- •Эффективные импульсно-периодические эксимерные лазеры
- •1. Введение
- •2. Кинетика
- •2.1 Эксимерные молекулы
- •2.2 Плазмо-химические реакции.
- •3.Упрощенная моделькинетики образования XeCl молекулы.
- •3. Система возбуждения.
- •3.1 Механизмы возбуждения эксимерных лазеров
- •3.2 Возбуждение эксимерного лазера элекронным пучком
- •3.3 Возбуждение зксимерного лазера разрядом
- •3.4 Общая характеристика систем предыонизации
- •3.5 Основные схемы возбуждения ээл
- •3.6 Использование lc-контура для возбужденияэлектроразрядных эксимерных лазеров
- •3.7 Описание схемы lc-инвертора
- •4. Системы прокачки рабочей смеси
- •5. Резонатор лазера
- •5.1 Формирование лазерного излучения
- •5.2 Формирование расходимости выходного излучения при использовании различных типов резонаторов
- •5.3 Формирование узкой спектральной линии излучения в селективных резонаторах, включающих в себя дифракционные решетки и эталоны Фабри-Перо
- •6. Экспериментальные приборы и методики измерений
- •6.1 Приборы и методы измерения
- •6.2 Погрешности измерений
- •6.3. Экспериментальные установки и их характеристики
- •7. Исследования формирования качественного излучения
- •7.1 Расходимость выходного излучения сформированного в плоско-параллельном резонаторе.
- •7.2 Формирование излучения с узкой спектральной линии в селективном резонаторе.
- •Литература
7. Исследования формирования качественного излучения
Экспериментальное исследование угловой направленности проводилось для плоско параллельного резонатора, плоскопараллельного резонатора с пространственными фильтрами.
Рис.23 - плоскопараллельный резонатор
7.1 Расходимость выходного излучения сформированного в плоско-параллельном резонаторе.
При использовании в XeCl лазере плоскопараллельного резонатора на выходе формируется прямоугольный в поперечном сечении пучок, соответствующий размерам активной области 23×5 мм. При фокусировке такого пучка в фокальной плоскости образуется пятно в виде сильно вытянутого эллипса. При этом оси эллипса соответствовали плоскостям разрядного промежутка. Поэтому измерение угловой направленности излучения такого резонатора проходило по двум направлениям: поперек разряда, и в направлении протекания тока разряда.
Экспериментально измеренное угловое распределение энергии выходного пучка в направлении поперек и в направлении разряда показано на Рис 24. Из кривой 1 (Рис.24) видно что, в излучении присутствует слабо расходящийся керн в котором сосредоточено 90 % энергии и имеющий расходимость в 7 раз превышающую дифракционный предел 7д (0.58 мрад), и крыло с расходимостью до 25д (2.3 мрад), в котором содержится примерно 10% всей энергии. По-видимому, данный участок углового распределения энергии задается одно и 2х проходовым усиленным спонтанным излучением (УСИ). В направлении разряда (кривая 2) энергия в керне уменьшилась до 45 %, из-за того что, вдоль протекания тока разряда геометрический размер активной области больше, чем в направлении поперек разряда и доля УСИ оказывает значительно большее влияние.
Так как оно не только увеличивает угловую диаграмму направленности, но и существенно снижает инверсную населенность в активной среде.
Для формирования малой расходимости и уменьшения доли шумовой компоненты в излучении, мы установили в плоско параллельный резонатор пространственные фильтры.
Оптическая схема резонатора приведена на рис 25 а. Резонатор состоял из плоского диэлектрического зеркала с коэффициентом отражения 99% и кварцевой пластины с коэффициентом отражения 8%. С обеих сторон от активной среды располагались сменные диафрагмы диаметром 1.4 или 3 мм.
Для данного резонатора были проведены измерения угловой расходимости, энергии и временного профиля выходного излучения.
Энергетические диаграммы направленности приведены на Рис 26. Из рисунков видно, что, при использовании в резонаторе двух диафрагм диаметром 1.4 мм, выходное излучение имеет расходимость 0.5 мрад, данное значение близко к дифракционному пределу. Полная энергия пучка составила 0.23 мДж. С увеличением диаметра диафрагм до 3 мм, энергия выходного пучка выросла до 1.8 мДж, однако расходимость ухудшилась до 4д и составила 0.9 мрад.
Расчет числа Френеля N для резонатора с диафрагмами диаметрами 1.4 и 3 мм дает величины равные 5 и 22, соответственно. При внесении диафрагм в резонатор длительность импульса генерации уменьшилась в 2 раза по сравнению с резонатором без диафрагм и составила 15 нс Рис 20 Уменьшение длительности импульса объясняется увеличением потерь с внесением диафрагм, которые повышают уровень порога генерации и тем самым увеличивают время на установление генерации. Расстояние между двумя пиками в импульсе Рис 27, соответствует времени полного обхода излучения по резонатору.
2 1
Рис.24 - Угловое распределение по энергии в лазерном пучке при использовании плоско параллельного резонатора. 1- поперек разряда, 2- в направлении разряда, /диф- отношение гула расходимости к углу дифракционной расходимости.
Рис. 26 - Угловое распределение энергии в плоско параллельном резонаторе с диафрагмами в резонаторе; для диафрагмы диаметром 1.4 мм; для диафрагмы диаметром 3 мм; /d - угол расходимости излучения отнесенный к углу дифракционной расходимости.
Рис.27 - Временная форма лазерного импульса в плоско параллельном резонаторе с диафрагмами 1.4 мм