DE1944709A1 - Gas laser with homogeneous excitation - Google Patents

Gas laser with homogeneous excitation

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DE1944709A1 DE19691944709 DE1944709A DE1944709A1 DE 1944709 A1 DE1944709 A1 DE 1944709A1 DE 19691944709 DE19691944709 DE 19691944709 DE 1944709 A DE1944709 A DE 1944709A DE 1944709 A1 DE1944709 A1 DE 1944709A1
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Description

Gaslaser mit homogener Anregung Die Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einem rohrförmigen Entladungsgefäß mit ringförmigem Querschnitt und mit Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Gefäß zum Zwecke der Umbesetzung des laseraktiven Gases oder Gasgemisches.Gas laser with homogeneous excitation The invention relates to a gas laser with a tubular discharge vessel with an annular cross-section and with electrodes to generate a gas discharge in the vessel for the purpose of resettling the laser-active Gas or gas mixture.

Aus "Blectronics LettersI?, Band 5, Nr. 4, 1969 ist es bekannt, bei einem Kohlendioxid-Laser einen hohlzylinderförmigen Entladungsraum vorzusehen. Mit dieser Ausführungsform soll eine Kühlung der Entladung im Bereich der in diesem Falle von der eigentlichen Entladung ausgeschlossenen Achse derselben bewirkt werden. Man hat festgestellt, daß mit einem derartigen gekühlten Innenrohr bei einem Kohlendioxid-Laser höhere Ausgangsleistungen erreichbar sind. Es war aber nur mit Hilfe.It is known from "Blectronics Letters", Volume 5, No. 4, 1969, at to provide a hollow cylindrical discharge space for a carbon dioxide laser. With This embodiment is intended to cool the discharge in the area of this Case of the actual discharge excluded axis of the same are effected. It has been found that with such a cooled inner tube in a carbon dioxide laser higher output powers can be achieved. But it was only with help.

der Anwendung einer Hochfrequenzanregung der Gasentladung mbglich, ein homogenes Plasma in denhohlzylinderförmigen Entladungsraum zu erzeugen.the use of high-frequency excitation of the gas discharge possible, to generate a homogeneous plasma in the hollow cylindrical discharge space.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gaslaser anzugeben, bei dem trotz Vorhandensein eines insbesondere gekühlten Innenrohres eine im zeitlichen Mittel homogene Verteilung der Entladung um das Innenrohr herum bewirkt ist.The object of the present invention is to specify a gas laser, in which, despite the presence of a particularly cooled inner tube, one in time Means homogeneous distribution of the discharge around the inner tube is effected.

Diese Aufgabe wird durch einen Gaslaser wie er oben beschrieben ist gelöst, bei dem erfindungsgemäß ein elektrisches oder magnetisches Feld in dem Entldungsgefäß vorgesehen ist, das so ausgestaltet ist, daß die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger zwischen den Elektroden eine azimutale Komponente bekommt Vorzugsweise werden im Falle der erfindungsgemäßen Aufteilung beider Elektroden die der Kathode-und der Anode entsprechenden Potentiale zyklisch gegeneinander versetzt, jedoch mit gleichem Umlaufsinn an die Einzelelektroden angelegt.This task is performed by a gas laser as described above solved, in which, according to the invention, an electric or magnetic field in the discharge vessel is provided, which is designed so that the drift speed of the charge carriers gets an azimuthal component between the electrodes Preferably In the case of the inventive division of the two electrodes, those of the cathode and the potentials corresponding to the anode are cyclically offset from one another, but with applied to the individual electrodes in the same direction of rotation.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist ein, insbesondere im Bereich wenigstens einer der Elektroden wirksames, magnetisches Drehfeld vorgesehen, dessen Achse im'wesentlichen mit der Achse des Entladungsgefaßes zusammenfällt.According to another advantageous development of the inventive concept is a magnetic, particularly effective in the area of at least one of the electrodes Rotating field provided, the axis of which essentially coincides with the axis of the discharge vessel coincides.

Durch die gemäß der erstgenannten besonderen Ausführungsform der Erfindung örtlich rasch wechselnde, insbesondere umlaufende elektrische Anregung bildet sich im hohlzylindrischen Entladungsraum ein Entladungsplasma aus, das in Bezug auf den Azimutwinkel im zeitlichen Mittel homogen ist. Die Periodendauer für das Anlegen des Potentials an eine bestimmte Einzelelektrode ist kleiner zu machen als die Lebensdauer der oberen Energie-Niveaus des Laserüberganges und liegt im Bereich von 10µ sec. bis 1000µ sec., vorzugsweise bei etwa 100µ sec. Bei 10µ sec. Periodendauer ist die Geschwindigkeit des Umlaufes der Anregung so groß, daß sie erfindungsgemäß an die Thermalisierungszeit der Gasentladungselektroden, die bei etwa 1O/U sec. liegt, -angepaßt ist.By according to the first-mentioned particular embodiment of the invention Locally rapidly changing, in particular circulating electrical excitation is formed in the hollow cylindrical discharge space from a discharge plasma, which in relation to the Azimuth angle is homogeneous on average over time. The period for creating of the potential at a specific individual electrode is to be made smaller than the service life the upper energy level of the laser transition and is in the range of 10µ sec. up to 1000μ sec., preferably at about 100μ sec. With 10μ sec Speed of the circulation of the excitation so great that it is according to the invention to the Thermalization time of the gas discharge electrodes, which is around 10 / rev sec., -is adapted.

Das Anlegen der Potentiale, d.h. das Einschalten der Einzelelektroden wird insbesondere unter Verwendung von; entsprechend schnell steuerbaren Gasentladungsschaltröhren oder elektronischen Halbleiterschaltern bewirkt.Applying the potentials, i.e. switching on the individual electrodes is specifically made using; correspondingly quickly controllable gas discharge interrupters or electronic semiconductor switches caused.

Durch diese wenig aufwendigen technischen Hilfsmittel ist es möglich, auch bei einer Gleichstromehtladung oder bei einer ihr hierfür åquivalenten sehr -niederfrequenten Wechselstromentladung in einem Gaslaser den Vorteil der Verwendung eines vorzugsweise gekühlten Innenrohres in Bezug auf die Steigerung der Ausgangsleistung zu nutzen. Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei einem Kohlelldioxid-Laser, insbesondere bei einem solchen, bei dem noch Stickstoff und/oder Helium dem Kohlendioxid hinzugemischt ist, anwenden.With these little complex technical aids, it is possible to even with a direct current charge or with one of its equivalents very much -Low frequency alternating current discharge in a gas laser has the advantage of using it a preferably cooled inner tube in relation to the increase the To use output power. The invention can be particularly advantageous in a Carbon dioxide laser, especially one in which nitrogen and / or Use helium mixed with carbon dioxide.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus den Figuren und deren Beschreibung zu den besonders bevorzugten Ausfün'rungsbeispielen hervor.Further explanations of the invention can be found in the figures and their Description of the particularly preferred exemplary embodiments.

In Figur 1 ist das Entladungsgefäß mit 1 bezeichnet. Es besteht im wesentlichen aus dem Innenrohr 2, dem Außenrohr 3 und den stirnseitigen Abschlüssen 4 und 5. Zur Führung des Kühlmittels sind weiterhin ein Zuleitungsrochr 6 und ein Außenmantel 7 um das Rohr 3 herum angeordnet. 8 bzw. 18 und 9 bzW. 19 sind die Kühlmittel Zu- bzw. Ableitungen.The discharge vessel is denoted by 1 in FIG. It consists in the essentially from the inner tube 2, the outer tube 3 and the end-face closures 4 and 5. A feed tube 6 and a are also used to guide the coolant Outer jacket 7 is arranged around tube 3. 8 or 18 and 9 or 19 are the coolants Inlets and outlets.

Im Inne raum zwischen den Rohren 2 und 3' befindet sich das laseraktive Gas oder Gasgemisch, vorzugsweise Kohlendioxid, insbesondere mit einer Zumischung von Stickstoff und Helium.The laser-active is located in the interior between the tubes 2 and 3 ' Gas or gas mixture, preferably carbon dioxide, in particular with an admixture of nitrogen and helium.

Der stirnseitige Abschluß 5 ist zweckmäßigerweise als vollständig reflektierender und der Abschluß 4 als teildurchlässiger Spiegel zum Austritt der Laserstrahlung 10 ausgebildet. 11 und 12 sind die Anode bzw. die Kathode zur Erzeugung der Gasentladung in dem Kohlendioxid. Erfindungsgemäß sind 11 und/oder 12 in segmentförmige Einzelelektroden aufgeteilt, wie dies Figur 2 in einem Schnitt IS-II schematisch darstellt.The frontal termination 5 is expediently considered complete reflective and the conclusion 4 as a partially transparent mirror to the exit of the Laser radiation 10 is formed. 11 and 12 are the anode and the cathode for generation, respectively the gas discharge in the carbon dioxide. According to the invention, 11 and / or 12 are segment-shaped Divided individual electrodes, as shown schematically in FIG. 2 in a section IS-II represents.

Die Pigur 2 zeigt außerdem noch das Prinzip der in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten elektrischen Anschlüsse 31, 32, 33 und 34 der Einzelelre"ktroden 21, 22, 23, 24 von Kathode bzw. Anode. 41, 42, 43 und 44 sind die oben erwähnten Mittel zur Steuerung des Potentials der Einzelelektroden.The Pigur 2 also shows the principle of FIG. 1 of the For the sake of clarity, electrical connections 31, 32, 33 (not shown) and 34 of the individual electrodes 21, 22, 23, 24 of the cathode and anode, respectively. 41, 42, 43 and 44 are the above-mentioned means for controlling the potential of the individual electrodes.

35 ist der Anschluß für das Kathoden- bzw. Anodenpotential.35 is the connection for the cathode or anode potential.

Figur 3 zeigt in Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform mit einem magnetischen Drehfeld gemäß dem Erfindungsgedanken. 51 ist eine ringförmige Elektrode.FIG. 3 shows a preferred embodiment in a side view a rotating magnetic field according to the concept of the invention. 51 is an annular one Electrode.

Diese kann entsprechend einer besonderen Weiterbildang der Erfindung durch Vereinigung der beiden genannten Varianten des Erfindungsgedankens, wie in Pig. 2 dargestellt, auch aus Einzelelektroden zusammengesetzt ausgebildet sein. Mit 52 ist das Magnetsystem bezeichnet, das im vorliegenden Falle drei Spulenpaare 53, 54 und 55 für Drehstromanschluß mit den Polen R, S und T und dem magnetischen Rückschluß 56 enthält. Das Magnetsystem erstreckt sich in axialer Richtung über einen Teil des Entladungsraumes, insbesondere aber über wenigstens eine der Elektroden.This can according to a particular development of the invention by combining the two mentioned variants of the concept of the invention, as in Pig. 2, can also be composed of individual electrodes. The magnet system is denoted by 52, which in the present case has three pairs of coils 53, 54 and 55 for three-phase connection with the poles R, S and T and the magnetic one Inference 56 contains. The magnet system extends in the axial direction part of the discharge space, but in particular over at least one of the electrodes.

11 Patentansprüche 3 Figuren11 claims 3 figures

Claims (11)

P a t e n t a n s p r ü c h e Gaslaser mit einem rohrförmigen Entladungsgefäß mit ringförmigem Querschnitt und mit Elektroden zur Erzeugung einer Gasentladung in dem Gefäß zum Zwecke. P a t e n t a n s p r ü c h e Gas laser with a tubular discharge vessel with an annular cross-section and with electrodes for generating a gas discharge in the vessel for the purpose. der Umbesetzung des laseraktiven Gases oder Gasgemisches, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß ein elektrisches oder magnetisches Peld in dem Entladungsgefäß vorgesehen ist, das so ausgestaltet ist, daß die Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger zwischen den Elektroden eine azimutale Komponente bekommt. the reshuffle of the laser-active gas or gas mixture, d a d u r e k e k e n n n n e i c h n e t that an electric or magnetic field in the discharge vessel is provided, which is designed so that the drift speed the charge carrier between the electrodes gets an azimuthal component. 2. Gaslaser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Elektroden, die als Kathode oder die als Anode für das die Entladung erzeugende elektrische Feld wirken, in voneinander elektrisch isolierte Einzelelektroden aufgeteilt sind, die zusammen an sich im wesentlichen geometrisch einen Ring bilden und daß Mittel zur Steuerung der Anregung vorgesehen sind, durch die abwechselnd nacheinander in rascher Folge das für die Entladung erforderliche elektrische Potential der Kathode bzw. der Anode an die Einzelelektroden einer derart aufgeteilten Elektrode angelegt wird. 2. Gas laser according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that electrodes that act as the cathode or as the anode for the discharge generating electric fields act in individual electrodes that are electrically isolated from one another are divided, which together form a ring essentially geometrically and in that means are provided for controlling the excitation, alternately by the one after the other in rapid succession the electrical potential required for the discharge the cathode or the anode to the individual electrodes of an electrode divided in this way is created. 3. Gaslaser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ,daß wenigstens in einen Teilbereich zwischen den Elektroden ein magnetisches Drehfeld, dessen Achse im wesentlichen mit der Achse des Entladungsgefäßes zusammenfällt, vorgesehen ist. 3. Gas laser according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that at least in a partial area between the electrodes a magnetic Rotating field, the axis of which essentially coincides with the axis of the discharge vessel, is provided. 4. Gaslaser, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e daß sowohl eine Elektroenanordnung nach Anspruch 2 als auch ein magnetisches Drehfeld nach Anspruch 3 vorgesehen ist.4. Gas laser, d u r c h e k e n n n z e i c h n e that both a Electrical arrangement according to claim 2 as well as a rotating magnetic field according to claim 3 is provided. 5. Gaslaser nach Anspruch 2 oder 4, d a d u r c h g e -k e n n z -e i c h n e t , daß Mittel zum Anschluß des Kathoden- bzw. Anodenpotentials in zyklischer Folge an die Einzelelektroden vorgesehen sind, 6. Gaslaser nach Anspruch 2, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß die Mittel so ausgestaltet sind, daß das Kathodenpotential und das Anodenpotential gleichzeitig an zyklisch gegeneinander versetzt angeordnete Einzelektroden der Kathode bzw. 5. Gas laser according to claim 2 or 4, d a d u r c h g e -k e n n z -e i c h n e t that means for connecting the cathode or anode potential in cyclic sequence to the individual electrodes are provided, 6. gas laser according to claim 2, 4 or 5, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t, that the means are designed in such a way are that the cathode potential and the anode potential are cyclic at the same time individual electrodes of the cathode or Anode angelegt ist. Anode is applied. 70 Gaslaser nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 oder 6, d a -d-u r e h g e k e n@n z e i c h n e t , daß die Mittel steuerbare Gasentladungsschaltröhren oder elektronische Haibleiterschalter enthalten, 70 gas laser according to one of claims 2, 4, 5 or 6, d a -d-u r e it should be noted that the means are controllable gas discharge interrupters or contain electronic semiconductor switches, 8. Gaslaser nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e-n n -z e i c h n e t ,daß das magnetische Drehfeld im wesentlichen im Bereich wenigstens einer der Elektroden vorliegt.8. Gas laser according to claim 3 or 4, that the rotating magnetic field is essentially is present in the area of at least one of the electrodes. 9. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e e k e n n z e i c h n e t ,daß die Periodendauer für das Anlegen des Potentials an eine bestimmte Einzelelektrode der Kathode und/oder Anode bzw. für den Umlauf des Magnetfeldes im Bereich von 10µ sec. bis 1000µ sec. liegt. 9. Gas laser according to one of claims 1 to 8, d a d u r c h g e e it is not indicated that the period for applying the potential a certain individual electrode of the cathode and / or anode or for the circulation of the Magnetic field in the range of 10µ sec. To 1000µ sec. Is. 10. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n s e i c h n e t ,daß das laseraktive Gas Kohlendioxid ist, dem gegebenenfalls Stickstoff und/oder Helium zugemischt it.10. Gas laser according to one of claims 1 to 9, d a d u r c h g e k It should be noted that the laser-active gas is carbon dioxide, which may be Nitrogen and / or helium mixed in with it. 11. Gaslaser nach einem der Ansprüche 4 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß für das Umschalten der Einzelelektroden und für das umlaufende Drehfeld gleicher Umlaufsinn gewählt ist.11. Gas laser according to one of claims 4 to 10, d a d u r c h g e I do not know that for switching over the individual electrodes and for the rotating field is selected in the same direction of rotation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3923277A1 (en) * 1989-07-14 1991-01-24 Fraunhofer Ges Forschung GAS DISCHARGE ARRANGEMENT

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