1.4 Образование эксимерных молекул

Столкновения незаряженных частиц и образование молекулы XeCl*

1. Xe* + HCl(1)  XeCl** + H

Основные реакции ион-ионной рекомбинации с образованием XeCl**

2. Xe⁺ + Cl^-  XeCl**

3. NeXe⁺ + Cl^-  XeCl** + Ne

В разряде имеется два основных процесса образования эксимерной молекулы XeCl*. Первым таким процессом считают ион-ионную рекомбинацию положительных атомных или молекулярных ионов благородных газов и отрицательных ионов галогена (реакции 2, 3). Константы скоростей этих реакции очень высоки, ввиду кулоновского притяжения разноименно заряженных ионов.

В результате ион-ионной рекомбинации образуется неустойчивый комплекс XeCl**. Вернее считается, что существуетXeCl**, покаXe⁺иCl^-находятся на расстоянии порядка межатомного, поскольку кинетической энергииXe⁺иCl^-достаточно, чтобы разлететься. Фактически для образования эксимерной молекулыXeCl(b,c) необходимо, за то время покаXe⁺иCl^-находятся на межатомном расстоянии отвести излишнюю энергию из состоянияXeCl** столкновением с какой-нибудь частицой. Чаще всего такой частицей является атом буферного газа неона. Реакции колебательной релаксации обеспечивают такое девозбуждение, имея высокие константы скоростей.

Молекула XeCl** может быть сформирована в результате столкновений незаряженных частиц (1). Константы скоростей этих реакций на 3 порядка меньше констант ион-ионной рекомбинации, однако эти реакции имеют значительное влияние из-за более высоких концентраций реагирующих компонентов по сравнению с ион-ионной рекомбинацией. Также как и в первом случае необходимо релаксировать энергиюXeCl** до состоянияXeCl(b,c).

1.5 Электрические схемы ввода энергии в объемный разряд

При вводе энергии, первоначально запасенной в емкостном накопителе, в газовый объем лазера сопротивление межэлектродного промежутка уменьшается тем быстрее, чем больше вводимая электрическая мощность W_B. Таким образом, специфичность электрических схем, содержащих газоразрядный промежуток, состоит в наличии переменного сопротивления, разряда R_p, зависящего от параметров как схемы, так и самого самостоятельного объемного разряда.

Колебательный режим ввода энергии крайне нежелателен из-за увеличения времени ввода энергии _в и развития неустойчивостей в объемном разряде при _в > _ну.

Обычно в электроразрядных системах стремятся к режиму согласования, при котором

R_p

Решение задачи ввода в разряд определенной энергии E_в = CU₀²/2 за короткое время _в ~ _ну в режиме согласования (с учетом того факта, что использование очень высоких значений U_o технически неудобно) предполагает сведение к минимуму индуктивности разрядно­го контура L. Помимо использования схемы накачки с сосредоточен­ными L и С в технике формирования мощных электрических импуль­сов с амплитудой напряжения от нескольких единиц до нескольких сотен киловольт используют коаксиальные и полосковые линии.

Конкретная электроразрядная схема обычно содержит "ключ" (раз­рядник или тиратрон), при включении которого импульс напряжения передается на электроды газоразрядного промежутка. Такой ключ, отделяющий линию от протяженных электродов в случае одноканального исполнения, может резко ухудшать условия согласования и соответственно режим ввода энергии . Другим существенным недостатком использования системы ввода энергии, в которой емкост­ный накопитель отделен от электродов одноканальным разрядником, является различие индуктивности контуров для токов, протекающих в областях ближних и дальних по отношению к разряднику (рис. 4,а). Обеспечение пробоя разрядника многими синхронно развивающимися каналами в варианте схемы, изображенной на рис.4,а, - задача до­вольно сложная.

Указанного недостатка частично лишена ЭЛС, изображенная на рис. 4,б, которая в настоящее время широко используется. ЭЛС содержит два контура - малоиндуктивный и контур с большей индуктивностью, определяемой наличием разрядника. Накопитель малоиндуктивного контура с емкостью С_о может быть выполнен в виде полосковой линии или набран из керамических конденсаторов, расположенных вдоль всей длины электродов. Этот накопитель импульсно заряжается при коммутации основного накопителя С (СС₀), и при достижении на С_о напряжения пробоя газового промежутка запасенная в Со, С энергия передается в разряд. Быстрое нарастание тока обусловлено малым  ~ именно малоиндуктивного контура. Недостатком такой ЭЛС является медленное нарастание напряжения на газоразрядном промежутке, определяемое временем зарядки накопителя малоиндуктивного контура, что приводит к малому значению достигаемо­го перенапряжения К_п и обеднению прикатодной области начальными электронами. Следствием этого является ухудшение условий формирования объемного разряда.

В варианте ЭЛС, изображенной на рис. 4,в, малое время нарастания напряжения на электродах обеспечивается многоканальным разрядником. При импульсной, т.е. относительно быстрой, зарядке малоиндуктивного накопителя осуществление многоканального пробоя, как будет показано ниже, достигается сравнительно легко. Именно в подобной электроразрядной схеме получены рекордные уровни энергии генерации в моноимпульсном режиме.

Многообразие задач, в которых могут быть использованы эксимерные ЭЛС, определяет их конкретное устройство.

Рисунок 4. Принципиальные схемы электроразрядных лазерных систем.