RU2680143C2 - Method of generating broadband high-brightness optical radiation - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: in a method of generating broadband high-brightness optical radiation including creating an initial ionization in a chamber filled with a high-pressure gas mixture, lighting a camera with a focused beam of a continuous laser with the focal region located in the chamber, drawing broadband optical radiation from the focal region of the laser, the laser power changes periodically from the minimum value of P₁ up to the maximum value of P₂. The ratio of the maximum laser power to the minimum P2/P1≥1.5.

EFFECT: increasing the spectral brightness, stabilizing the plasma position, increasing the resource of the broadband optical radiation source.

11 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое техническое решение относится к способам генерации широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью и представляет интерес для приложений в микроэлектронике, спектроскопии, фотохимии, медицине и других областях.The claimed technical solution relates to methods for generating broadband optical radiation with high spectral brightness and is of interest for applications in microelectronics, spectroscopy, photochemistry, medicine and other fields.

Известен способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающий возбуждение дуговым разрядом камеры, заполненную газом высокого давления. Камера представляет собой прозрачную колбу (лампу) из кварцевого стекла, в качестве заполняющего газа применяется ксенон (смесь ксенона с ртутью) с давлением при комнатной температуре ~1 МПа. Электроды дугового разряда размещены в лампе, межэлектродный промежуток составляет несколько миллиметров, у ламп специального назначения даже 0,5-1,5 мм ([1]: Рохлин Г.Н. «Разрядные источники света». 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1991-720 с; раздел 19.3). Подобные лампы серийно выпускаются многими производителями, в частности компанией Hamamatsu Photonics К.К. (Япония), детальное описание параметров таких ламп представлено на сайте компании ([2]: http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/Xe-HgXe_TLSX1044E.pdf). Источники по известному способу генерируют излучение с непрерывным спектром в диапазоне от ~180-220 нм до >1000 нм (нижняя граница спектра определяется границей прозрачности используемого для колбы материала) при достаточно высоких стабильности (лучше 1%) и интегральной яркости излучения. Однако ресурс непрерывной работы таких источников ограничен и определяется деградацией электродов самих по себе в сильноточном дуговом разряде, а также осаждением продуктов эрозии электродов на внутреннюю поверхность лампы, что снижает ее прозрачность. В результате гарантированный срок службы источника составляет, как правило, до ~3000 часов, что недостаточно для многих приложений. Кроме того, при высокой общей спектральной силе света {в единицах Вт/(нм*ср)} спектральная яркость известного источника {в единицах Вт/(нм*ср*мм²)} недостаточна, в частности для приложений в микроэлектронике, поскольку освещенность объекта определяется именно яркостью единицы поверхности источника излучения.A known method of generating broadband optical radiation with high brightness, including excitation by an arc discharge of a chamber filled with high-pressure gas. The chamber is a transparent flask (lamp) made of quartz glass; xenon (a mixture of xenon with mercury) with a pressure at room temperature of ~ 1 MPa is used as a filling gas. Arc discharge electrodes are placed in a lamp, the interelectrode gap is several millimeters, for special-purpose lamps even 0.5-1.5 mm ([1]: Rokhlin GN “Discharge light sources.” 2nd ed., Revised. and add. - M.: Energoatomizdat, 1991-720 s; section 19.3). Such lamps are serially produced by many manufacturers, in particular, K.K. Hamamatsu Photonics. (Japan), a detailed description of the parameters of such lamps is presented on the company's website ([2]: http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/Xe-HgXe_TLSX1044E.pdf). Sources according to the known method generate radiation with a continuous spectrum in the range from ~ 180-220 nm to> 1000 nm (the lower edge of the spectrum is determined by the transparency boundary of the material used for the flask) at sufficiently high stability (better than 1%) and integrated radiation brightness. However, the continuous operation resource of such sources is limited and is determined by the degradation of the electrodes themselves in a high-current arc discharge, as well as by the deposition of erosion products of the electrodes on the inner surface of the lamp, which reduces its transparency. As a result, the guaranteed source life is usually up to ~ 3000 hours, which is not enough for many applications. In addition, with a high total spectral light intensity {in units of W / (nm * sr * mm)}, the spectral brightness of a known source {in units of W / (nm * sr * mm ² )} is insufficient, in particular for applications in microelectronics, since the illumination of an object determined precisely by the brightness of a unit surface of the radiation source.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающий создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, освещение камеры сфокусированным лучом непрерывного лазера с находящейся в камере фокальной областью и вывод широкополосного оптического излучения из фокальной области лазера ([3]: патент US 7435982 "Laser-driven light source"). Фактически известный способ представляет собой один из вариантов реализации непрерывного оптического разряда, обнаруженного в 1970 г. в СССР ([4]: Генералов Н.А., Зимаков В.П. И др. «Непрерывно горящий оптический разряд». Письма в ЖЭТФ, 1970, т. 11, с.447-449), источники на базе такого оптического разряда выпускает компания Energetiq Technology, Inc. (США), они подробно описаны на сайте этой компании http://www.energetig.com/. Первоначальная (предварительная) ионизация газа (как правило, это ксенон высокого давления) создается отдельным источником ионизации, а затем оптический разряд поддерживается непрерывным лазерным излучением.The closest technical solution (prototype) is a method for generating high-brightness broadband optical radiation, including the creation of initial ionization in a chamber filled with a high-pressure gas mixture, illumination of the chamber with a focused beam of a continuous laser with a focal region located in the chamber, and the extraction of broadband optical radiation from the focal region laser ([3]: patent US 7435982 "Laser-driven light source"). In fact, the known method is one of the options for implementing a continuous optical discharge, discovered in 1970 in the USSR ([4]: Generalov N.A., Zimakov V.P. et al. “Continuously burning optical discharge.” Letters in JETP, 1970, v. 11, pp. 447-449), sources based on such an optical discharge are produced by Energetiq Technology, Inc. (USA), they are described in detail on the website of this company http://www.energetig.com/. The initial (preliminary) ionization of the gas (usually high-pressure xenon) is created by a separate ionization source, and then the optical discharge is supported by continuous laser radiation.

В прототипе источник начальной ионизации расположен в камере с газом, в которую введены электроды и в камере вначале на короткое время (масштаб времени 1 с) зажигается обычный дуговой разряд на постоянном токе, который затем отключается. Однако возможны и другие варианты создания начальной ионизации в источниках на базе лазерной плазмы, что не является принципиальным для генерации широкополосного излучения самого по себе - источник начальной ионизации может находиться вне камеры и представлять собой, например, импульсный лазер высокой мощности, как в [4], или виток, обеспечивающий безэлектродное зажигание разряда, как это реализовано в [5] ([5]: US 7,705,331: «Methods and systems for providing illumination of a specimen for a process performed on the specimen))).In the prototype, the source of initial ionization is located in a chamber with gas into which electrodes are introduced and in the chamber, for a short time (time scale 1 s), a regular direct-current arc discharge is ignited, which is then turned off. However, other options are also possible for creating initial ionization in sources based on laser plasma, which is not fundamental for the generation of broadband radiation per se - the initial ionization source can be located outside the camera and can be, for example, a high-power pulsed laser, as in [4] , or a coil providing electrodeless discharge ignition, as implemented in [5] ([5]: US 7,705,331: “Methods and systems for providing illumination of a specimen for a process performed on the specimen))).

Оптические системы фокусировки лазерного излучения в камеру и вывода широкополосного излучения лазерной плазмы также могут быть существенно различными.Optical systems for focusing laser radiation into a camera and outputting broadband radiation from a laser plasma can also be significantly different.

Источники по прототипу выпускает компания Energetiq Technology, Inc. (США), они подробно описаны на сайте этой компании ([6]: http://www.energetiq.com/), а именно EQ-99 (в версиях X, XFC, CAL), а также EQ-1500 и др. Известные источники включают камеру в виде прозрачной для ультрафиолетового излучения колбы, заполненной, как правило, ксеноном с давлением вплоть до ~3 МПа (при комнатной температуре), лазер мощностью от ~20 Вт до ~300 Вт (как правило, диодный лазер с длиной волны ~1 мкм), систему фокусировки лазерного излучения в камеру с газом с достаточно большой числовой апертурой NA до 0,45-0,50. В заполненной газом камере дополнительно размещены электроды для предварительной ионизации газа дуговым разрядом или импульсным электрическим пробоем, после которых плазма поддерживается сфокусированным лазерным излучением уже в отсутствие электрического тока и напряжения на электродах.Sources for the prototype are released by Energetiq Technology, Inc. (USA), they are described in detail on the website of this company ([6]: http://www.energetiq.com/), namely EQ-99 (in versions X, XFC, CAL), as well as EQ-1500, etc. Known sources include a chamber in the form of a flask transparent for ultraviolet radiation, filled, as a rule, with xenon with a pressure up to ~ 3 MPa (at room temperature), a laser with a power of ~ 20 W to ~ 300 W (usually a diode laser with a length waves ~ 1 μm), a system for focusing laser radiation into a chamber with a gas with a sufficiently large numerical aperture NA up to 0.45-0.50. In the gas-filled chamber, electrodes are additionally placed for preliminary ionization of the gas by an arc discharge or pulsed electrical breakdown, after which the plasma is supported by focused laser radiation even in the absence of electric current and voltage on the electrodes.

Важными достоинствами известного источника являются безэлектродный способ подвода энергии к плазме (за исключением момента ее инициирования), а также компактность и достаточно стабильное положение источника широкополосного излучения. Отсутствие сколько-нибудь заметной эрозии электродов позволяет многократно увеличить ресурс источника излучения - до ≥9 тыс.часов и более, как указано в спецификациях продукции компании Energetiq Technology, Inc., когда ресурс определяется, по-видимому, деградацией прозрачных стенок колбы под действием коротковолнового излучения лазерной плазмы, Далее, известный источник имеет существенно большую спектральную яркость, чем лампы дугового разряда: выигрыш в яркости по сравнению с ксеноновой лампой при сопоставимой потребляемой мощности составляет до 10 раз в дальнем ультрафиолетовом диапазоне 190-250 нм и до 2-3 раз в спектральном диапазоне 300-700 нм. Однако спектральная яркость известного источника не является максимальной и при этом важно отметить, что его яркость увеличивается очень медленно по мере роста мощности используемого лазера, поскольку вместе с ростом мощности лазера увеличивается и объем излучающей плазмы. Например, при увеличении мощности лазера от 20 Вт (источник EQ-99) до 60 Вт (источник EQ-1500) размер излучающей плазмы по уровню 50% от максимальной яркости увеличивается от ∅60 мкм ×140 мкм до ∅125 мкм ×300 мкм, то есть объем плазмы возрастает в 9 раз. Это означает, что мощность энерговыделения в единице объема плазмы с увеличением мощности лазера уменьшается, как и максимальная температура плазмы. То есть, рост спектральной яркости источника достигается неэффективным способом - за счет увеличения оптической толщины плазмы, в основном прозрачной для собственного теплового излучения, а спектральное распределение излучения соответствует меньшей температуре плазмы.Important advantages of the known source are the electrodeless method of supplying energy to the plasma (with the exception of the moment of its initiation), as well as the compactness and rather stable position of the broadband radiation source. The absence of any noticeable erosion of the electrodes can significantly increase the life of the radiation source - up to ≥9 thousand hours or more, as indicated in the product specifications of Energetiq Technology, Inc., when the life is apparently determined by the degradation of the transparent walls of the flask under the influence of a short-wavelength laser plasma radiation. Further, a known source has a significantly higher spectral brightness than arc discharge lamps: the gain in brightness compared to a xenon lamp with a comparable power consumption is up to 10 times in the far ultraviolet range of 190-250 nm and up to 2-3 times in the spectral range of 300-700 nm. However, the spectral brightness of a known source is not maximum, and it is important to note that its brightness increases very slowly as the power of the laser used increases, since together with an increase in the laser power, the volume of the emitting plasma also increases. For example, if the laser power is increased from 20 W (source EQ-99) to 60 W (source EQ-1500), the size of the emitting plasma at a level of 50% of the maximum brightness increases from ∅60 μm × 140 μm to ∅125 μm × 300 μm, that is, the plasma volume increases by 9 times. This means that the power of energy release per unit volume of the plasma decreases with increasing laser power, as does the maximum plasma temperature. That is, the increase in the spectral brightness of the source is achieved in an inefficient way - by increasing the optical thickness of the plasma, which is mainly transparent to its own thermal radiation, and the spectral distribution of the radiation corresponds to a lower plasma temperature.

Аналогично медленный рост яркости плазмы, прежде всего в ультрафиолетовом диапазоне без роста ее максимальной температуры при увеличении мощности лазерного излучения проявляется в источниках на базе поддерживаемой лазером мощностью до 1 кВт и выше компактной плазмы в заполненных ксеноном высокого давления безэлектродных лампах компании KLA-Tencor Corporation. В частности, при увеличении мощности поддерживающего плазму лазера от 500 Вт до 10 кВт максимальная температура плазмы даже упала от ≈16,5 кК до ≈15,5 кК при существенном росте объема плазмы ([7]: https://www.researchgate.net/publication/277130938_High_Power_Laser-Sustained_Plasma_Light_Sources_for_KLA-Tencor_Broadband_Inspection_Tools).Similarly, a slow increase in plasma brightness, primarily in the ultraviolet range without increasing its maximum temperature with increasing laser radiation power, manifests itself in sources based on a compact plasma supported by a laser power of up to 1 kW and higher in xenon-filled high-pressure electrodeless lamps from KLA-Tencor Corporation. In particular, with an increase in the power of the plasma supporting laser from 500 W to 10 kW, the maximum plasma temperature even dropped from ≈16.5 kK to ≈15.5 kK with a significant increase in the plasma volume ([7]: https: //www.researchgate. net / publication / 277130938_High_Power_Laser-Sustained_Plasma_Light_Sources_for_KLA-Tencor_Broadband_Inspection_Tools).

Медленный рост яркости лазерной плазмы при увеличении лазерной мощности в известном техническом решении авторы настоящего изобретения связывают с рефракцией лазерного излучения в нагретом газе: с увеличением мощности лазерного излучения увеличивается и тепловыделение в фокальной области. В результате возрастает размер и оптическая сила «рассеивающей тепловой линзы», возникающей в области излучающей плазмы и вокруг этой области, что ухудшает условия фокусировки лазерного излучения.The slow increase in the brightness of laser plasma with increasing laser power in a known technical solution, the authors of the present invention associate with the refraction of laser radiation in a heated gas: with an increase in the power of laser radiation, the heat generation in the focal region also increases. As a result, the size and optical power of the “scattering thermal lens” that arises in the region of the emitting plasma and around this region increases, which worsens the conditions for focusing laser radiation.

Кроме того, по мнению авторов заявляемого технического решения, увеличение размера плазмы (в частности, за счет теплопроводности) при увеличении мощности поддерживающего плазму лазера приводит к росту поглощения лазерного излучения на большем расстоянии от фокальной области - это особенно существенно при использовании диодных лазеров, когда поглощение лазерного излучения происходит с возбужденных уровней ксенона (или другого инертного газа). Соответственно, рост температуры на периферии фокальной области приводит к росту населенности соответствующих атомных состояний и коэффициентов поглощения - в результате интенсивность лазерного излучения непосредственно в фокальной области может с ростом мощности лазера даже уменьшаться, а не возрастать.In addition, according to the authors of the claimed technical solution, an increase in the size of the plasma (in particular, due to thermal conductivity) with an increase in the power of the laser supporting the plasma leads to an increase in the absorption of laser radiation at a greater distance from the focal region - this is especially important when using diode lasers, when the absorption Laser radiation comes from excited levels of xenon (or another inert gas). Accordingly, an increase in temperature at the periphery of the focal region leads to an increase in the population of the corresponding atomic states and absorption coefficients - as a result, the laser radiation intensity directly in the focal region can even decrease rather than increase with increasing laser power.

Далее, колебания мощности лазерного излучения приводят к вариациям не только яркости излучения плазмы самой по себе, но также и положения области лазерной плазмы с максимальной яркостью, что дополнительно увеличивает нестабильность излучения - как интегральной, так и спектральной яркости известного источника, особенно на значительных временных интервалах и при распространенном варианте вывода излучения плазмы проектированием ее яркой области на вход световода малого диаметра.Further, fluctuations in the laser radiation power lead to variations not only in the brightness of the plasma radiation per se, but also in the position of the region of the laser plasma with maximum brightness, which additionally increases the instability of the radiation — both the integral and spectral brightness of a known source, especially over large time intervals and with a common version of the output of plasma radiation by designing its bright region to the input of a small diameter fiber.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение спектральной яркости, стабилизация положения плазмы, а также увеличение ресурса источника широкополосного оптического излучения.The technical result of the claimed invention is to increase the spectral brightness, stabilize the position of the plasma, as well as increase the resource of the source of broadband optical radiation.

Технический результат достигается тем, что в способе генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающем создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, освещение камеры сфокусированным лучом непрерывного лазера с находящейся в камере фокальной областью, вывод широкополосного оптического излучения из фокальной области лазера, мощность лазера периодически изменяют от минимального значения Р₁ до максимального значения Р₂, причем отношение максимальной мощности лазера к минимальной Р₂/Р₁≥1,5.The technical result is achieved by the fact that in the method for generating high-bandwidth optical radiation with high brightness, including the creation of initial ionization in a chamber filled with a high-pressure gas mixture, illumination of the chamber by a focused beam of a continuous laser with a focal region located in the chamber, the output of broadband optical radiation from the focal region of the laser the laser power is periodically changed from a minimum value of P ₁ to a maximum value of P ₂ , and the ratio of the maximum laser power to the minimum P ₂ / P ₁ ≥1.5.

Авторами настоящего технического решения обнаружено, что комбинация облучения плазмы лазерным излучением с мощностью P₁ при периодическом увеличении мощности излучения до большего значения Р₂, позволяет во время облучения плазмы импульсом мощностью Р₂ реализовать большую яркость широкополосного излучения, чем при облучении плазмы лазерным излучением с постоянной мощностью Р₂. Существенное увеличения яркости плазмы реализуется при Р₂/Р₁≥1.5, а кратный рост яркости, прежде всего в ультрафиолетовом диапазоне, реализуется при Р₂/Р₁≥2. предпочтительно Р₂/Р₁≥3 и более.The authors of the present technical solution found that the combination of plasma irradiation with laser radiation with a power of P ₁ with a periodic increase in radiation power to a larger value of P ₂ allows for a higher brightness of broadband radiation during plasma irradiation with a pulse of power P ₂ than when irradiating plasma with laser radiation with a constant power P ₂ . A significant increase in plasma brightness is realized at P ₂ / P ₁ ≥1.5, and a multiple increase in brightness, especially in the ultraviolet range, is realized at P ₂ / P ₁ ≥2. preferably P ₂ / P ₁ ≥3 or more.

В предпочтительном варианте реализации заявляемого способа отношение времени T₁, в течение которого мощность лазера не превосходит Р₁+0,2(Р₂-Р₁) ко времени Т₂, в течение которого мощность лазера превышает P₁+0,8(P₂-P₁) удовлетворяет условию Т₁/Т₂≥2., еще больший выигрыш в яркости плазмы может быть получен при T₁/T₂≥3. предпочтительно ≥4.In a preferred embodiment of the proposed method, the ratio of the time T ₁ during which the laser power does not exceed P ₁ +0,2 (P ₂ -P ₁ ) to the time T ₂ during which the laser power exceeds P ₁ +0.8 (P ₂ -P ₁ ) satisfies the condition T ₁ / T ₂ ≥2., An even greater gain in plasma brightness can be obtained at T ₁ / T ₂ ≥3. preferably ≥4.

Фиг. 1 иллюстрирует предлагаемый авторами настоящего изобретения режим работы лазера, генерирующего лазерную плазму, указаны:FIG. 1 illustrates a mode of operation of a laser generating a laser plasma proposed by the authors of the present invention;

Р₁ - минимальная мощность лазера;P ₁ is the minimum laser power;

Р₂ - максимальная мощность лазера;P ₂ - maximum laser power;

Т₁ - время, в течение которого мощность лазера соответствует значению не больше минимального плюс не более 20% от разницы между максимальной и минимальной мощностью лазера, то есть мощность лазера близка к минимальному значению: Р≤Р*=P₁+0,2(P₂-P₁);T ₁ - the time during which the laser power corresponds to a value of not more than the minimum plus no more than 20% of the difference between the maximum and minimum laser power, that is, the laser power is close to the minimum value: P≤P * = P ₁ +0.2 ( P ₂ -P ₁ );

Т₂ - время, в течение которого мощность лазера превосходит минимальноге плюс не менее 80% от разницы между максимальной и минимальной мощностью лазера (или. что то же самое, соответствует значению не меньше максимального минус 20% разницы между максимальной и минимальной мощностью, то есть мощность лазера близка к максимальному значению: Р≥Р**=Р₂-0,2(P₂-P₁);T ₂ is the time during which the laser power exceeds the minimum plus at least 80% of the difference between the maximum and minimum laser power (or, which is the same, corresponds to a value not less than the maximum minus 20% of the difference between the maximum and minimum power, i.e. the laser power is close to the maximum value: P≥P ** = P ₂ -0.2 (P ₂ -P ₁ );

ΔT_r - время, в течение которого мощность лазера увеличивается от близкой к минимальному значению {P₁+0,2(P₂-P₁)} (Р*) до близкой к максимальной мощности значения {P₁+0,8(P₂-P₁)} или, что то же самое {P₂-0,2(P₂-P₁)} (Р**)ΔT _r is the time during which the laser power increases from close to the minimum value {P ₁ +0.2 (P ₂ -P ₁ )} (P *) to close to the maximum power value {P ₁ +0.8 (P ₂ -P ₁ )} or, which is the same {P ₂ -0,2 (P ₂ -P ₁ )} (P **)

ΔT_f - время, в течение которого мощность лазера уменьшается от близкого к максимальному значению {P₁+0,8(P₂-P₁)} (Р**) до близкого к минимальной мощности значения {Р₁+0,2(Р₂-Р₁)} (Р*).ΔT _f is the time during which the laser power decreases from close to the maximum value {P ₁ +0.8 (P ₂ -P ₁ )} (P **) to close to the minimum power value {P ₁ +0.2 ( P ₂ -P ₁ )} (P *).

То есть, фактически время ΔT_r соответствует длительности переднего фронта импульса, в течение которого мощность лазера увеличивается до близкого к максимальному значения, а время ΔT_r соответствует продолжительности заднего фронта импульса (формальное определение фронта отличается у разных авторов, однако это отличие не является существенным для предпостительного варианта достаточно коротких по сравнению с.That is, in fact, the time ΔT _r corresponds to the duration of the leading edge of the pulse, during which the laser power increases to close to the maximum value, and the time ΔT _r corresponds to the duration of the leading edge of the pulse (the formal definition of the front is different for different authors, but this difference is not significant for the presumptive variant is rather short compared to.

В используемых нами формулировках учитывается, что зависимость мощности лазерного излучения от времени в течение периода может существенно отличаться от приведенной на фиг. 1 «идеальной» трапециедальной формы, минимальная и максимальная мощность лазера несколько меняются (флуктуируют) как во время отдельного периода, так и от периода к периоду. В то же время величина таких флуктуаций, как правило, для современных лазеров не превышает нескольких процентов и меньше 20% от соответствующего значения, которые выбрано авторами в качестве граничного.In the formulations we use, it is taken into account that the dependence of the laser radiation power on time over a period can differ significantly from that shown in FIG. 1 of the “ideal” trapezoidal shape, the minimum and maximum laser power vary somewhat (fluctuate) both during a single period and from period to period. At the same time, the magnitude of such fluctuations, as a rule, for modern lasers does not exceed a few percent and less than 20% of the corresponding value, which the authors chose as the boundary value.

Обнаруженный эффект роста яркости плазмы при периодическом повышении мощности лазерного излучения авторы заявляемого способа связывают с тем, что средний по времени энерговклад в плазму в предлагаемом способе работы лазера существенно ниже, чем при постоянной мощности лазера Р₂. Соответственно, снижается негативное влияние рефракции лазерного излучения на плазме и окружающем ее горячем газе, а также нежелательное поглощение лазерного излучения на периферии излучающей области плазменного источника. В значительной степени этот эффект проявляется, когда средняя мощность лазерного излучения заметно меньше максимального значения, а для этого, как очевидно из фиг. 1, предпочтительны соотношения Р₂/Р₁≥3, Т₁/Т₂≥3.The discovered effect of increasing the brightness of the plasma with a periodic increase in the laser radiation power, the authors of the proposed method associate with the fact that the average time energy input into the plasma in the proposed laser operation method is significantly lower than with a constant laser power P ₂ . Accordingly, the negative influence of laser radiation refraction on the plasma and the hot gas surrounding it is reduced, as well as the undesired absorption of laser radiation at the periphery of the radiating region of the plasma source. To a large extent, this effect manifests itself when the average laser power is noticeably less than the maximum value, and for this, as is evident from FIG. 1, the preferred ratio of P ₂ / P ₁ ≥3, T ₁ / T ₂ ≥3.

При выполнении указанных условий излучение мощностью Р₂ в каждом импульсе с большей эффективностью достигает фокальной области фокусирующей системы, обеспечивая большую яркость плазмы. Этим же, видимо, объясняется и большая стабильность положения области максимальной яркости плазмы в предлагаемом авторами настоящей заявки техническом решении.Under these conditions, radiation with a power of P ₂ in each pulse with greater efficiency reaches the focal region of the focusing system, providing greater brightness of the plasma. This also apparently explains the greater stability of the position of the region of maximum plasma brightness in the technical solution proposed by the authors of this application.

Поскольку за время нарастания лазерной мощности от минимального (близкого к минимальному) уровня P₁ до максимального (близкого к максимальному уровня Р₂ происходит нагрев и расширение плазмы, то целесообразно минимизировать время такого нагрева, а для этого использовать лазерные импульсы с коротким передним фронтом Δт_r. Аналогично, целесообразно насколько возможно уменьшить дополнительный нагрев плазмы во время уменьшения лазерной мощности от максимального (близкого к максимальному) значения до минимального (близкого к минимальному) значения.Since during the increase in the laser power from the minimum (close to minimum) level P ₁ to the maximum (close to the maximum level P ₂ , plasma heating and expansion occur, it is advisable to minimize the time of such heating, and for this, use laser pulses with a short leading edge Δt _{r .} Similarly, it is expedient to reduce as far as possible additional heating of the plasma during the decrease of the maximum laser power (close to maximum) to a minimum value (close to minimum) values.

Таким образом, предпочтительно использовать лазерные импульсы с достаточно короткими передним и задним фронтами. В качестве критерия авторами выбран и экспериментально подтвержден следующий: время увеличения мощности лазера от мощности {P₁+0,2(P₂-P₁)} (Р*) до мощности {P₁+0,8(P₂-P₁)} (Р**) не превышает 0.25Т₂ и время уменьшения мощности лазера от мощности {P₁+0,8(P₂-P₁)} до мощности {P₁+0,2(P₂-P₁)} не превышает 0,25Т₂. Целесообразно использовать лазер с возможно короткими фронтами нарастания и падения мощности при условии, конечно, сохранения ресурса его работы и разумной его стоимости.Thus, it is preferable to use laser pulses with sufficiently short leading and trailing edges. As a criterion, the authors selected and experimentally confirmed the following: the time of increasing the laser power from the power {P ₁ +0.2 (P ₂ -P ₁ )} (P *) to the power {P ₁ +0.8 (P ₂ -P ₁ )} (P **) does not exceed 0.25T ₂ and the time for decreasing the laser power from power {P ₁ +0.8 (P ₂ -P ₁ )} to power {P ₁ +0.2 (P ₂ -P ₁ ) } does not exceed 0.25T ₂ . It is advisable to use a laser with possibly short fronts of rise and fall of power, provided, of course, the resource of its work and its reasonable cost are preserved.

В предпочтительной реализации заявляемого способа минимальная мощность лазера Р₁ поддерживает оптический разряд на уровне вблизи порогового с минимальным выделением тепла в газе, минимальным размером плазмы, соответственно, минимальными рефракционными искажениями и минимальным поглощением на периферии плазменного сгустка а при максимальной мощности лазера Р₂ генерируется лазерная плазма, которая демонстрирует при этом при этом максимальную яркость при минимальном размере. В этом случае яркость плазмы определяется импульсной максимальной мощностью лазера, а дефокусировка излучения за счет рефракции и поглощение на периферии плазмы определяются даже не средней мощностью лазера, а. скорее, средней по времени мощностью его импульсов (для близких к прямоугольной форме импульсов это P₂*T₂/(T₁+T₂). Это связано с тем, что тепловыделение в плазме при пороговой для оптического разряда мощности лазера минимально.In a preferred implementation of the proposed method, the minimum laser power P ₁ maintains an optical discharge at a level near the threshold with minimum heat generation in the gas, minimum plasma size, respectively, minimal refractive distortions and minimum absorption at the periphery of the plasma bunch and laser plasma is generated at maximum laser power P ₂ , which at the same time demonstrates maximum brightness with a minimum size. In this case, the plasma brightness is determined by the pulsed maximum laser power, and radiation defocusing due to refraction and absorption at the plasma periphery are determined not even by the average laser power, but. rather, the average time power of its pulses (for pulses close to rectangular, this is P ₂ * T ₂ / (T ₁ + T ₂ ). This is due to the fact that the heat release in the plasma at the threshold laser power threshold for an optical discharge is minimal.

Соответственно, в описываемом предпочтительном варианте минимальная мощность лазера превышает порог поддержания оптического разряда в заполненной газовой смесью высокого давления камере не более, чем в 1,5 раза, предпочтительно не более, чем в 1,2 раза. Отметим, что пороговая для поддержания оптического разряда мощность лазера Р₁ определяется с учетом более эффективного выделения энергии в плазме в течение лазерных импульсов большей мощности, то есть для заявляемого режима работы лазера пороговая мощность поддержания плазмы будет несколько ниже, чем пороговая мощность поддержания плазмы лазером с постоянной мощностью излучения при одинаковых параметрах системы фокусировки, давлении и составе газовой смеси в облучаемой камере.Accordingly, in the described preferred embodiment, the minimum laser power exceeds the threshold for maintaining an optical discharge in a chamber filled with a high pressure gas mixture by no more than 1.5 times, preferably not more than 1.2 times. Note that the threshold power of the laser P ₁ for maintaining an optical discharge is determined taking into account a more efficient release of energy in the plasma during laser pulses of higher power, i.e., for the inventive mode of operation of the laser, the threshold plasma holding power will be slightly lower than the threshold plasma holding power with a laser with constant radiation power at the same parameters of the focusing system, pressure and composition of the gas mixture in the irradiated chamber.

С целью минимизации вносимых лазерной плазмой искажений, уменьшающих интенсивность лазерного излучения в керне (ярком ядре) плазмы, предпочтительно, чтобы длительность отдельного лазерного импульса в любом случае не превышала время формирования стационарной плазмы, соответствующей максимальной мощности лазерного излучения Р₂, с сопутствующими рефракционными искажениями фокусировки и поглощением на периферии плазмы Время формирования стационарной плазмы зависит прежде всего от максимальной мощности лазера, давления газа и условий фокусировки излучения, составляя 1-200 мкс, в связи с чем время Т₂, в течение которого мощность лазера составляет не менее 80% от максимальной выбирается в интервале интервале 1-200 мкс, предпочтительно 3-20 мкс.In order to minimize insertion laser plasma distortions which reduce the intensity of laser light in the core (bright nucleus) plasma, it is preferable that the duration of a single laser pulse in any case does not exceed the formation stationary plasma, corresponding to the maximum laser power P _2, with concomitant refractive distortions of focus and absorption at the periphery of the plasma The time of formation of a stationary plasma depends primarily on the maximum laser power, gas pressure, and conditions focusing the radiation, amounting to 1-200 μs, and therefore the time T ₂ during which the laser power is at least 80% of the maximum is selected in the range of 1-200 μs, preferably 3-20 μs.

Таким образом, в предпочтительном варианте реализации заявляемого способа, когда минимальная мощность лазера Р₁ обеспечивает «околопороговый» режим поддержания плазмы, яркость ее излучения в течение времени Т₂ многократно (на порядки, до 100 раз и более) превышает яркость плазмы в течение времени Т₁. То есть, фактически заявляемый способ позволяет реализовать импульсно-периодический источник широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, частота следования световых импульсов которого определяется периодом модуляции мощности лазера, а в промежутках между импульсами мощность широкополосного излучения на порядки меньше максимальной.Thus, in a preferred embodiment of the proposed method, when the minimum laser power P ₁ provides a “near-threshold” plasma maintenance mode, the brightness of its radiation over time T ₂ many times (by orders of magnitude, up to 100 times or more) exceeds the plasma brightness over time T ₁ . That is, in fact, the claimed method makes it possible to realize a pulse-periodic source of broadband optical radiation with high brightness, the pulse repetition rate of which is determined by the laser power modulation period, and in the intervals between pulses, the broadband radiation power is orders of magnitude lower than the maximum.

В одном из вариантов заявляемого технического решения выводимое из фокальной области лазера широкополосное оптическое излучение направляют на импульсно-периодический блокиратор излучения, период которого соответствует периоду изменения мощности лазера. В предпочтительном случае блокиратор пропускает излучение плазмы в течение лазерного импульса максимальной мощности или, исключив начальный этап разогрева плазмы в каждом импульсе, то есть пропускание блокатора синхронизируют со временем, когда мощность лазерного излучения составляет не менее P₁+0,8(P₂-P₁). предпочтительно не менее Р₁+0,9(Р₂-Р₁). При этом в оптимальном варианте использования блокиратора, чтобы исключить время нагрева плазмы до максимальной температуры, его пропускание «включают» даже на несколько меньшее время, чем T₂ при этом излучение плазмы в остальное время блокируется. В результате с использованием блокиратора широкополосное оптическое излучение между яркими вспышками плазмы в течение лазерного импульса отсутствует. В этом случае облучаемый источником широкополосного излучения объект подвергается воздействию только излучения с максимальной яркостью, что минимизирует возможное вредное воздействие источника, например, избыточный нагрев биологического объекта или протекание фотохимических реакций под действием постоянного фона излучения плазмы.In one embodiment of the claimed technical solution, the broadband optical radiation extracted from the focal region of the laser is directed to a pulse-periodic radiation blocker, the period of which corresponds to the period of the laser power change. In the preferred case, the blocker transmits plasma radiation during a laser pulse of maximum power or, excluding the initial stage of plasma heating in each pulse, that is, the transmission of the blocker is synchronized with the time when the laser radiation power is at least P ₁ +0.8 (P ₂ -P ₁ ). preferably not less than P ₁ +0.9 (P ₂ -P ₁ ). Moreover, in the optimal variant of using a blocker, in order to exclude the time for heating the plasma to the maximum temperature, its transmission is “switched on” even for a slightly shorter time than T _2, while the plasma radiation is blocked for the rest of the time. As a result, using a blocker, there is no broadband optical radiation between bright plasma flashes during the laser pulse. In this case, the object irradiated by the broadband radiation source is exposed only to radiation with maximum brightness, which minimizes the possible harmful effects of the source, for example, excessive heating of a biological object or the occurrence of photochemical reactions under the influence of a constant background of plasma radiation.

Блокиратор излучения может быть выполнен различными способами, включая как электрооптические прерыватели света, так и механические, например вращающийся диск с прорезями. Возможность использования указанного варианта периодического прерывания излучения связана с тем, что излучение широкополосного источника света, как правило, передается с помощью световодов малого диаметра, для плазмы малого размера диаметр световода может составлять 100-200 мкм. В этом случае при легко обеспечиваемой окружной скорости вращения диска 20 м/с (например, диаметр диска 16 см, частота вращения 2400 об/мин) и ширине отдельной прорези в нем 0,2 мм длительность отдельного пропускаемого прорезью светового импульса составит ~10 мкс (для диаметра световода 100 мкм); при окружной скорости вращения 30 м/с длительность отдельного пропускаемого прорезью светового импульса составит ~6-7 мкс.The radiation blocker can be made in various ways, including both electro-optical light choppers and mechanical, for example, a rotating disk with slots. The possibility of using this variant of periodic interruption of radiation is associated with the fact that the radiation of a broadband light source is usually transmitted using small diameter optical fibers, for a small plasma, the diameter of the optical fiber can be 100-200 microns. In this case, when the peripheral speed of rotation of the disk is 20 m / s (for example, disk diameter of 16 cm, rotation frequency of 2400 rpm) and the width of a single slot in it is 0.2 mm, the duration of a single light pulse transmitted by the slot will be ~ 10 μs ( for a fiber diameter of 100 μm); at a peripheral rotation speed of 30 m / s, the duration of a single light pulse transmitted by the slot will be ~ 6-7 μs.

Использование импульсно-периодической лазерной плазмы с достаточно высокой частотой следования импульсов вместо непрерывной плазмы, как в известных технических решениях, включая прототип, не приводит к ограничению использования заявляемого источника в подавляющем большинстве приложений, по крайней мере, при длительности отдельного импульса широкополосного излучения в микросекундном диапазоне. Это связано с тем, что чувствительность современных оптоэлектронных приемников с временным разрешением от 50-100 нс (1 мкс) не хуже чувствительности оптоэлектронных приемников непрерывного (квазинепрерывного) излучения. Соответственно, при анализе поверхности (наиболее частое применение рассматриваемых источников света в микроэлектронике) с генерируемым уровнем интенсивности света на поверхности достаточно одного импульса широкополосного излучения длительностью от ~1 мкс. При этом на время перемещения облучающей поверхность и регистрирующей систем (или самой поверхности) облучение возможно отключить. Например, для частоты следования импульсов широкополосного излучения 10 кГц и размере облучаемой за один импульс площадки всего 350×350 мкм (при экстремально высокой яркости источника по заявляемому способу это вполне реальный размер) производительность анализа поверхности составит ~12 см²/с и, таким образом, пластина диаметром 300 мм может быть исследована за ≈1 минуту, при этом скорость сканирования поверхности составит 3,5 м/с.The use of a repetitively pulsed laser plasma with a sufficiently high pulse repetition rate instead of a continuous plasma, as in well-known technical solutions, including the prototype, does not limit the use of the inventive source in the vast majority of applications, at least when the duration of an individual pulse of broadband radiation in the microsecond range . This is due to the fact that the sensitivity of modern optoelectronic receivers with a temporal resolution of 50-100 ns (1 μs) is not worse than the sensitivity of optoelectronic receivers of continuous (quasi-continuous) radiation. Accordingly, when analyzing the surface (the most frequent application of the considered light sources in microelectronics) with the generated level of light intensity on the surface, one broadband radiation pulse with a duration of ~ 1 μs is sufficient. At the same time, irradiation can be turned off for the duration of the movement of the irradiating surface and the recording system (or surface itself). For example, for a pulse repetition rate of 10 kHz broadband radiation and a site irradiated per pulse of just 350 × 350 μm (with an extremely high brightness of the source according to the claimed method, this is a very real size), the surface analysis performance will be ~ 12 cm ² / s and thus , a plate with a diameter of 300 mm can be examined in ≈1 minute, and the surface scanning speed will be 3.5 m / s.

Как обнаружено и установлено авторами заявляемого технического решения, уже вблизи порога оптического разряда, когда яркость плазмы и тепловыделение в ней низкие, коэффициент поглощения лазерного излучения достаточен для того, чтобы нагрев ядра плазмы, поддерживаемой непрерывным лазером «околопороговой» мощности, до максимальной яркости производится лазерным импульсом достаточно быстро, за это время размер плазмы заметно не увеличивается, а устойчивость положения яркого керна и воспроизводимость его яркости от импульса к импульсу остается высокой вплоть до частоты следования импульсов 10 кГц и выше. При этом длительность Т₂ отдельною лазерного импульса большей мощности предпочтительно выбирать несколько больше (на время масштаба 0,3-10 мкс) той длительности, при которой обеспечивается нагрев плазмы до максимальной яркости ее излучения, поскольку, как указывалось выше, длительности «яркой вспышки» плазмы ~1 мкс (и даже меньше) достаточно для предельно высокой чувствительности оптоэлектронных систем регистрации, а дальнейший нагрев плазмы лазерным импульсом приводит только к увеличению среднего энерговклада в плазму и. как следствие, к росту рефракционных искажений и поглощения на периферии яркого ядра плазмы.As discovered and established by the authors of the claimed technical solution, already near the threshold of the optical discharge, when the plasma brightness and heat generation in it are low, the absorption coefficient of the laser radiation is sufficient to heat the plasma core, supported by a cw laser of “near threshold” power, to the maximum brightness of the laser pulse quickly enough, during this time the plasma size does not noticeably increase, and the stability of the position of the bright core and the reproducibility of its brightness from pulse to pulse o becomes high up to a pulse repetition rate of 10 kHz and higher. In this case, the duration T _{2 of an} individual laser pulse of higher power is preferable to choose a little longer (for a scale time of 0.3-10 μs) of the duration at which the plasma is heated to the maximum brightness of its radiation, since, as mentioned above, the duration of the “bright flash” A plasma of ~ 1 μs (or even less) is sufficient for an extremely high sensitivity of optoelectronic recording systems, and further heating of the plasma by a laser pulse only leads to an increase in the average energy input into the plasma and. as a result, an increase in refractive distortions and absorption at the periphery of the bright plasma core.

Важно также указать, что заявляемое техническое решение позволяет варьировать частоту следования ультраярких импульсов широкополосного излучения в широких пределах от десятков килогерц до 1 Гц и менее. Изменение частоты следования импульсов позволяет в широких пределах варьировать среднюю мощность источника широкополосного оптического излучения без изменения его спектральной яркости (поскольку она определяется импульсной мощностью), что невозможно в известных источниках и полезно для ряда приложений.It is also important to indicate that the claimed technical solution allows you to vary the repetition rate of ultra-bright pulses of broadband radiation over a wide range from tens of kilohertz to 1 Hz or less. Changing the pulse repetition rate allows you to widely vary the average power of the source of broadband optical radiation without changing its spectral brightness (since it is determined by the pulse power), which is impossible in known sources and is useful for a number of applications.

В качестве источника лазерного излучения могут использоваться диодные лазеры, твердотельные лазеры, в том числе твердотельные лазеры с диодной накачкой, в частности волоконные лазеры, а также газовые лазеры, например CO₂-лазеры. В случае диодных лазеров модулирование мощности лазерного излучения проще всего осуществить модуляцией тока, для твердотельных лазеров возможно использовать, например, модуляцию мощности оптического возбуждения, в газовых лазерах с электроразрядным возбуждением также возможно использовать модуляцию тока разряда, прежде всего в лазерах с несамостоятельным разрядом.As a source of laser radiation, diode lasers, solid-state lasers, including diode-pumped solid-state lasers, in particular fiber lasers, and gas lasers, such as CO ₂ lasers, can be used. In the case of diode lasers, it is easiest to modulate the power of laser radiation by modulating the current, for solid-state lasers it is possible to use, for example, modulation of the optical excitation power, in gas lasers with electric-discharge excitation it is also possible to use modulation of the discharge current, especially in non-self-sustaining lasers.

В распространенном случае применения диодных лазеров (аналогично известным источникам) применение периодической модуляции мощности лазера согласно заявляемому техническому решению в ряде случаев позволяет дополнительно увеличить импульсную мощность при использовании лазеров с умеренной средней мощностью. Это связано с тем, что предельная мощность непрерывного диодного лазера обусловлена максимально допустимой температурой в области генерации, а в импульсно-периодическом режиме для достаточно коротких лазерных импульсов температура в области генерации излучения определяется в значительной степени средней мощностью излучения (нагрев перехода за время отдельного лазерного импульса сравнительно мал), импульсная мощность при этом может быть гораздо выше средней. Так, при скважности импульсов 5 (T₁/T₂≈4) для диодного лазерного модуля ДЛМ-50 производства компании НТО «ИРЭ-Полюс»/1РС Photonics (http://www.ntoire-polus.ru/products_low_dlm.html) с максимальной мощностью в непрерывном режиме работы 50 Вт авторами настоящего технического решения был реализован устойчивый режим работы лазера (и генерации лазерной плазмы) с импульсной мощностью излучения Р₂=80 Вт и длительностью отдельного лазерного импульса Т2 около 20 мкс (T₁~80 мкс, частота следования лазерных импульсов 10 кГц), При этом минимальная мощность лазера Р₁ составляла 20 Вт, а средняя мощность - 36 Вт и рефракционные эффекты в плазме, а также поглощение на ее периферии заведомо соответствовали не большей средней мощности непрерывного лазера с постоянной мощностью (вероятно, как указано выше, меньшей). Для лазерных импульсов большой длительности (обычно ~100 мкс и более, когда в течение отдельного импульса температура лазерного перехода достигает стационарного значения) существенного увеличения импульсной мощности по сравнению с мощностью лазера в непрерывном режиме реализовать не удается.In the common case of the use of diode lasers (similar to known sources), the use of periodic modulation of the laser power according to the claimed technical solution in some cases can further increase the pulse power when using lasers with moderate average power. This is due to the fact that the limiting power of a cw diode laser is determined by the maximum permissible temperature in the generation region, and in the pulse-periodic mode for sufficiently short laser pulses, the temperature in the radiation generation region is determined to a large extent by the average radiation power (heating of the transition during a single laser pulse relatively small), the pulse power in this case can be much higher than average. So, with a duty cycle of 5 pulses (T ₁ / T ₂ ≈4) for the DLM-50 diode laser module manufactured by NTO IRE-Polyus / 1RC Photonics (http://www.ntoire-polus.ru/products_low_dlm.html) with a maximum power in a continuous mode of operation of 50 W, the authors of this technical solution realized a stable mode of laser operation (and laser plasma generation) with a pulsed radiation power of P ₂ = 80 W and a duration of an individual laser pulse T2 of about 20 μs (T ₁ ~ 80 μs, repetition rate of laser pulses 10 kHz), while the minimum laser power P ₁ was 20 W, and with the average power was 36 W and the refractive effects in the plasma, as well as the absorption at its periphery, obviously corresponded to no more than the average power of a cw laser with constant power (probably, less, as indicated above). For laser pulses of long duration (usually ~ 100 μs or more, when the laser transition temperature reaches a stationary value during a single pulse), a substantial increase in the pulsed power compared to the laser power in the continuous mode cannot be realized.

Тот факт, что в заявляемом способе рефракционные искажения и периферийное поглощение существенно меньше, чем в прототипе, позволяет эффективно «довести» сфокусированное лазерное излучение до фокальной области и обеспечить максимальную интенсивность лазерного излучения и, соответственно, яркость плазмы именно в этой области. Как следствие, улучшается стабильность положения яркого ядра плазмы, упрощается возможность и возрастает эффективность вывода излучения плазмы с помощью световода малого диаметра, что важно для ряда приложений.The fact that in the inventive method the refractive distortions and peripheral absorption are significantly less than in the prototype, it is possible to effectively “bring” the focused laser radiation to the focal region and to ensure maximum laser radiation intensity and, accordingly, plasma brightness in this region. As a result, the stability of the position of the bright plasma core is improved, the possibility is simplified, and the efficiency of outputting plasma radiation with the help of a small diameter fiber is increased, which is important for a number of applications.

Лазерная плазма может генерироваться в инертном газе высокого давления (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон) или смеси инертных газов высокого давления, в состав газовой смеси может быть также включен по меньшей мере один компонент из группы: ртуть, водород, азот. В предпочтительном варианте облучаемая сфокусированным лазерным излучением камера заполнена тяжелым инертным газом (аргон, криптон, ксенон) или смесью тяжелых инертных газов высокого давления вплоть до нескольких МПа (при комнатной температуре).Laser plasma can be generated in a high-pressure inert gas (helium, neon, argon, krypton, xenon) or a high-pressure inert gas mixture; at least one component from the group may also be included in the gas mixture: mercury, hydrogen, nitrogen. In a preferred embodiment, the chamber irradiated with focused laser radiation is filled with a heavy inert gas (argon, krypton, xenon) or a mixture of high inert heavy gases up to several MPa (at room temperature).

Аналогично, инициирование плазмы по заявляемому способу может проводиться с помощью размещенных в камере электродов или с помощью внешнего по отношению к камере источника предварительной ионизации.Similarly, the initiation of plasma according to the claimed method can be carried out using electrodes placed in the chamber or using an external ionization source external to the chamber.

Далее заявляемое техническое решение поясняется с помощью примеров, которыми оно, однако не ограничено.Further, the claimed technical solution is illustrated using examples with which it, however, is not limited.

В качестве камеры с газом использовалась заполненная ксеноном высокого давления лампа OSRAM ХВО 75W со стенками из кварцевого стекла, внешний диаметр лампы ~10 мм. В качестве лазера использовался диодный лазерный модуль PLD-60 компании IPG Photonics, с максимальной мощностью постоянного лазерного излучения до 60 Вт (номинальная мощность 55 Вт). В качестве выходного элемента фокусирующей системы использовалась линза с эффективным фокусным расстоянием 16 мм, диаметр лазерного луча на линзе составлял 4 мм, что соответствует числовой апертуре фокусирующей системы NA≈0,12. При этом диаметр лазерных лучей на поверхности лампы не превышал 1,5 мм, что меньше характерного пространственного масштаба неоднородности оптической толщины кварцевой оболочки лампы. В этом случае влияние оболочки лампы сводится, в основном, к смещению фокуса, а не к увеличению размера фокальной области, который составлял (в отсутствие плазмы) 120-150 мкм.As a gas chamber, an OSRAM XBO 75W lamp filled with high-pressure xenon with quartz glass walls was used; the outer diameter of the lamp was ~ 10 mm. As a laser, the IPD Photonics PLD-60 diode laser module was used, with a maximum constant laser power of up to 60 W (rated power 55 W). A lens with an effective focal length of 16 mm was used as the output element of the focusing system; the diameter of the laser beam on the lens was 4 mm, which corresponds to the numerical aperture of the focusing system NA≈0.12. The diameter of the laser beams on the surface of the lamp did not exceed 1.5 mm, which is less than the characteristic spatial scale of the inhomogeneity of the optical thickness of the quartz lamp shell. In this case, the influence of the lamp shell reduces mainly to a shift in focus, and not to an increase in the size of the focal region, which was (in the absence of plasma) 120-150 μm.

Блок питания лазерного диода позволял генерировать модулированное по мощности лазерное излучение в соответствии с фиг. 1, при этом минимальная длительность фронта нарастания ΔТ_Г и падения ΔT_f лазерной мощности составляла около 1-1,5 мкс.The power supply of the laser diode made it possible to generate power-modulated laser radiation in accordance with FIG. 1, while the minimum duration of the rise front ΔT _G and the drop ΔT _{f of} laser power was about 1-1.5 μs.

Предварительная ионизация в газе создавалась дуговым разрядом с током ~3А. который включался на 2-3 секунды, после зажигания плазмы в лазерном луче дуговой разряд отключается.Preliminary ionization in the gas was created by an arc discharge with a current of ~ 3A. which turned on for 2-3 seconds, after ignition of the plasma in the laser beam, the arc discharge is turned off.

Система регистрации излучения позволяла контролировать форму и амплитуду отдельного импульса широкополосного излучения плазмы в спектральном интервале 230-1000 нм, определяя спектральную яркость I_λ в единицах Вт/(нм*ср*мм2)}, а также положение керна плазмы. Поскольку чувствительность системы регистрации была постоянной, то сравнение яркости плазмы при различных условиях ее поддержания в относительных единицах является достоверным.The radiation registration system made it possible to control the shape and amplitude of an individual pulse of broadband plasma radiation in the spectral range of 230-1000 nm, determining the spectral brightness I _λ in units of W / (nm * sr * mm2)}, as well as the position of the plasma core. Since the sensitivity of the recording system was constant, a comparison of the brightness of the plasma under various conditions of its maintenance in relative units is reliable.

Порог поддержания оптического разряда лазерным излучением постоянной мощности составил 22 Вт, яркость плазмы I_λ при постоянной мощности лазера 55 Вт была принята за 100% (на всех длинах волн), сравнение яркости в разных режимах работы лазера проводилось по всему спектральному диапазону.The threshold for maintaining an optical discharge by constant power laser radiation was 22 W, the plasma brightness I _λ at a constant laser power of 55 W was taken as 100% (at all wavelengths), and the brightness was compared in different laser operating modes over the entire spectral range.

1. Лазер работал в режиме Р₁=20 Вт, Р₂=55 Вт, T₁≈100 мкс, Т₂≈25 мкс (T₁/T₂≈4). ΔT_r и ΔT_f~1,5 мкс, то есть средняя мощность лазерного излучения составляла ~27 Вт. Максимальная яркость в импульсе длительностью около 20 мкс составила около 150% в области спектра 250 нм и около 120% в видимом диапазоне. По мере увеличения длительности фронтов нарастания и падения мощности лазера в импульсе выигрыш в яркости снижался и для ΔT_r, ΔT_f~10 мкс не превышал ~15-20% в УФ диапазоне.1. The laser worked in the mode P ₁ = 20 W, P ₂ = 55 W, T ₁ ≈100 μs, T ₂ ≈25 μs (T ₁ / T ₂ ≈4). ΔT _r and ΔT _f ~ 1.5 μs, i.e., the average laser radiation power was ~ 27 W. The maximum brightness in a pulse with a duration of about 20 μs was about 150% in the spectral region of 250 nm and about 120% in the visible range. As the duration of the rise and fall fronts of the laser increased in pulse duration, the gain in brightness decreased and for ΔT _r , ΔT _f ~ 10 μs did not exceed ~ 15-20% in the UV range.

Выигрыш в яркости уменьшался по мере увеличения минимальной мощности и уменьшении отношения Р₂/Р₁: для P₁=40 Вт (остальные параметры лазерного излучения Р₂=55 Вт, T₁≈100 мкс, Т₂≈25 мкс, ΔT_r и ΔT_f ~ 2 мкс; средняя мощность лазера ~ 42 Вт) выигрыш в спектральной яркости составил не более 10÷15%.The gain in brightness decreased with increasing minimum power and decreasing ratio P ₂ / P ₁ : for P ₁ = 40 W (other parameters of laser radiation P ₂ = 55 W, T ₁ ≈100 μs, T ₂ ≈25 μs, ΔT _r and ΔT _f ~ 2 μs; average laser power ~ 42 W) gain in spectral brightness was no more than 10 ÷ 15%.

Аналогично, выигрыш в яркости уменьшался по мере роста отношения Т₂/Т₁: для Т₂≈50 мкс выигрыш в яркости для спектрального диапазона около 250 нм уменьшился до ~20÷25%.Similarly, the gain in brightness decreased as the T ₂ / T ₁ ratio increased: for T ₂ ≈50 μs, the gain in brightness for the spectral range of about 250 nm decreased to ~ 20–25%.

При увеличении длительности промежутков времени, когда лазерная мощность минимальна и максимальна с сохранением пропорции между ними: T₁≈600 мкс, T₂≈150 мкс (Т₁/Т₂≈4), остальные параметры без изменений: P₁=20 Вт, Р₂=55 Вт, ΔT_r и ΔT_f~1,5 мкс выигрыш в яркости заметно снижался в течение импульса большей мощности - как полагают авторы, вследствие приближения плазмы к своему стационарному режиму горения для мощности лазера 50 Вт.With an increase in the length of time intervals when the laser power is minimum and maximum, while maintaining the proportion between them: T ₁ ≈600 μs, T ₂ ≈150 μs (T ₁ / T ₂ ≈4), the remaining parameters are unchanged: P ₁ = 20 W, P ₂ = 55 W, ΔT _r and ΔT _f ~ 1.5 μs, the gain in brightness noticeably decreased during a pulse of a higher power - as the authors believe, due to the plasma approaching its stationary combustion regime for a laser power of 50 W.

2. Лазер работал в режиме P₁=20 Вт, Р₂=70 Вт, T₁≈80 мкс, Т₂≈20 мкс, ΔT_r и ΔT_f~2 мкс, то есть средняя мощность лазерного излучения составляла ~30 Вт. Максимальная яркость в отдельном импульсе излучения плазмы длительностью ~15 мкс составила около 200% в области спектра 250 нм и около 140% в видимом диапазоне. То есть, при средней мощности лазера практически вдвое меньшей, чем по прототипу (постоянная лазерная мощность 55 Вт) реализована генерация импульсно-периодической плазмы достаточной для практики длительности отдельного импульса (15 мкс) и частоты (10 кГц) с существенно большей яркостью.2. The laser worked in the mode P ₁ = 20 W, P ₂ = 70 W, T ₁ ≈80 μs, T ₂ ≈20 μs, ΔT _r and ΔT _f ~ 2 μs, that is, the average laser radiation power was ~ 30 W. The maximum brightness in a single plasma radiation pulse of ~ 15 μs duration was about 200% in the spectral region of 250 nm and about 140% in the visible range. That is, with an average laser power of almost half that of the prototype (constant laser power of 55 W), a periodic pulsed plasma was generated that was sufficient for the practice of a single pulse duration (15 μs) and frequency (10 kHz) with significantly higher brightness.

При увеличении времени T₁ до 180 мкс с двукратным увеличением периода (частота следования ярких импульсов плазмы 5 кГц) яркость плазмы в отдельном импульсе практически не изменилась. В случае увеличения Т₁ до 50 мс (частота импульсов 20 Гц) мощность лазера P₁=20 Вт была недостаточной для поддержания «околопорогового» режима оптического разряда и импульсная плазма не генерировалась. Однако при небольшом увеличении P₁ до ≈24 Вт была реализована практически та же импульсная яркость, что при частоте следования лазерных импульсов 5-10 кГц.With an increase in time T ₁ to 180 μs with a twofold increase in the period (repetition rate of bright plasma pulses of 5 kHz), the plasma brightness in a single pulse practically did not change. In the case of an increase in T ₁ to 50 ms (pulse frequency 20 Hz), the laser power P ₁ = 20 W was insufficient to maintain the “near-threshold” optical discharge mode and a pulsed plasma was not generated. However, with a small increase in P ₁ to ≈24 W, almost the same pulsed brightness was realized as at a pulse repetition rate of 5-10 kHz.

Таким образом, использование модулированного лазерного излучения, поддерживающего на своем минимальном уровне мощности оптический разряд вблизи порогового уровня позволяет независимо и в широких пределах варьировать длительность и частоту следования импульсов излучения импульсно-периодического лазера, то есть реализовать необходимую для конкретного приложения частоту импульсов широкополосного излучения высокой спектральной яркости.Thus, the use of modulated laser radiation that maintains an optical discharge at its minimum power level near the threshold level allows us to independently and widely vary the pulse duration and repetition rate of a repetitively pulsed laser, that is, to realize the high-spectral pulse frequency of broadband radiation necessary for a particular application brightness.

3. Лазер работал в режиме P₁=18 Вт, Р₂=95 Вт, T₁≈85 мкс, Т₂≈15 мкс, ΔT_r и ΔT_f~1,5 мкс, то есть средняя мощность лазерного излучения составляла 29÷30 Вт. Максимальная яркость в отдельном импульсе излучения плазмы длительностью ~10-12 мкс составила около 300% в области спектра 250 нм и 1,7÷1,8 раза в видимом диапазоне. При этом стабильность положения керна (яркого ядра) плазмы существенно улучшилась, а его размер уменьшился не менее, чем в 1,5 раза.3. The laser worked in the mode P ₁ = 18 W, P ₂ = 95 W, T ₁ ≈85 μs, T ₂ ≈15 μs, ΔT _r and ΔT _f ~ 1.5 μs, that is, the average laser radiation power was 29 ÷ 30 watts The maximum brightness in a single plasma radiation pulse with a duration of ~ 10–12 μs was about 300% in the spectral region of 250 nm and 1.7–1.8 times in the visible range. In this case, the stability of the position of the core (bright core) of the plasma has improved significantly, and its size has decreased not less than 1.5 times.

В течение остальной части периода модуляции излучения лазера (период 100 мкс. частота 10 кГц) яркость излучения плазмы меньше максимального значения в ~250 раз (снижение яркости различно в разных спектральных диапазонах и максимально в УФ). При использовании в указанном варианте механического блокиратора был получен режим генерации ярких импульсов плазмы длительностью около 10 мкс на частоте 10 кГц, между яркими импульсами яркость источника на входе в регистрирующую систему равнялась нулю.During the rest of the period of modulation of laser radiation (period of 100 μs. Frequency of 10 kHz), the brightness of plasma radiation is less than the maximum value by ~ 250 times (the decrease in brightness is different in different spectral ranges and maximum in UV). When using a mechanical blocker in the indicated embodiment, the regime for generating bright plasma pulses with a duration of about 10 μs at a frequency of 10 kHz was obtained; between bright pulses, the brightness of the source at the entrance to the recording system was zero.

Важно указать, что при значительном росте максимальной яркости плазмы средняя мощность ее излучения существенно меньше, чем в прототипе. В описанном примере средняя мощность излучения плазмы в области спектра 250 нм составляет 30-35% от мощности прототипа, поскольку при трехкратном росте импульсной яркости скважность световых импульсов ~9 (скважность - отношение периода следования импульсов излучения плазмы ≈100 мкс к длительности отдельного светового импульса ≈11 мкс). Поскольку ресурс работы источника определяется, прежде всего, деградацией пропускания колбы под действием коротковолнового излучения (ресурс работы диодных лазеров превышает 50 тыс. часов), то заявляемый способ дает возможность существенно увеличить ресурс работы источника широкополосного оптического излучения на базе лазерной плазмы при значительном росте его максимальной яркости.It is important to indicate that with a significant increase in the maximum brightness of the plasma, the average power of its radiation is significantly less than in the prototype. In the described example, the average plasma radiation power in the spectral region of 250 nm is 30-35% of the prototype power, since with a triple increase in pulsed brightness, the duty cycle of light pulses is ~ 9 (duty cycle is the ratio of the repetition period of plasma radiation pulses ≈100 μs to the duration of an individual light pulse ≈ 11 μs). Since the source’s working life is determined, first of all, by the degradation of the flask transmission under the influence of short-wavelength radiation (the diode laser’s operating life exceeds 50 thousand hours), the claimed method makes it possible to significantly increase the operating life of a broadband optical radiation source based on laser plasma with a significant increase in its maximum brightness.

Известны импульсно-периодические короткодуговые лампы высокого давления с ксеноновым наполнением, например, того же производителя Hamamatsu Photonics К.К. ([8]: http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/1001/3024/L9456/index.html). Эти лампы генерируют световые импульсы длительностью 2-4 мкс (по полувысоте), что достаточно для регистрации сигнала оптоэлектронными приборами с высокой чувствительностью. Однако такие лампы не работают на частотах >500 Гц (обычно частота следования импульсов не превышает 70-200 Гц), что не достаточно для многих приложений, в том числе в микроэлектронике. Кроме того, ресурс работы таких ламп ограничен и составляет 10⁹ импульсов при частоте 500 Гц (10⁸ импульсов для более мощных импульсных ламп частотой 50-70 Гц), что соответствует длительности работы лампы не более месяца. Укажем также меньшую по сравнению с непрерывными короткодуговыми лампами и, тем более, по отношению к заявляемому техническому решению стабильность положения наиболее яркой области разряда, которая перемещается от импульса к импульсу.Known pulse-periodic short-arc high-pressure lamps with xenon filling, for example, the same manufacturer Hamamatsu Photonics K.K. ([8]: http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/1001/3024/L9456/index.html). These lamps generate light pulses with a duration of 2-4 μs (half maximum), which is sufficient for signal registration by optoelectronic devices with high sensitivity. However, such lamps do not work at frequencies> 500 Hz (usually the pulse repetition rate does not exceed 70-200 Hz), which is not enough for many applications, including in microelectronics. In addition, the life of such lamps is limited and amounts to 10 ⁹ pulses at a frequency of 500 Hz (10 ⁸ pulses for more powerful flash lamps with a frequency of 50-70 Hz), which corresponds to a lamp operating time of not more than a month. We also indicate a lower stability compared to continuous short-arc lamps and, especially, with respect to the claimed technical solution, the position of the brightest discharge region, which moves from pulse to pulse.

Заметим также, что в прототипе [3] рассмотрен вариант поддержания плазмы лазерными импульсами, генерируемыми с высокой частотой - настолько высокой, что излучение оптического разряда существенно не меняется за время между последовательными лазерными импульсами ([3], п.п. 39-41 формулы изобретения). Однако это означает, что с точки зрения яркости плазмы и ресурса работы источника, а также стабильности положения керна плазмы этот режим работы не отличается от возбуждения плазмы непрерывным лазерным излучением, поскольку для поддержания той же яркости постоянно излучающей плазмы необходим тот же средний энерговклад в плазму. Но это значит, что рефракционные искажения и периферийное поглощение в описанном варианте будут близкими к случаю возбуждения плазмы той же яркости непрерывным излучением.We also note that in the prototype [3] the option of maintaining the plasma by laser pulses generated with a high frequency — so high that the radiation of the optical discharge does not change significantly during the time between successive laser pulses ([3], pp. 39-41 of the formula inventions). However, this means that from the point of view of the brightness of the plasma and the life of the source, as well as the stability of the position of the plasma core, this operating mode does not differ from the excitation of the plasma by continuous laser radiation, since the same average energy input into the plasma is necessary to maintain the same brightness of the constantly emitting plasma. But this means that the refractive distortions and peripheral absorption in the described embodiment will be close to the case of excitation of a plasma of the same brightness by continuous radiation.

Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым приведенной в заявляемом изобретении совокупностью признаков, является повышение спектральной яркости, уменьшение колебаний положения плазмы, а также увеличение ресурса источника и возможность изменения его средней мощности и частоты следования импульсов широкополосного оптического излучения в широких пределах при стабильном спектре излучения.Thus, the technical result provided by the combination of features provided in the claimed invention is an increase in spectral brightness, a decrease in plasma position fluctuations, as well as an increase in the source resource and the possibility of changing its average power and pulse repetition rate of broadband optical radiation over a wide range with a stable radiation spectrum.

Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения и прототипа, а также известных аналогов выявляет наличие существенных отличительных признаков, что обеспечивает ей соответствие критериям «новизна» и «существенные отличия».A comparative analysis of the proposed technical solution and prototype, as well as well-known analogues reveals the presence of significant distinctive features, which ensures that it meets the criteria of "novelty" and "significant differences".

Возможность реализации заявляемого способа на базе известных комплектующих, например диодных лазеров с соответствующим блоком питания, обеспечивающим модуляцию лазерного излучения,, фокусирующие системы, в том числе на базе линзовой оптики, лампы с тяжелыми инертными газами высокого давления (прежде всего, с ксеноном) со встроенными электродами для инициирования плазмы электрическим разрядом и безэлектродные лампы с внешним инициированием, а также целесообразность использования заявляемого способа для повышения яркости источника широкополосного излучения в микроэлектронике, спектроскопии и пр. обеспечивает промышленную применимость заявляемого технического решения.The possibility of implementing the proposed method on the basis of well-known components, for example diode lasers with an appropriate power supply unit, providing modulation of laser radiation, focusing systems, including those based on lens optics, lamps with heavy inert high-pressure gases (primarily with xenon) with built-in electrodes for initiating plasma by an electric discharge and electrodeless lamps with external initiation, as well as the feasibility of using the proposed method to increase the brightness of the source rokopolosnogo radiation in microelectronics, spectroscopy, and so forth. provides industrial applicability of the claimed technical solutions.

Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой отрасли изменения описанных выше вариантов реализации источника широкополосного оптического излучения с высокой яркостью на базе заявляемого способа, а также его переделка без отклонения от защищаемых формулой изобретения положений. В частности, может использоваться другой материал (не кварцевое стекло) для камеры, в которой находится газовая смесь высокого давления (например, для работы при более высоком давлении в десятки атмосфер); камера может иметь окно из прозрачного в дальнем УФ и ВУФ материала (MgF₂ и т.п.) для лучшего вывода коротковолнового излучения, в широких пределах может варьироваться состав и давление газовой смеси. Фокусировка лазерного излучения может осуществляться не только линзовыми системами, но и более сложными оптическими элементами (например, внеосевым параболоидальным или эллипсоидальным зеркалом) с различной числовой апертурой, расположенными под различными углами к направлению силы тяжести (вертикали), предпочтительным, но не единственно возможным, представляется освещение камеры с газовой средой непрерывным лазером по направлению «снизу-вверх». Различной может быть конкретная реализации оптической схемы вывода излучения плазмы из заполненной газовой средой камеры, включая применение световодов. В оптической схеме формирования оптического разряда возможно использование блокираторов (поглотителей) лазерного излучения, прошедшего оптический разряд, а также системы возврата и повторной фокусировки этого лазерного излучения для дополнительного увеличения вклада лазерной энергии в плазму. Последнее технически упрощается за счет положительного эффекта снижения влияния рефракции на импульсно-периодическое лазерное излучение в околопороговом режиме поддержания плазмы излучением минимальной мощности. Предварительная ионизация газа может осуществляться как источником, расположенным внутри камеры (аналогично приведенному примеру реализации заявляемого способа), так и внешним источником - например, мощным импульсным лазером. Для облучения газа могут использоваться волоконные лазеры, диодные лазеры, газовые лазеры (например. CO₂-лазеры) и т.д. В качестве блокиратора широкополосного излучения источника могут использоваться системы на базе колеблющегося или вращающегося зеркала, блокиратор может быть реализован на электро- или магнитооптических эффектах, за счет дополнительных спектральных приборов может выделяться важный для конкретного приложения участок спектра широкополосного источника, возможно использование различных алгоритмов обратной связи для дополнительной стабилизации яркости плазмы и т.д.To meet any possible specific requirements, changes obvious to qualified specialists in this field can be made to the above described embodiments of a high-brightness broadband optical radiation source based on the proposed method, as well as its alteration without deviating from the provisions protected by the claims. In particular, another material (not silica glass) can be used for the chamber in which the high-pressure gas mixture is located (for example, to operate at a higher pressure of tens of atmospheres); the camera may have a window made of a material that is transparent in the far UV and VUV (MgF ₂ , etc.) for better output of short-wave radiation; the composition and pressure of the gas mixture can vary widely. Laser radiation can be focused not only by lens systems, but also by more complex optical elements (for example, an off-axis paraboloidal or ellipsoidal mirror) with different numerical apertures located at different angles to the direction of gravity (vertical), which seems to be preferred, but not the only possible illumination of a chamber with a gaseous medium by a continuous laser in the direction from bottom to top The specific implementation of the optical scheme for the extraction of plasma radiation from a chamber filled with a gaseous medium, including the use of optical fibers, may be different. In the optical scheme for the formation of an optical discharge, it is possible to use blockers (absorbers) of laser radiation that have passed an optical discharge, as well as a system for returning and re-focusing this laser radiation to further increase the contribution of laser energy to the plasma. The latter is technically simplified due to the positive effect of reducing the influence of refraction on repetitively pulsed laser radiation in a near-threshold mode of maintaining plasma with minimum power radiation. Preliminary ionization of the gas can be carried out as a source located inside the chamber (similar to the example of the implementation of the proposed method), and an external source - for example, a powerful pulsed laser. Fiber lasers, diode lasers, gas lasers (eg. CO ₂ lasers), etc. can be used to irradiate the gas. Systems based on an oscillating or rotating mirror can be used as a blocker of the source’s broadband radiation, the blocker can be implemented on electro-or magneto-optical effects, due to additional spectral devices, a spectrum section of the broadband source that is important for a particular application can be highlighted, various feedback algorithms can be used for additional stabilization of plasma brightness, etc.

Claims (11)

1. Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающий создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, освещение камеры сфокусированным лучом непрерывного лазера с находящейся в камере фокальной областью, вывод широкополосного оптического излучения из фокальной области лазера, отличающийся тем, что мощность лазера периодически изменяют от минимального значения P₁ до максимального значения Р₂, причем отношение максимальной мощности лазера к минимальной Р₂/Р₁≥1,5.1. A method of generating broadband optical radiation with high brightness, including creating initial ionization in a chamber filled with a high-pressure gas mixture, illuminating the camera with a focused beam of a continuous laser with a focal region located in the chamber, outputting broadband optical radiation from the focal region of the laser, characterized in that the laser power is periodically changed from the minimum value of P ₁ to the maximum value of P ₂ , and the ratio of the maximum laser power to the minimum P ₂ / P ₁ ≥1.5 . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение максимальной мощности лазера к минимальной Р₂/Р₁≥2, предпочтительно Р₂/Р₁≥3.2. The method according to p. 1, characterized in that the ratio of the maximum laser power to the minimum P ₂ / P ₁ ≥2, preferably P ₂ / P ₁ ≥3. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение времени T₁, в течение которого мощность лазера не превосходит P₁+0,2(P₂ ^_P₁), ко времени Т₂, в течение которого мощность лазера превышает P₁+0,8(P₂ ^_P_l), удовлетворяет условию Т₁/Т₂≥2.3. The method according to p. 1, characterized in that the ratio of time T ₁ during which the laser power does not exceed P ₁ +0,2 (P ₂ ^_ P ₁ ), to the time T ₂ during which the laser power exceeds P ₁ +0.8 (P ₂ ^_ P _l ), satisfies the condition T ₁ / T ₂ ≥2. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в каждом периоде отношение времени T₁, в течение которого мощность лазера не превосходит P₁+0,2(P₂ ^_P_l), ко времени Т₂, в течение которого мощность лазера превышает P₁+0,8(P₂ ^_P₁), удовлетворяет условию T₁/T₂≥3, предпочтительно ≥4.4. The method according to p. 3, characterized in that in each period the ratio of time T ₁ during which the laser power does not exceed P ₁ +0,2 (P ₂ ^_ P _l ) to the time T ₂ during which the power laser exceeds P ₁ +0.8 (P ₂ ^_ P ₁ ), satisfies the condition T ₁ / T ₂ ≥3, preferably ≥4. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что время увеличения мощности лазера от мощности P₁+0,2(P₂ ^_P_l) до мощности P_l+0,8(P₂ ^_P_l) не превышает 0,25Т₂.5. The method according to p. 3, characterized in that the time of increasing the laser power from power P ₁ +0.2 (P ₂ ^_ P _l ) to power P _l +0.8 (P ₂ ^_ P _l ) does not exceed 0, 25T ₂ . 6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что время уменьшения мощности лазера от мощности P₁+0,8(P₂ ^_P_l) до мощности P₁+0,2(P₂ ^_P_l) не превышает 0,25Т₂.6. The method according to p. 3, characterized in that the time to reduce the laser power from a power of P ₁ +0.8 (P ₂ ^_ P _l ) to a power of P ₁ +0.2 (P ₂ ^_ P _l ) does not exceed 0, 25T ₂ . 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что минимальная мощность лазера превышает порог поддержания оптического разряда в заполненной газовой смесью высокого давления камере не более чем в 1,5 раза, предпочтительно не более чем в 1,2 раза.7. The method according to p. 1, characterized in that the minimum laser power exceeds the threshold for maintaining the optical discharge in the chamber filled with high-pressure gas mixture not more than 1.5 times, preferably not more than 1.2 times. 8. Способ по п. 3, отличающийся тем, что время Т₂, в течение которого мощность лазера составляет не менее 80% от максимальной, находится в интервале 1-200 мкс, предпочтительно 3-20 мкс.8. The method according to p. 3, characterized in that the time T ₂ during which the laser power is at least 80% of the maximum, is in the range of 1-200 μs, preferably 3-20 μs. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выводимое из фокальной области лазера широкополосное оптическое излучение направляют на импульсно-периодический блокиратор излучения, период которого соответствует периоду изменения мощности лазера.9. The method according to p. 1, characterized in that the broadband optical radiation outputted from the focal region of the laser is directed to a pulse-periodic radiation blocker, the period of which corresponds to the period of the laser power change. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что пропускание блокиратора синхронизируют со временем, когда мощность лазерного излучения составляет не менее P₁+0,8(P₂ ^_P₁), предпочтительно не менее P₁+0,9(P₂ ^_P_l).10. The method according to p. 9, characterized in that the transmission of the blocker is synchronized with the time when the laser radiation power is at least P ₁ +0.8 (P ₂ ^_ P ₁ ), preferably at least P ₁ +0.9 (P ₂ ^_ P _l ). 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что непрерывный лазер представляет собой диодный лазер, или твердотельный лазер, в том числе волоконный лазер, или газовый лазер, в том числе CO₂-лазер.11. The method according to p. 1, characterized in that the cw laser is a diode laser, or a solid-state laser, including a fiber laser, or a gas laser, including a CO ₂ laser.

Images