DE19934013C1

DE19934013C1 - Vorrichtung zur Vermeidung von Gleitentladungen bei der Vorionisierung in einem Gaslaser mit Coronaentladung

Info

Publication number: DE19934013C1
Application number: DE19934013A
Authority: DE
Inventors: Claus Strowitzky
Original assignee: TuiLaser AG
Current assignee: TuiLaser AG
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2019-07-21

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Vermeidung von Gleitentladungen bei der Vorionisierung in einem Gaslaser mit Coronaentladung mit einem, in einem geschlossenen Gasentladungsvolumen vorgesehenen Hauptelektrodenpaar und wenigstens einem Paar Corona-Elektroden, die in unmittelbarer Nähe zu dem Hauptelektrodenpaar angeordnet sind und dessen einzelne Elektroden eine röhrenartige Umhüllung aus dielektrischem Material aufweisen, die beidseitig offen ausgebildet ist und in deren Inneren eine elektrisch leitende Seele eingebracht ist, die die Umhüllung beidseitig überragt. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Materialwahl und/oder die Formgebung für die, die elektrisch leitende Seele umgebenden Umhüllung und/oder eine, zwischen die Umhüllung und die elektrisch leitende Seele zusätzlich einbringbaren, dielektrischen Einsatzkörper und/oder die elektrisch leitende Seele derart vorgenommen wird, daß im Oberflächenbereich beider Enden der Umhüllung eine geringere spezifische Kapazität pro Fläche vorgesehen ist als im Mittenbereich der Umhüllung zwischen ihren beiden Enden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vermeidung von Gleitentladungen bei der Vorionisierung in einem Gaslaser mit Coronaentladung mit einem, in einem geschlossenen Gasentladungsvolumen vorgesehenen Hauptelektrodenpaar und wenigstens einem Paar Corona-Elektroden, die in unmittelbarer Nähe zu dem Hauptelektrodenpaar angeordnet sind und dessen einzelne Elektroden eine röhrenartige Umhüllung aus dielektrischem Material aufweisen, die beidseitig offen ausgebildet ist und in deren Inneren ein elektrisch leitender Stab, die sogenannte Seele, eingebracht ist, die die Umhüllung beidseitig überragt.

Stand der Technik

Gaslaser mit Coronaentladung sind typischerweise Excimerlaser oder TEA-CO₂- Laser. Ohne Einschränkung auf die Gattung diesbezüglicher Gaslaser werden die nachfolgenden Ausführungen am Beispiel von Excimerlasern durchgeführt.

Für moderne Excimerlaser im Industrieeinsatz werden für die Vorionisation Coronaentladungen eingesetzt. Ein bekannter Elektrodenaufbau mit dem Vorionisation möglich ist, ist in der US 4,718,072 beschrieben. Für die Coronaelektroden werden Kermikröhrchen verwendet, die innen mit einem Leiter gefüllt sind, der vorzugsweise auf Masse-Potential liegt und die außen von einen anderen Leiter berührt werden, der auf einem anderem Potential liegt, das gepulst an das Äußere des Keramikröhrchen angelegt wird.

Vor der eigentlichen Entladung wird an die Elektroden der Coronastäbchen ein Hochspannungspuls angelegt. Dadurch zündet auf der Oberfläche der Keramikröhrchen eine Coronaentladung. Der hierfür erforderliche Hochspannungspuls wird entweder durch einen geeigneten Schaltkreis erzeugt oder direkt von den Elektroden der Hauptentladung entnommen. Die Strahlung dieser sich an der Oberfläche der Keramikröhrchen ausbreitenden Entladung ionisiert das Gas zeitlich vor der eigentlichen Entladung innerhalb des Excimerlasers.

Die im Inneren der, beidseitig offen ausgebildeten, Keramikröhrchen verlaufenden Leiter, die auch als Coronaseelen bezeichnet werden, treten aus Gründen einer besseren Kontaktierung zumindest einseitig über die Keramikröhrchen aus und stellen somit eine Problemstelle hinsichtlich einer sich ausbildenden Kurzschlußstelle dar.

An den Enden der Röhrchen grenzen die Coronaseelen zudem weitgehend ungeschützt an die Oberfläche der Keramikröhrchen an und sind überdies unmittelbar zu einer der beiden Hauptentladeelektroden des Excimerlasers benachbart, an denen die, für die Gasentladung erforderlichen Hochspannungspulse anliegen.

Auf den Enden der Röhrchen bildet sich eine Gleitentladung aus, die von der Hauptelektrode zur Coronaseele läuft, so daß sich auf diesem Wege die Hochspannungs-Elektrode entlädt, wodurch es nicht zum Aufbau einer Corona- Entladung kommen kann. Das Auftreten von Gleitentladungen gilt es daher zu vermeiden:

Mehrere Möglichkeiten sind bekannt das Problem der Gleitentladung zu lösen.

1. Der Weg der Gleitentladung kann durch Verlängern des Röhrchens und der Seele so lang gemacht werden, daß kein Überschlag stattfindet. Schwierig ist die Unterbringung dieser lang ausgebildeten Stäbchen in einem Druckbehälter eines Excimerlasers, der nach heutigen Vorgaben eher klein und kompakt ausgebildet sein soll. Auch ist eine Verkürzung der Hochspannungs-Elektrode möglich, jedoch wird durch diese Maßnahme die Leistung des Lasers erheblich herabgesetzt.
2. Die Röhrchen, die die Coronaseelen umgeben, werden aus einem dickeren Rohr gefertigt, vorzugsweise aus Keramik, an deren Ende meanderförmige Rillen in das Keramikrohr eingearbeitet werden, sogenannte Bushings, wie sie in der EP 0 798 823 A1 beschrieben sind. Durch die Bushings kann der Gleitweg verlängert und die Gleitladung reduziert werden. Nachteilig ist der hohe Aufwand in der Fertigung.
3. Die vorstehend genannten Bushings können auch getrennt von dem Coronaröhrchen hergestellt werden, siehe hierzu US 5,337,330 A, und an den Enden mit dem Röhrchen verbunden werden. Problematisch ist hierbei die Fügung zwischen Bushings und Coronaröhrchen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Vermeidung von Gleitentladungen bei der Vorionisierung in einem Gaslaser mit Coronaentladung mit einem, in einem geschlossenen Gasentladungsvolumen vorgesehenen Hauptelektrodenpaar und wenigstens einem Paar Corona-Elektroden, die in unmittelbarer Nähe zu dem Hauptelektrodenpaar angeordnet sind und dessen einzelne Elektroden eine röhrenartige Umhüllung aus dielektrischem Material aufweisen, die beidseitig offen ausgebildet ist und in deren Inneren eine elektrisch leitende Seele eingebracht ist, die die Umhüllung zumindest einseitig überragt, derart auszubilden, daß die zum Stand der Technik ausgeführten Nachteile vermieden werden können. Insbesondere soll eine leicht herzustellende und kostengünstige Lösung des Problems gefunden werden.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart ausgebildet, daß die Materialwahl und/oder die Formgebung für die, die elektrisch leitende Seele umgebende Umhüllung und/oder einen, zwischen die Umhüllung und die elektrisch leitende Seele zusätzlich einbringbaren, dielektrischen Einsatzkörper und/oder die elektrisch leitende Seele derart vorgenommen wird, daß im Oberflächenbereich beider Enden der Umhüllung eine geringere spezifische Kapazität pro Fläche vorgesehen ist als im Mittenbereich der Umhüllung zwischen ihren beiden Enden.

Alle vorgestellten bekannten Möglichkeiten beruhen darauf den Weg der Gleitfunken zu verlängern. Eine andere Möglichkeit, die der Erfindung zugrundeliegt, ist es nun die Ausbreitungsbedingungen des Gleitfunken zu verschlechtern anstatt den Weg zu verlängern.

Dazu muß man sich im klaren sein, wodurch sich diese Gleitfunken ausbreiten. Die Theorie dazu ist schon seit langen bekannt, und in der entsprechenden Literatur nachzulesen. Basis dieser Gleitfunken ist die spezifische Kapazität pro Fläche und der daraus resultierende Verschiebungsstrom.

Um die spezifische Kapazität pro Fläche zu verringern, kann man den Isolierstoff dicker machen (C~1/d). Da ein Verdicken des Rohres nach Außen in der Herstellung sehr aufwendig ist, aber grundsätzlich durchaus technisch realisierbar ist, ist ein Verdicken des Rohres nach Innen sinnvoll.

Die Verdickung des aus einem dielektrischem Material bestehenden Röhrchens kann durch ein dickwandiges Röhrchen erreicht werden, das zwischen die Seele und das Röhrchen geschoben wird. Dieser Einsatz kann aus Keramik hergestellt werden, oder aus einem anderem Isolierwerkstoff oder es kann ein Hohlraum statt des Einsatzes verwendet werden. Entscheidend ist, daß die Kapazität pro Fläche im Auslauf des Röhrchens verringert wird und dadurch die Ausbreitung von Gleitentladungen verhindert wird.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 Querschnitt durch eine Corona-Elektrode

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Um die Flächenkapazität zumindest an den Endbereichen des Corona-Röhrchens zu reduzieren wird in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Einsatz in das Innere des Röhrchen geschoben, das vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt ist wie das Corona-Röhrchen selbst. Als bevorzugtes Dielektrikum für das Corona-Röhrchen sowie des Einsatzes eignet sich Keramik.

Durch den Einsatz erstreckt sich die elektrisch leitende Seele, die als stabförmiges Einsatzteil durch den gesamten Aufbau der Corona-Elektrode verläuft.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung der Seele, die in den Endbereichen etwas verjüngt ausgebildet ist, verglichen zu ihrer Dicke im Mittenbereich innerhalb der Corona-Elektrode.

Anstelle oder in Kombination mit dem Einsatzkörper, der aus Gründen einer leichten Fertigung in den Endbereichen der Corona-Elektrode vorgesehen ist, kann das Corona-Röhrchen auch selbst in den Endbereichen verjüngt ausgeführt sein, d. h. einen kleineren Querschnitt aufweisen als im Mittenbereich. Wesentlich ist eine Reduzierung der Flächenkapazität in diesem Bereich, um den Gleitstrom zu vermeiden.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung läßt sich sehr einfach und billig herstellen. Es können insbesondere Standard Keramikröhrchen verwendet werden, in die eine getaperte Seele geschoben wird. Auch sind keine Klebe- oder andere Fügetechniken nötig. Durch diese Anordnung ist es möglich die Coronastäbe auf einfache Art in ein System zu integrieren.

Claims

1. Vorrichtung zur Vermeidung von Gleitentladungen bei der Vorionisierung in einem Gaslaser mit Coronaentladung mit einem, in einem geschlossenen Gasentladungsvolumen vorgesehenen Hauptelektrodenpaar und wenigstens einem Paar Corona-Elektroden, die in unmittelbarer Nähe zu dem Hauptelektrodenpaar angeordnet sind und dessen einzelne Elektroden eine röhrenartige Umhüllung aus dielektrischem Material aufweisen, die beidseitig offen ausgebildet ist und in deren Inneren eine elektrisch leitende Seele eingebracht ist, die die Umhüllung beidseitig überragt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Materialwahl und/oder die Formgebung für

- die, die elektrisch leitende Seele umgebende Umhüllung und/oder
- einen zwischen die Umhüllung und der elektrisch leitenden Seele zusätzlich einbringbaren dielektrischen Einsatzkörper, und/oder
- die elektrisch leitende Seele

derart vorgenommen wird, daß im Oberflächenbereich beider Enden der Umhüllung eine geringere spezifische Kapazität pro Fläche vorgesehen ist als im Mittenbereich der Umhüllung zwischen ihren beiden Enden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenartige Umhüllung als geradliniger Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen Mantelwanddicke in beiden Endbereichen der Umhüllung größer ist als im Mittenbereich der Umhüllung, und daß der Außendurchmesser der Umhüllung über die gesamte Länge der Umhüllung konstant ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenartige Umhüllung als geradliniger Hohlzylinder, mit einem über die gesamte Länge der Umhüllung konstanten Innen- und Außendurchmesser, ausgebildet ist, und daß in beiden Endbereichen paßgenau zum Innendurchmesser der Umhüllung Einsatzkörper eingebracht sind, die von beiden Endbereichen in das Innere der Umhüllung hineinragen und die elektrisch leitende Seele umschließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzkörper aus dielektrischem Material, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Umhüllung bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung und/oder der Einsatzkörper aus Keramik besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Seele an ihren Endbereichen einen geringeren Querschnitt als in ihrem Mittenbereich aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaslaser ein Excimerlaser oder ein TEA-CO₂- Laser ist.