BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen gefalteten Gas-Wellenleiter-Laser, enthaltend: - einen prismatischen Körper; - eine Anzahl parallel zueinander angeordnete Kavitäten im prismatischen Körper; zwei zueinander rechtwinklig angeordnete, reflektierende
Flächen zur Umlenkung der in den Kavitäten geführten
Strahlen aus einer Kavität in die benachbarte Kavität.
Bei den bekannten Gas-Wellenleiterlaser dieser Art (siehe DE-A-3 013 302) sind im prismatischen Körper zwei zueinander parallele, in Richtung der Längsachse verlaufende, Kanäle vorhanden. Diese Kanäle besitzen einen im mm-Bereich liegenden Durchmesser und sind in einem kompakten Materialblock miteingegossen oder bei einem anderen Ausführungsbeispiel nachträglich hineingebohrt. In der selben Weise in den Materialblock eingearbeitete Ausnehmungen verlaufen zu diesen Kanälen senkrecht in Richtung Aussenseite und dienen der Aufnahme von zwei einander gegenüberliegenden Elektrodenreihen zu jeweils drei Elektroden.
Nachteilig an dieser bekannten Ausführung ist, dass weder die Energiezufuhr durch die Elektroden noch die Wärmeabfuhr optimal gelöst werden.
Die Aufgabe, welche mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht in der Verbesserung der bekannten Vorrichtung, um eine optimale Energie-Zu- und Abfuhr zu gewährleisten.
Der Laser, mit dem diese Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und an zwei, einander gegenüberliegenden Flächen mit Elektroden ausgekleidet sind, und dass mindestens zwei Kavitäten symmetrisch um eine zentrale Bohrung angeordnet sind, in der Kühlflüssigkeit fliesst, zum Kühlen der erwähnten, gasgefüllten Kavitäten, wobei die symmetrische Anordnung eine gleichmässige Kühlung sämtlicher Kavitäten gewährleistet.
Vorzugsweise wird ein 900Prisma verwendet. Es können jedoch auch zwei einander rechtwinklig angeordnete Spiegel verwendet werden. Es wird eine gefaltete Anordnung vorgeschlagen, wobei eine beliebige Anzahl von Kavitäten optisch in Serie geschaltet wird. Durch die zentrale Kühlung wird eine gleichmässige Kühlung aller Kavitäten gewährleistet.
Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass bei einem exakten 900Prisma die Strahlen genau parallel zueinander reflektiert werden, unabhängig davon, wie das 900Prisma gegenüber dem einfallenden Strahl ausgerichtet ist.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Lasers ist im folgenden, anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt, nach der Linie I-I in Fig. 2, durch einen prismatischen Körper des Lasers,
Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 ein 90"-Prisma, mit einem darin reflektierten Strahl,
Fig. 4 den Strahlengang im Laser.
Gemäss Fig. 1 und 2 weist der Laser einen prismatischen Körper 10 auf, der aus Keramik, z.B. Al2O3 oder aus Schichten von Keramik und Metall, z.B. Aluminium hergestellt wird. Der Körper 10 enthält eine zentrale Bohrung oder Kavität 11 und vier prismatische Kavitäten 12, die so präzise wie möglich parallel zueinander angeordnet sind. Diese Kavitäten 12 weisen einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Auf zwei, einander gegenüberliegenden Flächen sind Elektroden 13 aufgetragen oder aufgedampft. In der Kavität 11 fliesst Kühlflüssigkeit und in den vier Kavitäten 12 befindet sich ein Gas, z.B.: CO2-Gasgemisch. Eine symmetrische Anordnung aller Kavitäten ist für die Kühlung und Anregung des CO2-Gases von Bedeutung.
Statt vier Kavitäten 12 können beliebig viele Kavitäten 12 vorhanden sein, z.B. 2 3 ... n. Zur Koppelung dieser Kavitäten 12 ist an einem Ende des prismatischen Körpers 10 ein Prisma 14 befestigt. Dieses Prisma 14 besitzt zwei Flächen 15, welche rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, daher wird das Prisma 14 als ein 900Prisma bezeichnet. Statt des 900-Prismas 14 können auch zwei Spiegel 16 verwendet werden, die rechtwinklig zueinander angeordnet werden, wobei der Hohlraum zwischen den beiden Spiegeln 16 und dem prismatischen Körper 10 entweder mit COrGasgemisch gefüllt ist oder evakuiert wird. Für das Prisma 14 eignen sich Stoffe wie z.B.
Zn, Se, Ge etc., die für die CO2-Laserstrahlung durchlässig sind. Ein 900Prisma oder 90 -Spiegel erfordern kein Ausrichten, da, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in jeder Stellung des Prismas 14 der Strahl präzise aus einer Kavität 12 in die nächste Kavität 12, absolut parallel zu sich selbst, reflektiert wird. Da sämtliche Kavitäten 12 den selben Abstand von der zentralen Kavität 11 aufweisen, ist eine gleichmässige Kühlung des CO2-Gases durch die in der Kavität 11 befindliche Kühlflüssigkeit gewährleistet.
Am unteren Ende des prismatischen Körpers 10 sind die Kavitäten 12 durch Spiegel 17 und 18 geschlossen. Vorzugsweise ist der eine Spiegel 17 undurchlässig und der andere Spiegel 18 ist halbdurchlässig, damit der Laserstrahl 19 aus der Laserkavität des prismatischen Körpers 10 austreten kann. Fig. 3 bedarf wohl keiner ausführlichen Erläuterung. Bekanntlich ist der Einfallwinkel a gleich gross wie der Ausfallwinkel a. Das gleiche gilt für den Einfallwinkel b und den Ausfallwinkel b. Da aber a+b = 90" ist, muss 2a + 2b = 1800 sein und somit muss der einfallende Laserstrahl 19 parallel zum reflektierten Laserstrahl 19 sein, wobei der Winkel a beliebig sein kann. b ist immer 900 -a.
Das in den Kavitäten 12 befindliche CO2-Gasgemisch wird durch eine hochfrequente Spannungsquelle angeregt. Es sind verschiedene Arten der Anregung möglich. Alle Kavitäten 12 können parallel zueinander angeregt werden, wobei die Speise leitung in der Mitte der Elektroden 13 befestigt wird. Bei vier oder weniger Kavitäten 12 ist eine separate Speisung der einzelnen Kavitäten 12 vorteilhaft.
Die Kavitäten 12 können statt einem rechteckigen Querschnitt auch einen runden Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel wird bei einer in der Kavität pro Längeneinheit erzeugten Laserleitung von ca. 0,5 W/an, d.h. bei vier Kavitäten 12 von je 30 cm Länge die Laserleistung von rund 60 Watt gewonnen.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Laser-Gerätes ist wie folgt:
Durch die hochfrequente Spannungsquelle, die an die Elektroden 13 in den Kavitäten 12 angeschlossen ist, wird das in die sen Kavitäten 12 befindliche CO2-Gasgemisch angeregt. Die dabei entstehenden Strahlen 19 werden am undurchlässigen Spiegel 17 reflektiert und durch das 900Prisma 14 von einer Kavität 12 in die benachbarte Kavität 12 reflektiert und können schliesslich durch den halbdurchlässigen Spiegel 18 aus dem Gerät austreten. Da die Stellung des 90 -Prismas nicht justiert werden muss, hängt die Qualität des Gerätes nur noch von der Qualität des 90 -Prismas ab. Auch die Justierung der Spiegel 17 und 18 ist wesentlich einfacher, da sie gegenüber dem Prisma 14 nicht justiert werden müssen. Dadurch wird der Wirkungsgrad verbessert.
Es kann Leistung, insbesondere auch Kühlleistung eingespart werden.
DESCRIPTION
The invention relates to a folded gas waveguide laser, comprising: a prismatic body; a number of cavities arranged parallel to one another in the prismatic body; two reflective arranged at right angles to each other
Areas for deflecting the guided in the cavities
Blasting from one cavity into the adjacent cavity.
In the known gas waveguide lasers of this type (see DE-A-3 013 302), two channels which are parallel to one another and run in the direction of the longitudinal axis are present in the prismatic body. These channels have a diameter in the mm range and are cast in a compact block of material or, in another embodiment, subsequently drilled into them. Recesses machined into the material block in the same way run perpendicular to these channels towards the outside and serve to accommodate two rows of electrodes opposite each other, each with three electrodes.
A disadvantage of this known embodiment is that neither the energy supply through the electrodes nor the heat dissipation are optimally solved.
The object to be achieved with the present invention is to improve the known device in order to ensure optimal energy supply and discharge.
The laser with which this object is achieved is characterized in that the cavities have a rectangular cross section and are lined with electrodes on two opposing surfaces, and in that at least two cavities are arranged symmetrically around a central bore in which coolant flows , for cooling the gas-filled cavities mentioned, the symmetrical arrangement ensuring uniform cooling of all cavities.
A 900 prism is preferably used. However, two mirrors arranged at right angles to one another can also be used. A folded arrangement is proposed, with any number of cavities being optically connected in series. Central cooling ensures uniform cooling of all cavities.
The main advantage of this arrangement is that with an exact 900 prism the rays are reflected exactly parallel to each other, regardless of how the 900 prism is aligned with the incident beam.
An embodiment of the laser according to the invention is described in detail below with reference to the accompanying drawing.
It shows:
1 shows a longitudinal section, along the line I-I in Fig. 2, through a prismatic body of the laser,
2 shows a cross section along line II-II in FIG. 1,
3 shows a 90 "prism with a beam reflected therein,
Fig. 4 shows the beam path in the laser.
1 and 2, the laser has a prismatic body 10 made of ceramic, e.g. Al2O3 or from layers of ceramic and metal, e.g. Aluminum is manufactured. The body 10 contains a central bore or cavity 11 and four prismatic cavities 12, which are arranged parallel to one another as precisely as possible. These cavities 12 have a rectangular or square cross section. Electrodes 13 are applied or evaporated onto two opposing surfaces. Coolant flows in the cavity 11 and there is a gas in the four cavities 12, for example a CO2 gas mixture. A symmetrical arrangement of all cavities is important for the cooling and excitation of the CO2 gas.
Instead of four cavities 12, any number of cavities 12 can be present, e.g. 2 3 ... n. To couple these cavities 12, a prism 14 is attached to one end of the prismatic body 10. This prism 14 has two surfaces 15 which are oriented at right angles to one another, therefore the prism 14 is referred to as a 900 prism. Instead of the 900 prism 14, two mirrors 16 can also be used, which are arranged at right angles to one another, the cavity between the two mirrors 16 and the prismatic body 10 either being filled with a CO gas mixture or being evacuated. Materials such as e.g.
Zn, Se, Ge etc. that are transparent to the CO2 laser radiation. A 900 prism or 90 mirror does not require alignment since, as can be seen from FIG. 3, the beam is reflected precisely from one cavity 12 into the next cavity 12, absolutely parallel to itself, in every position of the prism 14. Since all cavities 12 are at the same distance from the central cavity 11, uniform cooling of the CO 2 gas is ensured by the cooling liquid located in the cavity 11.
At the lower end of the prismatic body 10, the cavities 12 are closed by mirrors 17 and 18. The one mirror 17 is preferably opaque and the other mirror 18 is semi-transparent so that the laser beam 19 can emerge from the laser cavity of the prismatic body 10. 3 does not need any detailed explanation. As is known, the angle of incidence a is the same as the angle of incidence a. The same applies to the angle of incidence b and the angle of incidence b. But since a + b = 90 ", 2a + 2b = 1800 must be and thus the incident laser beam 19 must be parallel to the reflected laser beam 19, whereby the angle a can be arbitrary. B is always 900 -a.
The CO2 gas mixture located in the cavities 12 is excited by a high-frequency voltage source. Different types of excitation are possible. All cavities 12 can be excited parallel to one another, the feed line being fastened in the middle of the electrodes 13. With four or fewer cavities 12, separate feeding of the individual cavities 12 is advantageous.
The cavities 12 can also have a round cross section instead of a rectangular cross section. For example, with a laser line generated in the cavity per unit length of approximately 0.5 W / an, i.e. With four cavities 12 each 30 cm long, the laser power of around 60 watts was obtained.
The mode of operation of the laser device described is as follows:
The high-frequency voltage source, which is connected to the electrodes 13 in the cavities 12, excites the CO2 gas mixture located in the cavities 12. The resulting rays 19 are reflected on the opaque mirror 17 and reflected by the 900 prism 14 from one cavity 12 into the adjacent cavity 12 and can finally exit the device through the semi-transparent mirror 18. Since the position of the 90 prism does not have to be adjusted, the quality of the device only depends on the quality of the 90 prism. The adjustment of the mirrors 17 and 18 is also considerably easier since they do not have to be adjusted with respect to the prism 14. This improves efficiency.
Power, in particular cooling power, can be saved.