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上海市 移动 183.193.134.249 51zhunfenzi 发布于 2017-10-24

准分子激光器的原理与维护思路

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1960年美国在实验室用红宝石晶体获得了激光输出后,激光器件和技术得到了突飞猛进的发展。由固体激光器发展到气体、液体、化学及自由电子激光器等。准分子激光器是气体激光器的一种,工作介质为准分子气体,工作气体常态下为原子,在激发态能够

暂时结合成不稳定的分子叫做受激准分子,简称准分子。

准分子激光器具有工作波长短、脉宽窄、单脉冲能量高及峰值

功率高等特点,作为紫外辐射光源已在工业、医学和科研领域得到

了及其广泛的应用。

目前最常用的准分子激光器的输出波长有:

308nm XeCl 准分子激光器

248nm KrF 准分子激光器

193nm ArF 准分子激光器

准分子激光器是一种横向激励高气压、高电压快速放电泵浦的激光器,要得到很陡的窄脉冲,放电回路中要选用快速开关,常用的是氢闸流管。主放电通过阴极电极和阳极电极间实现均匀放电,常用的电极有儒可夫斯基电极和江氏电极面型等。

为了获得均匀放电和降低着火电压,采用了双放电技术。在阳极和阴极之间靠近阴极附近加入了第三根电极(预电离电极),在主放电之前,预电离电极和主放电的阴极间先加上高压,使它们之间发生电晕放电或针式阵列预电离放电,在阴极附近形成均匀的电离层,然后再在阴极和阳极间加上高电压并发生辉光放电。

为得到特定波长的激光输出,需要充入不同的惰性气体外,还有充入一定比例的卤素气体。如KrFArF激光器要充入氟化物气体,XeCl激光器要充入氯化氢气体,它们都有腐蚀和毒害作用(在工作气体中含量较低约0.2%)。为提高频率并获得较大的粒子反转数和较大的增益,工作气体需要高速流动,因此在激光腔内安装了横流循环风机。使激光器在高重复频率下也能获得稳定的能量输出。

影响激光器能量输出的因素很多:

1、主放电电极和预电离电极在高重频下(数百赫兹),需要连续放电,各电极在放电过程中会有少量的金属分子离析,进而造成激光腔内及激光腔镜尘埃的污染,影响激光的输出能量。要得到额定的能量输出,就要提高注入能量(输入电压),电压的提高必然加速电极的损伤,最终导致电极间产生丝状放电,能量急剧下降。

2、由于工作气体不纯、配比失调、循环风机不能正常工作、激光腔有泄漏(少量),造成气压和电压不匹配,使气体寿命下降。造成能量输出不稳定。

3、放电回路接触不良、电容老化使电容容量下降、氢闸流管老化或损坏,都能产生能量下降或激光器不能正常工作。

准分子激光器结构复杂,精度要求高,因此对设计制造和维修都有严格的操作程序和要求,维修人员需具有多年的装配和维修经验才能胜任。

目前,市场上的准分子激光器主要是国外进口产品,维修工程师程序化操作、模块化检测,主要的维修手段是更换模块甚至返回原厂(激光腔体问题),致使维修费用昂贵。

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