ИССЛЕДОВАНИЕ  ХАРАКТЕРИСТИК  ARF  ЛАЗЕРА

Николаев  Евгений  Игоревич

11  Т  класс,  МАОУ  «Лицей  города  Троицка»,  г.  Москва

E-mail:  jackusnicola@jyandex.ru

Пятиизбянцева  Елена  Владимировна

учитель  математики,  МАОУ  «Лицей  города  Троицка»,  г.  Москва

Пряников  Виктор  Сергеевич

ведущий  инженер,  ИЗМИРАН,  г.  Москва

Введение.  Лазеры  —  это  генераторы  и  усилители  когерентного  излучения  в  оптическом  диапазоне.  Физической  основой  работы  лазера  служит  явление  вынужденного  (индуцированного)  излучения  [2].  Суть  явления  состоит  в  том,  что  возбуждённый  атом  способен  излучить  фотон  под  действием  другого  фотона  без  его  поглощения,  если  энергия  последнего  равняется  разности  энергий  уровней  атома  до  и  после  излучения.  При  этом  излученный  фотон  когерентен  фотону,  вызвавшему  излучение.  Так  происходит  усиление  света.  Все  лазеры  состоят  из  трёх  основных  частей:  активной  среды,  системы  возбуждения  среды  и  оптического  резонатора.

Эксимерные  лазеры  являются  мощными  источниками  УФ  излучения.  Уникальные  свойства  воздействия  импульсов  излучения  этих  лазеров  на  вещество  используется  в  медицине,  микролитографии,  при  микрообработке  изделий  из  различных  материалов,  в  приборах  экологического  мониторинга  и  в  научных  исследованиях  [3].

Задачи  исследования.  При  работе  лазер  должен  выдавать  определенную  энергию  импульса.  При  использовании  лазера  мощность  импульсов  постепенно  уменьшается,  так  как  деградирует  смесь  и  зеркала.  При  недостаточных  показателях  энергии  импульса  производится  замена  смеси  и  зеркал  для  дальнейшей  работы  лазера.

Цель  исследования:  сравнить  параметры  импульсов  лазера  при  старых  (использованных)  и  новых  зеркалах. 

Ожидаемые  результаты:  при  замене  изношенных  пар  зеркал  на  новую  пару  зеркал  энергия  лазерного  луча  увеличивается.

Объект  исследования:  Эксимерный  лазер  CL-5100.

Рисунок  1.  Лазер  CL  5000

Характеристики:

Питание:  220  В;  1,5  кВт,  50  Гц.

Лазерное  изделие  IV  класса. 

Длина  волны  193  нм. 

Максимальная  энергия  0,02  Дж. 

Излучатель  состоит  из  газоразрядной  камеры  1,  резонатора  2,  высоковольтного  источника  питания  3,  электронной  схемы  управления  лазером  4,  измерителя  импульсов  излучателя  5.

Метод  проверки  настроек  лазера:  Заменяем,  старую  смесь  свежей  (F₂+Ar+Ne),  включаем  лазер  со  старыми  резонаторами  (зеркалами),  замеряем  два  раза  подряд  энергию  лазерного  импульса  и  записываем  в  таблицу  1. 

Проверим,  как  замена  зеркал  повлияет  на  энергию  лазерного  импульса.  Для  этого  поменяем  в  резонаторе  старые  зеркала  на  новые.  Перед  установкой  новых  зеркал  надо  измерить  коэффициент  отражения  процент  отражения.  Для  этого  соберём  схему,  представленную  на  рисунке  2.

Рисунок  2.  Схема  измерения  коэффициента  отражения  зеркал

Луч  лазера  направляется  в  зеркало  1  и  отражается  от  него  в  головку  излучателя  энергии  2.  Значение  энергии  Е₂  определяется  по  прибору  3.  После  этого  головка  излучателя  устанавливается  в  точку  4,  зеркало  убирается  и  производится  измерение  падающей  на  зеркало  энергии  Е₁.  Отношение  Е₂/Е₁  —  дает  коэффициент  отражения  зеркала.  Так  как  излучение  лазера  поглощается  в  воздухе,  то  для  большей  точности  измерений  необходимо,  что  бы  расстояние  между  точками  1—2  и  1—4  были  одинаковы.  В  нешем  случае  они  состовляли  35  см.

Таблица  1.

Полученные  результаты

Результаты  замеров  энергии  лазерного  импульса  в  зависимости  от  напряжения  и  частоты,  со  старым  резонатором  (Старой  парой  зеркал).  (U  —  Кв,  E₁  —  мДж,  E₂  —  мДж)  Сделано  26  марта.

Таблица  2. 

Результаты  замеров  энергии  при  проверке  отражающей  способности  двух  зеркал

Таблица  3. 

Результаты  замеров  энергии  лазерного  импульса  в  зависимости  от  напряжения  и  частоты,  с  новым  резонатором  (Новой  парой  зеркал).  (U  —  Кв,  E₁  —  мДж,  E₂  —  мДж)  Сделано  27  марта

Мы  выяснили,  что  в  данном  эксимерном  лазере  CL-5100,  в  котором  находилась  свежая  смесь  (F₂+Ar+Ne)  и  отлично  работающая  система  возбуждения  среды,  энергия  лазерного  импульса  зависит  от  коэффициента  отражателя  зеркал  резонатора.  В  ходе  опыта  мы  заменили  зеркала  резонатора.  Проведя  замеры  перед  и  после  замены  мы  видим,  что  со  старой  парой  зеркал  с  увеличением  напряжения  от  11  до  16  Кв  Энергия  лазерного  импульса  растёт,  а  при  возрастании  частоты  (10,100,200,300,500  Гц)  энергия  уменьшается,  так  же  со  старыми  зеркалами  при  повторном  замере  энергия  уменьшается.  Новые  Зеркала  сделаны  качественно  т.  к.  отражаемая  способность  у  них  98  %.  При  замере  энергии  лазерного  импульса  с  новыми  зеркалами,  мы  видим,  что  при  возрастании  напряжения  от  11  до  16  Кв  энергия  лазерного  импульса  растёт,  а  при  увеличении  частоты  (10,  100,  200,  300,  500)  Энергия  уменьшается,  как  и  в  первом  случае.  Однако  есть  несколько  отличий.  Во-первых,  при  замере  с  новыми  зеркалами  при  11  и  12  Кв  измерительный  прибор  показывает  Энергию  лазерного  импульса,  которую  при  старых  зеркалах  была  слишком  мала,  чтобы  прибор  уловил  её.  Во-вторых,  в  опыте  с  новыми  зеркалами  мы  видим,  что  повторный  замер  энергии  лазерного  импульса  показал  возрастание  энергии,  когда  в  опыте  со  старыми  зеркалами,  повторный  замер  показал  уменьшение  энергии  лазерного  импульса.

Меры  безопасности. 

Не  заглядывать  внутрь  лазерной  камеры  при  работе  лазера.

Работа  в  защитных  очках.

Не  подвергайте  незащищенную  кожу  действию  лазерного  излучения.

Заключение.  После  проведённых  опытов,  мы  выяснили  при  свежей  смеси,  хорошо  работающей  системе  возбуждения  среды,  при  замене  изношенных  пар  зеркал  на  новую  пару  зеркал  энергия  лазерного  луча  увеличивается.

Список  литературы:

1.Брюннер  В.,  Юнге  К.  Справочник  по  лазерной  технике.  /  Под  ред.  А.П.  Напартовича.  М.:  Энергоатомиздат,  1991. 

2.Сивухин  Д.В.  Общий  курс  физики.  Оптика.  —  М.:  Наука,  1985.

3.Эксимерный  лазер.  Серия  CL  5000.  Руководство  по  эксплуатации.  /  Троицк  2007  г.