DE112009000417T5

DE112009000417T5 - Diffusionsgekühlter CO2-Laser mit flexiblem Gehäuse

Info

Publication number: DE112009000417T5
Application number: DE112009000417T
Authority: DE
Inventors: Anthony J. West Suffield Demaria
Original assignee: Coherent Inc
Current assignee: Coherent Inc
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-12-30
Also published as: CN102007654B; US20090213885A1; JP2011513948A; CN102007654A; GB2470530A; GB201015431D0; WO2009105174A2; GB2470530B; US8942270B2; WO2009105174A3; KR20100121678A

Abstract

Gasentladungslaser, umfassend:
ein Gehäuse mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten metallischen Längswand, von denen jede mit einer dritten und einer gegenüberliegenden vierten metallischen Längswand verbunden ist, wobei das Gehäuse durch eine erste und eine zweite Endwand geschlossen ist; und wobei
jede der ersten und zweiten Längswand einen starren Kühlungsabschnitt aufweist, der von einem zwischen dem Kühlungsabschnitt und den Seiten- und Endwänden angeordneten flexiblen Abschnitt umgeben ist.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen diffusionsgekühlte Kohlendioxidlaser (CO₂-Laser). Die Erfindung betrifft insbesondere diffusionsgekühlte CO₂-Laser niedriger Leistung (zum Beispiel mit einer Ausgangsleistung von etwa 100 Watt oder weniger), umfassend ein gasdichtes Gehäuse mit daran angebrachten Resonatorspiegeln.
Diskussion des technischen Hintergrunds
Ein diffusionsgekühlter CO₂-Laser ist ein Gasentladungslaser, bei dem eine Kühlung der Entladung dadurch erfolgt, dass zwischen den die Entladung ausbildenden gekühlten Elektroden ein kleiner Abstand vorgesehen ist. Der Abstand ist ausreichend klein, sodass CO₂-Moleküle in einem angeregten Zustand in einem relativ langlebigen „010”-biegenden Vibrationszustand (einem nicht-laseraktiven Zustand, der nur geringfügig über dem Grundzustand ist) mit den gekühlten Elektroden mit hoher Wahrscheinlichkeit stoßen können. Dieser Stoßprozess entvölkert den „010”-Zustand und verhindert die Ausbildung eines „Besetzungsflaschenhalses”. Die Entvölkerung des niedrigeren Niveaus „010” erhöht die Besetzungsinversion im oberen „Laser”-Niveau, was zu einer höheren Laserausgangsleistung und -effizienz führt.
In solch einem Laser niedriger Leistung ist es üblich, Resonatorspiegel des Lasers als integralen Bestandteil eines Lasergehäuses anzubringen. Wenn die Spiegel in dieser Weise angebracht werden ist es wichtig ein Verbiegen des Lasergehäuses zu minimieren, da solch ein Verbiegen eine in Abhängigkeit von der Temperatur variierende Ausrichtung eines Ausgangsstrahls bewirken könnte.
Eine Vorgehensweise des Stands der Technik zur Minimierung des Verbiegens eines diffusionsgekühlten CO₂-Lasergehäuses war mit der Verwendung eines flexiblen Gehäuses verbunden bei möglichst symmetrischer Kühlung. Anordnungen, die diese Vorgehensweise verwenden sind im US Patent Nr. 4,787,090 und US Patent Nr. 6,192,061 beschrieben, die beide im Eigentum der Anmelderin der vorliegenden Erfindung sind. Anordnungen, die eine ähnliche Vorgehensweise verwenden, sind auch im US Patent Nr. 6,198,758 und US Patent Nr. 6,983,001 beschrieben. Während all diese Anordnungen zu einem bestimmten Grad erfolgreich waren, wird davon ausgegangen, dass keine dieser Anordnungen ein optimales Niveau der tatsächlichen Kühlung, der Symmetrie der Kühlung und der Flexibilität des Lasergehäuses aufweist.
Abriss der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Kühlanordnung für einen Gasentladungslaser bereitzustellen. Nach einem Aspekt umfasst ein Gasentladungslaser gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse mit einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden längsseitigen Metallwand, von denen jede mit einer dritten und einer vierten gegenüberliegenden längsseitigen Metallwand verbunden ist, wobei das Gehäuse durch eine erste und eine zweite Endwand geschlossen ist. Jede der ersten und der zweiten Längswand weist einen starren Kühlungsabschnitt auf, der von einem flexiblen Abschnitt umgeben ist, der zwischen den Längswänden und den Endwänden angeordnet ist.
Vorzugsweise weist jeder Kühlabschnitt jeder Wand eine Vielzahl an Kühllamellen auf, die sich von diesem nach Außen erstrecken. Die erste, zweite, dritte und vierte längsseitige Wand des Gehäuses können vorteilhafterweise durch eine einzige Extrusion aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Vorzugsweise sind die erste und zweite Längswand des Gehäuses ähnlich ausgebildet und sind die dritte und vierte Längswand des Gehäuses ähnlich ausgebildet, wodurch eine im Wesentlichen symmetrische Anordnung des Gehäuses bereit gestellt ist.
Nach einem anderen Aspekt umfasst ein Gasentladungslaser gemäß der vorliegenden Erfindung ein eine Lasergasmischung enthaltendes Gehäuse, wobei das Gehäuse eine erste und eine zweite gegenüberliegende längsseitige Metallwand aufweist, von denen jede mit einer dritten und einer vierten gegenüberliegenden längsseitigen Metallwand verbunden ist, wobei das Gehäuse durch eine erste und eine zweite Endwand geschlossen ist. Eine erste und eine zweite Elektrode sind im Gehäuse unter Abstand und parallel zueinander angeordnet und sind in thermischem Austausch mit der ersten bzw. der zweiten Längswand des Gehäuses. Eine elektrische Leistungsversorgung ist außerhalb des Gehäuses an der dritten Längswand angebracht und dazu ausgebildet, ein elektrisches Potential an die erste oder die zweite Elektrode anzulegen. Die Energieversorgung ist von der dritten Längswand thermisch isoliert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen ausführlichen Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels zur Erklärung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Gasentladungslasers gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht und umfasst ein luftgekühltes Lasergehäuse und eine Elektrode und eine Entladungskanalbaugruppe in thermischem Kontakt mit starren Kühlungsabschnitten der oberen und unteren Wand der Baugruppe, wobei die Kühlungsabschnitte mit den starren Seitenwänden des Gehäuses über flexible Membranabschnitte der oberen und unteren Wand verbunden sind und Kühlungslamellen aufweisen, die sich daran entlang längsseitig erstrecken.
1A ist eine seitliche Querschnittsansicht, welche die Elektrode und die Entladungskanalbaugruppe der 1 außerhalb des Gehäuses der 1 verbildlicht.
2 ist eine darstellerisch verkürzte Querschnittsansicht in Längsrichtung gesehen in der Richtung 2-2 der 1, die weitere Details des Lasers der 1 veranschaulicht einschließlich einer oberen und einer unteren Abdeckung, die an den Seitenwänden des Gehäuses befestigt sind, und einer Lüfteranordnung, die an einem Ende des Gehäuses dazu angeordnet ist, Luft zwischen die Lamellen der Kühlungsabschnitte der oberen und unteren Wand des Gehäuses und der oberen und unteren Abdeckungsplatte zu zwingen.
3 ist eine Draufsicht von oberhalb, die weitere Details der Kühlungslamellen und des Membranabschnitts des Gehäuses schematisch veranschaulicht.
4 ist eine seitliche Querschnittsansicht, die eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Befestigung einer RF-Leistungsversorgung des Gasentladungslasers der 1 schematisch veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, wobei ähnliche Bestandteile durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet werden, wobei 1, 1A, 2 und 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines CO₂-Lasers 10 (eines CO₂Gasentladungslasers) gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulichen. Der Laser 11 umfasst ein gasdichtes Lasergehäuse 11, das eine Einhausung 12 umgibt, die normalerweise eine Lasergasmischung bei einem geringerem Druck als den atmosphärischen Druck enthält. Beispielsweise ist eine mögliche Lasergasmischung eine Mischung aus CO₂, Stickstoff (N₂), Xenon (Xe) und Helium (He) in einem prozentualen Verhältnis von 12:16:5:67 zueinander, und bei einem Gesamtdruck von etwa 95,0 Torr (etwa 12,666 kPa entsprechend).
Das Gehäuse 11 weist eine obere und untere Wand 14 bzw. 16 (die hier im Wesentlichen identisch ausgebildet sind) sowie Seitenwände 18 und 20 auf. Es wird hier angenommen, dass diese vier Wände durch Extrusion, vorzugsweise von Aluminium oder einer Legierung dessen, gebildet sind. Die Wände könnten getrennt montiert werden, ohne von Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daran abdichtbar befestigte Endwände 22 und 24 mit Spiegeln 26, 27, 28 und 29 (siehe 3 hinsichtlich aller Spiegel) vervollständigen das gasdichte Gehäuse. Die Spiegel definieren einen Z-förmig gefalteten Resonator mit einer zweifach gefalteten Achse 30. Die Spiegel 26 und 29 sind Endspiegel (Abschlussspiegel) des Resonators und die Spiegel 27 und 28 sind Faltungsspiegel. Es wird angenommen, dass der Spiegel 29 ein Ausgangsspiegel des Resonators ist.
Es sollte hier beachtet werden, dass Details einer Spiegelbefestigungsanordnung einschließlich von Mitteln zur Ausrichtung der Spiegel in den 1 bis 3 der Einfachheit halber der Darstellung weggelassen sind. Die Details einer solchen Anordnung sind im US Patent Nr. 6,192,061 beschrieben, das sich im Eigentum der Anmelderin der vorliegenden Erfindung befindet und dessen vollständige Offenbarung hiermit unter Bezugnahme aufgenommen ist. Auch sollte beachtet werden, dass der beschriebene Z-förmig gefaltete Wellenleiterresonator hier nur ein Beispiel einer Laserresonatorkonfiguration ist, die in das Gehäuse 11 aufgenommen werden kann. Der Fachmann auf dem Gebiet, das die vorliegende Erfindung betrifft, kann andere Resonatorkonfigurationen zur Aufnahme aufwählen, ohne von Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Solch andere Konfigurationen umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, instabile Resonatoren mit Plattenlaser-Entladungen, gefaltete Freiraumresonatoren mit Gauß-Moden in Plattenlaser- Entladungen oder gefaltete Resonatoren in hohlen keramischen Entladungsröhren. Natürlich ist zu verstehen, dass unabhängig von der Resonatorkonfiguration es wenigstens einen mit jeder der Endwände 22 und 24 verbundenen Spiegel geben wird.
In der Einhausung 12 ist eine Elektroden- und Entladungskanal-Anordnung 34, hiernach zur Vereinfachung als Elektrodenanordnung bezeichnet, angeordnet. Nur ausgewählte Bauteile der Elektrodenanordnung sind durch Bezugszeichen in der 1 und der 2 der Einfachheit halber der Darstellung bezeichnet. Alle Bauteile der Elektrodenanordnung sind in der 1A durch Bezugszeichen bezeichnet. Die Bauteile der Elektrodenanordnung sind in der 3 nicht gezeigt.
Die Elektrodenanordnung 34 ist in thermischem Kontakt mit der oberen und unteren Wand 14 und 16 des Gehäuses. Die Elektrodenanordnung umfasst obere und untere Elektroden 36 bzw. 38. Zwischen den Elektroden ist eine Platte 40 aus einem elektrisch isolierendem Material angeordnet, höchst vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer relativ hoher Wärmeleitfähigkeit, wie etwa einer Aluminiumoxydkeramik oder einer Berylliumoxydkeramik. In der Platte 40 befinden sich Entladungskanäle 42 mit offenen Enden, hier zwei parallele Kanäle mit einem diagonalen Kanal dazwischen. Diese Kanäle enthalten eine Entladung, die in der Lasergasmischung angeregt wird, wenn ein elektrisches Potential (typischerweise ein RF-Potential) an den Elektroden angelegt wird. Insbesondere unter Bezugnahme auf die 1A ist jede der Elektroden von einem Isolator 44 überdeckt und jeder Isolator ist von einer Metallkappe 46 überdeckt. Es ist üblich eine Vielzahl an Induktivitäten 48 (von denen nur eine in der 1A sichtbar ist) unter Abstand entlang der Elektroden und verbunden mit den Elektroden vorzusehen. Ein Zweck solcher Induktoren ist die Spannungsverteilung entlang der Elektrodenlänge auszugleichen. Dies verhindert, dass „hot-spots” der Entladung entlang der Entladungslänge entstehen. Falls innerhalb der Einhausung 12 des Gehäuses 11 eingebaut, sollte die Elektrodenanordnung in thermischem Kontakt mit den starren Abschnitten 17 jeder der oberen und unteren Wand der Einhausung sein.
In der Elektrodenanordnung der 1A kann eine der beiden Elektroden als spannungsführende oder „heiße” Elektrode ausgewählt werden, an die das RF-Potential angelegt wird, wobei die andere Elektrode geerdet ist durch Verbinden dieser Elektrode über eine geeignete Leitung mit dem Gehäuse und Erdung des Gehäuses. Es ist auch möglich die geerdete Elektrode direkt in Kontakt mit dem Gehäuse zu bringen durch Auslassung des entsprechenden Isolators 44. Dies würde jedoch von der Symmetrie der Elektrodenanordnung wegführen.
Mit der Beschreibung der Konfiguration der oberen und unteren Wand 14 und 16 des Gehäuses 11 nun fortfahrend, umfasst jede der Wände einen starr ausgebildeten Zentralabschnitt oder ein starres Kühlungsbauteil 17 mit Kühlungslamellen 19, die sich davon nach außen und parallel zur Längsrichtung des Gehäuses erstrecken. Da in diesem Beispiel die obere und untere Wand identisch ausgebildet sind, sind nur die Merkmale der oberen Wand 14 durch Bezugszeichen der Einfachheit halber der Darstellung bezeichnet.
Der starre zentrale Wandabschnitt 17 ist von einem relativ dünnem Membranabschnitt oder Diaphragmaabschnitt 21 umgeben. Falls eine Extrusion zur Bildung der Wände des Gehäuses 11 verwendet wird, können die Wände 14 und 16 anfänglich eine gleichförmige Dicke aufweisen, wobei deren Membranabschnitt 21 nachfolgend durch maschinelle Einarbeitung eines Kanals in jede der Wände ausgebildet wird. Dieser umlaufenden Kanal kann sich entlang der gesamten Strecke zwischen dem starren Abschnitt 17 und den Seitenwänden erstrecken, wie in 1 verbildlicht ist. Es ist jedoch ratsam, verstärkte Abschnitte 23 an jedem Ende auf jeder einzelnen der oberen und unteren Wand (siehe 2 und 3) bestehen zu lassen, um ein Befestigen und Abdichten der Endwände 22 und 24 am Gehäuse zu erleichtern.
Hinsichtlich einer beispielhaften Dimensionierung des Gehäuses 11 kann das Gehäuse für einen Wellenleiter-CO₂-Laser mit 70,0 Watt, eine Länge von etwa 54,0 Zentimetern (cm), eine Breite von etwa 10,0 cm und eine Höhe von etwa 6,0 cm aufweisen. Der Membranabschnitt 21 der oberen und unteren Wand kann eine Breite von etwa 2,0 cm und eine Dicke von etwa 0,16 cm aufweisen. Im Allgemeinen kann der Membranabschnitt der oberen und unteren Wand vorzugsweise ein Breiten-Dicken-Verhältnis aufweisen, das größer als etwa 10:1 ist.
Komponenten der Elektrodenanordnung 34, die in thermischem Kontakt mit der oberen und unteren Wand wie vorstehend diskutiert sind, sollten sich nicht in Längsrichtung oder seitlich unter die Membranabschnitte der Wände erstrecken. Die Membranabschnitte der oberen und unteren Wand weisen vorzugsweise ein Breiten-Dicken-Verhältnis auf, das ausreichend hoch ist, so dass die starren Abschnitte 17 der oberen und unteren Wand (kolbenartig) bewegt werden können, wie in der 1 durch Pfeile A angedeutet ist, in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der Innenseite und Außenseite der Einhausung 12. Wenn der Druck innerhalb der Einhausung geringer ist als der Druck (der atmosphärische Druck) außerhalb der Einhausung werden, soweit keine anderen Beschränkungen vorliegen, die starren Abschnitte 17 der oberen und unteren Wand aufeinander zugetrieben mit einer Kraft, die ausreicht die Elektrodenanordnung 34 in Kontakt mit den starren Abschnitten der oberen und unteren Wand zu halten.
Die Seitenwände 18 und 20 des Gehäuses 11 erstrecken sich über die obere Wand 14 und unter die untere Wand 16, vorzugsweise soweit, dass sich in Längsrichtung erstreckende Kühlungslamellen 19 knapp freigegeben werden. Eine obere und eine untere Abdeckplatte 50 bzw. 52 sind mit dem Gehäuse über die Seitenwände 18 und 20 verbunden. Schrauben 54 und 56 erstrecken sich durch Öffnungen 58 bzw. 60 in den Abdeckplatten 50 bzw. 52 und greift in die nicht eigens bezeichneten Öffnungen mit Gewinde in den starren Abschnitten 17 der oberen und unteren Wand ein. Der Membranabschnitt 21 (Biegeabschnitt 21) der oberen und unteren Wand ermöglicht, dass durch Drehung der Schrauben in einer Richtung die starren Abschnitte der oberen und unteren Wände leicht angehoben werden können, zum Beispiel um die starren Abschnitte der Wände auseinander zu ziehen.
Das Auseinanderziehen der starren Abschnitte der oberen und unteren Wand (wobei ausreichend Abstand zwischen der oberen und unteren Abdeckplatte und den Kühlungslamellen 19 vorhanden sein muss, um dies zu ermöglichen) kann eine Installation der Elektrodenanordnung 34 in der Einhausung 12 erleichtern. Zusätzliche Schrauben 62 und 64, die durch die Platten 50 bzw. 52 geführt sind, können dazu verwendet werden, die starren Abschnitte der Wände zusammenzufügen und üben eine hohe Spannkraft auf die Elektrodenanordnung aus. Nachdem das Gehäuse 11 gasdicht gefertigt ist und der Druck innerhalb der Einhausung 12 geringer ist als der Druck außerhalb der Einhausung 12, können die Schrauben 62 und 64 an Ort und Stelle belassen werden, um die hohe Spannkraft beizubehalten, oder können entfernt werden, um es der Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite zu ermöglichen, eine Spannkraft auf die Elektrodenanordnung auszuüben.
Unabhängig davon ob die Elektrodenanordnung nun durch eine hohe Spannkraft eingespannt ist oder durch eine Kraft aufgrund einer Druckdifferenz zwischen den Membranabschnitten der oberen und unteren Wand und dem Gehäuse eingespannt ist, ist eine mechanische Entkopplung der starren Abschnitte der oberen und unteren Wand und der dazwischen eingespannten Elektrodenanordnung gegenüber den Seitenwänden und Endwänden bereitgestellt, welche den Laserresonator tragen. Dementsprechend wird, während die hochsymmetrische Anordnung der oberen und unteren Wand der Elektrodenanordnung die Möglichkeit einer thermischen Verzerrung dieser Anordnung minimiert, jedwede solche Verzerrung nicht auf den Laserresonator übertragen und thermisch induzierte Strahlrichtungsfehler werden minimiert.
Durch das Vorsehen von Kühlungslamellen an sowohl der oberen als auch der unteren Wand der Einhausungen wird die absolute Luftkühlung der Einhausung optimiert.
In 2 ist eine Anordnung verbildlicht, die die Luftkühlung weiter optimieren kann. Hierbei erstrecken sich die Seitenwände 18 und 20 des Gehäuses 11 (wobei nur die Wand 18 in 2 sichtbar ist) sowie die oberen und unteren Abdeckplatte 50 und 52 über die Endwand 24 des Gehäuses hinaus. Am Ende der Erstreckung der Wände und Platten ist eine Lüfteranordnung 70 mit Lüfterflügeln 72 angeordnet. Ein Leitblech 74 ist vorgesehen zur gewissen Führung des Luftstroms. Eine Betriebsweise des Lüfters zwingt Luft durch den Raum, einschließlich der Kühlungslamellen 19, zwischen jeder der oberen und unteren Wand des Gehäuses und der entsprechenden Abdeckungsplatte, wie durch gestrichelte Linien 76 angedeutet ist. Eine solche Zwangs-Luftkühlung könnte noch weiter optimiert werden, indem die Kühlungslamellen 19 dazu ausgebildet sind, eine turbulente Luftströmung dazwischen durch jedwedes fachbekannte Mittel vorzusehen, zum Beispiel indem zwei Sätze an Lamellen seitlich gestaffelt sind, so dass Lamellen eines Satzes an den Leerräumen zwischen Lamellen des anderen Satzes ausgerichtet sind.
4 verbildlicht schematisch ein Beispiel 10A eines Lasers 10, in der eine Anordnung zur Befestigung einer RF-Leistungsversorgung 80 am Gehäuse 11 veranschaulicht ist, wobei die Leistungsversorgung dazu verwendet wird ein RF-Potential zwischen den Elektroden 36 und 38 anzulegen. Hierbei weist die Leistungsversorgung 80 eine Abdeckung 82 auf, die an der Seitenwand 18 des Lasergehäuses 11, d. h. an einer Wand senkrecht zur Ebene der Elektroden 36 und 38 des gefalteten Resonators, befestigt ist. Bei der Befestigung und Konfiguration der Leistungsversorgung werden Schritte unternommen, um das Kühlen der Leistungsversorgung zu optimieren und eine Übertragung von jedweder Wärme, die nicht durch die Kühlung entfernt werden kann, auf das Gehäuse 11 zu minimieren.
Die Leistungsversorgung 80 umfasst eine Metallabdeckung 82 mit einem von der Seitenwand 18 abgewandten oberen Abschnitt 84. Der Abdeckungsabschnitt 84 weist Kühlungslamellen 90 an dessen Außenfläche auf zur Förderung dessen Kühlung. Eine elektronische Schaltung der RF-Leistungsversorgung ist auf einer Platine mit einer gedruckten Schaltung (PCB) 88 gefertigt. Die PCB-Platine 88 ist in thermischem Kontakt mit der Oberseite 84 der Abdeckung befestigt, um eine Wärmeübertragung von der Schaltung zur Oberseite der Abdeckung zu erleichtern und die Schaltung abseits der Seitenwand 18 des Gehäuses anzuordnen. Die Abdeckung 82 ist vorzugsweise mit einem offenen Ende versehen, d. h. die Abdeckung weist vorzugsweise nur die Oberseite 84 und zwei Seiten 83 und 85 auf. Dies ermöglicht eine Luftzirkulation durch die Abdeckung zur Unterstützung der Kühlung der elektronischen Schaltung. Um die Übertragung jedweder Wärme, die nicht durch diese Kühlungsmaßnahmen entfernt werden kann, zu minimieren, ist die Abdeckung 82 an der Seitenwand mit einer Dichtung 90 befestigt, die eine relativ niedrige Wärmeleitung aufweist, wobei die Dichtung 90 zwischen der Abdeckung und der Seitenwand angeordnet ist. Ein geeignetes Material für die Dichtung ist ein Epoxid-/Glasfaser-Material.
Das RF-Potential der PCB 88 ist über eine elektrisch isolierende Durchführung 92 in der Seitenwand 18 mit der oberen Elektrode 36 der Elektrodenanordnung 34 verbunden. Diese wird gewöhnlicherweise vom Fachmann auf dem Gebiet als die „heiße” Elektrode bezeichnet. Die untere Elektrode 38 der Elektrodenanordnung ist mit der Seitenwand 20 des Gehäuses 11 elektrisch verbunden, das elektrisch geerdet sein kann.
Zusammenfassend ist vorstehend ein Gasentladungslaser beschrieben, der ein Gehäuse umfasst mit einer symmetrischen Anordnung eines oberen und unteren Kühlungsbauteils zum Entfernen der bei einer durch eine Elektrodenanordnung angeregten Gasentladung erzeugten Wärme. Die Elektrodenanordnung ist zwischen die Kühlungsbauteile eingespannt und ist selbst im Wesentlichen symmetrisch angeordnet. Diese symmetrischen Anordnungen minimieren die Möglichkeit einer Krümmung oder Verzerrung der Elektrodenanordnung. Die Kühlungsbauteile und die darin gehaltene Elektrodenanordnung sind im Gehäuse mechanisch isoliert durch eine umgebende Membran, die die Kühlungsbauteile mit den Seitenwänden des Gehäuses verbindet. Dies verringert die Möglichkeit jedweder Verzerrung der Elektrodenanordnung, die durch Übertragung auf die Seitenwände des Gehäuses auftritt.
Eine RF-Leistungsversorgung zur Versorgung der Elektrodenanordnung ist an einer der Seitenwände befestigt, um eine Störung der Symmetrie der Kühlungs- und Elektrodenanordnung zu vermeiden. Wärme erzeugende Komponenten in der Leistungsversorgung werden gesondert gekühlt durch den Deckel einer an einem Ende offenen Abdeckung und sind vom Gehäuse beabstandet. Die Abdeckung ist vom Gehäuse thermisch isoliert.
Es sollte hier beachtet werden, dass, während die Bezeichnungen „obere”, „untere”, „Seiten-” und ähnliche Bezeichnungen zur Bezeichnung bestimmter Komponenten verwendet werden, dies lediglich zur Bequemlichkeit einer Einschränkung erfolgt. Ein Laser gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Betrieb in irgendeiner bestimmten Orientierung beschränkt.
Die vorliegende Erfindung ist vorstehend in Form von bevorzugten und anderen Ausführungsbeispielen beschrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung nur durch die hierzu beigefügten Ansprüche beschränkt.
Zusammenfassung
Ein Gasentladungslaser umfasst ein Gehäuse mit einer symmetrischen Anordnung eines oberen und unteren Kühlungsbauteils zum Entfernen der bei einer durch eine Elektrodenanordnung angeregten Gasentladung erzeugten Wärme. Die Elektrodenanordnung ist zwischen die Kühlungsbauteile eingespannt und ist selbst im Wesentlichen symmetrisch angeordnet. Die Kühlungsbauteile und die Elektrodenanordnung sind im Gehäuse mechanisch isoliert durch eine umgebende membranartige Anordnun, die die Kühlungsbauteile mit den Seitenwänden des Gehäuses verbindet. Eine RF-Leistungsversorgung zur Versorgung der Elektrodenanordnung ist an einer der Seitenwände angebracht, um eine Störung der Symmetrie der Kühlungs- und Elektrodenanordnungen zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4787090 [0004]
- US 6192061 [0004, 0016]
- US 6198758 [0004]
- US 6983001 [0004]

Claims

Gasentladungslaser, umfassend: ein Gehäuse mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten metallischen Längswand, von denen jede mit einer dritten und einer gegenüberliegenden vierten metallischen Längswand verbunden ist, wobei das Gehäuse durch eine erste und eine zweite Endwand geschlossen ist; und wobei jede der ersten und zweiten Längswand einen starren Kühlungsabschnitt aufweist, der von einem zwischen dem Kühlungsabschnitt und den Seiten- und Endwänden angeordneten flexiblen Abschnitt umgeben ist.
Laser nach Anspruch 1, wobei sich eine Vielzahl an Kühlungslamellen von dem Kühlungsabschnitt jeder Wand nach Außen erstreckt.
Laser nach Anspruch 2, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Längswand durch eine einzige Extrusion aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sind.
Laser nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Wand einen ähnlichen ersten Aufbau aufweisen und die dritte und vierte Wand einen ähnlichen zweiten Aufbau aufweisen, sodass das Gehäuse einen im Wesentlichen symmetrischen Aufbau aufweist.
Laser nach Anspruch 4, wobei die dritte und vierte Seitenwand sich seitlich über die erste und zweite Längswand erstrecken und wobei eine erste und zweite Abdeckplatte vorgesehen sind, wobei die erste Abdeckplatte an der dritten und vierten Wand über den Kühlungslamellen der ersten Längswand befestigt ist und die zweite Abdeckplatte an der dritten und vierten Wand über den Kühlungslamellen der zweiten Längswand befestigt ist, und wobei ein an ein Ende des Gehäuses angrenzend angeordneter Lüfter vorgesehen ist, der angeordnet ist zur Bewirkung einer Luftströmung allgemein in Längsrichtung zwischen der ersten Längswand und der ersten Abdeckplatte und zwischen der zweiten Abdeckplatte und der zweiten Kühlungsplatte und entsprechend zwischen den Kühlungslamellen sowohl der ersten als auch der zweiten Längswand.
Laser nach Anspruch 2, wobei jede der ersten und zweiten Endwand wenigstens einen Spiegel aufweist, der daran zur Bildung eines Laserresonators im Gehäuse angebracht ist.
Laser nach Anspruch 6, wobei ein erster und zweiter Spiegel an der ersten Endwand und ein dritter und vierter Spiegel an der zweiten Endwand vorgesehen sind und der Laserresonator ein Z-gefalteter Laserresonator ist mit einer sich aufeinanderfolgend zwischen dem ersten, dritten, zweiten und vierten Spiegel erstreckenden Resonatorachse.
Laser nach Anspruch 6, ferner umfassend eine im Gehäuse zwischen den Kühlungsabschnitten der ersten und zweiten Wand angeordnete Elektrodenanordnung, wobei die Kühlungsanordnung eine erste und zweite Elektrode aufweist, die miteinander ausgerichtet sind und voneinander beabstandet sind mit der ersten Elektrode in thermischem Kontakt mit dem Kühlungsabschnitt der ersten Längswand, und der zweiten Elektrode in thermischem Austausch mit dem Kühlungsabschnitt der zweiten Längswand, und wobei der Laserresonator sich zwischen den Elektroden erstreckt.
Laser nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Platte aus einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Material, das zwischen der ersten und zweiten Elektrode in thermischem Kontakt mit diesen angeordnet ist, wobei die Platte wenigstens einen Kanal darin aufweist, durch den sich der Laserresonator erstreckt.
Laser nach Anspruch 9, wobei das isolierende Material der Platte eine Aluminiumoxydkeramik oder eine Berylliumoxidkeramik umfasst.
Laser nach Anspruch 9, wobei die erste Elektrode von der ersten Längswand elektrisch isoliert ist durch eine erste Platte aus einem thermisch leitenden, elektrisch isolierendem Material und die zweite Elektrode von der zweiten Längswand elektrisch isoliert ist durch eine zweite Platte aus einem thermisch leitendem, elektrisch isolierenden Material.
Laser nach Anspruch 11, wobei vorgesehen sind eine erste Metallplatte zwischen der ersten Platte aus thermisch leitendem, elektrisch isolierenden Material und der ersten Elektrode sowie eine zweite Metallplatte zwischen der zweiten Platte aus thermisch leitendem, elektrisch isolierenden Material und der zweiten Elektrode.
Laser nach Anspruch 8, ferner eine elektrische Leistungsversorgung umfassend, die außerhalb des Gehäuses an der dritten Längswand angebracht ist und dazu angeordnet ist ein elektrisches Potential an einer der ersten und zweiten Elektrode anzulegen, wobei die Leistungsversorgung von der dritten Längswand thermisch isoliert ist.
Laser nach Anspruch 13, wobei das elektrische Potential ein RF-Potential ist.
Laser nach Anspruch 14, wobei die Leistungsversorgung eine an einem Ende offene Abdeckung umfasst mit einer sich über eine zweite und dritte Wand erstreckende erste Wand, und wobei eine elektronische Schaltungsplatine zur Erzeugung des RF-Potentials an der Innenseite der ersten Wand der Abdeckung angebracht ist und die zweite und dritte Wand der Abdeckung an der dritten Längswand des Gehäuses über ein thermisch isolierendes Zwischenstück befestigt sind.
Gasentladungslaser, umfassend: ein eine Lasergasmischung enthaltendes Gehäuse, wobei das Gehäuse eine erste und eine gegenüberliegende zweite metallische Längswand aufweist, von denen jede mit einer dritten und einer gegenüberliegenden vierten metallischen Längswand verbunden ist, wobei das Gehäuse durch eine erste und eine zweite Endwand geschlossen ist; eine erste und eine zweite Elektrode, die im Gehäuse beabstandet und parallel zueinander angeordnet sind und in thermischem Austausch mit der ersten bzw. der zweiten Längswand stehen; und eine elektrische Leistungsversorgung, die außerhalb des Gehäuses an der dritten Längswand angebracht ist und dazu angeordnet ist, ein elektrisches Potential an eine der ersten und zweiten Elektrode anzulegen, wobei die Leistungsversorgung von der dritten Längswand thermisch isoliert ist.
Laser nach Anspruch 16, wobei das elektrische Potential ein RF-Potential ist.
Laser nach Anspruch 17, wobei die Leistungsversorgung eine an einem Ende offene Abdeckung umfasst mit einer sich über eine zweite und dritte Wand erstreckenden ersten Wand, und wobei eine elektronische Schaltungsplatine zur Erzeugung des RF-Potentials an der Innenseite der ersten Wand der Abdeckung angebracht ist und die zweite und dritte Wand der Abdeckung mit der dritten Längswand des Gehäuses über ein thermisch isolierendes Zwischenstück befestigt sind.
Gaslaser, umfassend: ein Gehäuse, wobei das Gehäuse gegenüberliegende obere und untere Wände und ein Paar gegenüberliegender Seitenwände aufweist, die sich zwischen der oberen und unteren Wand erstrecken, wobei die obere Wand, die untere Wand und die Seitenwände aus einer einzigen Metallextrusion gebildet sind; ein Paar Endwände zum Abdichten der Einhausung; und eine Elektrodenanordnung, die sowohl angeordnet zwischen als auch getragen von der oberen und unteren Wand ist, wobei die Elektrodenanordnung von den Seitenwänden und den Endwänden beabstandet ist, und wobei die obere und untere Wand einen umlaufenden Biegungsabschnitt aufweisen, der im Bereich zwischen der Elektrodenanordnung und der jeweiligen Seiten- und Endwände angeordnet ist.
Laser nach Anspruch 19, wobei die Außenflächen der oberen und unteren Wand Kühlungslamellen aufweisen.
Laser nach Anspruch 20, ferner umfassend eine obere und untere Kappe, die an den Seitenwänden angebracht sind und von den oberen und unteren Wänden beabstandet sind und einen Luftkühlungskanal festlegen.
Laser nach Anspruch 19, wobei die Resonatorspiegel an den Endwänden angebracht sind.
Laser nach Anspruch 19, wobei die Elektrodenanordnung ein keramisches Bauteil umfasst mit darin gebildeten Wellenleiterkanälen, wobei das keramische Bauteil zwischen einem Paar aus Metallelektroden eingefasst ist.