DE1944709A1 - Gaslaser mit homogener Anregung - Google Patents

Description

• Gaslaser mit homogener Anregung Die Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einem rohrförmigen Entladungsgefäß mit ringförmigem Querschnitt und mit Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Gefäß zum Zwecke der Umbesetzung des laseraktiven Gases oder Gasgemisches.
• Aus "Blectronics LettersI?, Band 5, Nr. 4, 1969 ist es bekannt, bei einem Kohlendioxid-Laser einen hohlzylinderförmigen Entladungsraum vorzusehen. Mit dieser Ausführungsform soll eine Kühlung der Entladung im Bereich der in diesem Falle von der eigentlichen Entladung ausgeschlossenen Achse derselben bewirkt werden. Man hat festgestellt, daß mit einem derartigen gekühlten Innenrohr bei einem Kohlendioxid-Laser höhere Ausgangsleistungen erreichbar sind. Es war aber nur mit Hilfe.
• der Anwendung einer Hochfrequenzanregung der Gasentladung mbglich, ein homogenes Plasma in denhohlzylinderförmigen Entladungsraum zu erzeugen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gaslaser anzugeben, bei dem trotz Vorhandensein eines insbesondere gekühlten Innenrohres eine im zeitlichen Mittel homogene Verteilung der Entladung um das Innenrohr herum bewirkt ist.
• Diese Aufgabe wird durch einen Gaslaser wie er oben beschrieben ist gelöst, bei dem erfindungsgemäß ein elektrisches oder magnetisches Feld in dem Entldungsgefäß vorgesehen ist, das so ausgestaltet ist, daß die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger zwischen den Elektroden eine azimutale Komponente bekommt Vorzugsweise werden im Falle der erfindungsgemäßen Aufteilung beider Elektroden die der Kathode-und der Anode entsprechenden Potentiale zyklisch gegeneinander versetzt, jedoch mit gleichem Umlaufsinn an die Einzelelektroden angelegt.
• Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist ein, insbesondere im Bereich wenigstens einer der Elektroden wirksames, magnetisches Drehfeld vorgesehen, dessen Achse im'wesentlichen mit der Achse des Entladungsgefaßes zusammenfällt.
• Durch die gemäß der erstgenannten besonderen Ausführungsform der Erfindung örtlich rasch wechselnde, insbesondere umlaufende elektrische Anregung bildet sich im hohlzylindrischen Entladungsraum ein Entladungsplasma aus, das in Bezug auf den Azimutwinkel im zeitlichen Mittel homogen ist. Die Periodendauer für das Anlegen des Potentials an eine bestimmte Einzelelektrode ist kleiner zu machen als die Lebensdauer der oberen Energie-Niveaus des Laserüberganges und liegt im Bereich von 10µ sec. bis 1000µ sec., vorzugsweise bei etwa 100µ sec. Bei 10µ sec. Periodendauer ist die Geschwindigkeit des Umlaufes der Anregung so groß, daß sie erfindungsgemäß an die Thermalisierungszeit der Gasentladungselektroden, die bei etwa 1O/U sec. liegt, -angepaßt ist.
• Das Anlegen der Potentiale, d.h. das Einschalten der Einzelelektroden wird insbesondere unter Verwendung von; entsprechend schnell steuerbaren Gasentladungsschaltröhren oder elektronischen Halbleiterschaltern bewirkt.
• Durch diese wenig aufwendigen technischen Hilfsmittel ist es möglich, auch bei einer Gleichstromehtladung oder bei einer ihr hierfür åquivalenten sehr -niederfrequenten Wechselstromentladung in einem Gaslaser den Vorteil der Verwendung eines vorzugsweise gekühlten Innenrohres in Bezug auf die Steigerung der Ausgangsleistung zu nutzen. Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei einem Kohlelldioxid-Laser, insbesondere bei einem solchen, bei dem noch Stickstoff und/oder Helium dem Kohlendioxid hinzugemischt ist, anwenden.
• Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus den Figuren und deren Beschreibung zu den besonders bevorzugten Ausfün'rungsbeispielen hervor.
• In Figur 1 ist das Entladungsgefäß mit 1 bezeichnet. Es besteht im wesentlichen aus dem Innenrohr 2, dem Außenrohr 3 und den stirnseitigen Abschlüssen 4 und 5. Zur Führung des Kühlmittels sind weiterhin ein Zuleitungsrochr 6 und ein Außenmantel 7 um das Rohr 3 herum angeordnet. 8 bzw. 18 und 9 bzW. 19 sind die Kühlmittel Zu- bzw. Ableitungen.
• Im Inne raum zwischen den Rohren 2 und 3' befindet sich das laseraktive Gas oder Gasgemisch, vorzugsweise Kohlendioxid, insbesondere mit einer Zumischung von Stickstoff und Helium.
• Der stirnseitige Abschluß 5 ist zweckmäßigerweise als vollständig reflektierender und der Abschluß 4 als teildurchlässiger Spiegel zum Austritt der Laserstrahlung 10 ausgebildet. 11 und 12 sind die Anode bzw. die Kathode zur Erzeugung der Gasentladung in dem Kohlendioxid. Erfindungsgemäß sind 11 und/oder 12 in segmentförmige Einzelelektroden aufgeteilt, wie dies Figur 2 in einem Schnitt IS-II schematisch darstellt.
• Die Pigur 2 zeigt außerdem noch das Prinzip der in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten elektrischen Anschlüsse 31, 32, 33 und 34 der Einzelelre"ktroden 21, 22, 23, 24 von Kathode bzw. Anode. 41, 42, 43 und 44 sind die oben erwähnten Mittel zur Steuerung des Potentials der Einzelelektroden.
• 35 ist der Anschluß für das Kathoden- bzw. Anodenpotential.
• Figur 3 zeigt in Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform mit einem magnetischen Drehfeld gemäß dem Erfindungsgedanken. 51 ist eine ringförmige Elektrode.
• Diese kann entsprechend einer besonderen Weiterbildang der Erfindung durch Vereinigung der beiden genannten Varianten des Erfindungsgedankens, wie in Pig. 2 dargestellt, auch aus Einzelelektroden zusammengesetzt ausgebildet sein. Mit 52 ist das Magnetsystem bezeichnet, das im vorliegenden Falle drei Spulenpaare 53, 54 und 55 für Drehstromanschluß mit den Polen R, S und T und dem magnetischen Rückschluß 56 enthält. Das Magnetsystem erstreckt sich in axialer Richtung über einen Teil des Entladungsraumes, insbesondere aber über wenigstens eine der Elektroden.
• 11 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (11)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Gaslaser mit einem rohrförmigen Entladungsgefäß mit ringförmigem Querschnitt und mit Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Gefäß zum Zwecke.

   der Umbesetzung des laseraktiven Gases oder Gasgemisches, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein elektrisches oder magnetisches Peld in dem Entladungsgefäß vorgesehen ist, das so ausgestaltet ist, daß die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger zwischen den Elektroden eine azimutale Komponente bekommt.
2. 2. Gaslaser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Elektroden, die als Kathode oder die als Anode für das die Entladung erzeugende elektrische Feld wirken, in voneinander elektrisch isolierte Einzelelektroden aufgeteilt sind, die zusammen an sich im wesentlichen geometrisch einen Ring bilden und daß Mittel zur Steuerung der Anregung vorgesehen sind, durch die abwechselnd nacheinander in rascher Folge das für die Entladung erforderliche elektrische Potential der Kathode bzw. der Anode an die Einzelelektroden einer derart aufgeteilten Elektrode angelegt wird.
3. 3. Gaslaser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ,daß wenigstens in einen Teilbereich zwischen den Elektroden ein magnetisches Drehfeld, dessen Achse im wesentlichen mit der Achse des Entladungsgefäßes zusammenfällt, vorgesehen ist.
4. 4. Gaslaser, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e daß sowohl eine Elektroenanordnung nach Anspruch 2 als auch ein magnetisches Drehfeld nach Anspruch 3 vorgesehen ist.
5. 5. Gaslaser nach Anspruch 2 oder 4, d a d u r c h g e -k e n n z -e i c h n e t , daß Mittel zum Anschluß des Kathoden- bzw. Anodenpotentials in zyklischer Folge an die Einzelelektroden vorgesehen sind, 6. Gaslaser nach Anspruch 2, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß die Mittel so ausgestaltet sind, daß das Kathodenpotential und das Anodenpotential gleichzeitig an zyklisch gegeneinander versetzt angeordnete Einzelektroden der Kathode bzw.
6. Anode angelegt ist.
7. 70 Gaslaser nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 oder 6, d a -d-u r e h g e k e n@n z e i c h n e t , daß die Mittel steuerbare Gasentladungsschaltröhren oder elektronische Haibleiterschalter enthalten,
8. 8. Gaslaser nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e-n n -z e i c h n e t ,daß das magnetische Drehfeld im wesentlichen im Bereich wenigstens einer der Elektroden vorliegt.
9. 9. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e e k e n n z e i c h n e t ,daß die Periodendauer für das Anlegen des Potentials an eine bestimmte Einzelelektrode der Kathode und/oder Anode bzw. für den Umlauf des Magnetfeldes im Bereich von 10µ sec. bis 1000µ sec. liegt.
10. 10. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n s e i c h n e t ,daß das laseraktive Gas Kohlendioxid ist, dem gegebenenfalls Stickstoff und/oder Helium zugemischt it.
11. 11. Gaslaser nach einem der Ansprüche 4 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß für das Umschalten der Einzelelektroden und für das umlaufende Drehfeld gleicher Umlaufsinn gewählt ist.