Эксимерные лазеры

Наилучшие результаты в настоящее время получены на квазимолекулах хлорида ксенона. При длине резонатора 100 см и импульсном рабочем напряжении 40 - 50 кВ получена средняя мощность излучения 1 Вт при частоте следования импульсов 100 Гц. Полный КПД лазера составляет 0,1% при работе в частотном режиме и 0,5% при работе в режиме одиночных импульсов. Импульсная мощность излучен6ия в рассматриваемом

случае составляет несколько сотен киловатт при длительности импульса 1 - 20 нс. Состав рабочей смеси меняется от импульса к импульсу, что приводит к необходимости его смены в промежутках между последующими импульсами.

Сравнительные характеристики различных типов эксимерных лазеров показаны в таблице 2.

Таблица 2

Наилучшие результаты при возбуждении электронным пучком получены на молекулах KrF* и ArF*, при возбуждении электрическим разрядом с предионизацией и при быстром поперечном электрическом разряде - на молекулах XeF*, а при возбуждении двойным электрическим разрядом - на молекулах XeCl*.

1.3 Параметры выходного излучения

Сильное влияние на параметры выходного излучения лазера оказывает резонатор. В качестве резонаторов в эксимерных лазерах используются неустойчивые системы. Это обусловлено следующими факторами. Основным преимуществом неустойчивых резонаторов является возможность высокоэффективной селекции поперечных мод при больших числах Френеля, что практически соответствует большому поперечному сечению активной среды, обеспечивающей большую выходную мощность. В неустойчивых резонаторах распределение поля поперечных мод таково, что потери высших поперечных мод на излучение существенно превышают потери основной моды, что обеспечивает высокоэффективную селекцию. Поэтому в лазерах с неустойчивыми резонаторами обычно генерируется только низший поперечный тип колебаний. Существенно, что в отличие от высокодобротных резонаторов распределение поля основной моды в неустойчивых резонаторах практически не имеет спада по мере удаления от оси. Это доказывает, что все участки поперечного сечения активной среды зондируются полем достаточно высокоэффективно, что, в свою очередь, обеспечивает высокий КПД.

Но стоит отметить, что, несмотря на вышеперечисленные достоинства неустойчивых резонаторов, потери на излучение в них очень велики, что позволяет их использовать на практике лишь в мощных лазерах, каковыми и являются рассматриваемые в данной работе эксимерные лазеры.

Еще одним преимуществом неустойчивых резонаторов (например, по сравнению с плоским резонатором) является сужение пучка вблизи точки схода лучей, что позволяет использовать дополнительные оптические элементы с небольшим поперечным сечением внутри резонатора. Но, если сужение пучка проявляется в полной мере, то возможно возникновение пробоя или повреждение оптических элементов.

Устойчивые и плоские типы резонаторов также используются в эксимерных лазерах. Генераторы с плоскими или устойчивыми резонаторам позволяют получать расходимость, близкую к дифракционной, при размещении внутри резонатора одной или двух диафрагм малого диаметра.

Выходное излучение характеризуется также специфическим (близким к прямоугольному в поперечном сечении) распределением поля. В одном продольном сечении пучок излучения эксимерного лазера имеет вид гауссоиды, а в другом - супергауссоиды.

Рисунок 14. Профиль пучка эксимерного лазера.

Также пучок лазерного излучения характеризуется стабильностью направленности и, следовательно, положения пятна на плоскости анализа (рис.15).

Рисунок 15. Стабильность направленности и позиции пучка KrF лазера

Эксимерные лазеры имеют множество применений. Среди них множество областей (плоскопанельные экраны, полупроводниковые элементы электронных приборов и др.), которые требуют максимальной однородности и высокого качества пучка. Поэтому необходимо следить не только за стабильностью таких параметров их излучения, как направленность, расходимость, но и за его однородностью. Для этого в системы, в которые входит эксимерный лазер, вводят элемент, называемый гомогенизатором (рис.16).

Рисунок 16. Достижение однородности пучка KrF лазера

Для решения некоторых задач при помощи эксимерных лазеров также необходимо использовать элементы, позволяющие придать пучку определенную форму (например, квадрат, круг или кольцо).

Спектр излучения эксимерных лазеров часто является сравнительно широкополосным. Это позволяет использовать эти генераторы для накачки других лазеров (часто лазеров на красителях), а также организовать перестройку длины волны излучения лазера. Сужение спектра осуществляется, как правило, с помощью дисперсионного резонатора. Для эксимерных лазеров на XeF существует другая возможность управления спектральным составом. В нем относительная спектральная мощность на различных колебательных переходах, зависящая от инверсии населенностей на соответствующем переходе, может целенаправленно изменяться в зависимости от давления и температуры среды, а также уровня накачки. Возможно создание перестраиваемых эксимерных лазеров.

 Скачать реферат