DE2017056A1 - Gas laser - Google Patents
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Description
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F 4135
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
DR. MOLLHR-BORe - DR. ΓΜΝITZ ■ DR. DEUFEL DR. MOLLHR-BORe - DR. ΓΜΝITZ ■ DR. DEUFEL
DIPL-ING. VV..3TEFAVALD ■ DIPL.-ING. GRÄMKOW DIPL-ING. VV. .3TEFAVALD ■ DIPL.-ING. GRÄMKOW
8 MÜNCHEN 22, RCEERT-KOCH-STR. 18 MUNICH 22, RCEERT-KOCH-STR. 1
COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, Rue La Boetie, Paris (8), FrankreichCOMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, Rue La Boetie, Paris (8), France
GASLASERGAS LASER
Die Erfindung betrifft Gaslaser und insbesondere den Aufbau von in Gaslaser-Generatoren untergebrachten Entladungsröhren . The invention relates to gas lasers and, more particularly, to the construction of discharge tubes housed in gas laser generators.
Ein Gaslaser-Generator ist in der Regel mit einer das aktive Lasermedium enthaltenden Entladungsröhre ausgerüstet, die zwischen zwei Spiegeln eines Perot-Fnbry-Hohlraums pjigebrr.cht ist.A gas laser generator is usually equipped with a discharge tube containing the active laser medium, which pjigebrr.cht between two mirrors of a Perot-Fnbry cavity is.
Es sind Entladungsröhren unterschiedlichen Aufbaus bekannt. Bei der am häufigsten verwendeten Entladungsröhre besteht die zylindrische Röhre in der Regel aus Quarzϊ sie weist in Axialrichtung eine Öffnung geringen Durchmessers auf, die Kapillare genannt .wird, welche an ihren beiden Enden durch im Brewsterschen Winkel angeordnete, lichtdurchlässige Platten verschlossen ist.Discharge tubes of different designs are known. In the most frequently used discharge tube, the cylindrical tube is usually made of quartz ϊ it has a small-diameter opening in the axial direction, called the capillary, which is closed at both ends by translucent plates arranged at Brewster's angle.
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Im Innern von mit dem Mittelpunkt der Kapillaren in Verbindung stehenden ausgebauchten Rohrstutzen, die an den Enden der Entladungsröhre angeordnet sind, ist die Entladungsrohre ferner mit zwei Elektroden bestückt, zwischen denen die elektrische Entladung zur Anregung des gasförmigen Mediums vor sich geht.Inside of the center of the capillaries in connection with bulged pipe stubs, which are attached to the Ends of the discharge tube are arranged is the discharge tube also equipped with two electrodes, between which the electrical discharge to excite the gaseous medium is in front is going.
Es sind ebenfalls Entladungsröhren bekannt, in denen die Elektroden in Längsrichtung in der Röhre untergebracht sind.Discharge tubes are also known in which the electrodes are accommodated in the longitudinal direction of the tube are.
Bei den zuerst genannten Entladungsröhren ist die Entladungsstrecke beträchtlich, so dass in der Regel keine bedeutende Besetzungsinversion zu erzielen ist. Bei den anderen Entladungsröhren kann der Abstand zwischen den Elektroden beliebig klein gehalten werdenj ihr Aufbau lässt jedoch keine einfache Impedanzanpassung zu, wenn die im Impulsbetrieb zu betreibende Röhre an eine Spannungsquelle angeschlossen wird.In the case of the first-mentioned discharge tubes, the discharge path is considerable, so that, as a rule, none significant population inversion is to be achieved. With the other discharge tubes, the distance between the electrodes can be as desired can be kept small, however, their structure does not allow any simple impedance matching when the tube to be operated in pulse mode is connected to a voltage source.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile. The aim of the invention is to eliminate these disadvantages.
Gegenstand der Erfindung ist eine Laser-Entladungsröhre mit zwei Elektroden, zwischen denen die elektrische'Entladung vor sich geht, die das in der Röhre befindliche aktive Lasermedium anzuregen gestattet 5 sie ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden aus zwei koaxialen Röhren bestehen, wobei der Raum zwischen der inneren und der äusseren Röhre ein das aktive Lasermedium enthaltende Gefäss bildet.The invention relates to a laser discharge tube with two electrodes, between which the electrical discharge is going on that allows the active laser medium located in the tube to be excited 5 it is in particular thereby characterized in that the electrodes consist of two coaxial tubes, the space between the inner and the outer Tube forms a vessel containing the active laser medium.
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ORSGSHAL INSPECTEDORSGSHAL INSPECTED
• Weitere Merkmale und Vorteile enthalt die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Vorrichtung an Hand der Zeichnung.• The description contains further features and advantages of an embodiment of the device according to the invention on the basis of the drawing.
Fig. 1 zeigt den grundsatzliehen Aufbau einer erfindungsgemässen Laser-Entladungsr'öhre ;Fig. 1 shows the basic structure of an inventive Laser discharge tube;
Fig. 2 stellt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Laser-Generators mit einer erfindungsgemässen Entladungsrohre dar;2 shows, in cross section, an exemplary embodiment of a laser generator with a discharge tube according to the invention dar;
Fig. 3 zeigt einen Laserverstärkeraufbau mit er- " findungsgemässen Verstärkerröhren. ·Fig. 3 shows a laser amplifier structure with " amplifier tubes according to the invention. ·
Fig. 1 zeigt einen Gaslaser-Generator mit einer erfindungsgemässen Entladungsröhre, die zwischen zwei Spiegeln 2 und 3 eines Perot-Fabry-Hohlraums angeordnet ist.1 shows a gas laser generator with a discharge tube according to the invention, which is positioned between two mirrors 2 and 3 of a Perot-Fabry cavity is arranged.
Die Entladungsröhre besteht aus zwei Koaxialr'ohren 4 und 5, und der Raum· zwischen den Röhren 4 und 5 kann mit einem Gas angefüllt sein oder von einem Gas bestrichen werden, welches das aktive Medium bildet.The discharge tube consists of two coaxial tubes 4 and 5, and the space between the tubes 4 and 5 can with a Be filled with gas or swept by a gas, which forms the active medium.
Die Enden dieses Gefässes oder der Röhre sind durch zwei senkrecht zur Symmetrieachse der Röhre im Brewsterschen Winkel geneigte, lichtdurchlässige Platten 6 und 7 verschlossen.The ends of this vessel or tube are through two translucent plates 6 and 7 which are inclined perpendicular to the axis of symmetry of the tube at Brewster's angle are closed.
Die Platten 6 und 7 sind ferner als Träger der Röhren 4 und 5 ausgebildet und dienen dazu, letztere in bezug aufeinander zu zentrieren.The plates 6 and 7 are also used as supports for the tubes 4 and 5 are formed and serve the purpose of the latter in relation to each other to center.
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Die in der Fig. dargestellte Entladungsröhre dient zum Anschluss an eine Spannungsquelle 8 mittels eines sehr schematisch durch seine äussere Hülle und seinen Innenleiter dargestellten Eoaxialleiters n-. The discharge tube shown in the figure is used for connection to a voltage source 8 by means of an axial conductor n - shown very schematically by its outer casing and its inner conductor.
Der Mittelteil des Koaxialanschlusses der Röhre besteht aus einem mit der mittleren Röhre 5 fest verbundenen Metallteil 10, welches durch die äussere Röhre 4 mittels eines Isolierstücks 11 hindurchgeführt wird; der Anschluss des äusseren Teils besteht aus einem mit der Röhre 4 fest verbundenen Metallring 12.The central part of the coaxial connection of the tube consists of one firmly connected to the central tube 5 Metal part 10, which is passed through the outer tube 4 by means of an insulating piece 11; the connection of the The outer part consists of a metal ring 12 firmly connected to the tube 4.
Das Teil 11 dient zur Isolation zwischen der Elektrode 4 und der Elektrode 5 und gewährleistet ebenfalls die Dichtigkeit der Entladungsröhre.The part 11 is used for insulation between the electrode 4 and the electrode 5 and also ensures the tightness of the discharge tube.
Während das eine Ende der Röhre den Koaxialanschlüss enthält, kann an ihrem anderen Ende eine Vorrichtung zum Kurzschliessen der aus dem Leiter 9 und der Röhre bestehenden Koaxialleitung untergebracht werden. Diese sehr schematisch in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem fest mit der Btfittelelektrode 5 verbundenen Metallteil 13> das durch die Aussenelektrode mittels eines Isolierstücks 14 hindurchgeführt ist, welches die Dichtigkeit der Röhre gewährleistet; sie besteht ferner aus dem Ring 15> der mit der Aussenelektrode 4 fest verbunden ist, und aus einem Metallteil 16, mit dem der elektrische Anschluss zwischen dem Ende des Teils 13 und dem Ring 15 hergestellt werden kann.While one end of the tube contains the coaxial connection, a device for short-circuiting can be attached to the other end the coaxial line consisting of the conductor 9 and the tube can be accommodated. This very schematic The device shown in FIG. 1 consists of a metal part 13 which is firmly connected to the central electrode 5 which is passed through the outer electrode by means of an insulating piece 14 is what ensures the tightness of the tube; it also consists of the ring 15> which is firmly connected to the outer electrode 4, and a metal part 16 with which the electrical connection between the end of the part 13 and the ring 15 can be made.
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Bestimmte Laserrbhren, wie CO_-Laser, werden von einem Gas durchflossen, dessen Geschwindi^eit einige, zehn Meter pro Sekunde erreichen kann. In diesem Fall weist die Entladungsröhre zwei Rohrstutzen T.. und T2 auf, die zur Zufuhr und Abfuhr des Gases dienen.Certain laser tubes, such as CO_ lasers, have a gas flowing through them, the speed of which can reach a few ten meters per second. In this case, the discharge tube has two pipe sockets T .. and T 2 , which are used to supply and discharge the gas.
Die erfindungsgemässe Entladungsröhre weist nicht nur den Vorteil auf, dass sie einfach an eine Spannungsleitung anzuschlie'ssen istj ihre weiteren Vorteile sind;The discharge tube according to the invention not only has the advantage that they can easily be connected to a voltage line istj are its further advantages;
- Schaffung eines sehr starken elektrischen Feldes,- creation of a very strong electric field,
- Druckerhöhung im Innern der Röhre im Verhältnis zu einer herkömmlichen Röhre gleicher Abmessungen zur Erzielung einer beträchtlichen Inversionsdichte,- Pressure increase inside the tube in relation to one conventional tube of the same dimensions to achieve a considerable inversion density,
- Erzeugung von Impulsen kurzer Dauer beträchtlicher Energie,- generation of pulses of short duration of considerable energy,
- Erzielung einer Leistung in der Grössenanordnung von 40· bis 50 io bei Lasern, die mit einem aktiven gasförmigen Medium auf der Grundlage von CO2 arbeiten.- Achievement of a power in the order of magnitude of 40 to 50 io with lasers that work with an active gaseous medium based on CO 2 .
Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Lasergenerators für Dauerbetrieb, der mit einer erfindungsgemässen Entladungsröhre ausgerüstet ist. Dieser Generator ist zum Einbau in eine Koaxialleitung bestimmt. -Fig. 2 shows the embodiment of a laser generator for continuous operation, which is equipped with an inventive Discharge tube is equipped. This generator is intended for installation in a coaxial line. -
Der Laser weist eine Entladungsröhre auf, die- aus zwei Koaxialelektroden 17 und 18 besteht, welche mit zwei Teilen eines in Achsrichtung der Entladungsröhre zentrierten Koaxialanschlusses verbunden sind. Dieser Koaxialanschluss besteht aus zwei Metallteilen 19 und 20, die gegeneinander durchThe laser has a discharge tube that is made of two coaxial electrodes 17 and 18, which are centered with two parts of one in the axial direction of the discharge tube Coaxial connector are connected. This coaxial connection exists from two metal parts 19 and 20, which against each other through
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ein IsolierstUck 21, beispielsweise aus Keramik, isoliert sindj diese Teile dienen gleichzeitig zur Zentrierung der Elektroden 17 und 18, der Teile 19 und 20 des Koaxialanschlusses und zur Abdichtung der Entladungsröhre. Ferner besitzt das Isolierstück 21 auf seiner zum Röhreninneren gerichteten Fläche eine reflektierende Schicht 22, die einen der Spiegel des Perot-Fabry-Hohlraums des Lasers bildet.an insulating piece 21, for example made of ceramic, is insulated j these parts serve at the same time to center the electrodes 17 and 18, the parts 19 and 20 of the coaxial connection and to Sealing of the discharge tube. Furthermore, the insulating piece 21 has a reflective surface on its surface facing the inside of the tube Layer 22, which is one of the mirrors of the Perot-Fabry cavity of the laser.
Die äussere Elektrode 18 ist von einer Muffe 23 umgeben, die langer als die Elektrode ist; an der Seite, die der Kontaktfläche mit dem rückwärtigen Teil des Koaxialanschlusses gegenüberliegt, ist der Ausgangsspiegel 24 des Lasers angeordnet.The outer electrode 18 is surrounded by a sleeve 23 which is longer than the electrode; on the side that the contact surface with the rear part of the coaxial connector is opposite, the output mirror 24 of the Laser arranged.
Auch in diesem Fall weist die Entladungsröhre an dem Ende, das demjenigen des Koaxialanschlusses gegenüberliegt, Vorrichtungen 25 auf, mit denen die mittlere Elektrode 17 mit der äusseren Elektrode 18 kurzgeschlossen werden kann.In this case, too, the discharge tube has at the end opposite that of the coaxial connector, Devices 25 with which the middle electrode 17 can be short-circuited with the outer electrode 18.
Fig. 1 und 2 zeigen im Dauerbetrieb arbeitende Laser5 bei Anregung des Lasers durch einen Spannungsimpuls, der eine Entladung zwischen den beiden Elektroden bewirkt, und durch Synchronisierung der Spannungsimpuls-Aussendung mit einer Vorrichtung zur Änderung der überspannung des Laserhohlraumes zu einem gegebenen Zeitpunkt können - wie bei angeregten Festkörperlasern - Lichtimpulse hoher Energie erzeugt werden.1 and 2 show lasers5 operating in continuous operation when the laser is excited by a voltage pulse that causes a discharge between the two electrodes and by Synchronization of the voltage pulse transmission with a device for changing the overvoltage of the laser cavity As with excited solid-state lasers, light pulses of high energy can be generated at a given point in time.
Fig. 3 zeigt einen angeregten Laser 26, bei dem die Vorrichtung zur Anregung des Hohlraums durch ein sich drehendesFig. 3 shows an excited laser 26, in which the device for exciting the cavity by a rotating
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Prisma 31 dargestellt ist. Die Fig. zeigt ebenfalls einen Teil eines Gaslasers-VerstärkeraufbauSy der durch den laser 26 gesteuert wird. Die erste Stufe dieses Verstärkeraufbaus besteht aus der erfindungsgemässen Entladungsröhre 27» die durch eine Spannungsquelle 28 gespeist wird, welche an die aus dem Leiter 29 und der Röhre 27 bestehende Koaxialleitung eine fortschreitende elektrische Welle abgibt 5 diese passiert die Entladungsröhre in dem gleichen Äugenblick wie der von dem Laser 26 abgegebene, zu verstärkende Laserimpuls.Prism 31 is shown. The figure also shows one Part of a gas laser amplifier assembly built by the laser 26 is controlled. The first stage of this amplifier setup consists of the discharge tube 27 according to the invention is fed by a voltage source 28, which is connected to the the conductor 29 and the tube 27 existing coaxial line advancing electrical wave emits 5 this passes the Discharge tube in the same instant as that of that Laser 26 emitted laser pulse to be amplified.
Alle Spannungsquellen, die Pumpenergie an die Entladungsröhren abgeben, welche die verschiedenen Stufen des Verstärkeraufbaus bilden, können durch eine Synchronisiervorrichtung 30 gesteuert werden, die die Spanrrungsquellen derart betätigen, dass sie Spannungsimpulse abgeben, die so in die einzelnen Stufen des Verstärkeraufbaus gelangen, dass der Maximalwert der Belegungsinversion erzielt wird, wenn der zu verstärkende Lichtimpuls das Medium durchquert.All voltage sources that deliver pump energy to the discharge tubes, which the various stages of the Forming amplifier structure can by a synchronizing device 30 are controlled, the voltage sources such so that they emit voltage pulses that are so in the individual stages of the amplifier structure ensure that the maximum value of the occupancy inversion is achieved when the amplifying light pulse traverses the medium.
- Sofern der Verstärkeraufbau als Impulsverstärker betrieben wird, können sehr kurzzeitige Impulse grosser Stärke erzielt werden,- If the amplifier structure is a pulse amplifier operated, very short-term impulses of great strength be achieved,
Fig. 3 zeigt einen Teil des Verstärkeraufbaus mit dem Steuerlaser 26 und der Röhre 27Γ der Aufbau kann jedoch auch mehrere Stufen aufweisen, die aus Entladungsröhren gleicher oder zunehmender Abmessungen bestehen. In diesem Fall wird zwischen jede Stufe eine afokale, das .Liehtstrahlenbündel vergrössernde Vorrichtung geschaltet.Fig. 3 shows part of the amplifier structure with the control laser 26 and the tube 27Γ the structure can also have several stages, which consist of discharge tubes of the same or increasing dimensions. In this case it will between each step an afocal, which enlarges the bundle of light rays Device switched.
./. 00984A7161T ./. 00984A7161T
Ein derartiger Verstärkeraufbau kann auch kontinuierlich arbeiten, vorausgesetzt, dass der Steuerlaser 26 sowie die Spannungsquellen ebenfalls kontinuierlich betrieben werden.Such an amplifier structure can also be continuous work, provided that the control laser 26 and the voltage sources are also operated continuously.
Da die durch mit erfindungsgemassen Entladungsröhren ausgestatteten Laser freigesetzten Energiemengen beträchtlich sind, weist die Entladungsröhre Leitungen auf, .die von der Kühlflüssigkeit durchflossen werden, welche die Elektroden der Entladungsröhre kühlt.Since the by with discharge tubes according to the invention The amount of energy released by a laser equipped with a laser is considerable, the discharge tube has lines that are traversed by the cooling liquid, which cools the electrodes of the discharge tube.
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