КАМЕРА ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК H01S3/22 H01S3/03 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании технологических газовых лазеров.

При создании электроразрядных газовых лазеров атмосферного давления, в том числе и коммерческих моделей, широко применяются конструкции лазерных камер, использующие в качестве диэлектрического изолятора полимерные материалы. Эти полимерные материалы (например, поливинилиден фторид, капролон и т.п.) сочетают в себе многие важные свойства, а именно: низкую газовую проницаемость, инертность к химически агрессивным газовым смесям (F₂, Cl₂, HCl, HF и др.), высокие электрическую и механическую прочности, легкость и технологичность обработки при изготовлении деталей сложных профилей.

Основной недостаток камер из полимерных материалов заключается в том, что процессы взаимодействия активной газовой смеси лазера с полимерным материалом приводят к появлению примесных газовых компонент, ухудшающих генерационные свойства лазера и ограничивающих время жизни газовой смеси.

Существует два пути решения этой проблемы. Первый заключается в использовании в качестве изолятора неорганических материалов, стойких к воздействию агрессивных лазерных смесей. Второй путь связан с поиском более стойких органических материалов, защитных полимерных лаков и покрытий.

Известен ArF эксимерный лазер, в котором замена изолятора из полимерного материала на изолятор из Al₂O₃ значительно увеличивает ресурс газовой смеси лазера [1]
Однако изготовление керамических изоляторов для электроразрядных лазеров сталкивается с большими техническими и технологическими трудностями. И, если учесть, что во многих случаях требуются крупногабаритные (примерно 1 м) изоляторы сложного профиля, то становится понятным, почему цена таких изделий оказывается значительно выше аналогичных изделий из органических материалов.

Поэтому в настоящее время при создании электроразрядных лазеров изоляторы из органических материалов используются гораздо чаще.

Известна конструкция камеры, использующая изоляторы из двух различных полимерных материалов [2] Причем один из этих материалов обладает более высокой механической прочностью (что позволяет камере выдерживать давление газа в несколько атмосфер), а другой, менее прочный, является более стойким к воздействию активной газовой смеси лазера. Такая комбинированная лазерная камера позволяет значительно увеличить ресурс газовой смеси.

Однако полностью устранить взаимодействие газовой смеси лазера с органическими материалами не удается. Под воздействием УФ=излучения газового разряда полимерные материалы разлагаются и в газовой смеси появляются примесные компоненты, ухудшающие генерационные характеристики лазера. Эти примесные компоненты являются главной причиной, ограничивающей время жизни газовой смеси электроразрядных лазеров.

Цель изобретения повышение времени жизни газовой смеси электроразрядного лазера, использующего в качестве изолятора полимерные материалы. Цель достигается путем помещения на внутреннюю поверхность лазерной камеры экранов из диэлектрического неорганического материала (например, в виде пластинок), стойкого к воздействию газовой смеси лазера и УФ=излучения газового разряда. Экраны препятствуют попаданию УФ=излучения газового разряда на поверхность полимерного материала изолятора. Указанная цель реализуется также нанесением на внутреннюю поверхность изолятора пленки из неорганического диэлектрического материала, устойчивого к воздействию газовой среды лазера и УФ=излучения и непрозрачного для него.

В результате использования защитных экранов или пленок уменьшается количество примесных компонентов газовой смеси лазера и, как следствие, увеличивается время жизни смеси. Кроме того, упрощается технология изготовления диэлектрического изолятора и его стоимость по сравнению с изолятором из неорганического материала.

Предлагаемое устройство было опробовано на ArF эксимерном лазере, модель 1702 (разработка ЦФП РАН).

На чертеже приведены результаты ресурсных экспериментов с тремя типами лазерных камер. Измерялась зависимость мощности от числа импульсов генерации:
А лазерная камера из капролона;
Б лазерная камера из капролона, покрытого полимерным лаком ХФ-32Л "Н";
В лазерная камера из капролона, защищенного экранами из Al₂O₃ (поликор).

Во всех случаях лазер работал с частотой повторения импульсов 60 Гц, максимальная энергия импульса генерации составляла около 50 мДж, криогенная очистка смеси не использовалась. Зарядное напряжение во время испытаний поддерживалось на постоянном уровне. Ресурс газовой смеси характеризовался числом импульсов генерации, при котором выходная мощность лазера падала вдвое N_1/2.

Сравнение кривых А и Б иллюстрирует эффективность работы прототипа. Использование лака, более стойкого по сравнению с капролоном к воздействию УФ= излучения, позволяет увеличить время жизни газовой смеси на порядок.

По сравнению с прототипом использование предлагаемой конструкции лазерной камеры позволяет значительно увеличить время жизни газовой смеси:
N_1/2 5•10⁴ импульсов в прототипе,
N_1/2 3•10⁵ импульсов предлагаемой конструкции.

В качестве материалов для защитных экранов или пленок может быть использован широкий класс материалов на основе окислов (например, Al₂O₃, Cr₂O₃, B₂O₃) или фторидов металлов (например, NiF₂).

Использование : в лазерной технике, а именно импульсные электроразрядные лазеры. Сущность изобретения: камера электроразрядного газового лазера включает газовую смесь, электроды основного и вспомогательного разрядов и диэлектрический изолятор, изготовленный из полимерного материала. С целью увеличения времени жизни газовой смеси у поверхности изолятора размещены экраны из неорганического материала, устойчивого к воздействию газовой среды лазера и УФ=излучения, непрозрачные для него и защищающие изолятор от воздействия УФ=излучения, возникающего в разрядной камере. Экраны могут выполняться в виде пленочного покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность диэлектрического изолятора. 1 з.п. ф=лы, 1 ил.

1. Камера электроразрядного газового лазера, содержащая газовую смесь, электроды основного и вспомогательного разрядов и диэлектрический изолятор, изготовленный из полимерного материала, отличающаяся тем, что у поверхности изолятора размещены экраны из неорганического материала, устойчивого к воздействию газовой среды лазера и УФ-излучения, не прозрачные для него и защищающие изолятор от воздействия УФ-излучения, возникающего в разрядной камере. 2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что экраны из неорганического материала, устойчивого к воздействию газовой среды лазера и УФ-излучения и не прозрачного для него, выполнены в виде пленочного покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность диэлектрического изолятора.