Разработка и создание компактного источника экстремального ультрафиолетового излучения на малоиндуктивных капиллярных разрядах

• Автор: Большаков, Евгений Павлович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Глава 1. Основные направления развития электроразрядных ЭУФ

лазеров
1.1. Коротковолновый спектр электромагнитного излучения и основные подходы к созданию лазеров ЭУФ диапазона

1.2. ЭУФ лазеры на плазме многократно ионизованных ионов, получаемых

в капиллярных разрядах

1.3. Импульсные системы питания ЭУФ лазеров и их согласование с параметрами капиллярных разрядов

1.3.1 Импульсные источники на основе конденсаторов

1.3.2 Импульсные источники на основе длинных линий

1.3.3 Импульсные источники на основе плазменных размыкателей

1.3.4. Импульсные источники на основе магнитных ключей

1.4. Постановка цели и задач диссертационной работы

Глава 2. Разработка и исследование высоковольтных импульсных
генераторов
2.1. Наносекундные генераторы высоковольтных импульсов на линиях с жидким диэлектриком
2.2. Наносекундные генераторы на магнитных ключах
2.3. Многоканальный генератор высоковольтных импульсов на базе ДФЛ
с бумаго-масляной изоляцией
2.4. Численное исследование процессов формирования высоковольтных импульсов
2.5. Коаксиальный обостритель импульсов на основе скользящего разряда
2.6. Выводы
Глава 3. Разработка и численное моделирование полномасштабного
источника коротковолнового излучения
3.1. Полномасштабный ЭУФ источник

3.2. Численное моделирование генератора с длинной транспортирующей линией на постоянную нагрузку
3.3. Численное моделирование капиллярного разряда на основе «снежного плуга» с учетом импульсной системы питания
3.4. Выводы
Глава 4. Модельный электроразрядный источник излучения.
Скользящий разряд
4.1. Экспериментальное исследование зависимости времени пробега волны скользящего разряда от давления газа и зарядного напряжения генератора
4.1.1 Экспериментальное моделирование капиллярных разрядов на атмосферном воздухе
4.1.2 Экспериментальное моделирование капиллярных разрядов в аргоне при пониженных давлениях
4.2. Аналитическое исследование распространения бегущей волны скользящего разряда, сравнение с экспериментом
4.3. Численное моделирование работы капиллярной трубки со схемой замещения в виде искусственной коммутируемой линии с обостряющей и без обостряющей емкости на постоянную нагрузку
4.4 Выводы
Глава 5. Электроразрядные источники излучения. Основной разряд
5.1. Оптические исследования разряда на модельном источнике в видимом диапазоне спектра
5.2. Исследование жесткого рентгеновского излучения методом фольг
5.3. Исследование мягкого рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения
5.4. Испытание полномасштабного источника ЭУФ излучения
5.5. Выводы
Заключение
Литература
Приложение

Использование быстрых электрических капиллярных разрядов для получения неравновесной плазмы многозарядных ионов является одним из основных путей создания компактных и недорогих источников когерентного, частично когерентного и некогерентного экстремального ультрафиолетового (ЭУФ) излучения [1]. Под термином компактный источник понимается прибор, размещаемый на оптическом столе (table-top). Необходимая для различных применений степень когерентности определяется соотношением длины капилляра и расстоянием, на котором происходит насыщение интенсивности волны излучения.
Импульсно-периодический источник некогерентного ЭУФ излучения на коротком капилляре (/ ~ 1см) успешно развивается в Японии для целей проекционной литографии на длине волны 13.5 нм в качестве альтернативы лазерно-создаваемому источнику [2]. Настоящая диссертационная работа связана с развитием компактных частично когерентных и полностью когерентных источников ЭУФ излучения (лазеров) на основе длинных капилляров, что является значительно более трудной задачей. Впервые возникновение лазерной генерации на переходе 3p-3s Ne-подобного аргона (к
46.9 нм) в источнике на капиллярных разрядах было зарегистрировано исследовательской группой под руководством J. Rocca в 1994 г. в Колорадском Государственном Университете (КГУ), США [3]. В процессе исследования и развития этого лазера энергия генерации была доведена до рекордной в мире величины 0,88 мДж, а средняя мощность до 3,5 мВт при частоте повторения импульсов до 4 Гц [4-6]. Причем было детально исследованы лазерные свойства излучения (расходимость, пространственная когерентность, поляризованность) [7]. На более компактном лазере была достигнута рекордная частота повторения импульсов 14 Гц при выходной энергии 30 мкДж [8].
Усилия американских ученых по развитию ЭУФ лазеров на капиллярных разрядах были подхвачены в Италии, в Университете Л'Акуила [9], Японии, в Токийском Технологическом Институте [10], Чехии, в Институте Физики
Для предварительной ионизации газовой среды в капилляре использовался
Рис. 1.30. Схема установки капилляра. Установка ‘ТЛМАУ-Г’.
отдельный импульсный источник напряжения, который был развязан от выходного напряжения генератора Маркса индуктивностью 10 мкГн. Цепь предыонизации выполнена по ИС схеме, значения Л и С - 200 Ом и 0.4 мкФ, соответственно. Постоянная времени цепи 80 мкс.
Рис. 1.31. Ток капилляра и сигнал рентгеновского диода. Установка ЫМАУ-1, Япония.
В результате экспериментов проведен анализ зависимости амплитуды рентгеновского сигнала от времен задержки между основным током капилляра