Газы для эксимерных лазеров

Эксимерный лазер, сделанный на хлоридах благородных газов

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, к эксимерным лазерам с замкнутой системой регенерации газовой смеси.

В данной системе осуществляется последовательно высокотемпературная и криогенная очистка газовой смеси. Для высокотемпературной очистки используется геттер на основе титана (для лазеров на фторидах), либо на основе кальция (для лазеров на хлоридах).

В геттере осуществляется химическое взаимодействие продуктов деградации активной среды с Са или Т. Криогенная очистка позволяет адсорбировать примеси, оставшиеся после прохождения газовой смесью геттера.

Для обеспечения полной очистки процесс повторяют три раза, пропуская газовую смесь через аналогичных звенья. Все, включая основной галоген, галогенсодержащие соединения отфильтровываются, так как обладают повышенной химической активностью.

Поэтому необходимо осуществлять дополнительный напуск галогена в рабочий объем, причем количество его строго дозируется. Галоген часто подается в смеси с благородным газом (Ne или Не), что приводит к увеличению давления активной среды, и начиная с определенного давления требуется дополнительная откачка, в результате которой часть благородных газов выбрасывается в атмосферу, т.е. система является квазизамкнутой.

Недостатком этой системы является высокая стоимость эксплуатации лазера из-за повышенного расхода дорогостоящих благородных газов. Кроме того, при работе криогенной очистки расходуется жидкий азот, что также повышает стоимость эксплуатации.

Другим недостатком системы является необходимость работы с чистыми галогенами (F2, Cl2, газообразный НСl) или их смесями с благородными газами (Не или Ne), поэтому всегда существует опасность отравления обслуживающего персонала в случае утечки газа, общее количество которого может быть значительным для обеспечения необходимого времени работы лазера.

Поэтому должны быть приняты соответствующие меры безопасности, например использование дорогостоящей химической стойкой газовой арматуры, вентиляции адсорбентов, что приводит к еще большему удорожанию системы.

Предлагаем ознакомиться:  Нарушение полей зрения Диагностирование нарушений зрения Коррекция зрения

Целью изобретения является снижение стоимости эксплуатации эксимерного лазера на хлоридах благородных газов за счет экономии благородных газов, повышение безопасности эксплуатации лазера, а также снижение стоимости эксимерного лазера за счет упрощения конструкции системы газонапуска.

Указанная цель достигается тем, что в качестве источника газообразного хлористого водорода используется управляемый однокамерный или двухкамерный генератор HCl, включенный в газовом потоке вслед за геттером, а также тем, что использование геттера для предварительной откачки лазерной камеры позволяет полностью отказаться от других систем откачки и регенерации.

Геттер выполнен на основе щелочных и щелочноземельных металлов (Сa, Ba, Mg, K, Na, Li) или их смеси, которые взаимодействуют с большинством продуктов распада газовой среды эксимерного лазера, а также со всеми компонентами атмосферного воздуха (кроме Ar) с N2, O2, CO2 и Н2О.

Это позволяет использовать геттер в качестве форвакуумного насоса для предварительной откачки лазерной камеры эксимерного лазера. Остающийся один процент аргона слабо влияет на кинетику эксимерного лазера.

Более того, в случае ArCl лазера атмосферный аргон может служить исходным газом для получения генерации. Рабочий диапазон температур геттера лежит в пределах от 20 до 600оС, в зависимости от используемого металла.

В систему регенерации после геттера по току газа включен управляемый генератор газообразного НСl, который добавляют в газовую смесь, состоящую на выходе из геттера большей частью из смеси благородных газов (Ne:Ar, He: Xe, Ne:Kr и др.).

В отличие от многоступенчатой системы регенерации, не прореагировавшие примеси будут повторно взаимодействовать с геттером при последующих проходах газовой смеси через геттер. В предлагаемой конструкции генератора HCl выбраны химические реакции, в которых газообразный НСl образуется внутри рабочего объема в результате контролируемой химической реакции, инициируемой нагревом одного или нескольких химических компонентов до температуры от 30 до 600о.

Предлагаем ознакомиться:  Тобрекс при конъюнктивите у ребенка — Все о проблемах с глазами

Скорость наработки НСl зависит от температуры реагентов. При этом в нерабочем состоянии (при комнатной температуре) скорость выделения НСl практически равна нулю и даже при разгерметизации системы не существует опасности отравления обслуживающего персонала.

Система позволяет осуществить качественную регенерацию газовой смеси, которая не сопровождается повышением давления в лазерной камере. Поэтому не требуется дополнительная откачка камеры, что позволяет существенно повысить экономию дорогостоящих благородных газов.

В качестве активной среды в лазерах этого типа выступают молекулы, которые могут существовать только в возбужденном состоянии. Такие молекулы называются эксимерами. В эксимерных молекулах для лазерной генерации используются электронно-колебательные переходы между устойчивым возбужденным (Еи химически неустойчивым основным состоянием (Е0).

В качестве примера эксимерных молекул можно привести возбужденные молекулы благородных газов и их соединения: Хе£ , Кг2 , Аг2 , ХеГ*, ХеСГ, КгЕ Аг1Г* и т. д. (звездочка означает возбужденную молекулу).

Если в рабочем объеме создать большую концентрацию эксимерных молекул, например, пучком электронов с энергией до 1 МэВ и плотностью тока до 1011 А/см2, то может быть получена инверсная населенность возбужденного уровня Ег.

В результате возникает инверсия населенностей на переходах между верхним связанным состоянием Е, и нижним неустойчивым состоянием Е0. Из-за того, что верхнее состояние Е, представляет собой полосу электронно-колебательных уровней, а в нижнем состоянии отсутствует дискретная вращательно-колебательная структура уровней энергии, излучение эксимерного лазера происходит в сравнительно широком спектральном диапазоне, что позволяет перестраивать частоту генерации в пределах этого перехода.

Помимо широкополосности излучения, можно отметить также то, что эксимерные переходы из возбужденного в неустойчивое основное состояние из-за быстрой диссоциации эксимерной молекулы сопровождаются практически мгновенным опустошением нижнего лазерного уровня.

Время жизни экси- меров мало (~ 10~9…Ю 8 с), поэтому эксимерные лазеры работают в основном в импульсном режиме, генерируя короткие импульсы излучения с энергией до 10Г)Дж и КПД до 10%. Эксимерные лазеры излучают энергию в УФ диапазоне длин волн (~1…3,5)102нм.

Загрузка ...
Adblock detector