DE2042614A1

DE2042614A1 - Queranregungssystem fur einen Mole kulargaslaser

Info

Publication number: DE2042614A1
Application number: DE19702042614
Authority: DE
Inventors: Jacques A Laflamme Albert Ste Foy Quebec Beauhen (Kanada)
Original assignee: Minister of National Defence of Canada
Current assignee: Minister of National Defence of Canada
Priority date: 1969-08-29
Filing date: 1970-08-27
Publication date: 1971-03-04
Also published as: DE2042614C2; GB1293686A; FR2059750A1; SE362997B; US3662284A; FR2059750B1; CA897754A

Description

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27. IWL «71 Hl/si - T 1062

THE MINISTER OF NATIONAL DEFENCE OF HER MAJESTT¹S CANADIAN GOVERNMENT

Ottawa, Canada

Queranregungasystem für einen Molekulargaslaser

Die Erfindung betrifft ein Queranregungssystem für einen Hochdruok-Molekulargaslaeer.

In der gleichseitig eingereichten Patentanmeldung, die der kanadischen Patentanmeldung Serial No. 060 716 entspricht, ist eine Vieliahl von Elektrodenstrukturen für die Direktanregung eines Molekulargaslasers beschrieben, bei denen eine Schauerentladung zwischen einem Paar von μ Elektroden in einen Laserwellenerseugenden Qae auftritt und bei denen Mittel vorgesehen sind, die Entstehung von hellen Lichtbogen tu verhindern. Bei einer solchen Slektrodenstruktur treten, wenn die Breite der Elektroden quer sur Richtung des Laserbetriebes gesteigert

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wird, Instabilitäten auf, die die bevorzugte Entstehung von unregelmäßigen bzw. statistischen hellen Lichtbogen zwischen den Elektrodenstrukturen fördern. Somit ist, wenn es versucht wird, ein großes Volumen von Lasergas unter Verwendung einer Schauerentladung zwischen Elektroden von wesentlichen Abmessungen in der Richtung quer lur Achse des Lasers au erregen, eine Tendenz but statistischen Erzeugung heller Lichtbogen zwischen den Elektroden vorhanden · die den ganzen Sti«om zwischen den Elektroden ziehen und die Schauerentladung löschen.

Um eine Anregung in einem größeren Volumen zu erreichen, müssen einige Mittel vorgesehen werden, die statistische Lichtbogenzündung an einem Punkt oder einem anderen zwischen den Elektroden des Systeme su verhindern. Erfindungsgeoäß ist eine Lösung des Problems vorgesehen, bei der eine statistische Lichtbogenzündung im wesentlichen verhindert ist und die sehr erwünschte Schauerentladung zwischen den Elektroden des Systems aufrecht erhalten wird. Erfindungsgemäß ist eine dritte Elektrode im Bereich einer der zwei Hauptelektroden der Struktur angeordnet und es wird eine Entladung zwischen der dritten Elektrode und der benachbarten Hauptelektrode gezündet, wodurch die Ionisierung des Oases Ia der unmittelbaren Vachbarschaft dieser Hauptentladungselektrode möglich ist. Nachfolgend wenn eine Entladung «wischen den zwei Hauptelektroden auftritt, ist wenig oder gar keine Tendenz für das Erscheinen einer hellen Lichtbogenentladung vorhanden. Es scheint so, daß eine stabile Schauerentladung, wenn das Gas im Bereich Ton einer der Hauptentladungeelektroden su der Zelt loni-

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eiert werden kann, wenn Hochspannung zwischen den beiden Häuptelektroden angelegt wird, zwischen den Hauptelektroden aufrecht erhalten werden kann und die Wahrscheinlichkeit des Beginne der sehr unerwünschten hellen Lichtbogenentladung wesentlich Terringert werden kann.

Verschiedene Theorien zur Erklärung dieses Phänomene sind vorgetragen worden. Die theoretische Hypothese, die nur Entwicklung der Erfindung geführt hat, be» stent darin, daß die Bildung von hellen Lichtbogen *

eine Zufallserscheinung ist, die mit der statistischen Verteilung der geladenen Teilchen (Elektronen oder Ionen) in dem Oas «wischen den Elektroden cu der Zeit der Anlegung des Spaxmungsimpulees verbunden ist, wobei die vielfachen Entladungepfad· der Schauer jeweils sumlndest einem geladenen Teilchen entsprechen, das zu der Zeit der Anlegung des SpanmingBimpulses vorhanden 1st «31© Wachstum*rate der fadenförmigen Entladungen der Schauer ist abhängig von der Zahl der anfänglich gel*, denen Teilchen in jedem Faden. Die am schnellsten wachsende Fadenentladung geht/in einen hellen Lichtbogen über, der alle anderen fäden auslöscht ä und die Einheitlichkeit der Anregung über die Laserhohlraumlänge zerstört. Dies erklärt das beobachtete Phänomen, das bei einer Vergrößerung des Ikitladungsbereiches die Wahrscheinlichkeit der Srseugung heller Liohtbb*g<m wächst* Durch die HinsufÜgung einer Triggerelektrode wird eine frühere Entladung als die Hauptanregung geschaffen, wodurch eine grofie Zahl von geladenen Teilchen für die Zündung der Hauptentladung erseugt wird.

. Somit wird eine gröfiere Zahl von Intladungsfaden gebildet und ihre Wachstumsraten sind mehr näherungeweiae gleich aufgrund «er mehr ausgeglichenen Dichten ran ge»

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ladenen Teilchen, wodurch weiter die Wahrscheinlichkeit der Bildung von hellen Lichtbögen reduziert wird*

Jedoch stützt sich die Anmeldung nicht auf eine besondere Arbeitstheorie, da weitere Forschungen feststellen können, daß die ursprünglichen Theorien das beobachtete Phänomen nicht richtig erklären >

Der Anregungaenergiezuwacha, dor mit dem Doppelentladungssystem gemäß der Erfindung erhalten wird, ist eine zehnfache Steigerung der Energie, die mit widerstandslosen Elektroden großer aktiver Flächen, wie es in der obigen Patentanmeldung beschrieben ist, tür Anregung «ines Laeerspaltes ohne das Doppelentladungssystem genutzt werden kann. Der Laserleistungeausgang wird in entsprechender Weise um eine Größenordnung gesteigert, wenn die Anregungsenergie gesteigert wird»

Die Erfindung betrifft alao ein Queranregungssystem, bei dem eine vorhergehende Entladung zwischen einer Hilfselektrode und einer Hauptelektrode vor der Zündung der Hauptentladung gezündet wird. Die vorhergehende Entladung ionleiert das Gas im Bereich der Hauptelektrode und verringert die Wahrscheinlichkeit des Beginns einer hellen Lichtbogenentladung, aufgrund dessen die Wirksamkeit der Gasanregung gesteigert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt: fig.1 eine Skizze eines Molekulargaslasers»

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PIg₁,2 einen Querschnitt einer Ausführungsform einer Elektrodanstruktur gemäß der Erfindung,

Fig«, 3 eine Länge ansicht der Struktur in Fig_e2,

Fig_o4 ein elektrisches Schaltbild eines Doppelentladungasystems gemäß der Erfindung und

Fig„5 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Elektrodenstruktur für eine erfindungsgemäße Verwendung.

In Fig.1 1st ein Molekulargaolasei· dargestellt, in dam eine Doppelentladunga-Elektrodenstruktur gemäß der Erfindung verwendet wird. Ein solches System ist beispielsweise in der kanadischen Patentenmeldung Serial Ko. 017 844 beschrieben worden. Diese Struktur kann eine Laserwellen erzeugende Kammer bzw. eine Laserwellenkammer )0 umfassen, die eine geeignet· Holekulargaslasermiechung, einen gebogenen Spiegol *ii und einen teilweise refloktierenden ebenen Spiegel i2 enthält. Ein· aus Elektroden 13 und 14 bestehende Elektrodenstruktur ist in dem Laßerhohlraum "10 vorgesehen,wobei

Elektroden
die/mit Klemmen verbunden sind, an die Hochspannunga- λ

Oleichstromimpulse angelegt werden.

Die erste Ausführungsform des Triggerprinzipo iet in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Unter Verwendung ew«i«r Winkelstangen 30 und 31 als Elektrodenstrukturen wurde ein Draht 32 eng an die Kant· einer dieser Stangen gespannt Jedoch von dieser isoliert. Die unter· Stange 13 arbeitete ale Kathode; d*r gespannt· Draht 32 νότα· als die Anode des Hauptentladungseysttms verwendet.

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Dieses mit der elektrisch abgeschalteten zweiten Stange 3*1 betriebene System lieferte eine nicht zu große elektrische Energie. Durch die Einschaltung eines kleinen Kondensators zwischen die obere Stange 31 und die Kathode 30 wurde die Erzeugung einer Triggerentladung hervorgerufen. Dadurch war ea möglich, die Entladungsenergie vielfach zu erhöhen ohne die Bildung von hellen Lichtbogen und der Laserausgang wurde proportional erhöht. Die Hinzufügung eines Isolators 33 zwischen die Triggerelektrode 31 und den Draht 32 führte zu einem höheren Wirkungsgrad, da sie eine einheitlichere Triggerentladung herbeiführte.

In Fig.4 ist schematisch eine Form einer Doppelentladungaelektrodenstruktur gemäB der Erfindung gezeigt» Eine Kathode 1^ ist mit Erde verbunden und eine Anode 16 in Form eines metallischen Gittere ist mit der ungeerdeten Klemme des Impulsgenerators 17 verbunden« Eine Isolierschicht 18 ist hinter der Anode 16 angeordnet und befindet sich in innigem Kontakt mit deren Rückseite. Eine Zusatzelektrod· 191 die nachfolgend als Triggerelektrode bezeichnet ist, ist hinter dem Isolator 18 angeordnet und über einen niedrigwertigen Kondensator 20 mit Erde verbunden. Die in Fig.4 dargestellte Elektrodenstruktur Iin einem Laserhohlraum enthalten und die Elektrodenstruktur ist in eine Laßergasmischung eingetaucht.

Im Betrieb bewirkt die Doppelentladungealektrodenetruktur nach FigΛ die Ionisierung dea Holekular-

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lasergaaes im Bereich des Gitters oder der Anode 16_; und wenn die Spannung zwischen der Anode »6 und der Kathode 15 oinen hohen Wert erreicht> tritt eine Schauerentladung zwischen der Anode 16 und der Kathode* 15 auf, die sehr einheitlich ist und zu der Erregung eines wesentlichen Volumens des Lasergasee führt. Ausgangeimpuls9 in der Größenordnung von 5 bis 4 jou3e pro Meter Laserlänge sind erreicht worden bei der Verwendung einer solchen Elektrodenstruktur mit einem aktiven Querschnitt von näherungsweise ΪΟ cm²c

Ια β zwischen dem Trigger 19 und dem Gitter '6 vorgesehene Festkörperiaolierung ^8 vereinfacht die Konstruktion ebenso wie sie ein mehr einheitliches Glimmen vorsieht, da weniger Energie in der erBten Entladung verbraucht wird, wenn die Anode und die Triggerelektrode sehr nahe beieinander liegen,

Verschiedene Konfigurationen sind als Anode und als Triggerstruktur gemäß der Erfindung verwendet worden; eine typische Ausführungsform ist in Fig«5 gejseigt. Fig.5 iet ein Querschnitt durch eine Aue-

führungsfonn eine« Elektrodensystems gemäß der Er- ™

findung, des eine geformte, bzw profilierte Kathode 15 verwendet, deren Form durch eine Potentialgradientenöetrachtungen beetimmt ist, wie in der obigen Patentanmeldung 017 4S8 erläutert ist. Die Anodenstruktur der Fig.5 umfaßt einen Aluainiumwinkel 21, arf den ein Drahtgitter gewickelt ist· Hinter des Gitter ist ein· Aluniniua-

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triggerstange 23 poeitloniert. Obgleich es nicht wesentlich ist, wird bevorzugt ein Isolierfilm auf die Triggerstange aufgebracht. Ein solcher Isolator kann beispielsweise ein heiß aufschrumpfbarer Kunststoffilm 24 wie Nylon sein. Segmente von Aluminiumrohr 25 und 26 sind an dem Aluminiumwinkel 21 befestigt, um den Potentialgradienten an den Enden des Winkele herabzusetzen. In einer Betriebsaueftihrungsfonn der Erfindung wurde ein Gitter 22 aus NO.22-Draht mit vier Windungen pro cm (10 Windungen pro inch) gewickelt j der Aluminiumwinkel w,ar ein zwei 2" χ 2" Aluminiumwinkel und die Triggerstange 23 hatte die Abmeßsung von näherungeweise 1" χ 1/4" mit einer auf aie aufgebrachten 20-gauge wärmeschrumpf- »aren Isolierung· Hit einer solchen Struktur von näherungaweise 1 m Länge wurde ein Laserleiatungeauegang in der Größenordnung von 4 Joule pro Impuls bei einer Impulswiederholungerate von näherungsweise einem Impuls pro S β kund β (diese Wie.derholungsrate war durch die zur Verfügung stehende Energiequelle begrenzt) erreicht.

Das Gitter 22 kann beispielsweise durch ein Drahtgewebe ersetzt werden., vorausgesetzt, daß Gewebe ist genügende durchlässig für die Ionisierung der ersten Entladung zur Schaffung der erforderlichen Schicht von ionisierten Gas auf der Oberfläche des Gittere im Bereich der Kathode 15· Die Anode kann beispielsweise dl· Jorm einer mit Gewinde versehenen Stange aufweisen, wobei die Triggerelektrode ein isolierter Draht sein kann, der In die Ausnehmungen des Gewindes der Stenge gewiokelt ist.

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Claims

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Patentansprüche

„ /Queranregungssystein für einen Molekulargaslaoer, gekennzeichnet durch einen Hochspannungsimpulsgenerator, ein Paar von Hauptentladungselektroden, die mit dem Impulsgenerator verbunden sind und eich in Längsricht ng des Laserhohlraumes erstrecken, eine Hilfselektrode im Bereich einer der Hauptantladungselektroden und Mittel zur Zündung einer Entladung zwischen der Hilfselektrode und der benachbarten Hauptelektrode zur Ionisierung des Gases in der unm.lt- ä telbaren Nachbarschaft der angrenzenden Hauptelektrode vor der Zündung einer Entladung zwischen den Hauptelektroden.
2. Queranregungssystem nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet , daß die Mittel zur Zündung einer Entladung zwischen der Hilfselektrode und dtr angrenzenden Hauptelektrode einen zwischen die Hilfselektrode und dl« nicht angrenzend su der Hilfselektrode angeordnete Hauptelektrode geschalteten Kondensator aufweist·

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- ίο -

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfeelektrode auf der Seite der angrenzenden Hauptelektrode abgelegen von der anderen Hauptelektrode angeordnet ist und daß die angrenzende Hauptelektrode mit Öffnungen vorgesehen ist, wodurch das ionisierte Gas in der unmittelbaren Nachbarschaft der angrenzenden Haupt· elektrode eich in den Bereich zwischen die Hauptelektroden erstreckt.

System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Hauptelektrode angrenzend an die Hilfselektrode ein Oitter umfasst und daß die Hilfselektrode eine massive, von dem Gitter durch eine Pestkörperisolierung getrennte Stange ist.

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