DE112005000288T5

DE112005000288T5 - Dielektrisch gekoppelter CO2-Plattenlaser

Info

Publication number: DE112005000288T5
Application number: DE112005000288T
Authority: DE
Inventors: Christian J. Granby Shackleton; Phillip J. West Hartford Gardner; Anthony J. West Suffield Demaria; Vernon Windsor Seguin; John T. Granby Kennedy
Original assignee: Coherent Inc
Current assignee: Coherent Inc
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2007-02-01
Also published as: US20050175054A1; US7260134B2; JP2007520894A; WO2005078877A1

Abstract

Laser, der umfasst:
eine erste und eine zweite längliche Elektrode, wobei die Elektroden voneinander beabstandet und einander gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen sich einen Spalt bilden, welcher Spalt mit einem Lasergas befüllt ist;
mindestens einen ersten festen, dielektrischen Einsatz, der sich längs entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstreckt, wobei ein erster Bereich des ersten Einsatzes zwischen den Elektroden und in Kontakt mit diesen angeordnet ist und sich ein zweiter Bereich des ersten Einsatzes seitlich über die entsprechenden ersten Außenkanten der Elektroden hinaus erstreckt, wobei der erste Bereich des ersten Einsatzes eine Breite aufweist, die unter der Breite der Elektroden liegt;
ein Paar Spiegel, die so gestaltet und angeordnet sind, dass sie einen Laserresonanzhohlraum bilden, der sich durch diesen länglichen Spalt hindurch erstreckt;
Mittel zum Anregen des Lasergases zum Erzeugen einer Gasentladung, wodurch Laserstrahlung zum Schwingen in dem Resonanzhohlraum gebracht wird, und
wobei die Höhe des...

Description

TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kohlendioxid(CO₂)-Plattenlaser. Die Erfindung bezieht sich im Besonderen auf einen Plattenlaser mit einem dielektrischen Kopplungselement zwischen den Plattenelektroden aus Metall.
TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Einsatz von CO₂-Lasern ist üblich bei Fertigungsarbeiten in der Industrie wie dem Schneiden oder Bohren in insbesondere nichtmetallischen Materialien. Eine Form von für derartige Vorgänge geeigneten CO₂-Lasern ist den Fachleuten als Plattenlaser (slab laser) bekannt. Ein solcher Laser ist so aufgebaut, dass er ein Paar länglicher, plattenähnlicher, ebener Elektroden aufweist, die einander gegenüberliegend und voneinander beabstandet angeordnet sind, damit zwischen den Elektroden ein Spalt entsteht. Die Elektroden sind in der Regel in einem gasdichten Gehäuse enthalten. Das Gehäuse der Spalt zwischen den Elektroden sind mit einem Lasergasgemisch gefüllt, das CO₂ enthält. Ein Hochfrequenz-(HF)-Potenzial wird zwischen den Elektroden angelegt, um eine elektrische Entladung in dem CO₂-Lasergasgemisch auszulösen. Die Entladung führt dem CO₂-Lasergas Energie zu. Es wird ein Paar Spiegel vorgesehen, von denen jeder an einem Ende des Elektrodenpaars angeordnet ist, um einen Laserresonator zu bilden. Ein bevorzugter Typ Resonator ist ein instabiler Resonator. Das angeregte CO₂-Lasergas sorgt für eine optische Verstärkung, wodurch die Laserstrahlung in dem Resonator erzeugt werden kann. Die Elektroden bilden einen Wellenleiter für die Laserstrahlung auf einer zur Ebene der Elektroden lotrechten Achse des Resonators. Dies begrenzt die Lasermode des Resonators auf dieser Achse. Die Spiegel definieren die Lasermode auf einer zur Ebene der Elektroden parallelen Achse. Bei einer Anordnung mit instabilem Resonator wird die Laserstrahlung von dem Resonator abgegeben (eigentlich ausgeschüttet), indem sie einen der Resonatorspiegel umgeht. Bei einem für Bohr-, Schneidarbeiten und andere Bearbeitungsvorgänge verwendeten Plattenlaser sind eine hohe Ausgangsleistung, bei spielsweise über 100 Watt (W), und ein möglichst maximaler Wirkungsgrad erforderlich. Bei jedem gegebenen Plattenterlaseraufbau steigt die verfügbare Ausgangsleistung im Allgemeinen mit steigendem Gasdruck, vorausgesetzt, dass ausreichend Hochfrequenzleistung zur Verfügung steht, um eine volle Entladung aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus sind beim Arbeiten im Pulsbetrieb schnellere Anstiegs- und Abfallzeiten für die Impulse bei dem höheren Druck möglich. Ein bekanntes Problem, das die Ausgangsleistung eines Plattenlasers begrenzt, ist die Instabilität der HF-Entladung. Da die Hochfrequenzleistung zur Entladung (Pumpleistung) erhöht wird, um die Ausgangsleistung zu erhöhen, wird die Entladung schließlich instabil und begrenzt auf Lichtbögen. Dies beeinträchtigt die Modenqualität und den Wirkungsgrad der Laser. Dieses Problem wird noch verschärft durch höhere Gasdrucke. Ein weiteres Problem bei HF-angeregten Plattenlasern ergibt sich aus der erheblichen Differenz der HF-Impedanz zwischen den Elektroden, wenn keine Entladung stattfindet (ein "nicht gezündeter" Zustand), und aus der HF-Impedanz zwischen den Elektroden, wenn eine Entladung erfolgt (ein "gezündeter" Zustand). Diese Impedanzdifferenz bewirkt eine Veränderung (ein Sinken) der resonanten NF-Frequenz, wenn die Entladung gezündet wird, d.h., der Laser wechselt vom nicht gezündeten in den gezündeten Zustand. Darüber hinaus wird durch einen höheren Gasdruck das Zünden der Entladung, d.h. das Einschalten des Lasers, schwieriger. So besteht ein Bedarf an Verbesserungen der Entladungsstabilität bei Hochleistungs-Plattenlasern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Hinsicht umfasst ein Laser nach der vorliegenden Erfindung eine erste und eine zweite längliche Elektrode, die voneinander beabstandet und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Mindestens ein fester, dielektrischer Einsatz erstreckt sich der Länge nach entlang der Längsausdehnung der Elektroden. Ein erster Bereich des Einsatzes ist zwischen den Elektroden in Kontakt mit diesen angeordnet und ein zweiter Bereich des Einsatzes erstreckt sich seitlich über die entsprechenden Kanten der Elektroden hinaus. Die Breite des ersten Bereichs des Einsatzes ist geringer als die der Elektroden, sodass zwischen den Elektroden ein länglicher Spalt bleibt. Der Spalt ist mit einem Lasergas gefüllt. Ein Paar Spiegel ist vorgesehen und so angeordnet, dass sie einen Laserresonanzhohlraum bilden, der sich durch diesen länglichen Spalt hindurch erstreckt. Es sind Mittel zum Anregen des Lasergases zum Zünden einer Gasentladung vorgesehen, wodurch die Zirkulation der Laserstrahlung in dem Resonanzhohlraum bewirkt wird. Die Höhe des Spalts ist so gewählt, dass der Spalt einen Wellenleiter für die Laserstrahlung in Höhenrichtung bildet. Die Breite des Spalts ist so gewählt, dass die Laserstrahlung sich im freien Raum in Breitenrichtung des Spalts in einer Form ausbreiten kann, die durch Aufbau und Anordnung der Spiegel gesteuert wird.
Der dielektrische Einsatz erhöht die RC-Zeitkonstante der Elektrodenimpedanz durch Erhöhung der kapazitiven Komponente der Zeitkonstante. Dies verhindert die Bildung von Lichtbögen in der Entladung, wodurch der Laser der Erfindung mit größerer Erregerleistung oder einem höheren Lasergasdruck arbeiten kann, als dies ohne den dielektrischen Einsatz möglich wäre. Der Keramikeinsatz verringert darüber hinaus die Impedanzdifferenz der Elektroden mit und ohne Entladung. Dies führt zu einem besseren Verhalten der Entladung und zu einer Entladung, die leichter zu zünden ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, die Teil der Beschreibung und in diese integriert sind, zeigen schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden, allgemeinen Beschreibung und der genauen Beschreibung der nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform zur Erklärung der Funktionsweise der Erfindung.
1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung, der eine erste und eine zweite längliche metallene Plattenelektrode umfasst, die einander gegenüberliegend und voneinander durch zwei Keramikeinsätze beabstandet sind, die sich seitlich teilweise zwischen den Elektroden und in Längsrichtung entlang der Längsausdehnung der Elektroden erstrecken und ferner zwei Spiegel umfassen, die einen instabilen Einachsenresonator umfassen, der sich zwischen den Elektroden erstreckt.
1A zeigt schematisch den Laser der 1, der ferner keramische Spiegelabdeckungen umfasst, die zwischen den Enden der Elektroden und den Spiegeln angeordnet sind.
2 zeigt schematisch eine mit der des Lasers der 1 vergleichbare weitere Ausführungsform eines CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung, bei der jedoch nur ein Keramikeinsatz vorgesehen ist, der sich seitlich teilweise zwischen den Elektroden und entlang der Längsausdehnung der Elektroden erstreckt.
3 ist eine Querschnittansicht im Wesentlichen in Richtung 3-3 der 4 gesehen, die noch eine weitere Ausführungsform eines CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, ähnlich dem Laser der 2, bei der jedoch eine der Plattenelektroden mit einer abgedichteten Einfassung versehen ist, die die andere Elektrode und den Keramikeinsatz einschließt.
4 ist eine dreidimensionale Ansicht, welche die Details der Anordnung aus Elektrode und Keramikplatte der 3 schematisch darstellt.
5 ist eine Grafik, die schematisch die gemessene maximale an die Elektroden abgegebene HF-Spitzenleistung darstellt, abhängig vom Lasergasdruck für ein Beispiel des Lasers der 1, ein Beispiel des Lasers der 2 und einen ähnlich aufgebauten Laser des Stands der Technik ohne Keramikeinsätze.
6 zeigt noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung, der eine erste und eine zweite längliche metallene Plattenelektrode umfasst, die jeweils einen einstufigen Querschnitt haben, und zwar einander gegenüberliegend gestuft und angeordnet, wobei sich ein Keramikeinsatz seitlich teilweise zwischen den Elektroden und in Längsrichtung entlang der Längsausdehnung der Elektroden erstreckt, dessen Höhe geringer ist als die Stufenhöhe der Elektroden.
7 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung, der eine erste und eine zweite längliche metallene Plattenelektrode umfasst, die jeweils einen doppelstufigen Querschnitt haben, und zwar gegenüber den Keramikeinsätzen angeordnet, die sich seitlich teilweise zwischen den Elektroden und in Längsrichtung entlang der Längsausdehnung der Elektroden erstrecken und jeweils eine Höhe aufweisen, die geringer ist als die Stufenhöhe der Elektroden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Was nun die Zeichnungen betrifft, in denen alle Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind, so zeigt 1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform 10 eines CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung. Der Laser 10 umfasst eine obere und eine untere Plattenelektrode 12 und 14, die jeweils von einander beabstandet und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Elektroden haben eine Gesamtbreite E. Die Elektroden sind voneinander durch dielektrische (keramische) Einsätze oder Abstandshalter 16 beabstandet, die eine Höhe H aufweisen und sich seitlich erstrecken, d.h. in der Breitenrichtung der Elektroden, teilweise zwischen den Elektroden. Die Einsätze 16 ragen vorzugsweise außerdem seitlich über die Längskanten 12E bzw. 14E der Elektroden um mindestens 2,0 Millimeter (mm) hinaus. Im besten Falle ragen die Einsätze 16 mindestens um etwa 50 mm über die Elektrodenkanten hinaus. Die Einsätze 16 erstrecken sich darüber hinaus in diesem Fall entlang der gesamten Längsausdehnung der Elektroden. Diese seitliche Verlängerung der Keramikeinsätze 16 erhöht die Oberflächenweglänge von der Elektrode 12 zur Elektrode 14 über den keramischen Einsatz hinweg, wodurch der Oberflächenwiderstand über der Keramik erhöht wird, um die Möglichkeit der Bildung von Lichtbögen oder Entladungen zwischen den Elektrodenkanten zu minimieren.
Die Anordnung aus Elektroden und Einsätzen wird durch Keramikklammern 18 zusammengehalten, die an den Elektroden 12 und 14 mittels Schrauben 20 befestigt sind. Zu den bevorzugten keramischen Materialien für den Einsatz 16 zählen Tonerde (Aluminumoxid – Al₂O₃), Beryllerde (Berylliumoxid – BeO), Zirkonerde (Zirkoniumdioxid ZrO₂) sowie Zirkonerde- und Tonerdegemische. Auch für die Keramikklammern 18 ist Aluminiumoxid ein bevorzugtes Material.
Die Querschnitte der Elektroden 12 und 14 und Dicke der Einsätze 16 sind so gewählt, dass zwischen den dicken mittleren Bereichen 13 bzw. 15 der Elektroden 12 und 14 ein Spalt 26 (der Entladungsspalt) mit einer Höhe G entsteht. Die an den Spalt angrenzenden Flächen 12B und 14A der Elektroden sind parallel zueinander. Der Spalt 26 hat hier eine Breite W, die von der Breite der dicken Bereiche der Elektroden bestimmt ist. Die Breite W liegt natürlich unter der Gesamtbreite E der Elektroden. Die gestufte Querschnittsform der Elektroden mit dünneren Bereichen der Elektroden auf jeder Seite des Spalts 26 sorgt dafür, dass die Höhe H der Einsätze 16 größer sein kann als die Höhe G des Entladungsspalts 26. Dadurch wird sichergestellt, dass die entsprechenden Kanten der Elektroden weiter entfernt sind als die Elektrodenflächen 12B und 14A der den Spalt bildenden Elektroden. Dadurch wird die Möglichkeit einer Entladung zwischen den Elektrodenkanten auf ein Minimum beschränkt. Die zusätzliche Kapazität (C_x) durch die Keramikeinsätze kann zu einer ersten Ordnung angenähert werden durch eine Gleichung: Cx = ∈(E – W)L/H (1)wobei ∈ die dielektrische Konstante des Keramikmaterials und L die Länge der Elektroden ist. Der Prozentsatz des Raums zwischen den Elektroden, der durch das Keramikmaterial (P_c) eingenommen wird, wird durch folgende Gleichung genähert: Pc = 100(E – W)/E (2)wobei P_c vorzugsweise mindestens 30 % ausmacht.
Die Verbindung aus Elektroden 12 und 14, Keramikeinsätzen 16 und Keramikklammern 18 und Keramikplatte 20 ist in einem (nicht dargestellten) Gehäuse enthalten, das mit einem Lasergasgemisch gefüllt ist, das CO₂ enthält. Das Lasergasgemisch füllt den Spalt 26. Die Keramikeinsätze 16 haben Öffnungen 19, die sich durch sie hindurch erstrecken, um das Strömen des Lasergases in den Spalt 26 zu erleichtern. Ein HF-Potenzial ist zwischen den Elektroden 12 und 14 angelegt. Hier ist das NF-Potenzial (das von einem HF-Generator geliefert wird und in 1 symbolisch dargestellt ist) an die Elektrode 12 (die "heiße" Elektrode) gelegt und die Elektrode 14 (die Masse-Elektrode) ist an das Massepotenzial gelegt. Die Elektroden 12 und 14 sind durch Induktoren 32 induktiv gekoppelt. Durch Anlegen des HF-Potenzials zwischen den Elektroden wird in dem Spalt 26 eine elektrische Entladung im Lasergas aufrechterhalten, wodurch das Lasergas angeregt (unter Strom gesetzt) wird. Die Elektroden 12 und 14 umfassen Kanäle 34, die das Durchströmen der Elektroden mit einem Kühlfluid zum Abführen der durch die Entladung erzeugten Wärme erlauben.
Die Kühlwasserdurchführungen sind in der Regel aus Materialien hergestellt, die nicht korrodieren, wenn Wasser als Kühlmittel verwendet wird, z.B. aus Kupfer, Nickel oder Messing. Die Kühlkanäle sollten so angeordnet sein, dass die Flachheit der Elektroden 12 und 14 nicht durch Temperaturgradienten deformiert wird. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in dem US-Patent Nr. 5.237.580 beschrieben, auf dessen vollständige Offenbarung hier Bezug genommen wird.
Die stromgeladenen CO₂-Moleküle im Entladungsspalt 26 bilden ein Verstärkungsmedium für den Laser 10. Der Laser 10 umfasst einen Hybridresonator, der einen Wellenleiterresonator und einen instabilen Resonator 36 umfasst. Der instabile Resonator 36 wird von einem Hohlspiegel 38 gebildet, der in einem Spiegelhalter 40 gehalten wird, und einem Hohlspiegel 42 (in 1 in Durchsicht dargestellt), der in einem Spiegelhalter 44 gehalten wird.
Beide Spiegel 38 und 42 haben vorzugsweise eine Reflektivität von etwa 99,5 % oder höher auf der Laserwellenlänge. Die Breite W des Spalts 26 ist so gewählt, dass sich die Laserstrahlung im freien Raum in einer zu den Elektroden parallelen Richtung ausbreitet, d.h. in Breitenrichtung des Spalts. Die Modenausbreitung wird u.a. durch Abstand und Krümmung der Spiegel und die Position der geraden Kante 42A des Spiegels 42 bestimmt.
In diesem Beispiel sind die Spiegel des instabilen Resonators 36 so angeordnet und aufgebaut, dass die Laserstrahlung den Spalt 26 zwischen den Elektroden 12 und 14 im Zickzack durchläuft, wie dies durch die gestrichelten Linien 46 dargestellt ist. Die Laserstrahlung verlässt den Resonator um die Kante 42A des Spiegels 42 herum und dann durch eine Öffnung 48 im Spiegelhalter 44. Konkav gekrümmte Wände 17 der Keramikeinsätze 26 grenzen an deren gegenüberliegenden Seiten an. Es ist von Vorteil, die Oberfläche der gekrümmten Wände 17 der Keramikeinsätze 16 aufzurauhen, um die Möglichkeit jeglicher Wellenleitung durch diese Wände auszuschließen, die die Funktion der Spiegel 38 und 42 bei der Bestimmung von Lasermoden in Breitenrichtung der Elektroden stören könnten. Die Krümmung der Wände 17 dient ebenfalls zur Erhöhung des Oberflächenwiderstands der Keramikeinsätze zwischen den Elektroden, wie vorstehend erwähnt.
Der Wellenleiterbereich des Laserresonators wird durch die Elektroden 12 und 14 und die Spiegel 38 und 42 bestimmt und ist lotrecht zu dem vorstehend beschriebenen Bereich des instabilen Resonators Die Höhe G des Spalts 26 ist so gewählt, dass die ebenen parallelen Flächen 12B und 14A der Elektroden 12 und 14 jeweils tatsächlich einen Wellenleiter für die Laserstrahlung in einer Richtung bilden, die lotrecht zur Ebene der Elektroden 12 und 14, d.h. in der Höhenrichtung des Spalts, ist. Der Wellenleiterbereich des Resonators wird durch die Spiegel 38 und 42 ergänzt. Die Laserausbreitungsmoden sind nur in dieser Richtung durch die Wellenleiterwirkung begrenzt. Die Höhe G des Spalts 26 ist ferner so gewählt, dass ein gewünschtes Fernfeld-Strahlungsprofil entsteht, gekoppelt mit maximaler Laserleistung.
Vorzugsweise sind die Spiegel 38 und 42 in einem Abstand von den Enden der Elektroden 12 und 14 angeordnet, der ausreicht, dass die Spiegel nicht durch die Entladung im Spalt 26 beschädigt werden. Vorzugsweise beträgt der Abstand 20,0 mm oder mehr. Eine solche Beabstandung kann jedoch zu optischen Verlusten der Laserstrahlung führen, die von den Spiegeln 26 in den Spalt zurückgestrahlt wird. Ein Mittel zur Minimierung solcher optischer Verluste ist in 1A beschrieben. In diesem Fall umfasst der Laser 10 eine keramische (dielektrische) Verlängerung 21 an jedem Ende der Elektrode 12. Die Verlängerung 21 ist mittels Senkschrauben 17 an der Elektrode 12 befestigt, die sich durch die keramische Verlängerung hindurch und in die Elektrode hinein erstrecken. Die Elektrode 14 erstreckt sich unter den keramischen Verlängerungen. Die keramischen Verlängerungen 21 haben vorzugsweise die gleiche Querschnittsform wie die Elektrode 12. Der Abstand zwischen den keramischen Verlängerungen und der Elektrode 14 ist der gleiche wie der Abstand zwischen den Elektroden 12 und 14. Die Verlängerungen 21 sorgen (zusammen mit der Ge genelektrode 14) für eine Wellenleiterwirkung, die derjenigen vergleichbar ist, die von den Elektroden erzeugt wird. Die Verlängerungen können sich bis innerhalb etwa 5,0 mm des Spiegels erstrecken. Die Keramikeinsätze 16 sind entsprechend verlängert, um sich zumindest teilweise entlang der Längenausdehnung der Verlängerungen zu erstrecken.
Die bevorzugten Abmessungen G, E, W und H sind abhängig von den gewünschten Betriebsparametern wie Lasergasdruck, Frequenz- und Leistungsladung der an die Elektroden angelegten HF-Leistung und der Ausgangsleistung des Lasers. Als Beispiel beträgt G bei einem Gasdruck von 80 bis 200 Torr, einer HF-Frequenz von etwa 100 Megahertz (MHz) und einer Ausgangsleistung von 100 bis 500 Watt (W) vorzugsweise etwa 1,0 bis 2,0 mm. Die Spaltbreite W beträgt vorzugsweise 20,0 bis 80,0 mm bei einer Elektrodenlänge von 40,0 bis 85,0 Zentimetern (cm). P_c hat vorzugsweise einen Wert von 30 bis 70 Prozent. Die Höhe H des Keramikeinsatzes wird unter anderem durch die dielektrische Konstante des dielektrischen Materials und der gewünschten kapazitiven Ladung bestimmt. Die Höhe H beträgt bei einem keramischen Material aus Tonerde vorzugsweise etwa 2,0 bis 6,0 mm.
Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass vorstehend nur die Details des Lasers 10 beschrieben sind, die zum Verständnis der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Die allgemeinen Aspekte des CO₂-Plattenlaseraufbaus wie Lasergasgehäuse und die HF-Energieversorgung und die entsprechenden Leitungen sind in dem Stand der Technik, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, bekannt und deshalb hier nicht weiter beschrieben. Eine detaillierte Beschreibung von Beispielen von Plattenlasern findet sich in dem US-Patent Nr. 5.123.028, auf dessen vollständige Offenbarung hier Bezug genommen wird.
Ein Ziel der Anordnung von Keramikeinsätzen 16 zwischen den Elektroden 12 und 14 ist es, die kapazitive Komponente der Impedanz durch das angelegte HF-Potenzial allgemein zu erhöhen und im Speziellen die Differenz dieser Impedanz im angeregten und unangeregten Zustand der Entladung im Spalt 26 zu begrenzen. In ungezündetem Zustand ist dieses Gas in der Tat ein dielektrisches und verhalten sich die Elektroden und der gasgefüllte Spalt wie ein Kondensator. In gezündetem Zustand ist das Gas elektrisch leitend und wird die kapazitive Wirkung der Elektroden und des Spalts zwischen ihnen minimiert. Durch Anordnung der Einsätze 16 in dem Spalt zwischen den Elektroden nach der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird sogar dann eine starke kapazitive Komponente der Elektrodenimpedanz erreicht, wenn die Entladung im Spalt 26 gezündet ist; außerdem wird dadurch der Kapazitätsunterschied zwischen gezündetem und nicht gezündetem Zustand minimiert.
Vorzugsweise sollten die Keramikeinsätze eine mit Elektroden bedeckte Fläche aufweisen, die größer als oder gleich etwa 30 % der Gesamtfläche der Elektroden und im besten Falle 30 bis 70 % der Gesamtfläche der Elektroden, wie oben erwähnt, ausmacht.
Je größer das Verhältnis oder der Prozentsatz der Fläche der Keramikeinsätze ist, um so wichtiger sind die Abstandshalter bei der Bestimmung der kapazitiven Komponente der Elektrodenimpedanz und umso geringer ist der Impedanzunterschied im gezündeten und nicht gezündeten Zustand. Überschreitet die Fläche der Keramikeinsätze etwa 70 % der Gesamtfläche der Elektroden, übersteigt die zum Laden und Entladen der Kapazität während eines HF-Zyklus benötigte Strommenge einen Punkt, an dem die Effizienz des Lasers gefährdet ist.
2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform 60 eines CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung. Der Laser 60 umfasst eine erste und eine zweite längliche Plattenelektrode 62 und 64. Die Elektroden sind wie bei dem Laser 10 durch Keramikklammern 18 voneinander in Abstand gehalten. Die Elektroden 62 und 64 des Lasers 60 haben die gleiche Breite. Zwischen den Elektroden 62 und 64 zwischen deren schmalen Randbereichen 62E und 64E ist jeweils ein Keramikeinsatz 66 vorgesehen, der sich seitlich teilweise zwischen den Elektroden erstreckt. Der Keramikabstandshalter 66 ist in Kontakt mit beiden Elektroden und erstreckt sich über die ganze Länge der Elektroden. Der Abstandshalter 66 erstreckt sich außerdem seitlich über die entsprechenden Kanten der Elektroden 62 und 64 hinaus, vorzugsweise um mindestens 2,0 mm und im besten Falle um mindestens 5,0 mm aus den vorstehend im Zusammenhang mit den Einsätzen 16 des Lasers 10 erwähnten Gründen. Die Kantenbereiche 63 und 65 der Elektroden sind dicker, um u.a. das Einziehen der Kühlfluidkanäle 34 zu ermöglichen. Die Flächen 62B und 64A der Elektroden 62 bzw. 64 in deren dickeren Bereichen 63 bzw. 65 bilden einen Entladungsspalt 26. In dem Spalt 26 wird eine HF-Entladung erzeugt, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Laser 10 der 1 beschrieben. Der Spalt 26 hat auch hier eine Breite W, die geringer ist als die Gesamtbreite E der Elektroden. Ein instabiler Resonator 36 wird von einem Hohlspiegel 38 wie dem vorstehend im Zusammenhang mit dem Laser 10 der 1 beschriebenen Hohlspiegel 42 gebildet.
Die Funktion des einzigen Keramikeinsatzes 66 ist ähnlich derjenigen der beiden Keramikeinsätze 16 des Lasers 10. Wenn nur einziger Einsatz verwendet wird, der asymmetrisch angeordnet ist, verlässt nur ein Paar der Elektrodenkanten den Entladungsspalt 26, der entlang der entgegengesetzten Elektrodenkanten mit Ausnahme eines kleinen Bereichs offen ist, der vorzugsweise weniger als etwa 20 % ausmacht, der von den Keramikklammern 18 bedeckt ist. Dies ist sehr wirksam für ein leichteres Strömen des Lasergases in den Entladungsspalt 26 und verhindert akustische Resonanzen im gepulsten Entladungszustand.
Bei Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Plattenlasers ist die Anordnung aus Plattenelektroden, Keramikabstandshaltern und dem Keramikeinsatz zwischen den Elektroden strukturell unabhängig von jedem Gehäuse, das die Anordnung und ein Lasergasgemisch enthält. Dennoch ist es möglich, die Elektroden-Keramikeinheit in ein solches Gehäuse zu integrieren. Eine Beschreibung eines Beispiels eines solchen integrierten Aufbaus ist nachstehend mit Bezug zu den 3 und 4 beschrieben.
3 ist eine Ansicht im Querschnitt, die schematisch eine Ausführungsform 70 eines in ein Metallgehäuse 82 integrierten CO₂-Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine dreimensionale Ansicht, die schematisch einen Laser 70 mit teilweise aufgerissenem Gehäuse 82 zeigt. Der Fachmann wird erkennen, dass der Laser 70 dem Laser 10 der 1 vergleichbar ist, der in ein wassergekühltes Gehäuse eingebaut ist. Entsprechend tragen Elemente der beiden Laser mit gleicher Funktion die gleiche Bezugszahl, auch wenn sie von der Form her geringe Unterschiede aufweisen.
Das Gehäuse 82 besteht vorzugsweise aus bearbeiteten Aluminiumteilen und ist elektrisch an Massepotenzial gelegt. Das Innere 84 des Gehäuses 82 ist mit einem Lasergas gefüllt, und zwar über eine Öffnung 86, deren Spitze 88 abgedichtet werden kann, um das Gehäuse 82 abzudichten, wenn die Befüllung mit Lasergas abgeschlossen ist. Im unteren Bereich, in den Seitenwänden und im oberen Teil des Gehäuses 82 sind Kühlkanäle 34 vorgesehen. Das Kühlfluid wird über eine Zuführöffnung 90 in die Kanäle geleitet und verlässt die Kanäle über eine Auslassöffnung 92.
Ein erhöhter unterer Bereich 94 des Gehäuses 82 bildet eine Masseelektrode für den Plattenlaser 70. Eine getrennte obere oder "heiße" Elektrode 12 ist von der Masseelektrode 94 durch zwei Keramikeinsätze 16 in Abstand gehalten. Die Elektrode 12 hat eine Gesamtbreite L. Der erhöhte Bereich 94 des Gehäuses 82 (die Masseelektrode) hat eine Breite W. Die Einsätze 16 erstrecken sich seitlich teilweise zwischen den Elektroden 12 und 94 und über die ganze Länge der Elektroden. Zwischen der Oberseite 94A der Masseelektrode 94 und der Unterseite 12B der Elektrode 12 ist ein Entladungsspalt 26 gebildet. Der Spaltabstand G wird von den Keramikeinsätzen 16 bestimmt. Der Spalt 26 hat eine Breite W, die von der Breite des erhöhten Bereichs 94 des Gehäuses 82 bestimmt ist. Öffnungen 19 erstrecken sich durch die Keramikeinsätze in Fluidverbindung mit dem Entladungsspalt 26.
Im Entladungsspalt 26 wird mittels eines durch den Spalt angelegten HF-Potenzials eine Entladung unterhalten. HF-Energie wird durch einen HF-Generator geliefert, der in 3 nur symbolisch dargestellt ist. Der Generator ist an ein Verbindungsstück 108 gekoppelt, das in das Gehäuse 82 über eine Durchführung 110 eingeführt ist. Ein Induktionsweg zur Masse wird von einem Serpentin-Induktor 112 hergestellt, der von der Elektrode 96 durch Keramikisolierpads 114 in Abstand gehalten wird. Der Induktor 112 ist mit dem geerdeten Gehäuse 82 über induktionsarme Kompressionsfedern 116 verbunden. Diese Federn erzeugen auch Druck, um die Klammern 18 beim In-Kontakt-Halten der Elektroden mit den Keramikeinsätzen 16 zu unterstützen und so den Abstand des Spalts 26 aufrechtzuerhalten.
Mit Bezug insbesondere zu 4 sind die Resonatoranordnungen für den Laser 80 ähnlich denen anderer vorstehend beschriebener Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers. Ein instabiler Resonator 36 wird von einem Hohlspiegel 38, der in einem Spiegelhalter 40 gehalten wird, und einem Hohlspiegel 42 (in 4 in Durchsicht dargestellt) gebildet, der in einem Spiegelhalter 44 gehalten wird. Der instabile Resonator ist so vorgesehen, dass die Laserstrahlung im Zickzack durch den Spalt 26 zwischen der Keramikplatte 20 und der Elektrode strömt, wie dies mit gestrichelten Linien 46 dargestellt ist, bevor der Resonator über eine Öffnung 48 im Spiegelhalter 44 angeregt wird.
5 ist eine grafische Darstellung, die die gemessene Spitzen-HF-Leistung als Funktion eines Lasers zeigt, der im Aufbau ähnlich dem Laser 10 der 2 mit nur einem Keramikeinsatz ist (durchgezogene Linie) ist, eines Lasers, der ähnlich dem Laser der 1 ist und zwei Keramikeinsätze umfasst (gestrichelte Kurve mit langen Strichen) und eines ähnlich konstruierten Lasers ohne jeden Keramikeinsatz (gestrichelte Kurve mit kurzen Strichen). Die Elektrodenlänge beträgt etwa 60,0 cm; die Gesamtbreite (E) der Elektrode beträgt etwa 44,0 mm; und die Höhe (G) des Spalts beträgt etwa 1,4 Millimeter (mm). Der Abstand zwischen den Spiegeln 38 und 42 beträgt etwa 64,0 cm. Keramische Wellenleiterverlängerungen einer Länge von etwa 15,0 mm sind an die jeweiligen Enden der Elektroden geklammert. Bei Lasern, die mit dem Keramikeinsatz der Erfindung oder einem Einsatz versehen sind, nimmt der Einsatz oder nehmen die Einsätze insgesamt etwa 47 % der Breite der Elektrode ein. Das Lasergas war ein Gemisch aus Helium (He), Stickstoff (N₂) und CO₂ in einem Verhältnis von 3:1:1. Der Laser wurde in einer HF-supergepulsten Mode mit einem Arbeitszyklus von 12 % und Pulswiederholungsfrequenzen von 700 Hz bis 10 KHz betrieben.
Die maximale HF-Spitzenleistung ist die an die Entladung angelegte HF-Leistung, bei der die Aufrechterhaltung einer stabilen Entladung gewährleistet werden kann. Bei einer höheren HF-Spitzenleistung wird die Entladung instabil und es beginnen sich in der Entladung Lichtbögen zu bilden. Die Daten von 5 zeigen, dass im Falle des Lasers des Stands der Technik ohne Keramikeinsatz keine Entladung bei einem belie bigen Druck von über 140 Torr zu halten war. Bei dem erfindungsgemäßen Laser mit zwei Keramikeinsätzen (dem Laser der 1) konnte bei einem Druck von über 160 Torr keine Entladung aufrecht erhalten werden; es war jedoch eine Spitzenantriebsleistung von 10,8 Kilowatt (kW) mit dem höchsten Druck möglich, verglichen mit 8,7 kW mit dem höchsten Druck bei einem Laser des Stands der Technik. Im Falle des Lasers der Erfindung mit nur einem Keramikeinsatz (der Laser von 2), bei dem der Entladungsspalt entlang einer seiner Seiten offen bleibt (unbegrenzt), war immer noch eine Entladung bei einem Druck von 180 Torr unterhaltbar, bei welchem Druck eine maximale HF-Antriebsleistung von 12,6 kW möglich war. Hier wurde eine Grenze erreicht, da eine Obergrenze für die Ausgangsleistung der verfügbaren HF-Energieversorgung zum Antrieb des Testlasers erreicht war. Im Allgemeinen steigt die Laserausgangsleistung mit dem Gasdruck und der HF-Antriebsleistung.
6 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform 120 eines Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung. Der Laser 120 weist eine obere und eine untere Plattenelektrode 122 bzw. 124 auf, zwischen denen ein Keramikeinsatz 126 angeordnet ist. Wie bei anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Plattenlasers wird von einem Hohlspiegel 38 und einem Hohlspiegel 42 ein instabiler Resonator 36 gebildet, wobei die Laserstrahlung durch einen Entladungsspalt 26 zwischen den Elekroden zirkuliert. Bei dem Laser 120 sind die Elektroden und der Keramikeinsatz so angeordnet, dass der Entladungsspalt 26 entlang beider Seiten desselben offen bleibt, sodass keine Störung der von den Resonatorspiegeln bestimmten Lasermoden durch den Keramikeinsatz möglich ist.
Jede der Elektroden 122 und 124 hat einen einstufigen Querschnitt. Die Elektrode 122 (die "heiße" Elektrode) hat einen dünnen Bereich 123 und einen dicken Bereich 125. Die Elektrode 124 (die "Masse-" Elektrode) hat einen dünnen Bereich 127 und einen dicken Bereich 129. Die Elektroden sind einander gegenüberliegend angeordnet, und zwar liegt jeweils der dünne Bereich einer Elektrode dem dicken Bereich der anderen Elektrode gegenüber. Der Keramikeinsatz 126 ist zwischen dem dicken Bereich 125 der Elektrode 122 und dem dünnen Bereich 127 der Elektrode 124 angeordnet, der damit in Kontakt ist. Wie bei anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich der Keramikeinsatz seitlich über die Kanten der Elektroden hinaus (hier die Kanten 122E und 124E), um die mögliche Bildung von Oberflächenlichtbögen über die Keramik zwischen den Elektroden zu minimieren. Aus dem gleichen Grund erstreckt sich der Keramikeinsatz 126 vorzugsweise auch seitlich über den dicken Bereich 125 der Elektrode 122 in Richtung auf den dicken Bereich 129 der Elektrode 124 hinaus. Im besten Falle ist die Breite des Keramikeinsatzes ausreichend größer als die Breite des dünnen Bereichs der Elektrode 124, als dass der Keramikeinsatz in Kontakt mit dem dicken Bereich 129 der Elektrode 124 kommt.
Der Entladungsspalt 26 ist zwischen dem dicken Bereich 129 der Elektrode 124 und dem dünnen Bereich 123 der Elektrode 122 angeordnet. Der dicke Bereich 125 der Elektrode 122 weist eine Mehrzahl Öffnungen 130 auf, die sich durch diese hindurch erstrecken, um das Strömen des Lasergases in den Entladungsspalt 26 zu erleichtern und das Entstehen akustischer Resonancen im gepulsten Entladungszustand zu verhindern, wie vorstehend schon erläutert. Der Spalt 26 ist entlang der Kanten der Elektroden offen und wird von dem dicken Bereich 129 der Elektrode 124 und dem dünnen Bereich 123 der Elektrode 122 gebildet, auch wenn dies in 6 vollständig zu sehen ist. Der Abstand zwischen den Elektroden wird durch Keramikklammern 18 aufrechterhalten, die an den Kanten 122E und 124E der Elektroden durch Schrauben 20 befestigt sind.
Die Elektroden 122 und 124 können so definiert werden, dass sie eine Stufenhöhe S haben, die der Dickenunterschied zwischen den dünnen und dicken Bereichen der Elektroden ist. Der Keramikeinsatz hat eine Dicke C, die geringer ist als die Stufenhöhe S. Vorzugsweise liegt die Höhe des Keramikeinsatzes S bei etwa 25 bis 75 % der Stufenhöhe. Der Spalt 26 hat eine Breite W, die von der Breite des dicken Bereichs 129 der Elektrode 124 bestimmt ist. Zwischen den dünnen Bereichen der Elektroden ist ein Abstand Y, der gleich der Stufenhöhe S plus der Höhe des Entladungsspalts 26 ist. Die Gesamtelektrodenbreite ist E. Der dünne Bereich 123 der Elektrode 122 hat eine Breite (W + X). Die Werte von X und Y sind so gewählt, dass sie eine mögliche Entladung zwischen den dünnen Bereichen der Elektroden auf ein Minimum reduziert. In einem Beispiel eines Lasers 120 mit einer Ausgangsleistung von 400 W beträgt die Länge der Elektroden 122 und 124 82,5 cm und die Breite (W) des Entladungsspalts 26 55,0 mm. Die Höhe des Entladungsspalts (Y – S) beträgt 1,2 mm, S beträgt 3,8 mm, E beträgt 88,0 mm, Y beträgt 5 mm und X beträgt 5,0 mm. Die Dicke C des dielektrischen Einsatzes 126 beträgt 1,0 mm. Die Breite des dielektrischen Einsatzes 126 beträgt 29 mm und die Länge des dielektrischen Einsatzes ist gleich der Länge der Masseelektrode 124.
Bei einem gegebenen Druck steigt die Ausgangsleistung des Lasers direkt mit der Entladungsbreite (W) und der Länge der Elektrode. Die optimalen Abmessungen des Entladungsspalts (Y – S) schwanken umgekehrt mit dem Druck.
7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform 140 eines Plattenlasers nach der vorliegenden Erfindung. Der Laser ist im Prinzip gleich dem vorstehend beschriebenen Laser 120, umfasst jedoch Plattenelektroden 142 und 144 mit einem zweistufigen Querschnitt. Die Elektrode 142 (die "heiße" Elektrode) hat einen dünnen Bereich 143 und zwei dicke Bereiche 141. Die Elektrode 144 (die "Masse-"Elektrode) hat zwei dünne Bereiche 145 und einen dicken Bereich 147. Die Elektroden sind einander gegenüberliegend angeordnet, und zwar liegt jeweils der dünne Bereich der Elektrode 142 dem dicken Bereich der Elektrode 144 gegenüber. Ein Keramikeinsatz 126 ist jeweils zwischen den dicken Bereichen 141 der Elektrode 142 und den dünnen Bereichen 145 der Elektrode 144 angeordnet. Der Keramikeinsatz erstreckt sich mindestens zwischen den Elektrodenkanten hinaus, um eine mögliche Bildung von Oberflächenlichtbögen über der Keramik zwischen den Elektroden zu minimieren, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Laser 120 der 6 erwähnt. Der Entladungsspalt 26 ist zwischen dem dicken Bereich 147 der Elektrode 144 und dem dünnen Bereich 143 der Elektrode 142 angeordnet.
Die dicken Bereiche 141 der Elektrode 142 haben jeweils mehrere Öffnungen 130, die sich durch diese hindurch erstrecken, auch wenn die Öffnungen nur in einem dicken Bereich in 7 zu sehen sind. Diese Öffnungen sind wie vorstehend erläutert da, um das Strömen des Lasergases in den Entladungsspalt 26 zu erleichtern und um das Auftreten akustischer Resonanzen im gepulsten Entladungszustand zu verhindern. Der Abstand zwischen den Elektroden wird durch Keramikklammern 18 aufrechterhalten, die an den Kanten 142E und 144E der Elektroden durch Schrauben 20 befestigt sind. Der Laser 140 kann eine höhere Kapazität zwischen den Elektroden und einen geringeren Kapazitätsunterschied zwischen einem gezündeten und einem nicht gezündeten Zustand als der Laser 120 der 6 aufweisen. Dies geht allerdings zu Lasten dessen, dass eine Seite des Entladungsspalts zum leichteren Gasfluss in den Spalt nicht vollkommen offen sein kann. Daher wird sich hier vor allem auf die Öffnungen 30 in den dicken Bereichen der Elektrode 142 verlassen.
Der Fachmann, der den Stand der Technik kennt, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, kann ohne Weiteres erkennen, dass, während die Laser 60, 70, 120 und 140 ohne keramische Wellenleiter-Verlängerungen zwischen Elektroden und Spiegeln dargestellt sind, derartige Verlängerungen in eine Anordnung wie die vorstehend mit Bezug zu den Verlängerungen 21 und 23 des Lasers 10 der 1A beschriebene integriert werden können und dies vorzugsweise auch sind. Vorzugsweise haben solche Verlängerungen für die Laser 60 und 70 die gleiche Querschnittsform wie die Elektroden, zu denen sie gehören.
Die vorliegende Erfindung ist vorstehend an Hand einer bevorzugten und anderer Ausführungsformen beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht durch die beschriebenen und illustrierten Ausführungsform beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung nur durch die anhängenden Ansprüche beschränkt.
Zusammenfassung
Ein CO₂-Plattenlaser enthält langgestreckte, unter Abstand angeordnete Plattenelektroden. Lasergas füllt einen Entladungsspalt zwischen den Elektroden. Eine HF-Spannungsversorgung ist an die Elektroden angelegt und unterhält eine elektrische Entladung in dem Lasergas in dem Entladungsspalt. Ein oder zwei Keramikeinsätze belegen einen Abschnitt der Breite der Elektroden und stehen in Kontakt mit den Elektroden. Ein Entladungsspalt wird zwischen den Abschnitten der Breite der Elektroden gebildet, die nicht von dem Einsatz oder den Einsätzen belegt sind. Der Keramikeinsatz oder die -einsätze erhöhen die Widerstand/Kapazität (RC)-Zeitkonstante der Elektrodenimpedanz durch Erhöhen der kapazitiven Komponente bezüglich der Zeitkonstanten. Dies verhindert die Bildung von Entladungsbögen in der Entladung was wiederum ermöglicht, dass der erfindungsgemäße Laser mit einer höheren Anregungsenergie oder höherem Lasergasdruck arbeiten kann als ohne den dielektrischen Einsatz. Der keramische Einsatz vermindert auch die Differenz bezüglich der Impedanz der Elektroden mit und ohne Entladung. Dies führt zu einer Entladung mit verbesserten Eigenschaften und auch zu einer leichter zu zündenden Entladung.

Claims

Laser, der umfasst: eine erste und eine zweite längliche Elektrode, wobei die Elektroden voneinander beabstandet und einander gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen sich einen Spalt bilden, welcher Spalt mit einem Lasergas befüllt ist; mindestens einen ersten festen, dielektrischen Einsatz, der sich längs entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstreckt, wobei ein erster Bereich des ersten Einsatzes zwischen den Elektroden und in Kontakt mit diesen angeordnet ist und sich ein zweiter Bereich des ersten Einsatzes seitlich über die entsprechenden ersten Außenkanten der Elektroden hinaus erstreckt, wobei der erste Bereich des ersten Einsatzes eine Breite aufweist, die unter der Breite der Elektroden liegt; ein Paar Spiegel, die so gestaltet und angeordnet sind, dass sie einen Laserresonanzhohlraum bilden, der sich durch diesen länglichen Spalt hindurch erstreckt; Mittel zum Anregen des Lasergases zum Erzeugen einer Gasentladung, wodurch Laserstrahlung zum Schwingen in dem Resonanzhohlraum gebracht wird, und wobei die Höhe des Spalts so gewählt ist, dass der Spalt einen Wellenleiter für die Laserstrahlung in Höhenrichtung bildet, und die Breite des Spalts so gewählt ist, dass die Laserstrahlung sich im freien Raum in Breitenrichtung des Spalts in einer Form ausbreiten kann, die durch Aufbau und Anordnung der Spiegel gesteuert wird.
Laser nach Anspruch 1, bei dem die Mittel zum Anregen des Gases einen HF-Generator umfassen, dessen Leistung an eine der Elektroden gekoppelt ist.
Laser nach Anspruch 1, bei dem der erste Bereich des Einsatzes eine Breite hat, die mehr als oder gleich etwa 30 % der Breite der Elektroden und weniger als oder gleich etwa 70 % der Breite der Elektroden ausmacht.
Laser nach Anspruch 1, bei dem der zweite Bereich der Einsätze sich um etwa 2,0 Millimeter über die entsprechenden Kanten der Elektroden hinaus erstreckt.
Laser nach Anspruch 1, bei dem eine Kante des ersten Einsatzes zwischen den Elektroden eine Hohlkrümmung aufweist und so eine erste konkave Wand bildet, die sich entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstreckt und an den Spalt an einer von dessen Seiten angrenzt.
Laser nach Anspruch 1, der ferner einen zweiten festen Einsatz umfasst, wobei dieser zweite dielektrische Einsatz sich der Länge nach entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstreckt, wobei ein erster Bereich des zweiten Einsatzes zwischen den Elektroden und in Kontakt mit diesen angeordnet und sich ein zweiter Bereich des zweiten Einsatzes seitlich über die entsprechenden zweiten Außenkanten der Elektroden hinaus erstreckt, wobei der erste Bereich des Einsatzes eine Breite aufweist, die unter der Breite der Elektroden liegt.
Laser nach Anspruch 6, bei dem mindestens einer der genannten dielektrischen Einsätze mindestens eine Öffnung aufweist, die sich seitlich durch diesen in Fluidverbindung mit dem Spalt erstreckt.
Laser nach Anspruch 7, bei dem mindestens einer der dielektrischen Einsätze mehrere voneinander beabstandete Öffnungen aufweist, die sich seitlich durch diesen in Fluidverbindung mit dem Spalt erstrecken.
Laser nach Anspruch 6, bei dem eine Kante des ersten Einsatzes zwischen den Elektroden eine Hohlkrümmung aufweist und eine Kante des zweiten Einsatzes zwischen den Elektroden eine Hohlkrümmung aufweist und so eine erste und eine zweite konkave Wand bildet, die sich entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstreckt und an den Spalt an entgegengesetzten Seiten derselben angrenzt.
Laser nach Anspruch 6, bei dem die ersten Bereiche des ersten und zweiten dielektrischen Einsatzes eine Gesamtbreite haben, die mehr als oder gleich etwa 30 % der Breite der Elektroden und weniger als oder gleich etwa 70 % der Breite der Elektroden ausmacht.
Laser nach Anspruch 6, bei dem der zweite Bereich jedes Einsatzes sich um eine Strecke von etwa 2,0 Millimeter über die entsprechenden Kanten der Elektroden hinaus erstreckt.
Laser nach Anspruch 1, bei dem nur der erste genannte dielektrische Einsatz vorgesehen ist und bei dem der Entladungsspalt an einer der Seiten von einer Kante des ersten dielektrischen Einsatzes zwischen den Elektroden gesäumt ist und dieser offen ist entlang einer entgegengesetzten Seite dazu, entsprechend den entsprechenden zweiten Kanten der Elektroden, um das Strömen des Lasergases in den Spalt zu erleichtern.
Laser nach Anspruch 12, bei dem die Elektroden voneinander in Abstand gehalten werden von mindestens einer isolierenden Klammer, die an den zweiten Kanten der Elektroden befestigt ist.
Laser nach Anspruch 13, bei dem die mindestens eine und jede andere isolierende Klammer insgesamt weniger als etwa 20 % der Länge der Elektroden ausmacht.
Laser, der umfasst: eine erste und eine zweite längliche Elektrode, wobei die Elektroden einen Stufenquerschnitt mit einem dicken Bereich derselben an einer Kante und einem dünnen Bereich derselben an einer entgegengesetzten Kante haben und wobei die Elektroden mit Abstand voneinander angeordnet sind und ihre dicken Bereiche einander gegenüberliegend und ihre dünnen Bereiche einander gegenüberliegend angeordnet sind; einen festen dielektrischen Einsatz, der sich der Länge nach entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstreckt, wobei ein erster Bereich des ersten Einsatzes zwischen den dünnen Bereichen der Elektroden angeordnet ist, die mit ihm in Kontakt stehen, und ein zweiter Bereich des ersten Einsatzes sich seitlich über die entsprechenden ersten Außenkanten der Elektroden hinaus erstreckt, wobei der erste Bereich des Einsatzes eine Breite aufweist, die der Breite der dünnen Bereiche der Elektroden entspricht und wobei ein länglicher Spalt zwischen den dicken Bereichen der Elektroden gebildet ist, welcher Spalt mit einem Lasergas gefüllt ist und eine Höhe und eine Breite hat, wobei die Höhe des Spalts geringer ist als die Höhe des Keramikeinsatzes und an den Spalt auf seiner eine Seite eine Kante des dielektrischen Einsatzes angrenzt, der an einer entgegengesetzten Seite desselben offen ist, der den Kanten der Elektroden an deren dicken Bereichen entspricht, ein Paar Spiegel, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie einen Laserresonanzhohlraum bilden, der sich durch den länglichen Spalt erstreckt; Mittel zum Anregen des Lasergases zum Auslösen einer Gasentladung, wodurch die Laserstrahlung in dem Resonanzhohlraum zirkuliert; und bei dem die Höhe des Spalts so gewählt ist, dass der Spalt einen Wellenleiter für die Laserstrahlung in Höhenrichtung bildet, und die Breite so gewählt ist, dass die Laserstrahlung sich im freien Raum in Breitenrichtung des Spalts in einer Form ausbreiten kann, die durch den Aufbau und die Anordnung der Spiegel bestimmt ist.
Laser nach Anspruch 15, bei dem die Mittel zum Anregen des Gases einen HF-Generator umfassen, dessen Leistung an eine der Elektroden gekoppelt ist.
Laser nach Anspruch 15, bei dem der erste Bereich des Einsatzes eine Breite hat, die mehr als oder gleich etwa 30 % der Breite der Elektroden und weniger als oder gleich etwa 70 % der Breite der Elektroden beträgt.
Laser nach Anspruch 17, bei dem der zweite Bereich der Einsätze sich um etwa 2,0 Millimeter über die entsprechenden Kanten der Elektroden hinaus erstreckt.
Laser nach Anspruch 18, bei dem die Kante des Einsatzes, die an den Spalt angrenzt, eine Hohlkrümmung hat.
Laser, der umfasst: eine erste und eine zweite längliche Elektrode, die in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Elektroden einen Stufenquerschnitt mit einem ersten und einem zweiten dünnen Bereich desselben haben, der an einen dicken Bereich angrenzt, wobei die Elektroden beabstandet voneinander angeordnet sind und ihre dicken Bereiche einander gegenüberliegend angeordnet sind und ihre dünnen Bereiche einander gegenüberliegend angeordnet sind; einen ersten und einen zweiten dielektrischen Einsatz, die sich der Länge nach entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstrecken, wobei ein erster Bereich des ersten Einsatzes zwischen den ersten dünnen Bereichen der Elektroden angeordnet ist, die mit ihm in Kontakt stehen, und ein zweiter Bereich des ersten Einsatzes sich seitlich über die entsprechenden ersten Außenkanten der Elektroden hinaus erstreckt, wobei ein erster Bereich des zweiten Einsatzes zwischen den zweiten dünnen Bereichen der Elektroden angeordnet ist, die mit ihm in Kontakt stehen, und einen zweiten Bereich des zweiten Einsatzes sich seitlich über die entsprechenden zweiten Außenkanten der Elektroden hinaus erstreckt, wobei die ersten Bereich der Einsätze eine Breite aufweisen, die der Breite der dünnen Bereiche der Elektroden entspricht und wobei ein länglicher Spalt zwischen den dicken Bereichen der Elektroden gebildet ist, welcher Spalt mit einem Lasergas gefüllt wird und eine Höhe und eine Breite hat, wobei die Höhe des Spalts geringer ist als die Höhe des Keramikeinsatzes, und an den Spalt auf dessen entgegengesetzten Seiten Kanten der dielektrischen Einsätze angrenzen, die eine Öffnung haben, die sich durch diese hindurch in Fluidverbindung mit dem Spalt erstreckt, ein Paar Spiegel, die so vorgesehen und angeordnet sind, dass sie einen Laserresonanzhohlraum bilden, der sich durch diesen länglichen Spalt hindurch erstreckt; Mittel zum Anregen des Lasergases zum Auslösen einer Gasentladung, wodurch Laserstrahlung zum Zirkulieren in dem genannten Resonanzhohlraum gebracht wird, und bei dem die Höhe des Spalts so gewählt ist, dass der Spalt einen Wellenleiter für die Laserstrahlung in Höhenrichtung bildet, und die Breite des Spalts so gewählt ist, dass die Laserstrahlung sich im freien Raum in Breitenrichtung des Spalts in einer Form ausbreiten kann, die durch den Aufbau und die Anordnung der Spiegel bestimmt ist.
Laser nach Anspruch 20, bei dem die Mittel zum Anregen des Gases einen HF-Generator umfassen, dessen Leistung an eine der Elektroden gekoppelt ist.
Laser nach Anspruch 20, bei dem die genannten ersten Bereiche der genannten Einsätze eine Breite haben, die mehr als oder gleich etwa 30 % der Breite der Elektroden und weniger als oder gleich etwa 70 % der Breite der Elektroden ausmacht.
Laser nach Anspruch 22, bei dem die zweiten Bereiche der Einsätze sich um etwa 2,0 Millimeter über die entsprechenden Kanten der Elektroden hinaus erstrecken.
Laser nach Anspruch 23, bei dem jede Kante der Einsätze, die an den Spalt angrenzt, eine Hohlkrümmung hat.
Laser, der umfasst: eine erste und eine zweite längliche Elektrode, wobei die erste und die zweite Elektrode jeweils einen Stufenquerschnitt mit einem dicken und einem dünnen Bereich aufweisen, wobei der dünne Bereich der ersten Elektrode breiter ist als der dicke Bereich der zweiten Elektrode und wobei die Elektroden eine Stufenhöhe aufweisen, die durch den Dickenunterschied zwischen deren dicken und dünnen Bereichen definiert ist; welche Elektroden beabstandet voneinander und einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der dünne und dicke Bereich der ersten Elektrode jeweils gegenüber dem dicken und dünnen Bereich der zweiten Elektrode angeordnet sind und wobei der Abstand zwischen den Elektroden so bemessen ist, dass ein länglicher Entladungsspalt entsteht zwischen dem dünnen Bereich der ersten Elektrode und dem dicken Bereich der zweiten Elektrode, und wobei der Entladungsspalt eine Höhe und eine Breite hat und seine Breite in etwa gleich der Breite des dicken Bereichs der zweiten Elektrode ist und der Entladungsspalt mit einem Lasergas gefüllt ist; einen festen, dielektrischen Einsatz, der sich der Länge nach entlang der Längsausdehnung der Elektroden erstreckt und eine Höhe aufweist, die geringer ist als die Stufenhöhe, und der zwischen dem dicken Bereich der ersten Elektrode und dem dünnen Bereich der zweiten Elektrode angeordnet ist und in Kontakt mit dieser steht; ein Paar Spiegel, die so vorgesehen und angeordnet sind, dass sie einen Laserresonanzrohlraum bilden, der sich durch den länglichen Spalt hindurch erstreckt; Mittel zum Anregen des Lasergases zum Auslösen einer Gasentladung in dem Entladungsspalt, wodurch die Laserstrahlung zum Zirkulieren in dem Resonanzhohlraum gebracht wird; und bei dem die Höhe des Spalts so gewählt ist, dass der Spalt einen Wellenleiter für die Laserstrahlung in Höhenrichtung bildet, und die Breite des Spalts so gewählt ist, dass die Laserstrahlung sich im freien Raum in Breitenrichtung des Spalts in einer Form ausbreiten kann, die durch den Aufbau und die Anordnung der Spiegel bestimmt ist.
Laser nach Anspruch 25, bei dem der dielektrische Einsatz eine Breite hat, die größer ist als die Breite des dünnen Bereichs der zweiten Elektrode, sich seitlich über die entsprechenden Außenkanten der ersten und zweiten Elektrode hinaus erstreckt und sich seitlich über den dicken Bereich der ersten Elektrode hinaus in Richtung auf den dicken Bereich der zweiten Elektrode erstreckt.
Laser nach Anspruch 26, bei dem der dielektrische Einsatz in Kontakt ist mit dem dicken Bereich der zweiten Elektrode.
Laser, der umfasst: eine erste und eine zweite längliche Elektrode, wobei die erste und die zweite Elektrode jeweils einen Stufenquerschnitt haben und die erste Elektrode zwei dicke Bereiche umfasst, die an einen dünnen Bereich angrenzen und die zweite Elektrode zwei dünne Bereiche umfasst, die an einen dicken Bereich angrenzen, wobei der dünne Bereich der ersten Elektrode breiter ist als der dicke Bereich der zweiten Elektrode, welche Elektroden eine Stufenhöhe aufweisen, die durch den Dickenunterschied zwischen deren dicken und dünnen Bereichen definiert ist; welche Elektroden beabstandet voneinander und einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der dünne und dicke Bereich der ersten Elektrode jeweils gegenüber dem dicken und dünnen Bereich der zweiten Elektrode angeordnet ist und wobei der Abstand zwischen den Elektroden so bemessen ist, dass ein länglicher Entladungsspalt gebildet wird zwischen dem dünnen Bereich der ersten Elektrode und dem dicken Bereich der zweiten Elektrode, und wobei der Entladungsspalt eine Höhe und eine Breite hat und seine Breite in etwa gleich der Breite des dicken Bereichs der zweiten Elektrode und der Entladungsspalt mit einem Lasergas gefüllt ist; zwei feste dielektrische Einsätze, die sich der Länge nach entlang der Längenausdehnung der Elektroden erstrecken, welche Einsätze eine Höhe aufweisen, die geringer ist als die Stufenhöhe, und einer von beiden zwischen den dicken Bereichen der ersten Elektrode und den dünnen Bereichen der zweiten Elektrode angeordnet ist und in Kontakt mit dieser steht; ein Paar Spiegel, die so vorgesehen und angeordnet sind, dass sie einen Laserresonanzhohlraum bilden, der sich durch den länglichen Entladungsspalt hindurch erstreckt; Mittel zum Anregen des Lasergases zum Zünden einer Gasentladung in dem Entladungsspalt, wodurch Laserstrahlung zum Strömen in dem Resonanzhohlraum gebracht wird; und bei dem die Höhe des Entladungsspaltspalts so gewählt ist, dass der Spalt einen Wellenleiter für die Laserstrahlung in Höhenrichtung bildet und die Breite des Spalts so gewählt ist, dass die Laserstrahlung sich im freien Raum in Breitenrichtung des Spalts in einer Form ausbreiten kann, die durch Aufbau und Anordnung der Spiegel bestimmt ist.
Laser nach Anspruch 28, bei dem jeder der dielektrischen Einsätze eine Breite hat, die größer ist als die Breite der dünnen Bereiche der zweiten Elektrode, und sich seitlich über die entsprechenden Außenkanten der ersten und zweiten Elektrode hinaus erstreckt und sich seitlich über die dicken Bereiche der ersten Elektrode hinaus in Richtung auf den dicken Bereich der zweiten Elektrode erstreckt.
Laser nach Anspruch 29, bei dem der dielektrische Einsatz in Kontakt ist mit dem dicken Bereich der zweiten Elektrode.