Импульсные газовые лазеры с полупроводниковыми прерывателями тока

• Автор: Бакшт, Евгений Хаимович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 126 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
1.1. Принцип действия лазера с накачкой от ГИНЭ. Основные режимы накачки. Роль индуктивного накопителя в генераторе накачки
1.2. Первые газовые лазеры с прямой накачкой от ИНЭ
1.3. Газовые лазеры с накачкой от генератора с ИНЭ и плазмоэрозионным
прерывателем тока
1.3.1. Экспериментальная аппаратура и методики измерений
1.3.2. Азотный УФ лазер
1.3.3. Эксиплексный ХеСІ-лазер
1.3.4. Пеннинговский плазменный №-лазер
1.3.5. Выводы
1.4. Газовые лазеры с накачкой от генератора с ИНЭ и газоразрядным
прерывателем тока
1.5. Газовые лазеры с накачкой от генератора с ИНЭ и ППТ
1.6. Сравнение с другими генераторами накачки
1.7. Выводы. Характерные особенности работы ГИНЭ
ГЛАВА 2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛБНАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Лазеры с продольным разрядом
2.2. Лазеры с накачкой от ГИНЭ на основе промышленных диодов типа СДЛ.
2.3. Лазеры с накачкой от ГИНЭ на основе вОв-диодов
2.4. Диагностическая аппаратура и экспериментальные методики
ГЛАВА 3.НАКАЧКА ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ С ПРОДОЛЬНЫМ РАЗРЯДОМ ОТ ГЕНЕРАТОРА С ИНЭ И ППТ
3.1. Работа ГИНЭ на резистивную и емкостную нагрузку
3.2. Расчетная модель
3.3. Характеристики ^-лазера
3.4. Характеристики С02-лазера с накачкой продольным разрядом
3.5. Выводы
ГЛАВА 4.НАКАЧКА ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ С БОЛЬШИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ПЛАЗМЫ РАЗРЯДА (> 1 ОМ)
4.1. Введение
4.2. Нецепной HF-лазер
4.3. С02-лазер
4.4. Выводы
ГЛАВА 5.НАКАЧКА ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ С МАЛЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ПЛАЗМЫ РАЗРЯДА (< 1 ОМ)
5.1. Генерация на молекуле ХеС
5.1.1. Экспериментальные результаты
5.1.2. Модель XeCI-лазера
5.1.3. Результаты численных расчетов
5.1.4. Обсуждение результатов эксперимента и расчета
5.2. Генерация на молекулах KrF и XeF
5.2.1. Экспериментальные результаты
5.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время для накачки импульсных электроразрядных лазеров широко используются генераторы, основанные на емкостных накопителях энергии (ЕНЭ). Применение генераторов накачки с ЕНЭ позволило создавать лазеры с высокой импульсной и средней мощностью излучения [1-10]. В процессе создания мощных эффективных лазеров приходится решать ряд сложных проблем, связанных с повышением мощности накачки, формированием однородного объемного разряда и эффективной передачей в него энергии, накопленной в генераторе накачки. К внешней электрической цепи предъявляются жесткие и зачастую противоречивые требования: минимизировать индуктивность; обеспечить высокое напряжение на разрядном промежутке на стадии формирования разряда и значительно более низкое напряжение на стадии ввода основной энергии в разряд и т.п.
Применение генераторов с ЕНЭ для решения этих проблем в ряде случаев сопряжено с серьезными трудностями. Вместе с тем уже достаточно давно известны методы формирования импульсов высокого напряжения с помощью прерывателей тока и индуктивных накопителей энергии (ИНЭ), когда определенная часть энергии первичного емкостного накопителя передается в индуктивность разрядного контура, а затем в нагрузку. В генераторе накачки прерыватель выполняет (совместно с ИНЭ) функции усилителя мощности, умножителя напряжения, а также обострителя фронта импульсов тока и мощности. Таким образом, применение прерывателя тока позволяет использовать все потенциальные возможности ЬС-генератора накачки, а перечисленные свойства делают ИНЭ и прерыватель важными инструментами при решении проблем, связанных с формированием объемного разряда п передачей в него энергии.
В 1975 году ИНЭ впервые был применен для накачки лазера - азотного УФ лазера с поперечным разрядом. Дальнейшие исследования показали, что генераторы с индуктивными накопителями энергии (ГИНЭ) позволяют легко изменять режимы накачки и осуществлять возбуждение лазеров различного типа в оптимальных

2. Представляется перспективным использовать в ГИНЭ для обрыва тока компактные и надежные полупроводниковые прерыватели (промышленные диоды типа СДЛ и КЦ и БОБ-диоды), которые по ряду важных параметров намного опережают прерыватели других типов. Полупроводниковые прерыватели тока позволяют переключать на нагрузку токи в десятки килоампер за десятки и единицы наносекунд. На основе ЗОБ-диодов можно создавать ГИНЭ с твердотельной системой коммутации, работающие с высокой (~ 103 Гц) частотой повторения.
3. Работа генераторов накачки с ИНЭ на газоразрядную нагрузку имеет ряд характерных особенностей:
• В момент обрыва тока на газоразрядном промежутке лазера возникает высоковольтный предымпульс амплитудой и = Ь-(с11/си), позволяющий сформировать однородный устойчивый разряд в газах при повышенных давлениях (>1 атм).
• Г енератор с индуктивным накопителем энергии легко согласуется с газоразрядной нагрузкой, позволяя получать максимальные значения КПД для различных типов лазеров.
• ИНЭ (совместно с прерывателем тока) помимо непосредственного накопления энергии может выполнять функции умножителя напряжения, усилителя мощности, а также обострителя фронта импульсов тока и мощности при передаче энергии от первичного емкостного накопителя в нагрузку.
• В ряде случаев нет необходимости уменьшать индуктивность контура емкостного накопителя до минимального значения, так как для ГИНЭ она является не паразитным, а рабочим элементом схемы (см. п. 1.2). Это обстоятельство существенно упрощает конструирование конкретных лазеров.
• Существует два основных режима работы ГИНЭ:
Первый режим характеризуется передачей большей части энергии из накопительного конденсатора в индуктивность. В этом режиме обеспечивается быстрый ввод энергии в разряд для лазеров с высоким сопротивлением плазмы, быстрый рост тока в газоразрядной нагрузке, а также появляется возможность эффективной зарядки обострительной емкости, используя ИНЭ в качестве