DE102005023470A1 - Umwälzungsgaslaser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist ein Umwälzungsgaslaser und kann in Herstellungsverfahren verwendet werden. DOLLAR A Die Aufgabe einer Erhöhung des Wirkungsgrads des Lasers aufgrund des Gaskühlungswirkungsgrads und seine Herstellbarkeit wird infolge der konstruktiven Lösung des Lasers gelöst. Der Umwälzungsgaslaser weist ein Gehäuse, eine gasdynamische Kontur mit Wärmeaustauschventilatoren, die als Rotoren mit Scheiben auf einer Hohlwelle ausgeführt sind, eine Gasentladungskammer und ein System zum Zuführen eines Kühlmittels in die Wärmeaustauschventilatoren und außerdem Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren auf. Die gasdynamische Kontur des Lasers weist zwei Wärmeaustauschgaszufuhrkanäle mit einer gemeinsamen Gasentladungskammer auf, die eine Anode und zwei Kathoden aufweist, wobei jeder Wärmeaustauschgaszufuhrkanal aufeinanderfolgend in einem Mantel angeordnete Wärmeaustauschventilatoren aufweist, die Achsen aufweisen, die parallel zur Anode installiert sind, wobei einer der Ventilatoren das Gas in die Gasentladungskammer bläst und nachfolgende Ventilatoren - ein ansaugender und z. B. dazwischen angeordnete - durch einen gemeinsamen Gaskanal dazwischen geschaltet sind; wobei die gasdynamische Kontur, die Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren in einem gemeinsamen Vakuumvolumen angeordnet sind. DOLLAR A Die im Vakuum angeordneten Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren weisen ein Zwangskühlsystem auf.

Description

• Die Erfindung betrifft die Lasertechnik und kann in Herstellungsverfahren verwendet werden.
• Es ist ein Umwälzungsgaslaser bekannt, der ein geschlossenes System einer Gasumwälzung, das einen, in einem dichten Gehäuse angeordneten Ventilator zur Bewegung eines Arbeitsgases längs eines geschlossenen Schleifenweges enthält, ein System von Elektroden zur Anregung des Gases durch eine elektrische Entladung, einen optischen Resonator und einen Wärmetauscher aufweist (US N 4099143, c1. 33 194.5, 1978).
• Ein Mangel des Lasers ist ein sperriger Wärmetauscher, der in seinem Gehäuse installiert ist, der die Größe erhöht und den Aufbau des Lasers kompliziert.
• Das dem technischen Wesentlichen der vorgeschlagenen Erfindung am nächsten Liegende ist ein Umwälzungsgaslaser, der ein dichtes Gehäuse, in dem eine Einrichtung zum Pumpen und zum Wärmeaustausch des Gases angeordnet ist, das in einer Form eines Rotors mit Scheiben auf einer Hohlwelle ausgeführt wird, und ein System zum Zuführen eines Kühlmittels in einem Wärmetauscher, und außerdem Elektroden zum Aufrechterhalten einer anregenden elektrischen Entladung im Gas, und einen optischen Resonator zur Abgabe der Strahlung aufweist. Folglich ist die Anzahl der Wärmeaustauschrotoren gleich der Anzahl der elektrischen Entladungskammern (USSR-Erfinderurkunde N 1718314, HO1S3/22, 1981).
• Ein Mangel des Lasers ist der niedrige Kühlungsgrad des Arbeitsgases, das in der Entladungskammer erwärmt wird, und folglich ein niedriger Pegel der erzeugten Strahlung und niedriger Wirkungsgrad des Lasers.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Gaskühlungsgrad zu erhöhen, den Wirkungsgrad des Lasers und dessen Herstellbarkeit zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird gelöst, indem ein Umwälzungsgaslaser und ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt werden, wobei der Laser ein Gehäuse, eine gasdynamische Kontur mit Wärmeaustauschventilatoren, die in einer Form von Rotoren mit Scheiben auf einer Hohlwelle ausgeführt sind, und mit einer Gasentladungskammer und einem System zum Zuführen eines Kühlmittels in die Wärmeaustauschventilatoren, und außerdem Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren aufweist. Die gasdynamische Kontur des Lasers weist zwei Wärmeaustauschgaszufuhrkanäle mit einer gemeinsamen Gasentladungskammer auf, die eine Anode und zwei Kathoden aufweist, wobei jeder Wärmeaustauschgaszufuhrkanal aufeinanderfolgend in einem Mantel angeordnete Wärmeaustauschventilatoren aufweist, die Achsen aufweisen, die parallel zur Anode installiert sind, wobei einer der Wärmeaustauschventilatoren das Gas in die Gasentladungskammer bläst, und nachfolgende Ventilatoren – ein ansaugender und z.B. dazwischen angeordnete – durch einen gemeinsamen Gaskanal dazwischen geschaltet sind; wobei die gasdynamische Kontur, die Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren in einem gemeinsamen Unterdruck bzw. Vakuumvolumen angeordnet sind.
• Die im Vakuum angeordneten Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren weisen ein Zwangskühlsystem auf.
• Die Verwendung von mehreren Wärmeaustauschgaszufuhrkanälen mit Wärmeaustauschventilatoren zur Kühlung einer einzelnen (gemeinsamen) Gasentladungskammer stellt einen effektiven Betrieb des Lasers infolge einer abgestuften Strömungstemperaturabnahme auf das Niveau bereit, das eine vollständige Löschung der angeregten Niveaus der optisch aktiven Moleküle oder Atome bereitstellt.
• Es sind Enddichtungen an der Hohlwelle installiert, um eine Zuführung und Entnahme des Kühlfluids zu Rotorscheiben der Wärmeaustauschventilatoren durch das Vakuumvolumengehäuse bereitzustellen.
• Die oben beschriebenen Merkmale wurden im Verlauf des Studiums des Stands der Technik in anderen technischen Lösungen nicht offenbart, und folglich ist die Lösung neu und weist eine Erfindungshöhe auf.
• Ferner wird die Erfindung mittels der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• 1 einen Umwälzungsgaslaser,
• 2 eine Seitenansicht desselben.
• Wie in 1 gezeigt, umfaßt der Umwälzungsgaslaser ein Gehäuse 1, eine gasdynamische Kontur 2 mit Wärmeaustauschventilatoren 3, 4, 5, 6, die in der Form von Rotoren mit Scheiben auf einer Hohlwelle ausgeführt sind, und eine Gasentladungskammer 7, die eine Anode 8 und Kathoden 9 und 10 aufweist, und außerdem ein System zum Zuführen eines Kühlmittels in die Wärmeaustauschventilatoren (das in den Zeichnungen gezeigt wird). Der Laser weist außerdem Resonatoren und Elektromotoren für Wärmeaustauschventilatoren mit einem Kühlsystem auf (das in den Zeichnungen nicht gezeigt wird). Die gasdynamische Kontur 2 des Lasers weist zwei Wärmeaustauschgaszufuhrkanäle 11 und 12 mit einer gemeinsamen Gasentladungskammer 7 auf, wobei jeder der Gaszufuhrkanäle z.B. zwei, aufeinanderfolgend in Mänteln 13 und 14 angeordnete, Wärmeaustauschventilatoren 3, 4 oder 5, 6 aufweist, deren Achsen parallel zur Anode 8 installiert sind. Einer der Wärmeaustauschventilatoren in jedem der Wärmeaustauschgaszufuhrkanäle 11 und 12 ist ein Ventilator, der das Gas in die Gasentladungskammer 7 bläst, das heißt, die Ventilatoren 3, 5, und nachfolgende Wärmeaustauschventilatoren 4 und 6 sind absaugende. Es können verschiedene Zwischenwärmeaustauschventilatoren aufeinanderfolgend hintereinander installiert werden, um die Gasstromtemperatur in den Gaszufuhrkanälen 11, 12 effektiver zu senken.
• Die Gaszufuhrkanäle 11 und 12 bilden einen gemeinsamen Teil des Kanal am Ort der Gasentladungskammer 7.
• Die Saugwärmeaustauschventilatoren 4 und 6 stehen mit der Gasentladungskammer 7 nicht in direkter Verbindung und liefern einen Hauptbeitrag zur effektiven Kühlung des Gasstroms. Die gasdynamische Kontur, die Resonatoren und Elektromotoren sind in einem gemeinsamen Vakuumgehäuse 1 angeordnet. Die Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren sind mit einem Wasser kühlsystem zum Betrieb im Vakuum versehen. Es sind Endabdichtungen an den Hohlwellen der Wärmeaustauschventilatoren installiert, um das Austreten des Kühlfluids in das Vakuumvolumen zu verhindern. Es ist ein Fenster 15 im hermetischen Gehäuse zur Ausgabe der Laserstrahlung vorgesehen.
• Der Umwälzungsgaslaser arbeitet wie folgt. Die Wärmeaustauschventilatoren 3 und 5 führen den abgekühlten Gasstrom der Entladungskammer 7 zu. Es wird eine elektrische Entladung zwischen den Kathoden 9, 10 und der Anode 8 gezündet, die Schwingungsniveaus der aktiven Gaskomponente der Arbeitsmischung anregt. Die induzierte Strahlung der aktiven Komponente erzeugt im Resonator eine gerichtete Laserstrahlung, die durch das Fenster 15 abgegeben wird. Die Wärmeaustauschventilatoren 4 und 6 in den Wärmeaustauschgaszufuhrkanäle 11 und 12 saugen den durch die Entladung erwärmten Gasstrom ab und kühlen ihn auf eine Temperatur ab, die der effektivsten Betriebsart der Wärmeaustauschventilatoren 4, 6 entspricht. Folglich kann die Gastemperatur über der Temperatur der vollständigen Deaktivierung der Gasstromschwingungsniveaus bleiben. Um die gewünschte Temperatur zu erreichen, ist eine mehrstufige Gaskühlung mittels der Verwendung von Zwischenwärmeaustauschventilatoren vorgesehen, wobei sich in diesem Fall das Gas zu den Zwischenwärmeaustauschventilatoren bewegt, die eine stufenweise Gaskühlung auf die Temperatur der vollständigen Deaktivierung der Gasmischung bereitstellen, und dann wird das Gas zu den Wärmeaustauschventilatoren 3 und 5 bewegt, die die Arbeitsgasmischung zu Entladungskammer blasen.
• Ein Kühlfluid wird durch das Kühlmittelzufuhrsystem den sich drehenden Hohlwellen der Wärmeaustauschventilatorrotoren zugeführt, und es werden Endabdichtungen an den Wänden des Vakuumvolumens verwendet.
• Die gegebene Lasergestaltung ist praktisch ausführbar, stellt einen hohen Grad der Gasstromkühlung in der gasdynamischen Kontur bereit und läßt es folglich zu, den Wirkungsgrad des Lasers zu erhöhen.

Claims (3)

1. Umwälzungsgaslaser, der ein Gehäuse, eine gasdynamische Kontur mit Wärmeaustauschventilatoren, die als Rotoren mit Scheiben auf einer Hohlwelle ausgeführt sind, eine Gasentladungskammer, die eine Anode und eine Kathode aufweist, ein System zum Zuführen eines Kühlmittels in die Wärmeaustauschventilatoren, und außerdem Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdynamische Kontur des Lasers zwei Wärmeaustauschgaszufuhrkanäle mit einer gemeinsamen Gasentladungskammer aufweist, die eine Anode und zwei Kathoden aufweist, wobei jeder Wärmeaustauschgaszufuhrkanal aufeinanderfolgend in einem Mantel angeordnete Wärmeaustauschventilatoren aufweist, die Achsen aufweisen, die parallel zur Anode installiert sind, wobei einer der Ventilatoren das Gas in die Gasentladungskammer bläst, und der nachfolgende Ventilator das heiße Gas aus der Gasentladungskammer absaugt; wobei die gasdynamische Kontur, die Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren mit einer Zwangskühlung in einem gemeinsamen Vakuumvolumen angeordnet sind.
2. Umwälzungsgaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmeaustauschgaszufuhrkanal ferner Zwischenwärmeaustauschventilatoren aufweist, die schrittweise die Gasstromtemperatur senken, wobei die Zwischenwärmeaustauschventilatoren zwischen den absaugenden und blasenden Wärmeaustauschventilatoren installiert ist.
3. Verfahren zum Umwälzen eines Gaslasers, insbesondere zum Betreiben eines Lasers nach Anspruch 1 oder 2, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Gehäuses, einer gasdynamischen Kontur mit Wärmeaustauschventilatoren, die als Rotoren mit Scheiben auf einer Hohlwelle ausgeführt sind, einer Gasentladungskammer mit einer Anode und einer Kathode, ein System zum Zuführen eines Kühlmittels in die Wärmeaustauschventilatoren, und außerdem Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren, gekennzeichnet durch Bereitstellen der gasdynamischen Kontur des Lasers mit zwei Wärmeaustauschgaszufuhrkanälen mit einer gemeinsamen Gasentladungskammer, die eine Anode und zwei Kathoden aufweist, wobei jeder Wärmeaustauschgaszufuhrkanal aufeinanderfolgend in einem Mantel angeordnete Wärmeaustauschventilatoren aufweist, die Achsen aufweisen, die parallel zur Anode installiert sind, wobei das Gas durch einen der Ventilatoren in die Gasentladungskammer geblasen wird, das heiße Gas durch den nachfolgenden Ventilator aus der Gasentladungskammer abgesaugt wird, und die gasdynamische Kontur, die Resonatoren und Elektromotoren der Wärmeaustauschventilatoren mit einer Zwangskühlung in einem gemeinsamen Vakuumvolumen angeordnet werden.