Изучение параметров эксимерных лазеров

Министерство образования Республики Беларусь

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»

Кафедра лазерной физики и спектроскопии

изучение параметров эксимерных лазеров

курсовая работа

студента 4курса физико-

технического факультета

Анисько Р.И.

Научный руководитель:

преподаватель кафедры

лазерной физики и

спектроскопии

Володенков А.П.

Гродно 2004

РЕФЕРАТ

Реферат курсовой работы «изучение параметров эксимерных лазеров» студента физико-технического факультета УО Гродненский государственный университет имени Янки Купалы Анисько Р.И

Объем 14 с., 7 источников.

Ключевые слова:

Эксимерный лазер, длительность,спектр.

Объект исследования –эксимерные лазеры.

Цель работы – сделать обзор литературы по управлению параметрами эксимерных лазеров.

Сделан обзор литературы по управлению параметрами эксимерных лазеров.

Полученные данные предпполагается использовать для совершенствования лазеров.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. мощность накачки и энергия генерации эксимерных лазеров

2. насыщение , рассеяние и спектр лазерного излучения

3. оптимизация параметров эксимерных лазеров

4. другие характеристики эксимерных лазеров

ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение

Класс импульсных газовых лазеров, объединенных названием ”эксимерные” возник сравнительно недавно, в начале 70-ых годов. В настоящее время эксимерные лазеры на галогенидах благородных газов являются наиболее мощными источниками когерентного излучения в УФ-области спектра, генерация получена на большом количестве длин волн от вакуумного ультрафиолета до видимой области спектра.

Данный класс газовых лазеров работает на переходах эксимерных молекул (которые существуют только в возбуждённых состояниях – XeCL, KrF, ArF, и др.). Лазеры, работающие на переходах данных молекул наиболее эффективны и хорошо изучены. Выходная энергия таких лазеров достигает нескольких сот джоулей при КПД до 10% . Ещё одним достоинством данного класса лазеров является то, что они эффективно работают при различных способах накачки, а системы накачки являются универсальными для получения генерации на различных молекулах при замене рабочей смеси.

Перечисленные достоинства обуславливают широкую область применения эксимерных лазеров. Они используются для накачки лазеров красителях (лучших источников перестраиваемого когерентного излучения видимого диапазона), травление кремневых матриц при обработке материалов высокой степени частоты, разделения изотопов. Перестраиваемое излучение эксимерных лазеров может использоваться в селективной технологии для получения особо чистых веществ, для изучения воздействия на биохимические процессы. Но основное применение эксимерных лазеров – это возможность их использования для поиска качественно новых эффектов, не достижимых с обычными источниками света, для детального изучения нелинейных спектроскопических явлений, тонкострунных спектров сложных молекул, для исследования лазерно-индуцированных процессов.

Известно, что для эксимерных лазеров требуется относительно высокий уровень интенсивности накачки. В электроразрядных эксимерных лазерах интенсивность накачки составляет от нескольких десятых до нескольких сотых единиц МВт/см3 причём, для различных типов эксимерных лазеров оптимальные значения этого параметра, определяемые с точки зрения максимальной эффективной накачки, существенно различны.

В настоящее время будет рассмотрено управление параметрами эксимерных лазеров.

Целью этой работы является литературный обзор по управлению параметрами эксимерных лазеров.

1.Мощность накачки и энергия генерации эксимерных лазеров

Рассматриваются результаты экспериментального исследования мощного электроразрядного KrF-лазера с УФ предионизацией. Показано, что рост средней мощности в лазере наблюдается при увеличении частоты следования импульсов вплоть до 620 Гц - частоты, при которой достигается максимальная для рассматриваемого класса лазеров средняя мощность излучения 630 Вт. Полученные результаты демонстрируют реальные перспективы создания индустриального KrF-лазера со стабилизированной средней мощностью 300-500 Вт. При стабилизированной средней мощности 300 Вт лазер мог работать непрерывно, без смены газовой смеси 8 ч (12-106 импульсов), при этом нестабильность генерации от импульса к импульсу составляла ~2%.

Проведены сравнительные исследования характеристик двух компактных KrF-лазеров с различными геометрией и скоростью газового потока. В обоих лазерах была использована одна и та же электроразрядная система, оптимизированная для достижения высокой эффективности KrF-лазера (~3.5%). Установлено, что при работе лазера в режиме с высокой частотой повторения импульсов специфика возникающих в газодинамическом контуре акустических возмущений влияет на однородность разряда и генерацию лазера

Исследовано влияние добавок гелия на генерационные и усилительные характеристики лазера ближней ИК области спектра на Ar-Xe-смеси с накачкой электронным пучком. Показано, что при давлении двухкомпонентной лазерной смеси ~ 1 атм и максимальной в данной работе плотности электронного тока] ~ 1.4 А/см2 эффективность лазера далека от максимальной. Уменьшение плотности электронного тока или добавление гелия в активную среду приводят к резкому увеличению энергетических параметров. Полученные результаты интерпретируются в терминах компенсации избыточной мощности накачки за счет уменьшения скоростей процессов перемешивания лазерных уровней электронным ударом при уменьшении концентрации вторичных электронов в первом случае или при охлаждении электронов в соударениях с легкими атомами гелия во втором случае. Для смеси состава Аг:Хе = 200:1 с давлением 1 атм при) j= 0.2 А/см2 достигнут рекордный для лазеров с электронно-пучковым возбуждением КПД

4.5 %.

Экспериментально исследованы энергетические и временные характеристики накачки и излучения импульсного газоразрядного эксимерного KrF-лазера (Х = 248 нм) с использованием буферного газа Не. На основе искрового разрядника РУ-65 разработана конструкция и оптимизированы параметры высоковольтной схемы возбуждения типа LC-инвертор с автоматической УФ предионизацией. В газовой активной среде состава He:Kr:F2 = 89.8:10:0.2 при полном давлении 2.5 атм впервые получен КПД лазера по запасенной энергии 2.4 % при энергии излучения 0.57 Дж. Максимальная энергия генерации KrF-лазера составила 0.82 Дж при длительности импульса на полувысоте 24 нс, удельной энергии 5.9 Дж/л и КПД 2.0 %.

Рассчитаны и экспериментально измерены параметры XeCl-лазера с апертурой 25 х 25 см, возбуждаемого двумя встречными электронными пучками. Для оптимальной смеси состава Аг:Хе:НС1 = 700:10:1 при общем давлении 2.5 атм энергия импульса генерации с длительностью 250 нс на полувысоте превышала 200 Дж, коэффициент усиления слабого сигнала go = 0.065 см-1, коэффициент ненасыщенного поглощения У.О = 0.015 см-1. КПД лазера относительно всей вложенной в активный объем энергии составил 3.0 %.

Исследован электроразрядный XeCl-лазер с активной областью размером 5.5 х 7 х 100 см и накачкой генератором на основе емкостных накопительных линий. В качестве быстродействующего коммутатора использован многоканальный искровой разрядник. Предионизаиия рабочей смеси Ne-Xe-HCl осуществлялась мягким рентгеновским излучением. При постоянном зарядном напряжении на емкостных линиях получены энергия импульса излучения 10.5 Дж и КПД по запасаемой энергии 3 %. При импульсной зарядке емкостных линий энергия