В.Ф. Тарасенко, В.С. Верховский, А.И. Федоров, Е.Н. Тельминов

ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ   ХеСl- ЛАЗЕР

Приведены схема и конструкция компактного электроразрядного лазера и результаты исследования генерации в смесях Не — Хе — СНСl₃ (НСl). На λ = 308 нм получена энергия излучения в импульсе 127 мДж, мощность излучения 12 МВт и средняя мощность излучения ~ 0,4 Вт при частоте повторения 10 Гц. Показано, что в импульсно-периодическом режиме происходит восстановление хлороносителя в смеси.

Лазеры на галогенидах благородных газов представляют собой класс мощных лазеров, работающих в УФ области спектра. Электроразрядные эксимерные лазеры отличаются простотой конструкции и позволяют получать высокие средние мощности излучения [1—5]. В настоящей работе описана конструкция компактного электроразрядного эксимерного лазера и приводятся результаты исследований генерации в смеси Не—Хе—СНСl₃ (НСl).
Электрическая схема и конструкция лазера показаны на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Электрическая схема лазера:
РУ — управляемый разрядник
Р — разрядники ГИНа
L — индуктивность контура зарядки емкости С₂
ИП — искровые промежутки
ЛП — лазерный промежуток
ЛК — лазерная камера
С₁ — емкости ГИНов (К15-10; 0,01 мкФ; 40 кВ)
R₁— зарядные сопротивления
R₂ — токовый шунт
R₃, R₄ — делитель напряжения.

Рис. 2. Конструкция лазера:
1 — металлический корпус
2 — изолятор
3 — электрод ИП
4 — конденсаторы К15-4 (470 пФ, 40 кВ)

Емкость С₂ за время запаздывания пробоя лазерного промежутка (ЛП) заряжается от двух двухступенчатых генераторов импульсного напряжения (ГИН), включенных параллельно, причем разрядник РУ является общим для обоих ГИНов. Предыонизация осуществляется от 40 искровых промежутков (ИП), включенных в цепь зарядки емкости С₂ и установленных около анода. Емкость С₂ набрана из 20 конденсаторов К15-4, которые равномерно распределены по длине лазерного, промежутка и обеспечивают малую индуктивность разрядного контура L₁ = 1,6 нГ. На рис. 3 показаны осциллограммы импульсов напряжения на промежутке (зарядное напряжение U₀ = 30 кВ) при работе на оптимальной смеси и на холостом ходу.

Рис. 3. Осциллограммы напряжения на промежутке (1), холостого хода напряжения (2) и импульса излучения (3).
Смесь Не : Хе : НСl = 500 : 10 : 1, p = 3,6 атм, U₀ = 30 кВ

Малая индуктивность контура зарядки емкости C₂  L= 50 нГ позволяет за 50—60 нс получить напряжение на промежутке ~ 1,7U₀, и при этом осуществляется эффективная предыонизация лазерного промежутка. Высокую скорость нарастания напряжения на промежутке удалось получить за счет соответствующей компоновки лазерного промежутка и системы возбуждения, рис. 2.
Все элементы лазера собраны внутри стальной трубы диаметром 19 см, которая разделена пластиной из диэлектрика на два объема. В верхнем, заполненном азотом до давления ~ 2 атм, расположены ГИНы, в нижнем — лазерный промежуток, емкость С₂ и искровые промежутки подсветки. Размеры активной области 80 х 0,5 х 2,4 см (межэлектродный промежуток d = 2,4 см). Объем лазерного блока 10 л, что позволяло длительное время работать без замены рабочего газа. В экспериментах использовался внутренний резонатор, образованный плоским зеркалом с покрытием Аl и плоскопараллельной кварцевой пластиной.
Энергия и мощность излучения регистрировались измерителем мощности и энергии ИМО-2, временные характеристики импульса излучения — фотодиодом ФЭК-22 и измерителем временных интервалов И2-7. Испытания лазера проводились на молекулах XeCl* (λ ~ 308 нм).
На рис. 4 приведены зависимости энергии излучения от зарядного напряжения и от частоты срабатывания для двух галогеноносителей СНСl₃ и НСl.

Рис. 4. Зависимости энергии излучения от зарядного напряжения (а) и средней мощности при U₀ = 30 кВ от частоты повторения (б) для смеси Не : Хе : НСl = 500 : 10 : 1 (1) и Не : Хе : СНСl₃ = 3400 : 20 : 1 (2)

Максимальная энергия излучения составила 127 мДж при мощности 12 МВт. Осциллограмма типичного лазерного импульса показана на рис. 3. Его длительность на полувысоте составляет ~ 10 нс, а время задержки излучения относительно начала разряда ~ 30 нс. Резкое увеличение энергии излучения при зарядных напряжениях выше 20 кВ (рис. 4, а) связано с насыщением лазерного перехода, а линейный рост энергии излучения с 26—28 кВ (при квадратичном росте запасаемой в ГИНах энергии) обусловлен уменьшением времени запаздывания пробоя лазерного промежутка.
При испытаниях лазера смесь в лазерной камере время от времени заменялась, причем, как мы отмечали ранее [4], лучшие результаты были получены при использовании галогеноносителя СНСl₃. Так, на данном лазере в смеси Не—Хе—СНСl₃ после 10⁴ импульсов энергия излучения уменьшалась не более чем на 15 %. Если предположить, что каждая молекула СНСl₃ участвует в создании только одного кванта света, то в этих условиях через ~ 1000 импульсов были бы использованы все молекулы СНСl₃. Полученные результаты показывают, что в смеси происходит восстановление молекул хлороносителя.
Таким образом, описанный в настоящей работе мощный и простой по конструкции эксимерный лазер может применяться для получения генерации на различных молекулах галогенидов благородных газов.

1  В.Н. Ищенко, Н.В. Карлов, Б.Б. Крынецкий, В.Н. Лисицын, В.А. Мишин, А.М. Ражев. Письма в ЖТФ. 3, 1044 (1977).

2  Uсhinо, М. Маеda, J. Коhnо, Т. Shibatа, С. Nagasawа, М. Nivоnо. Appl. Phys. Letts, 3, 807 (1978).

3  R.S. Taylor, W.J. Sarjearit, A. J. Alсосk, К.E. Leopold. Optics Comms, 25,231 (1978).

4  Ю.И. Бычков, М.H. Костин, В.Ф. Тарасенко, А.И. Федоров. Квантовая электроника, 5, 1164 (1978).

5  С.В. Ефимовский, А.К. Жигалкин, Ю.Л. Сидоров. Письма в ЖТФ,  5, 664 (1979).