уменьшения времени запаздывания генерации.

• Определить скорости реакций, в которых происходит разрушение молекул НС1, выяснить возможность уменьшения потерь.

• Выяснить возможность увеличения удельной энергии излучения.

• Определить скорости процессов тушения эксимерных молекул.

Методика исследований. Методом исследований является численное моделирование режимов накачки, отличающихся мощностью накачки, длительностью импульса и составом газовой смеси. Получение временных зависимостей: концентрации электронов, возбужденных и нейтральных частиц, скоростей основных реакций, распределений поглощенной мощности и энергии по процессам.

Положения, выносимые на защиту

1. Энергия излучения определяется начальной концентрацией молекул НС1 в газовой смеси и эффективностью их преобразования в фотоны индуцированного излучения. С увеличением концентрации молекул НС1 происходит снижение эффективности их преобразования в фотоны. Оптимальная энергия накачки, при заданной концентрации молекул НС1, соответствует условию, при котором выгорание молекул НС1 составляет ~ 80% от начального их значения. Более высокая энергия накачки дает малое приращение энергии излучения и снижает эффективность лазера.

2. В широком диапазоне параметров: удельной энергии накачки (60 + 360) мДж-см"3, мощности (0.5 ^ 6.0) МВт-см'3 и длительности импульса (20 + 150) не, энергия создания эксимерных молекул составляет (47 ± 3)% вложенной энергии. Оставшаяся часть энергии переходит в тепло по трем каналам в следующем соотношении: процессы тушения возбужденных уровней Хе и НС1 (~30 %), преобразование атомарных ионов Хе+ в молекулярные NeXe+ (~15 %) и рекомбинация электронов (~ 7 %).

3. Энергия возбуждения молекул ХеС1(В,С) и ХеС1(В0С0) составляет -16% от энергии накачки. Тушение этих молекул происходит в столкновениях с электронами, молекулами HCl(v) и атомами неона. Суммарные потери энергии в процессах тушения соизмеримы с энергией индуцированного излучения при оптимальных условиях накачки, и возрастают с увеличением концентрации электронов.

4. Кинетические процессы в плазме разряда накачки ХеС1-лазера позволяют увеличить удельную энергию излучения до 10 Дж/л при эффективности излучения ~1 %. Дальнейшее увеличение энергии накачки и содержания НС1, ведет к снижению эффективности.

Достоверность, полученных результатов, подтверждается согласием расчетных зависимостей от времени тока разряда, напряжения на плазме, мощности излучения, а так же значений энергии излучения в широком диапазоне условий: мощности накачки 0.5 - 6 МВт-см', давления 2-6 атм, длительности импульса 20 -150 не и вложенной энергии 60 -350 мДж-см*3, с экспериментальными данными, полученными в работах [6,17,66,29], а также с расчетными результатами других авторов [6].

Научная новизна работы

1) Впервые проведено систематическое моделирование процессов протекающих в плазме разряда накачки ХеС1-лазера в диапазоне мощностей накачки 0.5 - 6 МВт-см"3, длительностей импульса 20 - 150 не и вложенной энергии 50 -350 мДж-см"3.

2) Впервые получено распределение энергии вложенной в плазму по процессам создания лазерного излучения и в реакциях тепловых потерь.

3) Впервые обосновано существование придельного значения удельной энергии излучения с увеличением в активной среде содержания НС1.

Научная ценность работы

1) На основе расчетных данных выявлены основные каналы потерь поглощенной энергии в плазме, а так же влияние на них таких параметров как мощность накачки, вложенная энергия и состав смеси.

2) Обоснованы оптимальные соотношения начальной концентрации НС1, вложенной энергии и мощности накачки, необходимые для получения максимальной энергии излучения и эффективности преобразования энергии вложенной в плазму в энергию излучения.

Практическая значимость работы

Полученные результаты позволяют:

1. Выбирать оптимальные начальные параметры для заданных характеристик излучения.

2. Разрабатывать инженерные методы расчета конкретных лазеров.

3. Проводить обучение студентов и аспирантов по специальностям физика плазмы и физика лазеров.

Личный вклад автора заключается в активном участии в постановке задач и целей исследований, проведении расчетов, анализе полученных результатов и формулировке выводов. Все результаты получены лично соискателем или совместно с соавторами при его непосредственном участии.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались на конференциях:

1) 3-rd International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers", Томск, сентябрь 1997.

2) Школа-семинар Сибирского физико-технического института, Томск, февраль, 2000.

3) 5-th Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and Laser Technology, Томск, октябрь 2000.

4) 4-th International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers", Томск, сентябрь 1999.

5) 5-th International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers", Томск, сентябрь 2001.

6) 6-th International Conference "Atomic and Molecular Pulsed Lasers", Томск, сентябрь 2003.

7) XXVI-th International Conference on Phenomena in Ionized Gases, Greifswald (Germany), июль, 2003.

8) .XXVII-th International Conference on Phenomena in Ionized Gases, Eindhoven (the Netherlands), июль, 2005.

Публикации. Результаты работы опубликованы в отечественной и зарубежной научной печати. По теме диссертации имеется 13 публикаций:

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 125 страницах машинописного текста, иллюстрируется 46 рисунками и 8 таблицами. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (69 источников) и приложения (16 страниц).

4.6. Выводы к главе 4

1. Использование полупроводникового прерывателя позволяет поднимать концентрацию электронов до значений порядка 1015 см"3 за времена ~5 не. Мощность первого импульса накачки должна быть достаточной для перехода к насыщенной генерации. Это позволяет уменьшить время запаздывания генерации и увеличить эффективность лазера.

2. В широком диапазоне условий накачки, доля от вложенной энергии, которая используется на образование эксимерных молекул, составляет 46-49%. Потери остальной энергии вложенной в плазму происходят в процессах тушения возбужденных уровней Хе, НС1, рекомбинации и конверсии.

3. Процент энергии, которая идет на образование XeCl**, уменьшается до 30-35% в режимах, где выгорает больше 90% содержания НС1 и концентрация электронов достигает значений порядка 1016 см'3, и в режимах, где концентрация электронов не достигает значения 1015 см"3 (40-45%)

4. Несмотря на то, что ~30% энергии теряется при релаксации эксимерных молекул с верхних колебательных уровней на уровень ХеС1(Ь0), эффективность передачи энергии, запасенной в эксимерных молекулах, в индуцированное излучение определяется процессами тушения эксимеров при столкновении с электронами и тяжелыми частицами.

5. Концентрация электронов ~1015 см"3 является оптимальной для получения высокой эффективности преобразования энергии накачки в лазерное излучение в XeCl лазера. Такие концентрации обеспечивают достаточные скорости всех процессов важных для получения эксимерных молекул. При этом потери энергии в активной среде оказываются меньше, чем для режимов с большей концентрацией электронов.

Заключение

В настоящей работе представлены результаты компьютерного моделирования электроразрядного ХеС1-лазера. Расчеты были проведены в широком диапазоне условий: длительности разряда накачки 20-150 не, мощности накачки 0.5-16 МВт-см" и энергии накачки 60 -420 мДж-см .

В ходе проведенных исследований получены новые расчетные данные динамики изменения концентраций частиц, скоростей процессов. Кроме того, получены распределения мощности и энергии поглощенной в плазме по основным процессам для разных условий возбуждения разряда. На основе анализа полученных данных сделаны следующие выводы.

1. Увеличение частоты прилипания электронов к молекулам HCl(v) с колебательным возбуждением происходит одновременно с ростом частоты ступенчатой ионизации. Этим обусловлена большая скорость образования XeCl** молекул и высокая эффективности их создания.

2. Энергия, вложенная в плазму, расходуется по следующим четырем основным каналам - образование эксимерных молекул, тушение возбужденных состояний Хе и НС1, электрон-ионная рекомбинация и конверсия атомарного иона Хе+ в молекулярный NeXe+.

3. Значительные потери эксимерных молекул происходят в процессах их тушения электронами и молекулами HCl(v). До начала генерации они составляют 80% всех образованных XeCl*. Начало генерации снижает эти потери до 40%.

4. При увеличении мощности накачки, которое необходимо при малой длительности импульса накачки, тушение электронами становится доминирующим процессом. Это затрудняет формирование фотонной лавины и снижает эффективность лазера.

5. Обоснована возможность увеличения удельной энергии излучения путем одновременного повышения концентрации НС1 в газовой смеси и увеличении мощности накачки. При этом увеличиваются потери энергии в процессах тушения, и увеличение удельной энергии излучения происходит при снижении эффективности генерации.

1. Ischenko V. I., Lisitsyn V. N., Razhev A. M. // Opt. Comm.— 1977. — V. 21. —P. 30.

2. Makarov M., Bonnet J., Pigache D. High efficiency discharge-pumped XeCl laser // Appl. Phys. B. — 1998. — V. 66. — P. 417-426.

3. Lacour В., Brunet H., Besaucelle H., Gagnol C. High average power XeCl and pulsed HF chemical lasers //Proc SPIE. — 1992. — V. 1810. —P. 498-503.

4. Bychkov Yu. I., Vinnik M. L., Makarov M. K. Large-aperture 15-J unswitched electric-discharge XeCl laser with an output energy 15 J // Sov. J. Quantum. Electron. — 1992. — V. 22, № 6. — P. 498-499.

5. Witteman W.J., van Goor F.A., Timmermans J.C.M., Couperus J. and van Spijker J. Improved x-ray swithched XeCl laser // Proc. CLEO 93. — 1993, Baltimore USA.—paper CthI3.

6. Riva R., Legentil M., Pasquiers S. and Puech V. Experimental and theoretical investigations of a XeCl phototriggered laser // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1995, — V. 28. —P. 856-872.

7. Lo D., Xie J. G. A megawatt eximer laser of small discharge volume (3.8 cm3) // Opt. and Quantum Electron. —1989. — V.21. — P. 147-150.

8. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Импульсный разряд в газе в условиях интенсивной ионизации электронами // УФН. — 1978. — Т. 126, №3. — С. 451-479.

9. Бычков Ю.И., Осипов В.В., Савин В.В. Электоразрядные импульсные лазеры на двуокиси углерода // Газовые лазеры. — Сб. ст. под ред. Р.И. Солоухина. — Новосибирск. — Наука. — 1977. — С. 252 -271.

10. Palmer P.S. A physical model on the initiation of atmospheric-pressure glow discharges // Appl. Phys. Lett. — 1974. — V. 25, №3. — P. 138-140.

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

12. Kushner M.S. Microarcs as a termination mechanism of optical pulses in electric-discharge-exited KrF eximer laser // IEEE Trans. Plasma Sci. — 1991. — V. 19, №2. —P. 387-399.

13. Bruzzese R., Hogan D. Analysis of temporal-length limitation in XeCl lasers //Nuovo Cim. — 1983. — V. 76B, № 1. — P. 54-61.

14. Coutts J., Webb C. Stability of transverse self-sustained discharge-exited long-pulse XeCl lasers // J. Appl. Phys. — 1986. — V. 59, № 3. — P. 704-710.

15. Osborn M., Hutchinson M., Coutts J., Webb C. Output pulse termination of a self- sustained excimer laser // Appl. Phys. Lett. — 1986. — V. 49, № 1. — P. 7-9.

16. Makarov M. Effect of electrode processes on the spatial uniformity of the XeCl laser discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1995. — V. 28. — P. 1083-1093.

17. Bychkov Yu.I., Losev V. F., Panchenko Yu.N., Yampolskaya S.A., Yastremsky A.G. Peculiarities of short pulse electrical discharge XeCl Laser // Proc. SPIE. — 2003. — V. 5483. — P. 60-65.

18. Borisov V. М., Demin A.I., Eltsov A.V., Khristoforov О.В., Kiryukhin Y.B., Prokofiev A.V., Vinokhodov A.Y., Vodchits V.A. Development of next generation excimer lasers for industrial applications // Proc. SPIE. — 2003. — V. 5137, № 1. — P. 241-249.

19. Treshchalov A. Influence of dye laser radiation on the preionization and discharge stability of XeCl laser // Proc. SPIE. — 1994. — V. 2206. — P. 314-322.

20. Basting D., Pippert K., Stamm U. History and future prospects of eximer laser technology // RIKEN Rev. — 2002. —№ 43. — P. 14-22.

21. Sato Y., Ionue M., Haruta K., Murai Y. High repetition rate operation of a long pulse eximer laser // Appl. Phys. Lett. — 1994. — V. 64, № 6. — P. 679-680.

22. Giordano G., Letardi Т., Muzzi F., Zheng С. E. Mugnetie pulse compressor for prepulse discharge in spiker-sustainer exitation technique for XeCl lasers // Rev. Sci. Instrum. — 1994. — V. 65, № 8. — P. 2475-2481.

23. Van Goor F.A., Witteman W. J. High-average power XeCl laser with x-ray pre-ionization and spiker-sustainer exitation // Proc. SPIE. — 1992. — V. 2206. — P. 3040.

24. B. Lacour, C. Vannier Phototriggering of a 1-J excimer laser using either UV or x-rays // Appl. Phys. — 1987. — V. 62. — P. 754-758

25. S. Bollanti, P. Di Lazzaro, F. Flora, G. Giordano, T. Hermsen, T. Letardi, C.E. Zheng Performance of a ten-liter electron avalanche-discharge XeCl laser device // Appl. Phys. B. — 1990. — V. 50. — P. 415-423.

26. Legentil M., Pasquers S. , Puech V., Riva R. Breakdown delay time in phototriggered discharges // J. Appl. Phys. — 1992. — V. 72. — P. 879-887.

27. Бакшт E. X., Панченко A. H., Тарасенко В.Ф. Эффективный длинноимпульсный XeCl лазер с предымпульсом формируемым индуктивным накопителем энергии // Квантовая электроника. — 2001. — Т. 30, № 6. — С. 506508.

28. Ефимовский С.В., Жигалкин А.К., Курбасов С.В. Спектр усиления длинноимпульсного XeCl лазера, измеренный в диапазоне 307-308.8 нм с разрешением 1 см"1 // Квантовая электроника. — 1995. — Т. 22, № 5. — С. 455-457.

29. Bernard N., Hofinann Т., Fontaine В.В., Delaporte Ph., Sentis М., Forestier В. Small volume long pulse x-ray preionized XeCl laser whith double discharge and fast ferrite magnetic switch // Appl. Phys. B. — 1996. —V. 62. —P. 237- 240.

30. Hofinann Т., Bernard N., Fontaine B.B., Delaporte Ph., Sentis M., Forestier B. 200 W spiker-sustainer XeCl laser // Proc. SPIE. — 1994. — V. 2206. —P. 46-51.

31. Champagne L., Dudas A., Harris N. Current rise-time limitatin of the large volume x-ray preionized discharge-pumped XeCl laser // J. Appl. Phys. — 1987. — V. 62, № 5. — P. 1576-1583.

32. Long W., Plummer M., and Stappaerts E. Efficient discharge pumping of an XeCl laser using a high-voltage prepulse // Appl. Phys. Lett. — 1983. — V.43, № 8.1. P. 735-737.

33. Басов В., Коновалов И.Н. Электроразрядный XeCl лазер с КПД 4% и энергией генерации 15 Дж // Квантовая электроника. — 1996. — Т. 23, № 9. — С. 787-790.

34. Fisher С., Kushner М., DeHart Т., McDaniel J., Pert R., and Ewing J. High efficiency XeCl laser with spiker and magnetic isolation // Appl. Phys. Lett. — 1986. — V. 48, №23. — C. 1574—1576.

35. Osborne M., Smith P., and Hutchinson M. Effect of gas composition and purity on eximer laser operation // Opt. Comm. — 1985. — V. 52, № 6. — P. 350-354.

36. Bychkov Yu, Makarov M., Suslov A., Yastremsky A. //Rev. Sci. Instrum. —1994. —V.65,№ 1. —P. 28-33.

37. Gerritsen J., Ernst G. // Appl. Phys. B. — 1988. — V. 46. — P. 205- 210.

38. Hasama Т., Miyazaki K., Yamada K., and Sato T 50 J discharge-pumped XeCl laser // IEEE Quantum Electr. — 1989. — V.25, №1. — P. 113-120.

39. Lacour В., Besaucele H., Brunet H., Gagnol C., and Vincent B. Study of a photoswitched discharge for eximer laser // Proc. of Int. Conf. Gas and Chemical Lasers. —1996. —P. 425-432.

40. Komi T. and Sugii M. Compact semi-sealed-off, high-repetition-rate XeCl laser with a surface-wire-corona preionization // Rev. Sci. Instrum. — 1994. — V. 65. — P. 7.

41. Miyazaki. K., Toda Y., Hasama Т., Sato T. // Rev. Sci. Instrum. — 1985.1. V. 56. —P. 2.

42. Steyer M., Bin O., Stankov K., Szabo G., Mizoguchi H., Schafer F. Wide aperture x-ray preionized eximer laser with variable cross-section using flat electrodes // Proc. SPIE.— 1988. — V.1023. — P. 75-79.

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

44. Bollanti S., p. Di. Lazzaro, Flora F., Giordano G., Letardi Т., Schina G., Zheng C.E. Ianus, the three-electrode eximer laser // Appl. Phys B. —1998. — V. 66. — P. 401-406.

45. Gerritsen J. W., L.A. Keet and Ernst G. J., Witteman W.J. High-efficiency operation of a gas discharge XeCl laser using a magnetically induced resonant voltage overshoot circuit // J. Appl. Phys. — 1990. — V. 67, № 7. — P. 3517-3519.

46. Панченко Ю.Н., Иванов Н.Г., Лосев В.Ф. Особенности формирования активной среды в короткоимпульсном электроразрядном XeCl лазере // Квантовая электроника. — 2000. — V. 35, № 9. — С. 816-820.

47. Johnson Т. Н., Palumbo L. J., Hunter А. М. Kinetics simulation of high-power gas laser // IEEE J. Quantum Electron. — 1979. — V.QE-15, № 5. — P. 289-301.

48. Levin L. A., Moody S. E., Klosterman E. L., Center R. E. Kinetic model for long-pulse XeCl laser performance // IEEE J. Quantum Electron. — 1981. — V.QE-17, №12, —P. 2282-2289.

49. Демьянов A.B., Кочетов И.В., Напартович А.П., Капителли М., Горсе К., Лонго С. Моделирование 10-литрового электроразрядного XeCl-лазера // Квантовая электроника. — 1992. — Т. 19, № 9. — С. 848-852.

50. Riva R., Legentil М., Pasquiers S. and Puech V. Ionization-attachment balance in neon-HCl pulsed discharges // J. Phys. D: Appl. Phys. V. — 1993. —V. 26. — P. 1061-1066.

51. Maeda M., Takahashi A., Mizunami Т., Miyazoe Y. Kinetic model for self-sustained discharge XeCl lasers // J. Appl. Phys. 1982. — V. 21, № 8. — P. 1161-1169.

52. Kvaran A., Shaw М and Simons J. // Appl. Phys. В. —1988. — V. 46. —1. P. 95.

53. Tisone G., Hoffman J. Study of the XeCl laser pumped by a high-intensity electron beam // IEEE J. Quant. Electron. —1982. — V.18, № 6. — P.1008—1020.

54. Domcke W. Mundel C. Calculation of cross sections for vibrational excitation and dissociative attachment in HC1 and DC1 beyond the local-complex-potential approximation // J. Phys. B: At. Mol. Phys. — 1985. — V. 18. — P. 4491-4509.

55. Longo S., Gorse C., Capitelli M. Open problems in the XeCl laser Physics // IEEE Trans. Plasma Sci. — 1991. — V. 19, № 2. — P. 379-386.

56. Longo S., Capitelli M., Gorse C., Demyanov A. V., Kochetov I. V., Napartovich A. P. Non-Equilibrium vibrational, attachment and dissociation kinetics of HC1 in XeCl Selfsustained laser discharges // Appl. Phys. B. — 1992. —V. 54. — P. 239-245.

57. Rockwood S. D. Elastic and inelastic cross section for electron-Hg scattering from Hg transport data // Phys. Rev. A. — 1973. —V. 8, № 5. — P. 23482358.

58. Gorse C., Capitelli M., Dipace A. Time-dependent Boltzmann equation in a self-sustained discharge XeCl laser: Influence of electron-electron and superelastic collisions // J. Appl. Phys. — 1990. — V. 67, № 2. — P. 1118-1120.

59. Stielow G., Hammer Th. and Botticher W. Verification of a XeCl* laser model by measurement of the plasma conductivity // Appl.Phys.B — 1988. — V. 47 — P. 333-342.

60. Loffhagen D., Winkler R. A New nonstationary boltzmann solver in self-consistent modelling of discharge pumped plasmas for eximer lasers // J. Сотр. Phys. — 1994. —V. 112, №1.— P. 91-101.

61. Bychkov Yu.I., Losev V. F., Panchenko Yu.N., Yastremsky A.G., Yampolskaya S.A. Researches of short pulse discharge Xecl laser // Proc. SPIE. —2004. — V. 5777.—P. 558-561.

62. Sherman В. The difference-differential equation of electron energy distribution in gas // J. of Math. Analysis and Appl. 1960. - N.l. - P.342 - 354.

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

64. Мудров A.E., Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль // Радио и связь. -1991.- Томск, С. 270.