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《中国科学技术大学》 2017年
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高重复率ArF准分子激光器的关键技术研究

朱能伟  
【摘要】:论文概述了准分子激光器的发展史及其在科研、医疗和工业方面的应用并介绍了高重复率准分子激光器的国内外发展现状。提出了高重复率准分子激光腔设计涉及的关键技术,如放电电极与电晕预电离技术、高速气体循环技术、声学激波抑制技术和热交换技术等。对关键技术进行实例描述和分析,为4 kHz重复率ArF准分子激光腔的设计提供了依据。采用张氏电极的设计理论,设计了一套用于高重复率放电的紧凑型张氏电极。采用电晕预电离方式对主电极放电提供初始电子浓度。通过对横流风机、磁耦合器和气体循环流道合理设计,在放电区获得高达33.3 m/s的气体平均流速。对流场进行数值仿真计算,直观观测激光腔内的气体流动情况。仿真和实测结果表明:放电区气体流速的大小和均匀性均达到放电要求。通过冷却系统中的冷却水带走了激光腔中8.2kW的热功率。合理的热交换结构,能适应热胀冷缩。双O型圈密封结构使得工作气体与冷却水之间实现可靠隔离。紧凑的汇流结构,使激光器的冷却系统仅有一个进水口和一个出水口,避免了繁琐的管道连接。设计、加工和组装了一台可运行在4 kHz重复率的ArF准分子激光器实验样机。开展了高重复率ArF准分子激光器放电实验研究。通过对预电离结构的结构优化,解决了陶瓷管表面爬电问题和放电区下风口拉弧问题。在直流电源电压750 V下,ArF准分子激光器可以最高4500 Hz重复率运行。运行在4 kHz重复率和放电电压17.4 kV时,通过分光法测量得到ArF准分子激光器最高输出功率72 W,能量稳定性优于1.5%,电光转换效率约1.19%。实验结果表明:ArF准分子激光器在39℃具有最高出光能量,在工作气体温度在40~48℃内,具有较高的能量稳定性。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN248

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