Розрахунок просторових та енергетичних характеристик KrF лазера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Ексимерні лазери

2. Основні параметр і характеристики KrF - лазера

3. Компактний KrF-лазер потужністю 600 Вт

4. Розрахунок просторових та енергетичних характеристик KrF лазера

Висновок

Список використаної літератури

лазер ексимерний басов інверсний

Вступ

Лазер - пристрій для генерування або підсилення монохроматичного світла, створення вузького пучка світла, здатного поширюватися на великі відстані без розсіювання і створювати винятково велику густину потужності випромінювання при фокусуванні (108 Вт/смІ для високоенергетичних лазерів). Лазер працює за принципом, аналогічним принципові роботи мазера. Лазери використовуються для зв'язку (лазерний промінь може переносити набагато більше інформації, ніж радіохвилі), різання, пропалювання отворів, зварювання, спостереження за супутниками, медичних і біологічних досліджень і в хірургії.

Лазер - джерело когерентного, монохроматичного і вузькоспрямованого електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, яке характеризується великою густиною енергії. Існують газові лазери, рідинні та на твердих тілах (діелектричних кристалах, склі, напівпровідниках). В лазері має місце перетворення різних видів енергії в енергію лазерного випромінювання. Головний елемент лазера - активне середовище, для утворення якого використовують: вплив світла, електричний розряд у газах, хімічні реакції, бомбардування електронним пучком та ін. методи «накачування». Активне середовище розташоване між дзеркалами, які утворюють оптичний резонатор. Існують лазери неперервної та імпульсної дії. Лазери отримали широке застосування в наукових дослідженнях (фізика, хімія, біологія, гірнича справа тощо), голографії і в техніці.

1. Ексимерні лазери

Роботи М.Г.Басова з накачування рідкого ксенону потужним електронним пучком відіграли вирішальну роль у створенні ексимерних лазерів - вперше була реалізована лазерна генерація безпосередньо на фотодисоціативному переході. Зараз ексимерні лазери є найпотужнішими в УФ діапазоні спектра.

Під ексиплексами у фотохімії звичайно розуміють хімічні сполуки (комплекси), які стійкі в електронно-збудженому стані і легко розпадаються (дисоціюють) в основному стані. Ексимер - це ексиплекс, що складається з ідентичних атомів або фрагментів (димер, тример тощо).

Робочою частинкою ексимерного лазера є молекули-димери деяких благородних газів та їх галоїдів, які можуть існувати стабільно лише в збудженому стані. Механізм створення інверсної населеності ексимерних лазерів ілюстрований схемою електронних рівнів димера XY (X - атом благородного газу: Xe, Kr, Ar, Y; Y - атом галогену F, Cl, Br та інші). В основному стані благородні гази, як правило, не утворюють хімічних сполук (за винятком ХеРг), оскільки їх електронна оболонка заповнена.

Генерація в ексимерних лазерах відбувається на фотодисоціативних переходах зі збудженого, зв'язаного, стану в основний. Спектральна ширина фотодисоціативного переходу велика, що зумовило основні труднощі на шляху реалізації лазерної генерації. Основний стан молекули XY нестійкий, тобто характеризується відштовхувальним термом. Потенціальна яма свідчить про можливість виникнення стійкого стану внаслідок збудження молекули. Створення такої молекули можливе за допомогою пучків швидких електронів або внаслідок зіткнення збудженого атома з незбудженим за схемою:

X^* + 2X > X₂^* +X (1.1)

Рис. 1 Створення інверсної населеності в ексимерних лазерах

X^* + Y₂ > XY^* +Y (1.2)

а також реакції типу

X⁺ + Y₂ +e> XY^* +Y (1.3)

Час життя збудженої молекули X₂^* або XY^* відносно раціональних процесів складає 10^-9...10^-7 с. Опинившись в основному стані, молекула розпадається. Тому раціональне руйнування верхнього рівня відбувається за схемою

X Y^*(X^*₂ ) > X +Y(X)+hн

Розпад молекули в основному стані забезпечує автоматичне спустошення нижніх лазерних рівнів. Через відштовхувальний характер нижнього терма генерація ексимерних лазерів може відбуватися на різних довжинах хвиль. Особливістю ексимерних лазерів є високе значення квантового ККД. Характеристики лазерних переходів різних молекул наведені в таблиці:

Широка лінія підсилення, малий час життя верхнього лазерного рівня, а також необхідний для ефективного протікання процесів (1.1), (1.2), (1.3) високий тиск робочої суміші приводить до необхідності високої інтенсивності накачування з енергією 0,1...1 Дж/см³ за час 0,1...1 нс (порогова густина накачування 500 кВт/см³). Інтенсивність насичення робочого переходу 100 МВт/см². Вимоги до чистоти газу пов'язані з тим, що фотодисоціативні переходи димерів інертних газів лежать у ВУФ діапазоні, а енергії кванта вистачає на іонізацію атомів і молекул багатьох домішок. Щоб коефіцієнт поглинання на домішках (паразитне поглинання) був меншим від коефіцієнта підсилення, необхідне виконання умови

Тут Nаd - концентрація домішки; - переріз фотодисоціації; у_ad- перетин її фотоіонізації. Оскільки перерізи фотоіонізації і фотозбудження домішки зазвичай мають один порядок з перерізом фотодисоціації, концентрація домішки повинна бути менша ніж концентрація димерів В той же час для забезпечення високої густини потужності накачування необхідно використовувати щільні гази , що вимагає очищення від домішки до . Принципові обмеження на потужність лазерів на димерах інертних газів накладає фотоіонізація димера робочим випромінюванням. Якщо переріз такої реакції перевищує переріз фотодисоціації , підсилення взагалі неможливе. Хоча зазвичай >, реакція фотоіонізації обмежує довжину активного середовища, яке може бути раціонально використане, і тим самим - об'єм активного середовища ефективного лазера на димерах інертних газів.

Лазери на димерах благородних газів, що збуджуються електронним пучком за схемою (1.1), працюють на однокомпонентних середовищах при тисках ?10 атм і дозволяють отримувати потужність випромінювання в імпульсі до 10⁷...10⁸ Вт при ККД до 20 %.

Збудження лазерів на ексимерах галоїдів інертних газів можна проводити не тільки при потрійних, але й при бінарних зіткненнях (1.2), (1.3). Це дозволяє знизити тиск робочого середовища до 0,5...1,5 атм (інертний газ - 10...100 тор, галогени або галогеноносії типу SF₆, NF₃ - 1...10 тор, решта буферні гази - Ar, Ne) і використовувати для її збудження газорозрядну імпульсну техніку з попередньою іонізацією розрядного проміжку. Енергія таких ексимерних лазерів в моноімпульсі може досягати - 10² Дж (KrF) при ККД - 2 % і імпульсній потужності ?10⁹ Вт.

Газорозрядний спосіб збудження дозволяє реалізовувати також імпульсно-періодичний режим генерації ексимерних лазерів. Досягнута в теперішній час частота імпульсів становить 10²...10³ Гц при середній потужності випромінювання 10-100 Вт і ККД - 1 %.

Порогове значення інверсії для ексимерних лазерів досить велике. Це зумовлено короткохвильовим діапазоном їх випромінювання та широкою лінією підсилення активної речовини. Вираз для коефіцієнта підсилення у випадку, коли в нижньому стані молекули відсутні, має вигляд

де N_B - густина молекул у верхньому стані; ?н - ширина лінії підсилення; А₂₁ - ймовірність спонтанного випромінювання; л - довжина хвилі. Для ексимерних лазерів А₂₁=10⁷ ч10⁸с^-1; л = (2ч3)10^-5 см, тому, задаючи порогове значення підсилення ч=10^-2, побачимо, що здійснення генерації потребує достатньо високої концентрації ексимерних молекул N_B =10¹⁴ ч10¹⁵ см^-3. Для створення потрібної густини збудження молекул потрібно забезпечити відповідне значення густини енергії накачування с = 10^-2 Дж/см³ за час 10^-8 -10^-7с.

2. Основні параметр і характеристики KrF - лазера

Перші повідомлення про запуск лазерів на галогенідах благородних газів з'явилися в 1975 р. Була отримана генерація на фотодисоціативних переходах ексиплексних молекул XeBr (л=282 нм), XeCl (л=308 нм), XeF (л=351,353 нм), KrF (л=248 нм). Енергетична діаграма KrF - лазера представлена на рис.47. Вже в 1975 р. була досягнута потужність 100 МВт, а в 1976 р. - енергія випромінювання 108 Дж на KrF* і 92 Дж на ArF при ефективності 3% від вкладеної в газ енергії. Наприкінці 70-х - на початку 80-х років були створені серійні лазери на XeCl*, KrF*, ArF*. Максимальна ефективність досягається під час накачування електронним пучком.

Рис 2.1 Потенціальні криві молекулярної структури KrF

Звертаючись до механізмів збудження, зазначимо, що електричне збудження приводить, переважно, до утворення збуджених атомів та іонів Kr. Обидві частинки відразу спричиняють утворення збуджених молекул KrF. Збуджений атом Kr може реагувати з молекулою F₂ за такою схемою реакції:

Kr^* + F₂ > (KrF)^* + F (2.1)

Використовуючи розглянуту вище аналогію між збудженими атомами інертного газу й атомами лужних металів, можна відразу припустити, що швидкість реакції (34) буде сумірна зі швидкістю реакції між Rb (атом лужного металу, що відповідає Кr) і молекулою F₂. Іон Кr⁺, навпаки, реагує з іонами F-, які утворюються в реакції приєднання електрона з дисоціацією:

е + F₂ > F- + F

Зазначимо, що для одночасного виконання законів збереження енергії та імпульсу рекомбінація двох іонів повинна протікати при трикратному зіткненні:

F- + Кr⁺ + М > (KrF)* + М

де М - атом буферного газу (як правило, гелій).

Через велику відстань взаємодії двох іонів така реакція йде з дуже великою швидкістю, якщо тиск буферного газу достатньо великий. На відміну від димерів інертних газів, для галогенідів важливими є реакції гасіння робочого стану компонентами робочої суміші. Наприклад, швидкість гасіння KrF галогенами й атомами криптону в потрійних зіткненнях має порядок 510^-10 та 510^-3 см⁶/с, відповідно. Отже, частоти гасіння зіткненнями дорівнюють частоті спонтанного радіаційного розпаду відповідно при [F₂] ? 210¹⁷ см^-3 і [Kr] ? 10¹⁹ см^-3. Однак для забезпечення достатньої густини потужності накачування потрібні густіші середовища. Необхідної густини досягають додаванням у робочу суміш буферного інертного газу, що слабо гасив би верхні робочі стани. Як правило, використовують потрійну суміш R'-R-Xe₂, де R' - буферний інертний газ, R - робочий інертний газ, Xe₂ - галоген. Часто галогени замінюють їх леткими сполуками, наприклад, HCl, NF₃, HBr, XeF₂, SF₆, BCl₃, CCl₄. Типові співвідношення концентрацій [R'] : [R] : [Xe₂] ? (10³ - 10²) : (10² - 10) : 1.

Ексимерні лазери на галогенідах інертних газів здебільшого накачуються електричним розрядом.

Попередня іонізація найчастіше досягається іскровими розрядами, внаслідок чого утворюється випромінювання УФ-діапазону. Оскільки глибина проникнення УФ випромінювання в газову суміш обмежена, для великих установок (поперечні розміри розряду більше 2-3 см) іноді застосовують попередню іонізацію рентгенівським випромінюванням. Для лабораторних пристроїв і найбільших установок інколи використовують також накачування зовнішнім електронним пучком. При пучковому накачуванні генерація реалізована на різноманітних комплексах при таких параметрах пучка: U - 0,1-2 МВ, j = 6-103 А/см² (повний струм 150 кА), ф_i ? 1,4 мкс. Найбільший ККД щодо вкладеної в середовище енергії досягнуто в KrF при високій (2-7 МВт/см³) густині потужності накачування густого середовища (?3 атм). Отримана енергія 40-50 Дж/л, побудовані потужні широкоапертурні установки з вихідною енергією до 6 кДж.

Оскільки час життя верхнього рівня порівняно невеликий, а також для уникнення утворення дуги, необхідно забезпечити швидке накачування (тривалість імпульсу накачування 10-20 нс).

Рис 2.2 Енергія в імпульсі, що випромінюється ТЕА-лазером з УФ попередньою іонізацією електричного розряду. В кожному лазері використовується та сама лазерна трубка, заповнена відповідним газом

Ексиплексні лазери на галогенідах інертних газів на сьогоднішній день є найпотужнішими джерелами стимульованого випромінювання в УФ області (рис. 2.2).

3. Компактний KrF-лазер потужністю 600 Вт

У міру збільшення середньої потужності і надійності імпульсно-періодичних ексимерних лазерів економічний ефект їх застосування в багатьох технологічних процесах робиться очевидним. Перш за все це відноситься до мікрообробки матеріалів, виробництва інтегральних схем, відпалювання -кремнієвих плівок в технології виробництва рідкокристалічних дисплеїв, маркування і т.д. Причому для ряду застосувань ефективніший вплив випромінювання KrF-лазера (л = 248 нм), чим більш довгохвильового випромінювання ХеCl-лазера (л = 308 нм), для якого в даний час вже отримана кіловатна середня потужність. Досягнення такої середньої потужності дня KrF-лазера є більш важчим завданням, ніж для ХеCl-лазера. Це пов'язано насамперед з необхідністю забезпечення просторової однорідності розряду під фторовмісних газових сумішах при більш високих, ніж у XeCl-лазерах, інтенсивності накачки. Істотна також велика критичність ефективності генерації KrF-лазерів до інтенсивності випромінювання і її просторовому розподілу. Вперше порівняно висока середня потужність у KrF-лазері (~210 Вт).

В даний час максимальна стабілізована середня потужність (~ 170 Вт) досягнута в комерційному KrF-лазері, створеному у фірмі «Лямбда Фізик» (Lambda Physik GmbH). Використання кераміки в якості конструкційного матеріалу лазерної головки KrF-лазерів дозволило авторам збільшити час життя газової суміші до 12* імпульсів при одній газовій заправці, використовуючи тільки інжекцію .

Кілька років тому у фірмі «Лямбда Фізик» була розпочата розробка і більш потужного імпульсно-періодичного ексимерного лазера. Удосконалена газодинамічна система цього лазера, що забезпечує швидкість прокачування газу між електродами V до 50 м/с, робить його привабливим для створення потужних, компактних ексимерних лазерів, призначених для використання в різних технологічних процесах.

В на ХеCl-лазері досягнута середня потужність 420 Вт при частоті проходження імпульсів 500 Гц, проте максимальна отримана середня потужність на KrF-лазері становила лише 350 Вт, т. к. при f > 400 Гц спостерігалося різке зниження енергії в імпульсі.

Розглядаються результати експериментального дослідження потужного злектророзрядного KrF-лазера з УФ періодизазією. Показано, що ріст середньої потужності в лазері спостерігається при збільшенні частоти дослідження імпульсів аж до 620 Гц - частота, при якій досягається максимальна для даного класу лазерів середня потужність випромінювання 630 Вт. Отримані результати демонструють реальні перспективи створення індустріального KrF-лазера із стабілізованою середньою потужністю 300-500 Вт. При стабілізованій середній потужності 300 Вт лазер міг працювати неперервно, без зміни газової суміші 8 год. (12* імпульсів), при цьому нестабільність генерації від імпульсу до імпульса становить ~ 2%.

Результати експериментів

На рис. 3.1, а показано поперечний переріз лазерного модуля. Конструктивно корпус лазерного модуля передставляє собою алюмінієву трубу 1 з внутрішнім діаметром 420 мм, в яку поміщена електродна система з системою предіонізації 2, діаметральний вентилятори 3 та теплообмінник 4. У лазері використовуються електроди, профільовані таким чином, що при міжелектродній відстані 36 мм, довжина розряду є рівна ~ 880 мм, а ширина - приблизно 12 мм. По обидві сторони високовольтного електрода розташовувалися 84 свічки УФ предіонізації. Заземлений електрод кріпився на металевій пластині, яка в свою чергу механічно була з'єднана з корпусом лазера за засобом зворотних струмопроводів 5. Розділовий діелектрик високовольтного електрода 6 був виконаний з тефлону. Конструктивна індуктивність лазерної головки становила 6.5 нГн.

Рис. 3.1 Поперечний перетин KrF - лазера (а), принципова електрична схема збудження розряду KrF - лазера (б) і типові осцилограми напруги на LC- генераторі (1), конденсаторі (2), розрядному проміжку (3) і струму через тиратрон (4)

Діаметральний вентилятор 3 приводився в рух зовнішнім електродвигуном через магнітну муфту. Блок розгону електродвигуна забезпечував можливість плавного регулювання частоти обертання вентилятора в межах 0 - 3000 об./хв. Теплообмінник 4 забезпечував ефективну теплову потужність 25 кВт, що виділялися в газовому контурі розрядом і вентилятором.

Електрична схема накачування, що використовується в лазері, представляла собою LC - інвертор з двома ступенями імпульсного стискання (рис. 3.1, б). Така схема накачування дозволяє застосовувати в якості комутатора тиратрон ІТТ-8614 з часом інвертування LC - генератора 2.7 мкс, що забезпечує паспортний термін служби тиратрона ( ~ імпульсів). В якості елементів 1-ої і 2-ої ланок стиснення у схемі накачування лазера використовувалися відповідно багатовитковий (МК-1) і одновитковий (МК-2) магнітні ключі. Сумарний коефіцієнт стискання імпульсу накачування для даної схеми дорівнював 12.

Оптимізація параметрів схеми проводилася за засобом комп'ютерного моделювання (програма Pspise) роботи схеми накачування, при цьому варіювалися ємності всіх конденсаторів, параметри ключів, зарядна напруга, тривалість тиратронного струму. У результаті проведеної оптимізації були вибрані наступні ємності конденсаторів: = = 97 нФ, = 52.5 нФ, = 50.8 нФ, що забезпечувало передачу приблизно 75% енергії із , в . На рис. 3.1, в приведені типічні осцилограми напруг на LC-генераторі, конденсаторі і розрядному проміжку, а також струму тиратрона.

Відомо, що ефективність генерації ексимерних лазерів (особливо на фторовмісних молекулах) можна підвищити у визначених межах зменшуємо тривалості фронту наростання напруги на високовольтному електроді і зменшуємо тривалості струму розряду. Тривалість струму розряду визначається більшою мірою індуктивністю лазерної головки і можливість її зменшення обмежена пробивними напругами по поверхні діелектрика, на якому кріпиться високовольтний електрод.

Ми міняли тривалість фронту наростання напруги на високовольтному електроді шляхом зменшення індуктивності ключа МК-2 в насиченому стані, шляхом використання двох ключів МК-2, включених паралельно, і, нарешті, шляхом використання третьої ступені стискання імпульсу накачування. Проведені експерименти показали, що при тривалості фронту наростання напруги на , меншою 170 нс, не відбувається збільшення ефективності досліджуваного лазера. Тривалість фронту ~ 170 нс цілком забезпечувалося схемою з двома ступенями стискання та одним ключем МК-2, при цьому максимальна ефективність досліджуваного KrF - лазера складала 2.8% при зарядній напрузі 17 - 18 кВ.

Оптимізація складу газової суміші проводилася нами в два етапи. На першому етапі перебували такі парціальні тиски , Kr і загальний тиск суміші, при яких досягалася максимальна енергія Eg і ефективність генерації при f ? 100 Гц. Було встановлено, що з підвищенням загального тиску газової суміші (аж до 3.3 атм) Eg збільшується, проте ця тенденція не зберігається при високих частотах прямування (f > 300 Гц). Таким чином, оптимальний з точки зору максимальної енергії генерації складу газової суміші не являється таким для досягнення максимальної середньої потужності. Другий етап оптимізації був проведений при f ? 500 Гц. Було знайдено, що склад газової суміші : Kr: Ne = 2.9:58:2600 мбар являється оптимальним для досягнення максимальної середньої потужності випромінювання при f ? 500 Гц. Тривалість світлового імпульсу по напів висоті при цих умовах складала приблизно 30 нс.

Рис. 3.2 Розподіл вздовж довжини електродів L швидкості потоку газу V в міжелектродному проміжку без згладжуючих газових потоків сіток (1) і при подвійній сітці, встановленої після діаметрального вентилятора (2), отримані при швидкості обертання вентилятора 2750 об./хв

Рис. 3.3 Залежності середньої потужності KrF-лазера W від частоти проходження імпульсів f для швидкості прокачки газу в міжелектродному проміжку 20 (1), 26 (2), 32 (3), 36 (4) і 40 м/с (5) при = 18 кВ

Велике значення для досягнення високих середніх потужностей має швидкість газу в міжелектродному проміжку і її розподілення. На рис. 3.2 приведені результати вимірювань розподілу швидкості патока газу V по довжині злектродів L, отримані в повітрі при тиску 1 атм для швидкості обертання вентилятора ~ 2750 об./хв. Крива 1 відповідає випадку, коли газовий потік перегороджували тільки зворотні струмовводи (по 15 с кожної сторони). Видно, що флуктуації швидкості по довжині злектродів досить великі ( ~ 14%).

Крива 2 отримана для випадку, коли перед розрядним проміжом установлювалися дві металічні сітки з прозорістю 70% кожна, які згладжували неоднорідності газового потоку. З рис. 3.2 видно, що постановка сіток дозволила суттєво згладити флуктуації швидкості потоку вздовж електродів, а також, що критичним місцем газодинамічної системи даного лазера є зменшена швидкість газового потоку на краях електродів. Візуальне спостерігання розряду на визначених частотах прямування підтверджує цей вивід. Насправді, зі збільшенням частоти проходження імпульсів однорідність розряду погіршується, причому поява сильноточивих каналів, слідкуючих за цим погіршенням, спостерігається передусім на кінцях електродів.

Рис. 3.4 Залежності середньої потужності KrF-лазера W (1) і середньоквадратичне відхилення енергії імпульсів (2) від частоти проходження імпульсу f, отримані при = 24 кВ і V = 40 м/с

Рис. 3.5 Залежності середньої потужності KrF-лазера W від частоти проходження імпульсів f при довжині розряду 800 (1) і 880 мм (2), = 18кВ

На рис. 3.3 приведені результати вимірювання середньої потужності випромінювання в залежно від f для різних V. Видно, що при швидкості прокачування газу V ? 32 м/с ріст середньої потужності спостерігається аж до f = 620 Гц, після чого, незалежно від швидкості продуву, починається спад, швидкість якого залежить від швидкості продуву газової суміші.

На рис. 4 приведені залежності середньої потужності випромінювання та середньоквадратичного відхилення енергії генерації окремих імпульсів від f при граничному для схеми накачування цього лазера зарядною напругою = 24 кВ. Видно, що при f = 620 Гц вдалося досягти середньої потужності 630 Вт. При f > 550 Гц залежності мають немонотонний характер з яскраво вираженими максимумами і мінімумами, причому максимумам середньої потужності відповідають мінімуми і навпаки.

Ми пробували знизити вплив зменшених швидкостей газу на кінцях електродів, для чого відключили по чотири предіонізаційні свічки з кодного торця високовольтного електрода, розраховуючи на пропорційне скорочення довжини розряду. Дійсно, в результаті цієї операції довжина розряду зменшилася з 880 до 800 мм, так що (див. рис. 3.2) мінімальна швидкість продуву на краях розрядної області зросла приблизно на 3-5 м/с. При цих умовах і зарядній напрузі 18 кВ була знята залежність середньої потужності від частоти проходження імпульсів, показана на рис. 5 кривої 1; крива 2 - та ж залежність для розряду з початковою довжиною 880 мм. З порівняння цих двох кривих видно, що зменшення довжини розряду дозволило отримати середню потужність лазерного випромінювання ~500 Вт при f = 780 Гц. Обмеження потужності використовуючих високоволтних джерела живлення схеми збудження розряду не дозволило нам зняти таку ж залежність при зарядних напругах більше 18 кВ.

4. Розрахунок просторових та енергетичних характеристик KrF лазера

Параметри KrF лазера

Модовий склад :

Тип лазера : KrF

Вихідна потужність (імпульсна) : = 7 мВт

Режим роботи: імпульсний

Радіус кривизни дзеркал резонатора : = 2; = 5;

Довжина резонатора : L = 1,5;

Коефіцієнт дифракційних втрат : =0,01;

Коефіцієнт сумарних втрат : =0,032;

Розраховуємо узагальнені параметри резонатора:

Рис. 4.1 Діаграма стійкості лазера

Визначаємо величину зміщення перетяжки від центра резонатора, для чого визначаємо спочатку параметри і u:

Визначаємо мінімальний розмір каустика (розмір перетяжки) , визначивши спочатку параметр :

Знаходимо розміри світлової плями на обох дзеркалах резонатора W(Z):

Визначаємо діаметр газорозрядного капіляра (кювети):

Розраховую спектральні характеристики резонатора:

Розраховую частоту ₀:

Розраховую ширину спектральної лінії резонатора _р, враховуючи сумарні втрати :

Розраховую відстань між сусідніми частотами резонатора :

Розраховую ширину спектральної лінії випромінювання лазера _N:

Розраховую допплерівську ширину лінії підсилення _D

Розрахунок вихідної потужності лазера

Розраховуємо число Френеля :

Розраховуємо дифракційні втрати :

Розрахувати втрати на дзеркалах :

Розрахувати сумарні втрати :

Розрахувати поріг генерації :

Розрахувати густину струму потужності насичення :

Розрахувати площу поперечного перерізу капіляра :

Розрахувати потужність вхідного випромінювання лазера :

Розрахувати ККД резонатора :

Рис. 4.2 Контур підсилення активного середовища

Висновок

У даній роботі ми розглянули ексимерний лазер KrF. Ознайомились із його параметрами та характеристиками. Детально ознайомились з основними частинами ексимерного лазера. Розглянули енергетичну діаграму KrF - лазера. Розрахували просторові та енергетичні характеристики KrF лазера.

Таким чином, у роботі показано, що при використанні компактного газодинамічного контуру (при ретельній оптимізації складу газової суміші KrF-лазера), а також виборі типу схеми збудження розряду і умов прокачки газової суміші можна досягти рекордної для даного класу лазерів середньої потужності (більше 600 Вт). У лазері досить легко реалізується стабілізація середньої потужності в діапазоні 300 - 500 Вт протягом тривалого часу з хорошою стабільністю енергії генерації від імпульса до імпульсу (1.5-2.5%) поза залежністю від частоти f. Зокрема, була продемонстрована неперервна робота KrF-лазера протягом 8 год. без зміни газу при стабілізованій потужності ~300 Вт. Розглядається створення компактного KrF-лазер з можливістю стабілізувати середню потужність випромінювання в діапазоні 300-500 Вт як прототип індустріального лазера, призначеного для широкого кругу технологічних застосувань.

Список використаної літератури

1. http://uk.wikipedia.org/wiki/Лазер.

2. Фізичні основи електронної техніки: підручник, З.Ю. Готра, І.Є. Лопатинський, Б.А. Лукіянець, З.М. Микитюк, І.В. Петрович. Львів: Видавництво „Бескид Біт”, 2004. 880 с.

3. Квантова електроніка та лазерна техніка: конспект лекцій / З. М. Микитюк.

4. Квантова електроніка: журнал, В.М.Борисов, А.Ю.Виноходов, В.А. Водчитц, А.І. Демин, А.В.Ельцов, Д.Бастинг, У.Штам, Ф.Фос 25 №2 1998р.

Размещено на Allbest.ru