Восстановление электроразрядного эксимерного лазера XeCl*1.5

Реферат курсовой дипломной работы « Восстановление электроразрядного эксимерного лазера XeCl *1.5 » студента физико-технического факультета УО «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы» Субко Евгения Александровича. Объем : страниц 18, рисунков 2, литературных источников 13, Ключевые слова: лазерная камера, конденсатор, сетчатый электрод, электрод предыонизации, разрядник. Объект исследования – электроразрядного эксимерного лазера XeCl Цель настоящей работы В данной курсовой работе нами рассмотрен процесс восстановления электроразрядного эксимерного лазера XeCl *1.5 . Содержание. 1. Введение 4 2. Конструкция ХеС l -лазера 5 3. Схема ХеС l -лазера 6 4. Пр ичины падения генерационных характеристик 7 5. Восстановление генерационных параметров 10 6. Заключение 16 7. Список литературы 17 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время электроразрядные эксимерные лазеры благодаря высокой импульсной и средней мощности излучения находят широкое применение в научном экспери менте, промышленности и медицине. Известно большое количество разработок эксимерных лазеров, которые продолжают совершенствоваться. Однако многие потребности в данных лазерах из-за физических, технических и технологических трудностей, возникающих при создании таких лазеров, остаются неудовлетворенными. Цель данной курсовой работы – описать процесс восстановления и ремонта электроразрядного эксимерного лазера XeCl *1.5; рассказать о причинах, отрицательно влияющих на работу лазера; описать подробный ход работы по его разборке, чистке, замене составляющих частей, ремонту, сборке; описать возможные способы улучшения генерационных характеристик лазера. КОНСТРУКЦИЯ ЛАЗЕРА XeCl *1.5 Конструкция лазерного блока и компоновка отдельных элементов показана на рисунке 1. Размеры лазерного блока лазера XeCl *1.5 составляют Активный объем в лазере составляет 90х3,6х h см, где h - ширина разряда, которая в зависимости от рода буферного газа, давления и состава рабочей смеси, профиля электродов могла изменяться от 1 до 3 сантиметров. Емкостный накопитель состоит из 8 конденсаторов К15-10 на напряжении до 50 кВ, расположенных вдоль газоразрядной камеры на минимальном расстоянии. Обострительные конденсаторы установлены вплотную к газовой камере. Данная компоновка позволила иметь индуктивность контура с обострительной емкостью 4-8 нГ. В качестве коммутатора применялся разрядник Излучатель представляет собой диэлектрическую разрядную камеру, внутри которой располагаются профилированный цельнометаллический анод (9), сетчатый катод (8) и электрод предыонизации (7). В качестве резонатора было применено зеркало с алюминиевым покрытием. C ХЕМА ЛАЗЕРА XeCl *1.5 Предыонизация активной среды в межэлектродном промежутке осуществлялась излучением разряда из-под сетчатого катода при подаче импульса высокого напряжения на электрод предыонизации. Такое расположение системы предыонизации позволило максимально приблизить источник ионизирующего излучения к зоне основного разряда и достичь однородного распределения начальных электронов в межэлектродном промежутке. Основной разрядный объем составлял 115х3,5х2 см 3 (ширина разряда 2 см). На торцах разрядной камеры располагался резонатор лазера, который был образован плоским зеркалом с Al -покрытием и плоскопараллельной кварцевой пластиной. ПРИЧИНЫ ПАДЕНИЯ ГЕНЕРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Основной проблемой эксплуатации эксимерного лазера данного типа, является небольшой срок работы системы предыонизации. Поскольку предыонизация разрядом в лазерной камере осуществляется электродом, поверхность которого ограничена диэлектриком (лавсановая пленка толщиной 50мкм, намотанная в 5 слоев вокруг металлического электрода), то в местах подводов напряжения ( в районе шпилек), при длительной эксплуатации происходят пробои, приводящие к существенному уменьшению эффективности предыонизации и падению энергии генерации. Вторая причина состоит в накоплении вред ных примесей в лазерной камере (на поверхности трубы излучателя и на поверхности электродов), и как следствие – в её загрязнение, приводящем к уменьшению энергии излучения. Для того чтобы восстановить генерационные характеристики лазерная камера был подвергнута чистке. Поверхность электродов и излучателя была обработана набором шлифовальных шкурок и промыта набором растворителей. 1 - конденсаторы К15-10(4700 пФ, 50 кВ, 12 шт) 2 - конденсаторы К15-10(15000 пФ, 50 кВ, 12 шт) 3 - К15-4(470 пФ, 30 кВ, 60 шт) 4 – К15-10 (3300 пФ, 30 кВ, 8 шт) 5 - управляемый разрядник РУ-65 6 - лазерная камера 7 - электрод, покрытый диэлектриком (электрод предыонизации) 8 - сеточный электрод (катод) 9 - цельнометаллический электрод (анод) Рис.1. Конструкция лазера. С1, С2 – накопительные емкости;С3 – обострительная емкость; L 1, L 2, L 3 – контурные индуктивности; Спр, L пр – накопительная емкость и индуктивность цепи предыонизации; R 1, R 2 – зарядные сопротивления; U 0-зарядное напряжение; (1,2) – основные электроды; 3 – электрод предыонизации; РУ– разрядник. Рис.2. Схема лазера. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГЕНЕРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ Наша задача состояла в восстановлении генерационных параметров лазера. Для этого лазер был разобран, была произведена капитальная очистка поверхности от пыли и веществ, выделившихся из рабочей газовой смеси; электроды были обработаны набором наждачной бумаги и отполированы и электрод предыонизации был перемотан. Затем все элементы были промыты набором растворителей и лазер был собран. 1. Разборка лазера. Для разборки излучателя, мы сняли переднюю панель лазера, на которой находился разрядник. Корпус разрядника соединялся с общим посредством жесткой фольги, которую нужно было аккуратно отогнуть. Дальше следовали ряды накопительных и обострительных конденсаторов. Каждый ряд конденсаторов был изолирован полиэтиленовой пленкой. Следующее – это демонтаж электрической схемы непосредственно связанной с электродами лазерная камера. Токоподводящие шины были закреплены на шпильках, которые выполняла две функции: во-первых, крепление самого электрода, во-вторых, контакт для электрической схемы и, наконец, герметизация излучателя. Мы сняли фланцы с кварцевыми подложками. К одному из фланцев был приварен патрубок для подачи газа в лазерную камеру. Как и предполагалось, полость лазерной камеры содержала пыль и налет, выделившаяся из агрессивной среды, в результате использования агрессивного рабочего газа. Особых трудностей этот этап у нас не вызвал. Демонтаж электродов занял некоторое время. Для того чтобы достать электроды, нам было нужно выкрутить шпильки. Мы использовали вторую гайку, накручивая ее с верху, чтобы заблокировать первую гайку со шпилькой. Первый электрод оказался покрыт тонкой пленкой окиси. Сетчатый электрод также покрывала тонкая пленка окиси и ячейки сетки были сильно загрязнены пылью и мелкими частицами. Как и ожидалось, электрод предыонизации оказался поврежденным, прикладываемым к нему высоким напряжением. На поверхности электрода наблюдалось почернение, что свидетельствовало о пробое лавсановой пленки разрядом. 2. Очистку лазерной камеры Следующий этап предполагал тщательную очистку деталей лазера, начиная с трубы резонатора и заканчивая накопительными и обострительными конденсаторами. Нам предстояло отполировать электроды. К тому же на этом этапе нужно перемотать лавсановой пленкой электрод предонизации, так как он не мог быть использован при дальнейшей эксплуатации лазера. Мы столкнулись с рядом трудных технических проблем. Лазерная камера оказалась очень загрязненной. Чистка ее производилась специальной щеткой с удлинителем. Трудно доступные места не удавалось тщательно очистить от загрязнений. Потребовалась дополнительная разборка лазерной камеры. В целом труба резонатора оказалась хорошо очищена от загрязнений. 3. Востановление анода лазера Цельнометаллический электрод – анод представляет собой дюралюминиевый стержень с округленными краями и отверстиями для крепления с помощью шпилек его внутри трубы. Он был покрыт тонкой пленкой окиси. С начала мы шлифовали его крупной наждачной бумагой, затем более мелкой для удаления мелких царапин и неровностей. Процесс полировки осуществлялся при помощи войлочного круга на полировальном станке. Перед тем как начать полировку, войлочный круг смазывался специальным, предназначенным для полировки средством – пастой ГОИ. Процесс полировки был достаточно длительным, потому что мы хотели добиться наилучшего результата. Металлический электрод периодически разогревался, и нам приходилась ждать, пока он остынет. К тому же полировальный круг имел существенные неровности поверхности. Это увеличивало вибрации, которые передавались по стержню, что существенно усложняло обработку электрода. По этой же причине мы должны были прикладывать некоторую силу, оказывая давление на электрод, чтобы улучшить соприкосновения поверхности стержня и полировального круга. После полировки мы очистили электрод от остатков пасты. Для этого использовали спирт, ацетон и уайт-спирит. Уайт-спирит хорошо удалял остатки пасты, растворяя ее. Спиртом мы удаляли жирные остатки уайт-спирита. Ацетон использовался в конце, он применялся как обезжириватель поверхности электрода и окончательно удалял остатки загрязнений. Эта последовательность действий дала прекрасный результат. Было видно, что царапины и неровности на электроде были удалены, поверхность стала практически зеркальной. 4. Чистки сетчатого электрода Для чистки сетчатого электрода была использована сначала концентрированная серная, а затем концентрированная соляная кислота. Края сетчатого электрода были обработаны набором наждачной бумаги, затем мы отполировали края на войлочном круге. Главное на этом этапе было не повредить стальную сетку электрода, не нарушить однородность ее поверхности. На завершающем этапе электрод был обработан спиртом и растворителями. 5. Востановление электрода предыонизации. Для получения объемных разрядов в эксимерных лазерах используется предыонизация основного разрядного промежутка УФ-излучением вспомогательных разрядов. Для всех газоразрядных лазеров, использующих поперечный разряд, важное практическое значение имеет решение вопроса о минимальной плотности электронов предыонизации и однородности их распределения, необходимой для формирования однородного разряда. В случае малого количества начальных электронов происходит независимое развитие рождаемых ими лавин. В окрестности каждой лавины нарастает искажение внешнего поля потенциалом пространственного заряда, который возникает в ходе ионизационного размножения частиц в лавине. После прохождения лавиной некоторого критического расстояния она порождает стример. Формирование однородного разряда достигается в случае, когда пробой газоразрядного промежутка происходит при одновременном развитии множества электронных лавин. При предыонизации от разряда, ограниченного диэлектриком (лавсановая пленка толщиной 50 мкм, намотанная в четыре слоя вокруг металического электрода) в местах подводов при длительной эксплуатации лазера произошел пробой, приведший к существенному уменьшению эффективности подсветки. Таким образом, нам предстояло перемотать электрод предыонизации. Для начала были отпилены торцы залитые эбоксидной смолой. После этого при помощи ножа была удалена старая лавсановая пленка. Электрод был обработан набором шлифовальной бумаги и промыт ацетоном. Для последующей заливки торцов электрода эбоксидной смолой они были обработаны на шлифовальном кругу. Это делалось для того, чтобы при заливании эбоксидной смолой она могла глубже проникать под лавсановую пленку. Процесс обмотки мы начали с тщательной очистки пленки от пыли и мелких частиц спиртом и ацетоном. Обмотка производилась в хлопчатых перчатках. Мы намотали четыре слоя пленки и временно закрепили ее. Приготовленную эбоксидную смолу (6 частей смолы , 1 часть отвердителя) мы залили в торцы электрода и тщательно промазали каждый слой лавсана. Для избежания разрыва пленки во время откачки лазерной камеры, в один торец была вставлена тонкая трубка для вывода скопившегося воздуха. Шпильки были вкручены в эластичные трубки, при этом шпильки смазывались маслом для облегчения их вкручивания. Отверстия вокруг шпилек заливались эбоксидной смолой. Трубки также служили изолятором. На шпильки одевались резиновые герметизирующие трубки. 6.Сборка лазера Прежде чем приступить к сборке всех элементов лазера мы тщательно очистили кварцевые подложки резонатора. Устанавливая электрод предыонизации обнаружилось, что он оказался длиннее, в следствии удлинения область торцов, которые были залиты эбоксидной смолой. Все три электрода были установлены в лазерную камеру. На шпильки мы одели резиновые герметизирующие трубки, которые в процессе закрепления электродов при помощи гаек с шайбой, уплотнялись под действием давления. Подключены токонесущие шины электрической схемы. Был выполнен ремонт блока поджига разрядника. Этот блок стал работать с частотой поджигающих импульсов большей, чем нужно вследствие изменения параметров сопротивлений и емкостей. Были подобраны дополнительные сопротивления, позволившие снизить частоту импульсов до требуемой. Собранный лазер поставлен на пассивацию ( 10 торр HCl , 30 торр Хе, 2 атм He ). Лазер не успел отпассивироваться, поэтому энергия генерации лазера после восстановления не измерялась. Электрод предыонизации работает нормально в разряде на чистом гелии. Заключение. В данной курсовой работе мы описали процесс восстановления и ремонта электроразрядного эксимерного лазера XeCl *1.5. Рассказали о причинах, отрицательно влияющих на работу лазера. Описали подробный ход работы по его разборке, чистке, замене составляющих частей, ремонту, сборке и возможные способы улучшения генерационных характеристик лазера. На основе проведенной работы можно сделать следующий вывод: в результате восстановления элементов лазера можно достичь улучшения генерационных характеристик. Список используемой литературы. 1. Ануфрик С.С., Володенков А.П., Зноско К.Ф. Энергетические характеристики XeCl -лазера с возбуждением LC - инвертором // ЖПС.– 1999.– т.66,№5.– С.702– 707. 2. В.С. Бураков, А.Ф. Боханов, М.И. Неделько.// Журн. прикл. спектр., 61 (1994) 287 3. Ю.И. Бычков, С.В. Мельченко, Г.А. Месяц и др.// Квант. электрон., 9 (1982) 2423 4. K. Miyazakи , T. Hasama, K .Yam a da e t .a l .// J.Appl.Phys., 60 (1986) 2721 5. В.Ф.Тарасенко, А.Н.Панченко, С.В.Мельченко и др.// Квант. электрон., 14 (1987) 2450 6. С.В. Мельченко, А.Н. Панченко, В.Ф. Тарасенко . // Письма в ЖЭТФ, 12 (1986) 171 7. В.Ю. Баранов, В.М. Борисов, Ю.Ю. Степанов ./ Электроразрядные эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов, Москва. (1988) 216 8. В.Ю. Баранов, В.М. Борисов, Д.Н. Молчанов, В.П. Новиков . /Квант. электрон., 14 (1987) 1542 9. А.А. Вилл.// Тр.АН ЭССР, 56 (1984) 18 10. Г.А. Месяц, В.В. Осипов, В.Ф. Тарасенко./ Импульсные газовые лазеры, Москва. (1991) 27 . 11. Мик Д., Крэгс Д. Электрический пробой в газах.: Пер. с англ./ Под ред. В.С.Комелькова. – М.: Изд.-во иностр. лит., 1960. 12. Импульсные СО 2 -лазеры и их применение для разделения изотопов / Е.П.Велихов, В.Ю.Баранов, В.С.Летохов и др. – М.: Наука, 1983. – 304 с. 13. Карнюшин В.Н., Солоухин Р.И. Макроскопические и молекулярные процессы в газовых лазерах. / М.:Атомиздат, 1981. – 200 с.