Газоразрядный лазер, лазерная система и способ генерации излучения

Газоразрядный лазер, лазерная система и способ генерации излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройству мощных газоразрядных, в частности эксимерных лазеров, лазерных систем и способам генерации лазерного излучения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Эксимерные лазеры являются наиболее мощными источниками направленного излучения в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне спектра. В соответствии с потребностями современных высокопроизводительных технологий с использованием эксимерных лазеров их мощность постоянно возрастает. Однако повышение энергии и мощности излучения газоразрядных эксимерных лазеров имеет фундаментальные физические ограничения, которые при превышении оптимальных значений энергии генерации и частоты повторения импульсов обусловливают уменьшение эффективности лазера, снижение надежности и стабильности его работы и, в конечном счете, увеличение затрат на эксплуатацию лазера.

Все это определяет актуальность поиска решений, позволяющих оптимизировать конструкцию и метод работы эксимерных лазеров, повысить их мощность и снизить затраты на получение энергии генерации при различных сочетаниях энергии генерации и частоты повторения импульсов.

Из Coherent Inc. Excimer / UV Optical Systems Product Catalog 2012 известна одна из наиболее мощных газоразрядных эксимерных лазерных систем для индустриальных применений - двулучевой лазер VYPER, включающий размещенные на общем шасси два идентичных компактный лазера, аналогичных описанным в патенте US 6757315. Каждый из лазеров содержит корпус в виде металлической трубы, на которой крепится компактная керамическая разрядная камера с протяженным металлическим фланцем. На высоковольтном металлическом фланце керамической камеры установлены высоковольтный электрод и блок предыонизации. Способ генерации лазерного излучения предусматривает одновременную синхронизированную накачку двух идентичных лазеров и совмещение двух параллельных лазерных лучей вне лазера.

Данные устройство и способ обеспечивают параметры лазерного излучения, оптимально соответствующие ряду технологических применений при уровне энергии генерации 1 Дж/импульс и мощности лазерного УФ излучения 600 Вт на каждый лазер с длиной электродов около 1 м.

Однако дальнейшее повышение энергии генерации лазерной системы затруднено из-за использования в каждом из ее лазеров предыонизации слаботочным коронным разрядом и ограниченных размеров керамической разрядной камеры, установленной на металлическом корпусе с системой циркуляции газа. Поскольку в разрядной камере поток газа резко меняет направление, это не позволяет эффективно увеличивать скорость газа в межэлектродном промежутке, приводя к ограничению дальнейшего повышения частоты повторения разрядных импульсов и средней мощности лазерного излучения.

Частично этих недостатков лишен газоразрядный, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и заполненную газовой смесью, протяженные первый электрод и второй электрод, расположенные друг против друга и определяющие область разряда между ними, с первым электродом, размещенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры; по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам, патент EP 1525646 B1. Способ генерации лазерного излучения включает в себя осуществление предыонизации газа между первым и вторым электродами, импульсную зарядку конденсаторов, осуществление разряда между первым и вторым электродами и генерацию луча лазера.

Протяженная лазерная камера включает в себя круглую цилиндрическую трубу с равномерными внутренним и внешним диаметрами, выполненную из керамики. Выполнение лазерной камеры преимущественно керамической определяет возможность достижения высокого времени жизни газовой смеси эксимерного лазера, содержащей такие чрезвычайно химически активные компоненты, как F₂ или HCl. Для формирования потока газа в зоне разряда по обе стороны от первого электрода, расположенного на внутренней стенке цилиндрической трубы камеры, заподлицо с ним размещены протяженные керамические направляющие газового потока. В лазере реализуются возможность увеличения объема активной газовой среды при обеспечении высокого однородного уровня ее предыонизации, и высокая скорость прокачки газа между электродами. В результате достигается возможность увеличения энергии генерации и мощности импульсно-периодического эксимерного лазера.

Однако к настоящему времени не удалось реализовать изготовление цельных высококачественных труб больших размеров (например, диаметром 0,45 м и длиной 1,4 м) из керамики Al₂O₃ высокой (>95%) чистоты с высокими физико-химическими свойствами и необходимой точностью обработки, требуемыми для камер эксимерного лазера. Реализация технологии их изготовления требует слишком больших вложений. Кроме этого, повышение энергии генерации лазера требует увеличения межэлектродного расстояния и повышения разрядного напряжения. Последнее требует увеличения расстояния между высоковольтными и заземленными электрическими вводами керамической лазерной камеры для предотвращения паразитных пробоев, что ведет к увеличению индуктивности разрядного контура и падению КПД лазера. С этой точки зрения геометрия лазерной камеры и разрядная система не полностью оптимизированы для достижения высокой энергии генерации и мощности лазера. В устройстве предусмотрены различные варианты снижения вызываемой давлением газа радиальной составляющей механической нагрузки на керамическую трубу камеры, однако возможности снижения продольной составляющей этой нагрузки не предложены.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание наиболее мощных газоразрядных, в частности эксимерных лазеров и лазерных систем.

Техническим результатом изобретения является улучшение конструкции металлокерамического лазера, увеличение энергии генерации, средней мощности излучения при высоком КПД лазера или лазерной системы и уменьшение затрат на получение энергии генерации.

Для решения указанной задачи предлагается газоразрядный, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, включающий в себя лазерную камеру, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и заполненную газовой смесью, протяженные первый электрод и второй электрод, расположенные друг против друга и определяющие область разряда между ними, с первым электродом, размещенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры; по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с первым и вторым электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам, и резонатор, при этом лазерная камера включает в себя керамическую трубу и два торцевых фланца, жестко скрепленных между собой посредством крепежной системы (26), протяженной вдоль керамической трубы, крепежная система выполнена либо в виде охватывающей керамическую трубу металлической трубы, снабженной достаточно широким протяженным вырезом для установки набора конденсаторов и имеющей на торцах кольцевые фланцы, скрепленные с торцевыми фланцами лазерной камеры, либо в виде стяжных балок, каждый торцевой фланец герметизирован с керамической трубой посредством уплотнительной кольцевой прокладки, размещенной на наружной поверхности концевой части (29) керамической трубы, имеющей форму прямого круглого цилиндра, причем каждый торцевой фланец имеет на внутренней стороне круговую нишу, в которой размещен торец керамической трубы, каждый торцевой фланец близко примыкает к керамической трубе только на наружной поверхности керамической трубы (24) в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки, имея подвижную посадку по наружной поверхности концевой части (29) керамической трубы.

Предпочтительно, что каждый торцевой фланец скреплен с одним из двух ответных фланцев, установленных на наружной поверхности концевых частей керамической трубы для сжатия уплотнительной кольцевой прокладки.

В вариантах реализации изобретения керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, обеспечиваемым парой скрепленных между собой фланцев (35, 36), при этом между скрепленными фланцами размещена, по меньшей мере, одна кольцевая прокладка (34) из галогеностойкого эластомера, фланцы выполнены из диэлектрического материала, и каждый диэлектрический фланец установлен на части наружной поверхности одного из керамических модулей, примыкающей к стыку и имеющей форму прямого круглого цилиндра.

Предпочтительно, что каждая пара скрепленных между собой диэлектрических фланцев имеет либо плотную, либо скользящую посадку по наружной поверхности керамических модулей, выполняя функцию бандажного кольца в области стыка керамических модулей составной керамической трубы лазерной камеры.

В вариантах изобретения керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которой установлен, по меньшей мере, первый электрод.

В вариантах изобретения части внутренней поверхности керамической трубы, примыкающие к протяженной нише, в которую установлен первый электрод, расположены заподлицо с первым электродом и образуют расположенные верх и вниз по потоку от первого электрода направляющие газового потока или спойлеры.

В других вариантах изобретения керамическая труба лазерной камеры имеет с внутренней стороны протяженную нишу, в которой, наряду с первым электродом размещена, по меньшей мере, часть области разряда, и внутренние грани ниши, расположенные по обе стороны области разряда, образуют расположенные верх и вниз по потоку от области разряда направляющие газового потока или спойлеры, значительно изменяющие направление газового потока при прохождении области разряда.

Предпочтительно, что по обе стороны первого электрода с наружной стороны керамической трубы в ее стенке выполнены распределенные по длине керамической трубы, за исключением ее концевых частей, либо ниши, либо ячейки, в которые, по меньшей мере, частично, погружены конденсаторы.

В вариантах изобретения первый электрод примыкает своими боковыми гранями к внутренним граням протяженной ниши или находится в непосредственной близости от них.

Предпочтительно, что в протяженной нише на внутренней поверхности керамической трубы наряду с первым электродом установлен, по меньшей мере, один блок предыонизации.

В вариантах изобретения вблизи второго электрода установлены либо один, либо два протяженных керамических контейнера, в каждом керамическом контейнере размещены дополнительные конденсаторы, конденсаторы и дополнительные конденсаторы последовательно соединены между собой через газопроницаемые обратные токопроводы и подключены к первому и второму электродам через распределенные вдоль лазерной камеры электрические вводы керамической трубы и электрические вводы керамических контейнеров.

Предпочтительно, что снаружи лазерной камеры расположен дополнительный источник питания, полярность которого противоположна полярности источника питания, причем дополнительный источник питания подключен к дополнительным конденсаторам с торцов каждого керамического контейнера.

Предпочтительно, что временная задержка между включениями дополнительного источника питания и источника питания равна разности времени импульсной зарядки дополнительных конденсаторов, производимой дополнительным источником питания через торцы керамических контейнера/контейнеров, и времени зарядки конденсаторов, производимой малоиндуктивно подключенным к ним источником питания.

Предпочтительно, что обращенные к области разряда части поверхности каждого протяженного керамического контейнера образуют расположенные вблизи второго электрода направляющие газового потока.

Предпочтительно, что газопроницаемые обратные токопроводы выполнены вогнутыми в сторону области разряда

Предпочтительно, что, по меньшей мере, один керамический контейнер имеет форму либо круглой, либо прямоугольной трубы.

В некоторых вариантах вблизи второго электрода установлен один керамический контейнер, поверхность которого, обращенная к области разряда, имеет протяженную нишу, в которой размещен второй электрод,

В вариантах реализации изобретения керамическая труба лазерной камеры состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей с герметичным соединением каждого стыка между керамическими модулями, содержащим, по меньшей мере, одну кольцевую уплотняющую прокладку из галогеностойкого эластомера.

Изобретение в другом аспекте относится к способу генерации лазерного излучения, заключающемуся в осуществлении предыонизации газа между первым и вторым электродами, импульсной зарядке конденсаторов, осуществлении разряда между первым и вторым электродами и генерации луча лазера, при котором

предварительно включают дополнительный источник питания и с торцов каждого керамического контейнера производят импульсную зарядку дополнительных конденсаторов, затем с временной задержкой, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов и конденсаторов, включают источник питания и осуществляют быструю импульсную зарядку конденсаторов напряжением, полярность которого противоположна полярности напряжения зарядки дополнительных конденсаторов, после момента одновременного окончания зарядки конденсаторов и дополнительных конденсаторов осуществляют разряд между высоковольтными первым и вторым электродами противоположной полярности по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя конденсаторы и дополнительные конденсаторы, последовательно соединенные между собой через газопроницаемые обратные токопроводы, вогнутые в сторону области разряда.

Предпочтительно, что с временной задержкой по отношению к моменту включения дополнительного источника питания, равной разности времен зарядки дополнительных конденсаторов и конденсаторов, с помощью источника питания осуществляют автоматическую предыонизацию со стороны первого электрода.

Изобретение в другом аспекте относится к лазерной системе, содержащей шасси, на котором размещены первый лазер, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, второй лазер, идентичный первому лазеру, при этом источники питания первого и второго лазеров совмещены в общем источнике питания лазерной системы, при этом между конденсаторами второго лазера и источником питания введена линия задержки, обеспечивающая задержку зажигания разряда во втором лазере на время, не превышающее длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазере, и на шасси размещена система оптической связи между двумя лазерами, обеспечивающая инжекцию во второй лазер внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазера.

Изобретение в другом аспекте относится к способу генерации лазерного излучения, заключающемся в осуществлении в каждом лазере предыонизации газа между первым и вторым электродами, осуществлении разряда между первым и вторым электродами и генерации луча лазера, при котором

после зажигания разряда в первом лазере зажигают разряд во втором лазере с временной задержкой, не превышающей длительность временного интервала между моментом зажигания разряда и моментом достижения порога генерации в первом лазере, и с помощью системы оптической связи производят инжекцию во второй лазер внешнего оптического сигнала, представляющего собой малую часть излучения первого лазера, снижая порог генерации во втором лазере.

Вышеупомянутые и другие объекты, аспекты, особенности и преимущества изобретения станут более очевидными из последующего описания и формулы изобретения.

Описание дается в виде, достаточном для понимания принципов изобретения специалистами в области лазерной техники. Детальное описание компонент газоразрядных, в частности эксимерных лазеров, можно найти в Patent US 20030118072, Patent US 6757315, Excimer Laser Technology. Ed. by D. Basting, G. Marowsky. Springer-Verglas Berlin Heidelberg (2005).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, которые представлены в виде, достаточном для понимания принципов изобретения, и ни в коей мере не ограничивают объема настоящего изобретения.

Фиг.1 - схематичное изображение поперечного сечения газоразрядного лазера.

Фиг.2 - схематичное изображение продольного сечения лазера в соответствии с вариантом осуществления изобретения в уменьшенном, по сравнению с Фиг.1, масштабе.

Фиг.3 - продольное сечение лазера с трехмодульной керамической трубой лазерной камеры.

Фиг.4 - поперечное сечение лазера с трехмодульной керамической трубой лазерной камеры.

Фиг.5 - поперечное сечение лазера, в котором первый электрод установлен в протяженной нише на внутренней поверхности керамической трубы лазерной камеры.

Фиг.6 - поперечное сечение лазера с блоками предыонизации на основе коронного разряда.

Фиг.7 - поперечное сечение лазера, с частично прозрачным первым электродом, установленным в нише на внутренней поверхности керамической трубы, и конденсаторами, частично погруженными в протяженные ниши на наружной поверхности керамической трубы.

Фиг.8 - поперечное сечение лазера с областью разряда, расположенной в протяженной нише на внутренней поверхности керамической трубы.

Фиг.9 - поперечное сечение лазера с дополнительным источником питания и дополнительными конденсаторами, размещенными в двух керамических контейнерах, установленных вблизи второго электрода.

Фиг.10 - поперечное сечение лазера с одним керамическим контейнером, установленным вблизи второго электрода.

Фиг.11 - схематичное изображение поперечного сечения лазерной системы.

Фиг.12 - схематичное изображение поперечного сечения лазерной системы.

Фиг.13 - блок-схема лазерной системы с системой оптической связи между лазерами.

На чертежах совпадающие элементы устройства обозначены одинаковыми номерами позиций.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Газоразрядный лазер, в частности эксимерный лазер или лазер на молекулярном фторе, поперечное сечение которого в одном из вариантов реализации изобретения показано на Фиг.1, включает в себя: лазерную камеру 1, состоящую, по меньшей мере, частично из керамического материала и заполненную газовой смесью. Лазер также содержит протяженные первый электрод 2, второй электрод 3, расположенные друг против друга и определяющие область разряда 4 между ними, с первым электродом 2, расположенным вблизи или непосредственно на внутренней поверхности лазерной камеры 1, и, по меньшей мере, один протяженный блок предыонизации 5. В варианте реализации изобретения, показанном на Фиг.1, один блок предыонизации 5, расположенный сбоку от второго электрода 3, выполнен в виде системы формирования скользящего разряда по поверхности диэлектрической, в частности, сапфировой пластины 6, покрывающей инициирующий электрод (как мы его называем) 7, с поджигающим электродом (как мы его называем) 8, расположенным на поверхности диэлектрической пластины 6.

Для обновления газа в области разряда 4 между очередными разрядными импульсами в керамической трубе 1 лазерной камеры также размещена система циркуляции газа, содержащая диаметральный вентилятор 9, охлаждаемые водой трубки 10 теплообменника, два керамических спойлера 11, 12 и направляющие лопасти 13 для формирования газового потока.

Вне лазерной камеры 1 расположен набор распределенных вдоль керамической трубы 1 конденсаторов 14, соединенных с первым и вторым электродами 2, 3 через токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 1 лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы 19, расположенные в лазерной камере по обе стороны от электродов 2, 3. К конденсаторам 14 подключен источник питания 20, предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд между первым и вторым электродами 2, 3 для возбуждения газовой смеси лазера.

Для генерации луча 21 лазера снаружи лазерной камеры 1 размещен резонатор, включающий в себя, по меньшей мере, два зеркала 22, 23, как показано на Фиг.2, на которой схематично представлено продольное сечение лазера.

В соответствии с изобретением лазерная камера 1 включает в себя керамическую трубу 24 и два торцевых фланца 25, жестко скрепленных между собой посредством крепежной системы 26, протяженной вдоль керамической трубы 24. При этом каждый из торцевых фланцев 25 герметизирован с керамической трубой 24 посредством уплотнительной кольцевой прокладки 27 (Фиг.1, Фиг.2).

На каждом торцевом фланце 25 установлено по оптическому окну 28 для вывода лазерного луча 21 из лазерной камеры 1.

В предложенной конструкции лазера обеспечивается простота и надежная герметизация лазерной камеры 1.

Применение протяженной крепежной системы 26 торцевых фланцев 25 снимает с керамической трубы 24 продольную составляющую механической нагрузки, обусловленную многотонной силой давления газовой смеси на торцевые фланцы 25. Это обеспечивает высокую надежность металлокерамической лазерной камеры 1, определяя простоту и существенное преимущество предложенной конструкции.

В вариантах изобретения крепежная система 26 может быть выполнена в виде охватывающей керамическую трубу 24 металлической трубы, снабженной достаточно широким протяженным вырезом для установки набора конденсаторов 14 и имеющей на торцах кольцевые фланцы, скрепленные с торцевыми фланцами 25 лазерной камеры 1 (Фиг.1, Фиг.2).

Уплотнительные кольцевые прокладки 27 лазерной камеры 1 могут выполняться либо из металла, либо из галогеностойкого эластомера в соответствии с двумя принятыми для герметизации эксимерных лазеров технологиями, обеспечивающими большое время жизни галогеносодержащей газовой смеси.

Каждая кольцевая прокладка 27, посредством которой каждый торцевой фланец 25 герметизирован с керамической трубой 24, размещена на наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы 24, имеющей форму прямого круглого цилиндра (Фиг.2).

Каждый торцевой фланец 25 имеет на обратной стороне 30 круговую нишу 31, в которой размещен торец керамической трубы 24 лазерной камеры 1. При этом торцевой фланец 25 близко примыкает к керамической трубе 24 только на ее наружной поверхности у места установки уплотнительной кольцевой прокладки 27, имея подвижную посадку по наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы. Подвижная посадка каждого торцевого фланца 25 по наружной поверхности керамической трубы 24 позволяет осуществлять надежное жесткое крепление торцевых фланцев 25 на крепежной системе 26.

Выполнение устройства в предложенном виде упрощает систему герметизации лазерной камеры. Кроме этого, путь паразитного пробоя по поверхности керамической трубы 24 с расположенного на ее внутренней поверхности высоковольтного первого электрода 2 на заземленный торцевой фланец 25 завершается на наружной поверхности керамической трубы 24 лазерной камеры 1. В результате обеспечивается увеличение пути паразитного пробоя и достигается высокоэффективная электрическая изоляция между электродом 2 и торцевыми фланцами 25. Это позволяет либо минимизировать длину керамической трубы 24 лазерной камеры 1, что упрощает ее конструкцию, либо позволяет увеличить длину первого и второго электродов 2, 3 и, соответственно, повысить энергию генерации и мощность лазера.

В вариантах изобретения (Фиг.3-9) крепежная система 26 выполнена в виде стяжных балок, что обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции лазера при сохранении высокой надежности лазерной камеры.

Газоразрядный лазер (Фиг.1, Фиг.2) работает следующим образом. Производится включение источника питания 20, подсоединенного к конденсаторам 14, расположенным снаружи протяженной газонаполненной лазерной камеры 1, включающей в себя керамическую трубу 24, на концевых частях 29 которой установлены торцевые фланцы 25, скрепленные между собой посредством протяженной крепежной системы 26. Между поджигающим электродом 8 и инициирующим электродом 7 системы формирования скользящего разряда блока предыонизации 5 зажигается завершенный скользящий разряд по поверхности протяженной сапфировой пластины 6 (Фиг.1). УФ излучение вспомогательного разряда блока предыонизации 5 осуществляет предыонизацию газа в области разряда 4 между первым и вторым электродами лазера 2, 3. Одновременно осуществляется импульсная зарядка конденсаторов 14 до напряжения пробоя, обеспечивающего газовый разряд в области 4 между первым и вторым электродами 2, 3. Энергия, запасенная в конденсаторах 14, вкладывается в разряд по малоиндуктивному разрядному контуру, включающему в себя набор конденсаторов 14, токоведущие шины 15, 16, электрические вводы 17, 18 керамической трубы 24 лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы 19, расположенные по обе стороны электродов 2, 3. Разряд обеспечивает возбуждение газовой смеси в области разряда 4, что с помощью окон 28 и зеркал 22, 23 резонатора позволяет получить генерацию луча 21 лазера (Фиг.2). Когда охлаждаемый трубками теплообменника 10 высокоскоростной поток газа, обеспечиваемый диаметральным вентилятором 9 и направляющими газового потока, к которым относятся спойлеры 11, 12, и направляющие лопасти 13, - сменит газ в области разряда 4 между электродами 2, 3, цикл работы лазера повторяется. Для обеспечения газового потока в области разряда 4 обратные токопроводы 19 выполнены газопроницаемыми.

В процессе работы лазера каждый из фланцев 25 герметизирован с керамической трубой 24 посредством уплотнительной кольцевой прокладки 27. Уплотнительные кольцевые прокладки 27 лазерной камеры 1 могут выполняться либо из металла, либо из галогеностойкого эластомера в соответствии с двумя принятыми для эксимерных лазеров технологиями герметизации, обеспечивающими большое время жизни газовой смеси.

Протяженная вдоль керамической трубы 24 крепежная система 26 обеспечивает крепление торцевых фланцев 25, каждый из которых нагружен многотонной, обычно в диапазоне от 4 до 8 т, силой давления газа, содержащегося в лазерной камере 1. Применение крепежной системы 26 торцевых фланцев 25 снимает с керамической трубы 24 продольную составляющую механической нагрузки, обусловленную давлением газа на торцевые фланцы 25. Это обеспечивает высокую надежность металлокерамической лазерной камеры 1, определяя существенное преимущество предложенной конструкции.

При работе лазера обеспечивают отсутствие паразитного пробоя между высоковольтным электродом 2 и заземленными торцевыми фланцами 25. В связи с этим в предпочтительных вариантах изобретения каждый торцевой фланец 25 имеет на обратной стороне 30 круговую нишу 31, в которой размещен торец керамической трубы 24, и торцевой фланец 25 близко примыкает к керамической трубе 24 только на наружной поверхности ее концевой части 29 в месте установки уплотнительной кольцевой прокладки 27. При этом путь паразитного пробоя с высоковольтного первого электрода 2 на заземленный торцевой фланец 25 проходит по внутренней, торцевой и наружной поверхностям керамической трубы 24 лазерной камеры 1. В результате достигается высокоэффективная электрическая изоляция между электродом 2 и торцевыми фланцами 21, позволяющая либо минимизировать длину керамической трубы лазерной камеры, что упрощает и удешевляет ее конструкцию, либо увеличить длину электродов и, соответственно, повысить энергию генерации и мощность лазера.

Размещение кольцевой прокладки 27, посредством которой торцевой фланец 25 герметизирован с керамической трубой 24, на наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы 24, а также выполнение наружной поверхности концевой части 29 керамической трубы 24 лазерной камеры 1 в форме прямого круглого цилиндра упрощает конструкцию лазерной камеры 1.

В вариантах изобретения (Фиг.3-9) крепежная система 26 выполнена в виде стяжных балок. Это обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции лазера при сохранении высокой надежности лазерной камеры.

В вариантах изобретения (Фиг.3) каждый из двух торцевых фланцев 25 снабжен ответным фланцем 32, который установлен на наружной поверхности концевой части керамической трубы 24 и скреплен с торцевым фланцем 25 для уплотнения кольцевой прокладки 27, посредством которой торцевой фланец 25 герметизирован с керамической трубой 24 лазерной камеры 1. Данная конструкция обеспечивает простоту и надежность герметизации торцевых фланцев 25 лазерной камеры 1.

Как отмечалось, изготовление цельных высококачественных керамических труб больших размеров (например, диаметром 0,45 м в и длиной 1,4 м из керамики Al₂O₃ высокой, >95%, чистоты с высокими физико-химическими свойствами и необходимой точностью обработки, требуемыми для камер эксимерного лазера) достаточно сложно и дорого.

Следующие апробированные варианты изобретения позволяют упростить технологию изготовления и снизить стоимость керамической трубы лазерной камеры. В этих вариантах изобретения, керамическая труба лазерной камеры 24 состоит либо из двух, либо из трех керамических модулей 24a, 24b, 24c (Фиг.3 и Фиг.4) с герметичным соединением каждого стыка 33 между керамическими модулями 24a, 24b, 24c, содержащим, по меньшей мере, одну кольцевую уплотняющую прокладку 34 из галогеностойкого эластомера, в частности, из витона.

В варианте изобретения, иллюстрируемом Фиг.3, показывающей продольное сечение лазера, герметичное соединение каждого стыка 34 между керамическими модулями 24a, 24b, 24c обеспечивается парой скрепленных между собой фланцев 35, 36. Между скрепленными фланцами 35, 36 размещена, по меньшей мере, одна кольцевая прокладка 34 из галогеностойкого эластомера. Фланцы 35, 36 выполнены из диэлектрического материала, в частности из стеклотекстолита. Каждый из диэлектрических фланцев 35, 36 установлен на части 37 наружной поверхности одного из керамических модулей 24a, 24b, 24c, примыкающей к стыку 33 и имеющей форму прямого круглого цилиндра с равномерным внешним диаметром. Это обеспечивает дальнейшее упрощение конструкции и технологии изготовления лазерной камеры 1.

В вариантах изобретения каждый из скрепленных между собой диэлектрических фланцев 35, 36 имеет либо плотную посадку, либо скользящую посадку по части 37 наружной поверхности одного из керамических модулей 24a, 24b, 24c, примыкающей к стыку 33 керамических модулей 24a, 24b, 24c и имеющей форму прямого круглого цилиндра. При этом каждая пара скрепленных между собой диэлектрических фланцев 35, 36 выполняет функцию бандажного кольца в области стыка 33 керамических модулей 24a, 24b, 24c составной керамической трубы 24 лазерной камеры 1.

В данном варианте изобретения в процессе работы лазера обеспечивают герметизацию стыков между модулями 24a, 24b, 24c керамической трубы 24 лазерной камеры посредством уплотняющих прокладок 34 из галогеностойкого эластомера, что является принятой для эксимерных лазеров технологией герметизации.

Выполнение наружной поверхности концевой части каждого керамического модуля в форме прямого круглого цилиндра наряду с применением для герметизации скрепленных между собой фланцев, имеющих либо плотную, либо скользящую посадку по наружной поверхности 37 керамических модулей 24a, 24b, 24c и выполняющих функцию бандажного кольца в области стыка 33 керамических модулей устраняет необходимость осевого сжатия керамических модулей для уплотнения их стыков. При такой герметизации стыков отсутствует продольная механическая нагрузка на керамические модули 24a, 24b, 24c, несмотря на высокое давление газовой смеси в лазерной камере. Все это упрощает конструкцию составной лазерной камеры 1, обеспечивает ее механическую прочность и высокую надежность.

Выполнение как скрепленных между собой фланцев 35, 36, так и размещенных между ними кольцевых прокладок 34 диэлектрическими обеспечивает высокую электрическую прочность керамической трубы 24 лазерной камеры 1 и не вносит искажений в распределение напряженности электрического поля между первым и вторым электродами 2, 3 лазера, что необходимо для его высокоэффективной работы.

Количество модулей: либо два, либо три, - наиболее целесообразно. При таком количестве модулей длина каждого керамического модуля близка к его диаметру или не превосходит его по величине, что упрощает и удешевляет технологию их изготовления. Керамические модули могут быть обработаны с гораздо большей точностью, чем цельная керамическая труба большой длины, что упрощает создание лазерной камеры с оптимальными параметрами.

В целом, выполнение камеры из отдельных керамических модулей позволяет увеличить размеры металлокерамической лазерной камеры до оптимально больших размеров, повысить частоту повторения лазерных импульсов, энергию генерации и среднюю мощность газоразрядного, в частности эксимерного лазера.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок предыонизации 5 содержит систему формирования протяженного однородного скользящего разряда по поверхности диэлектрика. Применение для предыонизации УФ излучения скользящего разряда (Фиг.1-5, 7-12) в виде протяженного плазменного листа или плазменных листов на поверхности диэлектрика (сапфира) 6 позволяет реализовать в области разряда 4 однородную предыонизацию оптимально высокого уровня за счет возможности регулировки энерговклада в скользящий разряд. Это обеспечивает высокие: эффективность лазера, качество лазерного луча и стабильность работы лазера в долговременном режиме, что является преимуществом предыонизации данного типа.

При ограничении амплитуды напряжения разряд по поверхности диэлектрика может быть коронным, Фиг.1, 3. В соответствии с этим блок предыонизации 5 может содержать систему формирования коронного разряда.

В вариантах устройства либо первый электрод 2, как показано на Фиг.3, 4, 7, 10, 11, либо второй электрод 3 выполнен частично прозрачным за счет наличия на его рабочей поверхности щелевых окон 38. При этом блок предыонизации 5 установлен с обратной стороны частично прозрачного электрода. Как вариант исполнения, блок предыонизации 5 выполнен в виде компактной симметричной системы зажигания скользящего разряда по поверхности диэлектрической, преимущественно сапфировой пластины 6, покрывающей инициирующий электрод 7, на поверхности которой установлен поджигающий электрод 8.

В этих вариантах изобретения при работе лазера предыонизация области разряда 4 осуществляется УФ излучением блока предыонизации 5 через частично прозрачный электрод с щелевыми окнами прозрачности 38 (Фиг.4).

Это позволяет реализовать широкоапертурный однородный объемный разряд при компактной малоиндуктивной разрядной системе лазера и высокой эффективности смены газа в области разряда 4, то есть с малым, ~1, коэффициентом К смены газа, достаточным для эффективной высокостабильной работы мощного лазера.

Пример 1 осуществления изобретения.

Примером практического осуществления изобретения является мощный эксимерный лазер с возможностью генерации на молекулярном фторе, характеризующийся высокой, до 5,5 кГц, частотой следования импульсов. Разрядная система лазера аналогична показанной на Фиг.1. Лазерная камера выполнена на основе трехмодульной керамической трубы диаметром 420 мм. Герметичное соединение стыков трех модулей керамической трубы лазерной камеры осуществлялось двумя парами скрепленных между собой стеклотекстолитовых фланцев, имеющих скользящую посадку по концевой части наружной поверхности керамических модулей и выпол