Приведены конструкция и результаты испытаний мощного компактного лазера на молекулах ХеСГ и KrF*. При длительности импульса излучения ~300 нс на полувысоте получены энергии излучения на 1 = 308 и 249 нм соответственно 110 и 90 Дж. Показано, что при инжекции электронного пучка с четырех сторон и давлениях смеси от 1 до 3 атм достигается равномерное распределение плотности энергии излучения по сечению выходного пучка.

2. насыщение, рассеяние и спектр лазерного излучения

Приводятся результаты экспериментального исследования возможности ОВФ для пучка накачки XeCl-лазера со спектральной шириной линии 26 см-1. При интенсивности накачки ~ 100 МВт/см2 обнаружен эффект спектральной и пространственной селекции пучка накачки нелинейной средой, который обусловлен особенностями спектрального контура молекул XeCl. Реализовано ОВФ части падающего пучка, при этом ширина спектральной линии стоксова сигнала составила 0.3-0.5 см-1.

Показано, что на работу XeCl-лазера существенное влияние оказывает динамика нижнего Х-состояния рабочих молекул. В связи с этим интенсивность насыщения лазерного перехода может быть разной в различных экспе­риментальных условиях. Спектр выходного излучения при работе с неселективным резонатором также может значительно трансформироваться; при этом увеличивается относительная интенсивность излучения на «слабых» переходах молекул XeCl.

Экспериментально исследована расходимость излучения импульсно-периодического электроразрядного ТЕ ХеС1-лазера с неустойчивым резонатором и несимметричным выводом излучения. Показано, что резонатор с выпуклыми зеркалами позволяет формировать излучение с расходимостью, близкой к дифракционной, при сохранении энергии на уровне 40-50% от энергии лазера с плоскопараллельным резонатором. Описано получение круглого пятна с равно­мерным распределением интенсивности, возникающего при фокусировке пучка прямоугольной формы. С помощью расчетов и экспериментов показано, что данное явление не имеет дифракционной природы и не является результатом взаимодействия лазерного излучения со средой или материалом мишени.

Разработана мощная лазерная KrF-система на основе широкоапертурного эксимерного лазера с электронно-пучковой накачкой и инжекционным управлением от электроразрядного задающего генератора. Спектральная яркость излу­чения с шириной линии ~ 0.1см-1, перестраиваемой вблизи Х = 248 нм, составила мощности ~ 1 ГВт.

3. оптимизация параметров эксимерных лазеров

Разработана численная модель XeCl-лазера с дополнительным источником питания и насыщаемой индуктивностью. Модель опробована на различных по энергетике экспериментальных установках. Наилучшее согласие с эксперимен­тальными результатами в широком диапазоне выходных энергий получено в предположении о разрушении иона NeXe + в разряде и равенстве площади разряда площади электродов. Для десятиджоульного XeCl-лазера проведена оптими­зация состава, параметров резонатора, площади разряда и межэлектродного расстояния (начального напряжения на накопительной емкости) для заданного начального напряжения на накопительной емкости (межэлектродного рас­стояния) и заданных параметров цепи. Показано, что КПД генерации по отношению к запасенной в конденсаторах энергии может достигать ~ 6.5% как в модели с разрушением иона NeXe +, так и в модели без его разрушения. При этом, однако, существенно различаются оптимальные условия (состав, площадь разряда и т.д.), при которых достигается максимальный КПД. В оптимальных условиях реализуется апериодический резким возбуждения, т. е. вся энергия в активный объем вкладывается в первый полупериод разряда накопительной емкости.

Разработан длинноимпульсный XeCI-лазер, генерирующий в режиме активной синхронизации мод цуги УКИ длительностью 100 пс , плавно перестраиваемые в диапазоне 307.6 — 308.6 нм. Число импульсов в цуге достигает 60. При использовании внутрирезонаторного эталона Фабри - Перо получены импульсы, близкие к спектрально-ограниченным. Изучены зависимости длительности УКИ от длины резонатора лазера и номера импульса в цуге. Показано, что заметное увеличение длительности УКИ по сравнению с минимальной происходит при изменении длины резонатора более чем на 1 мм. Установлено, что ми­нимальная полученная длительность (100 пс) ограничивается не временем существования инверсии лазера (0.5 мкс), а другими факторами, главный из которых нестационарность накачки. Рассмотрены пути дальнейшего повышения стабильности и сокращения длительности УКИ, генерируемых длинно-импульсными XeCI лазерами (t > 0.5 мкс) в режиме синхронизации мод. Проанализирована работа таких лазеров при синхронизации мод с использованием присоединенного нелинейного резонатора. Резуль­таты численных расчетов показывают, что в этом случае достижима длительность УКИ менее

10 пс.

4. другие характеристики эксимерных лазеров

Экспериментально исследованы основные факторы, определяющие возможность увеличения частоты повторения импульсов в мощных KrF-лазерах. Рассмотрены два прототипа компактного промышленного KrF-лазера. Первый прототип позволяет получать максимальную среднюю мощность ~ 620 Вт при частоте повторения импульсов 4 кГц, во втором, более компактном, прототипе была достигнута максимальная частота повторения 5 кГц при средней мощности излучения 200 Вт.

Исследованы энергетические и ресурсные характеристики, а также качество излучения типичного XeCl-лазера. Впервые обнаружено наличие двух максимумов у зависимости энергии излучения от отношения обострителъной емкости к накопительной. Дано объяснение причинам появления этих максимумов. Данные по загрязнению зеркал и циклическому режиму работы позволили сделать вывод о том, что на начальном этапе (до 106 включений) основной причиной снижения мощности излучения лазера является появление в активной среде мелкодисперсных частиц. Показана работоспособность новой системы регенерации рабочей смеси газов, не требующей использования крио­генной аппаратуры и позволяющей обеспечить поддержание концентрации молекул НС1 в активном объеме, а также избавиться от мелкодисперсных частиц и ряда вредных молекулярных примесей. Установлено, что при использовании неустойчивого телескопического резонатора с несимметричным выводом излучения даже сравнительно простой конструкции удается сфокусировать излучение в пятно малого размера (~ 10 мкм).

Исследованы характеристики коронного разряда на смесях Не-Xe-HCl (близких по составу к рабочим средам ХеСI-лазеров) при давлениях 100-300 кПа. Изучены резкими зажигания и характеристики коронного разряда, используемого в системах предионизации рабочих сред эксимерных лазеров и селективных эксимерных ламп высокого давления, а также влияние излучения лазера c Х = 337.1 нм на усредненные вольт-амперные характеристики коронного разряда в смеси Не—Хе—НС1. Определены условия получения устойчивой отрицательной короны, которая может применяться для электрической прокачки рабочих сред импульсно-периодических ХеСI-лазеров, а также в системах предионизации лазеров на атомах Хе * и длинноимпульсных ХеСI-лазеров.