DE1965625A1

DE1965625A1 - Laseranordnung und Verfahren zur Erzeugung von Laserausgangssignalen an einer Laseranordnung

Info

Publication number: DE1965625A1
Application number: DE19691965625
Authority: DE
Inventors: Arthur Maitland
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-01-01
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1283601A; US3628181A

Description

PATEJfTASWAlT

Dipl. ing. E. HOLZEB «0 AUGSBUIiG

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N. 181

Augsburg, den 24. Dezember 1969

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74 Victoria Street, London, S.W.l, England

Laseranordnung und Verfahren zur Erzeugung von Laserausgangssignalen an einer Laseranordnung.

Die Erfindung betrifft Laseranordnungen mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Läserentladung in einem laseraktiven Gas sowie mit Reflexionseinrichtungen zur Erzeugung eines Laservorganges in dem mittels der Entladung gepumpten Gas.

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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Erzeugung von Laserausgangssignalen an derartigen Laseranordnungen.

Bei Gasentladungslasern herkömmlicher Bauart, bei welchen die Entladung zwischen Elektroden erzeugt wird, welche jeweils in die Entladungsanordnung eingeführt sind, wird als Elektronenprimärquelle entweder eine kalte Kathode oder aber eine heiße, thermionisch emittierende Kathode fe verwendet. In beiden Fällen erzeugt die Kathode unabhängig von der Entladung zwischen den Elektroden keinerlei angeregte Atome, d.h. die Kathode ist unter diesem Gesichtspunkt mit Bezug auf die Entladung passiv. Darüberhinaus ist bisher kein Versuch unternommen worden, die Umgebung der Kathode zu steuern.

Thermionische Kathoden herkömmlicher Bauart haben den großen Nachteil, daß sie durch Lichtbogenflecken, welche sich unter bestimmten Bedingungen leicht ausbilden, " schnell verunreinigt bzw. beschädigt werden. Die Kathoden sind teuer und gewöhnlich muß man sich zum Auswechseln der Kathoden der Hilfe eines geschickten Glasbläsers bedienen. Der Entwicklungsstand von Argonlasern ist heute so weit, daß das Reinigen des Gases bei Gleiehstrom-

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geräten, welche sowohl ein Vakuum als auch eine besondere Ausrüstung zur Handhabung des Gases erfordern, problematisch ist, da die Möglichkeit besteht, daß die Kathode verunreinigt und beschädigt wird.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Gasentladungslaseranordnung derart auszulegen, daß die genannten Nachteile derartiger Anordnungen vermindert bzw. völlig ausgemerzt werden und daß sie eine im Betrieb sehr robuste Kathode aufweisen.

Im Sinne der Lösung dieser "Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Laseranordnung mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Laserentladung in einem laseraktiven Gas sowie mit Reflexionseinrichtungen zur Erzeugung eines Laservorganges in dem mittels der Entladung gepumpten Gas, welche gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß bei der Laserentladung die Kathode von einem Plasmastrahl gebildet wird.

Gemäß der Erfindung weist die Anordnung eine Einrichtung zur Erzeugung einer Hilfsentladung sowie eine Einrichtung auf, welche eine Strömung des laseraktiven Gases aus dem Bert, h der Hilfsentladung zu dem Bereich der Laserentladung hin derart bewirkt, daß sich der Plasma-

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s.trahl bildet.=

Die Einrichtung zur Erzeugung der Hilfsentladung

weist gemäß der Erfindung eine Hilfsanode und eine Hilfskathode und die Einrichtung zur Erzeugung der Laserentladung eine Laseranode auf, welch letztere auf der von der Hilfskathode in räumlichem Abstand von der Hilfsanode abgewandten Seite der Hilfsanode angeordnet ist. Die Laserentladung wird zwischen den Elektroden aufrechterhalten, welche in einer von zwei Anordnungsmöglichkeiten zu einander geschaltet sind. Bei der einen Anordnung ist die, die Plasmastrahlkathode der Laserentladung tragende Elektrode die Anode der Hilfsentladung und bei der anderen Anordnung ist die, die Plasmastrahlkathode der Laserentladung tragende Elektrode die Kathode der Hilfsentladung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Laseranordnung eine Laserentladungsröhre auf, in welcher die Läserentladung stattfindet, wobei in einer Hilfsentladungskammer die Hilfsentladung stattfindet und wobei die Laserentladungsröhre und die Hilfsentladungskammer miteinander in Verbindung stehen, während weiter die Hilfsanode zwischen der Laserentladungsröhre und der Kammer angeordnet und mit einer öffnung versehen ist,

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durch welche hindurch das Gas eintritt, welches in der Entladungsröhre den Plasmastrahl bildet. Schließlich ist erfindungsgemäß die Einrichtung zur Erzeugung des Gasstromes mit einer Einlaßöffnung in der Entladungskammer und mit einer Auslaßöffnung in der Entladungsröhre versehen.

Der Plasmastrahl kann zur Einleitung von Elektronen bzw. von angeregten Ionen bzw. von neutralen Teilchen aus dem Kathodenbereich in den Laserentladungsbereich hinein dienen, so daß die Temperatur und der Druck im Kathodenbereich entsprechend gesteuert werden.

Durch die Verwendung der Plasmastrahlkathode werden die Nachteile bekannter Ausführungsformen derartiger Laseranordnungen vermieden. Der Plasmastrahl ist besonders dann als Kathode günstig, wenn starke Entladungsströme von etwa 3OA bis zu mehreren lOOA bzw. darüber aufrechterhalten
werden müssen.

Als Beispiel werden im folgenden mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche im einzelnen zeigen;

Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform

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eines Entladungsschaltkreises einer Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schema einer anderen Ausführungs

form eines Entladungsschaltkreises der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3 schematisch eine Gasströmungsanlage

der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 4 schematisch einen Teil einer Gas

laseranordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 den Aufbau einer Laserröhre der

erfindungsgemäßen Laseranordnung,

Fig. 6 den Aufbau einer Laseranode der

erfindungsgemäßen Laseranordnung,

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Plasma

strahleinrichtung der erfindungsgemäßen Laseranordnung.

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In den Fig. 1 und 2 sind zwei verschiedene Arten von Elektrodenschaltungen einer Gasentladungsanordnung nach der Erfindung dargestellt. In jeder dieser beiden Figuren weist die Anordnung 11 eine Laserentladungsanode 12, eine Hilfsanode 13 und eine Hilfskathode I^ auf. Es treten zwei verschiedene Entladungen auf, von welchen jeweils die Entladung im Bereich zwischen der Laseranode 12 und der" Hilfsanode 13, in welchem Populationsinversionen angestrebt werden, die Laserentladung ist. Die Entladung zwischen den Elektroden 13 und IM wird im folgenden als Hilfs- bzw. Strahlentladung bezeichnet. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist die Hilfsanode 13 der Strahlentladung derart in der Schaltung angeordnet, daß sie die Plasmastrahlkathode der Laserentladung trägt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung trägt außerdem die Kathode 1H die Plasmastrahlkathode der Laserentladung.

Nach der Darstellung in Fig. 1 wird die Laser= entladung durch eine mit einem veränderlichen Kiderstand in Reihe geschaltete Gleichspannungsquelle 15 bzw. die Strahlentladung durch eine weitere mit einem Widerstand in Reihe geschaltete Spannungsquelle 17 erregt.

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BAD ORlGiNAt.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 ist die erstgenannte Spannungsquelle 15 mit den Elektroden 12 und 14 verbunden, während die zweitgenannte Spannungsquelle 17 in der in Fig. 1 dargestellten Weise geschaltet ist.

Der Gesamtbetrieb der erfindungsgemäßen Anordnung geht so vor sich, daß eine Hilfsentladung zwischen den Elektroden 13 und 14 in Gang gesetzt und mittels eines durch die Anordnung strömenden Gases, welches durch eine öffnung 20 in der Anode 13 hindurch in eine Laserentladungsröhre der Anordnung eingeleitet wird, unterstützt wird. Die Strahlentladung bildet anschließend ein Entladungsbüschel, welches von dem Bereich der Anode 13 ausgeht und welches eine Plasma= strahlkathode für die Laserentladung bildet.

In Fig. 3 der Zeichnungen ist schematisch eine

Gasströmungsanlage für die Laseranordnung 11 nach der Erfindung dargestellt. Gas tritt in eine Hilfsentladungskammer 19 ein, von welcher ausgehend es durch die öffnung 20 in der Anode 13 hindurch in einen Eereich 21 gelangt, von welchem es abgepumpt wird. Die Druckdifferenz zwischen den Bereichen 19 bzw. 21 unterscheidet sich um einen Faktor zwischen 100 : 1 bzw. 1 000 : 1, welche beide weitgehend

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BAD ORIGINAL

voneinander unabhängig sind. Wenn die Laserentladung einmal in Gang gekommen ist, leiten Elektrophorese-ßffekte der Entladung einen Pumpvorgang ein, durch welchen Gas längs der Laserröhre 22 in einen Anodenbereich 23 befördert wird. Zur Verringerung des Druckgradienten zwischen den Bereichen und 23 längs der Laserröhre 22 auf ein Minimum verbindet ein Rohr 24 die Bereiche 21 und23 miteinander und bildet für das Gas eine Rückleitung. Eine Steuerung des Druckes im Bereich 23, welcher weitgehend von dem Druck im Bereich 21 unabhängig ist, sowie der Elektrophorese-Effekte wird durch Abpumpen im Anodenbereich erzielt, in welchem eine gesonderte Kreisseipumpe zusätzlich zu dem Rohr 24 bzw. anstelle des Rohres 24 zur Evakuierung des Anodenbereiches 23 angeordnet ist. Das Abpumpen an der Anode ist zwar für den wirksamen Betrieb des Lasers nicht wesentlich, vergrößert jedoch beträchtlich den Betriebsbereich, in welchem die Anordnung als ein Laser arbeitet.

Mittels der in Pig. I dargestellten Schaltung erzeugt der Plasmastrahl angeregte Teilchen und der Kathodenbereich der Hauptentladung wird durch die Entladungscharakteristik des Plasmastrahles entsprechend gesteuert. · Die Entladungsbedingungen in dem Anodenbereich gemäß der

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A*.

Darstellung in Fig. 2 sind von denjenigen Entladungs= bedingungen gemäß der Darstellung in Fig. 1 völlig verschieden, was im folgenden noch ausführlicher erläutert wird.

Ein Teil der Gaslaserausrüstung ist in Fig. ¹J schematisch dargestellt. Die Laserentladungsröhre 22 aus Quarz ist in konischen Steckverbindungen 22^f gehaltert und gemäß der Darstellung in Fig. 5 von einem Kühlwasser= mantel 30 umgeben. Die Längsachse der Laserentladungsröhre fällt mit der Längsachse einer Zylinderspule bzw. eines Solenoids 25 zusammen. Die Zylinderspule 25 dient zur Steigerung der Energie der erzeugten Laserstrahlung. Ein die Laserröhre 22 an einem Ende abschließendes Brewster-Fenster 31 gestattet den Austritt von Strahlung aus der Laserröhre derart, daß diese Strahlung zu einem Spiegel 32 gelangt. Die Anode 12, welche die Form einer Doppelspule aufweist, bewirkt, daß die Laserentladungs= strahlung längs der Achse dieser Spule verläuft. An dem anderen Ende der Hautentladungsröhre 22 bildet eine aus nichtmagnetischem rostfreiem Strahl hergestellte zylindrische Kreuzkammer 26 die Kammer 21 und außerdem eine Befestigung für ein weiteres Brewster-Fenster 33» welches zu einem Spiegel 3¹J

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führt. Die Hilfskammer 19 ist in einer Strahleinrichtung 19' gebildet, welche an dem gleichen Arm der Kreuzkammer wie das Fenster 33 angeordnet ist, jedoch"unter einem bestimmten Winkel zur optischen Achse derart geneigt ist, daß der Plasmastrahl auf das Ende der Laserentladungsröhre gerichtet ist.

wenn die Energieversorgung eingeschaltet ist, wird ein Schalt- bzw. Einschwingvorgang erzeugt, so daß ein Kondensator derart aufgeladen wird, daß er eine Spannung von etwa 1 000 V an die Laserröhre abgibt und damit die Entladung dann einleitet, wenn das Gas durch eine Tesla-Spule angeregt ist. Es ist dabei erforderlich, daß ein genügend starker Strom nachgeliefert wird, so daß die Volt-Ampere-Charakteristik der Entladung in den Bereich der Energiequelle, an welcher die Laserentladung betrieben wird, gelangt. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Laserentladung .--_ auch durch das Entladen eines Kondensators zwischen einer dritten Elekt'rode, welche in der Nähe der Laserentladungs = anode angeordnet ist, und der Laserentladungskathode eingeleitet werden

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BAD ORIQ)NAL

Die Anode und die Kathode der Laserentladungsenergie=

quelle sind vorzugsweise beide gegenüber Erde isoliert, so daß die gesamte Vakuumumhüllung ebenfalls elektrisch isoliert ist. Durch diese Anordnung werden Schwierigkeiten bei der Verknüpfung der Laserentladung mit der Plasmastrahl= entladung vermieden. Bei einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung, bei welcher die Laserentladungsenergie und die ^ Plasmastrahlenergie jeweils von Transformatoren geliefert werden, welche diese gegenüber der Hauptenergieversorgung elektrisch isolieren, kann die Strahlanode geerdet sein.

Die Plasmastrahlenergieversorgungsquelle ist ebenfalls von herkömmlicher Bauart. Diese Energiequelle gibt bei einem ausgeführten Beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung beispielsweise 128 V und i»5 A mit 1 % Welligkeit ab. Die Spannung wird dabei zwischen 0 V und 128 V durch einen Spannungsregler gesteuert und der Strom durch einen ψ- Widerstand begrenzt.

Zur Auslösung bzw. Triggerung der Laserentladung wird eine Tesla-Spule verwendet, welche mit einem Stück eines um die Mitte der Laserröhre gewickelten bzw. in den Kühlwassermantel der Laserentladungsröhre eingeführten Drahtes verbunden ist. Die Bedingungen, unter welchen die

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BAD ORtGiNAL

Entladung getriggert wird, variieren beträchtlich. Allgemein sind jedoch ein reines Vakuum und ein gut ausgebildeter Plasmastrahl erforderlich, dessen Entladungsbüschel gut in den Mittelbereich der Kreuzkammer 26 aus rostfreiem Stahl hineinragt, welche praktisch den Bereich 21 gemäß der Darstellung in Fig. 3 beherbergt.

Zur Erleichterung des Auswechselns einer Laserröhre, welche beispielsweise einen unterschiedlichen Rohrdurchmesser und damit eine unterschiedliche Stromdichte aufweist, ist die Laserröhre an der Vakuumumhüllung mittels einer herkömmlichen konischen Steckverbindung 22' gehaltert. Ein Beispiel für eine Ausführungsform einer erfindungs= gemäßen Steckverbindung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist ein Ende der Röhre an der Umhüllung der Anode 12 mittels einer konischen Steckverbindung 22' angebracht und mit "schwarzem Wachs" (Apiezon W) bzw. Vakuumfett abgedichtet, während das andere Ende der Röhre 22 durch eine gleichartige Steck= verbindung 22' an einem, an der Kreuzkammer 26 aus rostfreiem Stahl befestigten Flansch 21' angebracht ist. Die als Kapillarrohr ausgebildete Röhre 22, welche die Entladung einschließt, besteht aus Quarz, während der Kühl=

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009830/1614 BAD ORfSINAL

Wassermantel 30 aus Jenaer Glas hergestellt ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 sind abgestufte Dichtungen und Wachsverbindungsstellen 38 jeweils wassergekühlt. Eine abgestufte Dichtung 37, welche in Fig. 5 an einem Ende des Innenmantels des Kühlwassermantels dargestellt ist, ist wegen der hohen Temperatur, bei welcher Quarz arbeitet, verglichen mit Jenaer Glas, und wegen der Tatsache, daß dieser Innenmantel in der Nähe des Endes der Quarzröhre angeordnet sein muß, damit eine wirksame Kühlung über die gesamte Länge der in der Röhre eingeschlossenen Ladung gewährleistet ist, erforderlich. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch ein Rohr mit den gleichen geometrischen Abmessungen vollständig aus Quarz hergestellt sein.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6 besteht die Anode 12 aus einer Zylinderspule aus Kupfer, welche wassergekühlt ist und welche derart angeordnet ist, daß sich die Spitze der Zylinderspule in einer minimalen Entfernung von ungefähr 152 mm von der Spitze der Laserentladungsröhre befindet. Bei kürzeren Entfernungen besteht die Möglichkeit, daß bei hohen Strömen die Entladung die Glas-Metalldichtungen der Anode erreicht.

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BAD ORIGINAL

In Abhängigkeit von dem zu verwendenden Laserentladungsstrom werden Röhren gleichbleibender lichter Weite von 2 mm bis 2 cm verwendet. Die Röhre mit einer lichten Weite von 2 cm wird bei Strömen von etwa 500 A verwendet; in diesem Falle ist die Verwendung des Solenoids bzw. der Zylinderspule 25 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes nicht erforderlich.

Das System wird, je nach Pumpkapazität, durch eine bzw. durch zwei Kreiselpumpen evakuiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Pumpen verwendet, welche jeweils eine Fördergeschwindigkeit von etwa 4 Liter/s bei einem Pumpeneinlaßdruck von etwa 200 mTorr aufweisen. Bei diesem Druck arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung, bei Verwendung von Argon, als Laser. Die angeführte Verdrängung der Pumpe beträgt 5,9 Liter/s und ihr äußerster Druck beträgt 10 mTorr.-Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine einstufige Kreiselpumpe verwendet, welche einer Dampf= Strahlpumpe herkömmlicher Bauart nach^eschaltet ist.

Die Gasströmung wird von einer. Gasströmungsmeßinstrument

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BAD ORIGINAL

angezeigt und über ein Ablaßventil gesteuert. Der bei Argon (ntp) verwendete Bereich der Strömungsgeschwindigkeiten liegt ungefähr zwischen 50 ml (ntp)/min bis 1 000 ml (ntP)/min.

Der Laservorgang wird mittels Industrieargon oder aber auch mittels 99,995 % reinem Argon erreicht. Die Plasmastrahlkathode ist außerdem zur Aufrechterhaltung von Entladungen in anderen Gasen geeignet, welche Neon und Stickstoff enthalten.

In Fig. 4 ist die Kreuzkammer 26 aus rostfreiem Stahl dargestellt, in welche hinein sich der Plasmastrahl ausdehnt. Wenn der Strom der Hauptentladung gesteigert wird, steigt auch das Volumen der Entladung in dem bereich 21 (vgl. Fig. 3) zwischen dem Ende der Kapillare 27 und der Strahlöffnung 20 in der Elektrode an. Bei höheren Strömen füllt die Entladung das Volumen des horizontalen Zylinders der Kreuzkammer 21 aus, so daß eine Wasserkühlung der Kreuzkammer erforderlich ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kühlt Wasser

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BAD ORfGINAl.

aus einer 49,22 kg/cm -Versorgungseinrichtung die Hauptentladungsröhre 22, die Anode 12, die Zylinderspule 25, welche das Magnetfeld erzeugt, die Anode und den Körper des Plasmastrahles und den Plansch, in welchen die Plasmastrahleinheit«eingeführt ist. Die Kathode des Plasmastrahles ist luftgefkühlt bzw. wird durch natürliche Konvektion gekühlt bei Strahlströmen bis zu 60 A und ist wassergekühlt bei größeren Strömen.

Viele Arten von Plasmastrahlen können erfolgreich als Kathoden zur Aufrechterhaltung der Hauptentladung eingesetzt werden und dabei luft- bzw. wassergekühlte Anordnungen aufweisen. Eine Plasmastrahlanordnung für Strahlströme bis zu 60 A ist in Fig. 7 dargestellt. Die Kupferanode 13 liegt innerhalb eines Messingzylinders eines Kühlwassermantels 28. Die an den Strahl im Argongas angelegte Spannung ändert sich zwischen 8 V und 20 V entsprechend den Bedingungen und der Art des verwendeten Plasmastrahles und liegt typischerweise im bereich von ungefähr 10 V bei einem Strom von ungefähr 30 A.

Bei der Auslegung und beim Betrieb der erfindungsgemäßen Plasmastrahleinheit 19^f müssen folgende grund= sätzliche Überlegungen angestellt werden. Die in Fig.

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BAD ORIGINAL

dargestellte, aus Thorium und Wolfram bestehende Kathode I¹J muß eine derartige Wärmekapazität haben, daß die Spitze eine Temperatur annehmen kann, welche zur Aufrechterhaltung einer thermionischen Emission ausreicht und damit eine stabile Entladung gewährleistet. Die Kupferanode 13 ist wassergekühlt, wodurch die Verunreinigung des Plasmastrahles durch das Anodenmaterial vermindert wird. Die Gasmassen= strömungsgeschwindigkeit muß in bezug auf den Lichtbogenstrom derart niedrig sein, daß das Gas durch den Lichtbogen auf die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche Temperatur aufgeheizt werden kann. Bei großen Strömungs= geschwindigkeiten kühlt das Gas den Lichtbogen und löscht ihn aus.

Verschieden große bzw. verschieden gestaltete Strahlöffnungen mit verschiedenen Verhältnissen des Durchmessers zur Länge können verwendet werden. Diese öffnung kann beispielsweise einen Durchmesser von S,5^ Ein und eine Länge von 11,4 mm aufweisen.

Der Plasmastrahl wird entweder durch "Berühren" oder aber durch "Triggern" gestartet. Beim Starten des Strahles durch Berührung wird die Gasströmung auf ungefähr ^00 cm /min

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BAD ORIGINAL . ~

und das Potential zwischen den Elektroden auf ungefähr 100 V eingestellt. Die Kathode lH wird anschließend durch eine Verschiebevorrichtung 35 mit der Anode in Berührung gebracht und dabei ein Lichtbogen gezogen. Bei frischen Elektroden ist es oft erforderlich, diesen Vorgang ein Dutzend mal bzw. noch öfter zu wiederholen, bevor sich ein Lichtbogen ausbildet. Bei Elektroden, welche bereits einige Minuten in Betrieb waren, genügt bereits eine einzige Berührung.

Beim Starten des Plasmastrahles durch Triggern kann irgendeines der bekannten, herkömmlichen Verfahren zum Starten der Strahlentladung angewendet werden. Bei geeigneten Drücken und bei geeigneter. Abstand zwischen Anode und Kathode des Plasmastrahles beispielsweise wird die Strahl= entladung durch die Tesla-Spule gestartet, welche mit dem Stück um die Mitte der Laserentladungsröhre gewickelten Drahtes verbunden ist.

Es hat sich ergeben, daß die Strömungsgeschwindigkeit, der Strahlstrom und der Laserentladungsstrom den Druck in den verschiedenen Teilen der Anordnung beeinflussen. Der Hauptentladungsstrom selbst wird durch den Druck und den Strahlstron beeinflußt. Die Leistung ist davon abhängig ^

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BAD

Ob die Schaltung gemäß der Darstellung in Fig. 1 oder in Fig. 2 verwendet wird usw. Diese komplexen Abhängigkeiten ändern sich im einzelnen "außerdem mit den Abmessungen der Strahlöffnung und dem räumlichen Abstand der Strahl= elektrode.

Es kann sich ein Zustand ergeben, in welchem der Kathodenbereich der Hauptentladung in einzelne.Kathodenflecken auseinanderbricht , welche über den Plasmastrahlflansch hinwegwandern. Dieses Auseinanderbrechen hat seine Ursache beispielsweise in der Stromdichte an der Strahlöffnung, welche einen kritischen Wert überschreitet. Dieses Auseinanderbrechen begrenzt den Strom, bei welchem die Hauptentladung noch mittels der in Fig. 1 dargestellten Schaltung betrieben werden kann. Mit einer weiten Öffnung von etwa 2,5^ nun wird die Gefahr des Auseinanderbrechens verringert.

Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung, bei welcher die Kathode der Hauptentladung gleichzeitig die Plasmastrahl= kathode ist, ist es nöglich, den Strom im Strahlschaltkreis auf Hull zu verringern, ohne daß der Kathodenbereich zerfällt. In diesem Falle arbeitet die Anordnung als Niederdurcklaser= entladung mit einem Hochdruckkathodenbereich, welch letzterer

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BAD ORIGINAt

das ionisierte Gas der Entladung durch die öffnung 20 in der Hilfsstrahlanode hindurch in den Niederdruckbereich treibt, so'daß sich ein Plasmastrahl ausbildet. Bei der Schaltung gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist der Strom, welcher sich in der Hauptentladung einstellt, von dem Strom in dem Strahl abhängig.

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Claims

Patentansprüche;

Iy Laseranordnung mit Einrichtungen zur Erzeugung einer Laserentladung in einem laseraktiven Gas sowie mit Reflexionseinrichtungen zur Erzeugung eines Laservorganges in dem mittels der Entladung gepumpten Gas, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Laserentladung die Kathode von einem Plasmastrahl gebildet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17) zur Erzeugung einer Hilfsentladung und durch eine Einrichtung, welche eine Strömung des laseraktiven Gases aus dem Bereich (21) der Hilfsentladung zu dem Bereich (22) der Laserentladung hin derart bewirkt, daß sich der Plasmastrahl bildet.

J5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (17) zur Erzeugung der Hilfsentladung eine Hilfsanode (20) und eine Hilfskathode (14) und daß die Einrichtung (15) zur Erzeugung der Laserentladung eine Laseranode (12) aufweist, welch letztere auf der von der Hilfskathode abgewandten Seite der Hilfsanode in räumlichem Abstand von der Hilfsanode (1?) angeordnet ist.

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4. Anordnung nach Anspruch 3 mit einer Laserentladungsröhre, in welcher die Laserentladung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Hilfsentladimgskammer (21) die HiIfsentladung stattfindet, daß ferner die Laserentladungsröhre (22) und die Hilfsentladungskammer miteinander in Verbindung stehen, daß weiter die Hilfsanode (13)zwischen der Laserentladungsröhre und der Hilfsentladungskammer angeordnet und mit einer Öffnung (20) versehen ist, durch weiche hindurch das Gas eintritt, welches in der Entladungsröhre den Plasmastrahl bildet, und daß schließlich die Einrichtung zur Erzeugung des Gasstromes mit einer Einlaßöffnung in der Entladungskammer und mit einer Auslaßöffnung in der Entladungsröhre versehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3* gekennzeichnet durch Einrichtungen (15 bzw. 17) zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Hilfskathode (14) und der Hilfsanode (13) bzw. zum Anlegen einer weiteren Gleichspannung zwischen der Hilfsanode und der Laseranode (12).

6. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet, durch Einrichtungen (15 bzw. 17) zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Hilfskathode (14) und der Hilfsanode (13) bzw. zum Anlegen einer weiteren Gleichspannung zwischen der Hilfskathode und der Laseranode (12)l

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ty

7· Verfahren zur Erzeugung von Laserausgangssignalen •an einer Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erzeugen eines laseraktiven Gasstromes,

b) Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Hilfskathode und der Hilfsanode, so daß die Hilfsentladung in Gang kommt und den Plasmastrahl in der Laserentladungsröhre erzeugt, und

c) Anlegen einer weiteren Gleichspannung zwischen der Hilfsanode und der Laseranode, so daß zwischen der Laseranode und der Plasmastrahlkathode die Laserentladung erzeugt wird.

δ. Verfahren zur Erzeugung von Laserausgangssignalen an einer Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erzeugen des laseraktiven Gasstromes,

b) Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Hilfskathode und der Hilfsanode, so daß die Hilfsentladung in Gang kommt und den Plasmastrahl in der Laserentladungsröhre erzeugt, und

c) Anlegen einer weiteren Gleichspannung zwischen

der Laseranode und der Hilfskathode, so daß zwischen

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BAD ORiQINAt

der Laseranode und der Plasmastrahlkathode die Laserentladung erzeugt wird.

9· Ve'rfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Gleichspannung nach dem Einsetzen des Laservorganges auf Null verringert wird.

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