DE2042615A1 - Queranregungssystem fur einen Mole kulargaslaser - Google Patents

Description

27. m. nn

Hl/si - 0? 1059

THE MINISO)ER Off ffATIONAL HER MAJESTY'S OAlTADIAH GOVJ

Ottawa, Canada

ijystoiii .für ainon Ho 1 ekul iirgaa 1 ao ar

Die Erfindung betrifft eine Pumpalsktrodenstruktur für die Queranregung von Molekulargaslasern<,

In der kanadischen Patentanmeldung Serial !ίο. 017 sind Verfahren für das Pumpen von Molakulargaslesera beschrieben, bei denen eine Vielaahl von Punktelektroden vorgesehen sind mit individuellen Impedanzen zur Steuerung von zwischen den einzelnen Elektroden und einer einzigen großen Gegenelektrode gebildeten Licht- τ bogen, siehe Beispielsweise Pig.J dieser Anmeldung» Jede individuelle Impedanz bedeutet einen Energie-

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verlust in den Liclitbogenkraisen, aufgrund dessen dor Wirkungsgrad dar I\im;p apparatus? z'edusiart iat. libenso vervielfacht eine Btabilisieriingsainriciituiig für ^j ad en individuell in Lichtbogen stark die Komplexität der Apparatur für das Anregen oder das Pumpen des X-asergases,

Eb wurde nun ge-fundon, daß auf die individuellen Stabiliaiorungijiaped^iasn verdichtet werdoii kann, wann dafür gesorgt; wird, daß das !elektrodensystem großen Bereic'i ein ο a gleichen Fotentialgradi en

in

den Slelröroößnsydtsra UOonvjoiiritten \;ird, bevor ©ine elölstri3Chö XLp.cliins aititritb, Erfindtingsgemäß ist eine Elsktrodonstruktur oc'cr ein Elcktrodensystsm für die

er-Sri^j.^ms oder das Molelrulargaslaservorgeselien, äio k^ino Stabllisieriuagsimpedanz zur Öewährleistuns eines" ordentlichen Betriebs erfordert. Solch ©ixiö Elaktrodenetruktur kann von einer elektrischen l&iorgisrjpeiclieröinriciitiang wie einem geladenen Kondensator alt vorböstiimntsr Kapazität erregt i-iarden. Die GrÖßo eines solchen Konäansators ist abhängig von der .Anregungsenergie des Pumpsystems Die in öinsm Kondensator gospeicüerte Energie ist gleich einhalb Hai die"Kapazität des Kondensators mal dem Quadrat der an den Kondensator angelegten Spannungo Somit ist b$l Einstellung der an dem Kondensator angelegten Spannung und durch seine GröB· die geaamtt Energie, die von der Entladung des Kondensators erhalten werden kann, bekannt, ftpfindungegemäß wird die von dem

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r,u der i'-ljl-urou.^iCuOTilctur ge

liefert',; linorrjic in o:'.:a.".i? Ζ®?.χ;γονίοΰ..ϊ fjOliafe-rt;, die nicht aiisroicht, rii.i Unt'-ricklnu*; orinc/:· IIauptlichtbogons sii

Bei der Bra01131mg ein<;3 Lichtbogens Kuisßhvsn einem Paar von Elektroö<in i/ir-l der Iüj.chijbog3n durch di® Erzeugung c;iiiftr rjroßüi'. Zahl von i-ilo-joii'barcntlaäungspfaden awischon den i51..1o;;?od(:n ß^^imdet. Muse Viel" f achontlaöungijpfade gv:b.:-ji von c,±\ ;n Funkten oder Oberflächen aus, die (.on maxi i/:'·» lon Po ten ti al gr ad i enten aufweisen,, v^j ο-'ω. ο.·α in öic.jcn Sn^ltidunsspfadöii ifächst an, oblgeioh iiirr. .unv/a«>3.G.vo.tev! Tshvj· Anv;ac.!is~ geechwiiißi^lcf-it-ja nie}-.L- -vlaic.¹! sind» iscliließlicli v/ird einer dor Ixv/ie {$cMik;vYi<3 le:U;?/xl. um oinua. Spannungsabfall an clen iilul/troic-n au be •■n.r-jien, dor die Ent~ ladung in den anacrcG Tfadün lc:^cht_t iJion führt zu einer Eonsentr-^uion &;■.;:. :>lc3ci;:;.-i-?e?j.c:'! Ot??onea 3nr Bildung elnee ei\i^:.r;-:ii 1·. l'i ;ra Lichtoogi;;.?.:;. ü^r dann den ßosamten Strora :->:/.1bg}'.·-n dsn Blclctrodan führt<. Das Einsetκen

eines eiui-ji^cn Lichtoo^oiD« sclr^.ifv keine geeign©- te¹ ÄnrsguniS' des ^aserxaediumOo vor der Jürsseu^iuig eines hellen Lichtbogens ist eine .Schauer oder eine Vielzahl von leitenden Glilhfäcu.n av/isahen ä^n Blsktrodcsn vorhanden* die nachfolgend als cino Schauer b&ZGichnet v;ird« Es jauß ein« sorpffAltigcj Untw.racheidung sswischsn der Schauerentladung sr.ji.schön den Blijktroden und einer hellen Lichtbogenentladung get.eoffon werden», Es ist ein

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Ziel der Erfindiiny, helle Idchubocsunent] «wischen den lilelctrorUir zu vervkildon und äio Entladung in de?.¹ Pumpsti'ul-'.tiir alc oinQ iicliaueröntla·" dung während dsr Üa/aar der Entladung aufrecht au erhalten. Pur die ^;©οχ^;ϊιθ1;ο Arboitrjweise des Aurögungssyateins gemäß dor Erfinämiß- Ist os von Bedeutung, düJ3 die y.n dlo lii3.ektrodt.i:.i3trukt\D? in der Form eines Impulaot:; iMigclDyüo öpannim^ ein.; adacruate AnGtiegaKGitawpXitud': vmc{ Dau.or aiifwcjifit» so daß cli3 i)l:riürenKon la a:n: Simdzciu der Sohauex· awischen den in.^kurodon, aio du^cli oine itadftrung in äor Elokbro» denaaQj^ichtun^; odor i:.\ dom ■fölsJrcrodenabßfcaiid bewirkt usrdon^ aui' -jin iib.i.i;-i.U"vi he-rolv"-:es3t'st sind. Bießcr IrapulG trägt daaii b>..i, dia ßehiiuom unter den Ivlciktrodon gleich £;■?. '..irichen. v;vid streut di« Soluwvcu iibf:'? das ga;isio G-G.*.-vo3.U-A--αϊ Fr.Jisoaon don Klcktrod^:"!- i-io laiplitude und aiu Dauer solion derart coin, daß die GasrmreG^-ö-S ^{ΎΟΤ t}-^3:r-'^> ^'■*-"' dnng einsc hol lon Lichtbogens endet:

Dia Erxindimr; botri.fit nlso ©in für cJnon liülekülarKaivlasei·. in dö/i ?.>oin Stabili-

die sisrr'ir-si/j.djratand verxj-aMet uird imd in el swan, die Ei&kbrodimatruktu?."¹ angelwpjfee opro.nri.uit;.; dies Form eines Impuj.aes :-ui.t einer aeLnellsn Anutieg-SKeit, einer Amplitude uno. oinor dorartic;n Dauer, daß der Beginn von hollon Lichtbogencntladungön vermiedwn iat, auf~ weißt ο Dia iSlelrbroäenetruktur v;eist einen giOßesn Be-

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icJi mit gleiche» PotönbiaXjradiojabön auf, der an keinam anderen. I'unkt la doia Klofrbroclensyirbem über-

Die Erfindung wird im folgondön anhand dar Zeichnung beispielsweise beschrieben} in dieser sieigti

Fig. i einen "Längeaufriß einer Laß^rwellea a,us-

ssadcmdsn Kasur-ar mit einer Elektroden·-

struktur gciPxlE äsr 3Brl'lndung, '

Figo S einen O^iex'ucilmitt einer alternativen Elektrodoi'if;trt.ikl;u.v mit uinsa Stift und einem

Blatt odor aii:.om Stab,
3?ig_o 3 'iinen Q-UürecJfr.itt oinar iü

Hit olriüv. "3tii't vxiä einom Zylinder, eiii-:>n Quoioa-'^axitt oinor Stif bi'öi

Fig« 5 οίηώη Quersciaiitt ein^r Blatt imd Blatt oder

^ 6 «inen Qnerachnitt oinor Blatt und Zylinder-E.lektxOdonstruktur»

Fig» ? einen tjuereclmitt oinor Zylinder und Zylinder- | SlelstiOdanö'biciitetur,

einsn Querschnitt einer Draht au Draht« Elsls:trode:ast'>-.''ilctur,

sinon Quersdanitt einer geforraten b^-w. profilierten Elcktrodenstrukt-ur,

Pig.10 ©ine Draufsicht einer profilierten Elektroden Hg.11 ©inert Querschnitt der Blektrodenstruktur der Flg. "O entlang Linie 11-11»

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, 12 ©inen voröinfachten. Schaltplan des

ragungiisy3t©nii3 gea&ß der Erfindung und ,i3 ein achomabiaciiös Diagramm eiuos Doppel-

In S¹Ig₀ ¹I 1st eine lasorwellönaussendöiLde Kammer 10 mit einem sphärischen Spiegel Ii und einem ebenen halbdurchlässig«.!! Spiegel 12 geseigt» Die Kammer ist mit einem geeignet«!! Ilolakularlaserg&s gefüllt _t das durch dia in der ILat-uaer "10 enthalten« Elektrodenstruktur erregb wird« Wie in Pig, ^ dargestellt, um~ faßt diö Elöktroclünsti'aktrir eins erste Vielzahl von Ötiftelefetrodon Ί2, d:'.=3 direkt ralt einer Sammöl~ schien© 1-Ί- verbunden ßin.d und üins svrsita Vielzahl von Stiftelsktrodsn Ί5» die mit einer zweitön Sanmelschione 16 verbund on üinü. Die Samraelechienan 1··!· und ^y'G sind üb^r ainax Schalter "ίδ mit eins.a Kondensator Ί? verbunden, der 'in "Verbindiuis mit einer geeigneten Gleichstrorasspenniingsqu-sllö steht. Der Schalter 18 ist in ^ins der Saiaraslsc3aicneii 14 od®r 16 geschaltet, um öina Entladuas dos Kondensators 17 durch die JElektrodenstruktur in öor laser^sllea aussendenden .KaiDiaer bzw» Lasörlcemmer 10 zu bewirken. Es iliird ©ine ßchauereatladung awiachen d«5n Stiften 13 ^ad den Stiften 15 ge2iiadet» die die Moleküle der lAserwellea aussendenden Gasmischnng baw_ä der Ltsergassiachung anregt, im die für dan Lasörbatrieb erforderlich* Iavers on,_{u örzeU}g_{0n> w}j_{a ea} begannt ist. Dtr

schemabisch gezeigte Schalter IS ist kein einfacher Schalter sondern tat bevorzugt entwtder ein· getrig- . \

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gerte Funkenstrecke odor ein Kiyratron-Sehaltsysteni» das aur Verbindung des Kondensators 17 ait dor Elektrodenstruktur zu einer vorbestimmten Zeit gesteuert wird <,

In Fig., 2 ist eine alternative Elektrodenstruktur gomUß der Erfindung gezeigt, in der die Vielzahl von Stiften 13 bei ©inßr dar Elektroden des »Systems vorgesehen ist und ein Blatt bzw* eine Klinge oder ©in Stab 19 die Stifte I5 orootst.- Diese Elomente sind in PiSo2 im Querschnitt von einem ISnde des Lasers gesehen gezeigt,, Der Str.b odor das Blatt 19 niit einem

der

größeren ■Oberi'läcJisiibi.reich. als dem »Stifte 15 ₅ ö«n der Stab ersetst, führt au cine:·? 3Ji^s- imd Querverbreiterungder Sch&u&ü.· mid er orrcgt sin größeres Gaavoluüien als os mit dar Stift·--Stiftatroitktur in erfolgen

Bei dor in Fig«3 im Qi-oraclmitt geaoigten Elektroden-Struktur ist di3 'untcru Heihe v.on stiften ^Λ·5 der Fig,i dutrek einon Zylinder cd or ©ine- Stands 20 ersetzte Diese 35lisktroaojistriüd-i?r sieht «ine in^dsutende .Verbssseri'iig gisgonübsr dv.v Stift-Stiftstrulrtur dsr Pigd vor, da sie eins wesentliche ßteigoriing in der An-

giö gegenüber dsr ßtii'u-Stiftstrakttu? äer ermögliciit, Ea soi noch einmal darauf hingewiesen, daß die Schauer aufgrund der Änwesenhsit der Stange oder des Zylindora 20 beachtlich verbreitert und verlängert wird, so daß das von dem Elektrodensystem angeregte Gasvolumen vergrößert wird.

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Di© in den F? gj.1 _? ?. und J dargestellten Elektrodenstrukturen sind allo ira v/osentlichen lineare Strukturen, aie öinen langen achraalen Gasstreif en anregen» Die Eloktrodenstruktur der ITig« 4· kann dort engewendet werden, wo es erwünscht ist, die Anregung in Querrichtung in Beaug; auf den Kichtungsgeber (Director) des Lasers auesuäoknen« Mehrere Reihen von Stiften 13 ersistzen dis einaige ßeilie von Stiftet3 der Fig.'i und,«ine,Massive Kloktrod32i ist gegenüber

otiftreibön
dor Vielfacfö 4tnord;iung positioniert «ur Schaffung einer EntladiixiT,, die aioh übor oin v/taaentlichas Volumen cios Ga3erz üratreckt;, Dit Form der JSlektrodö 2Λ wirr« unter Bfjachtuag dor gevnmBohten Potenbielgradient©n< die avriachen <lon Elektroden nui'recht zu erhalten sjlid,

Kinc ',/G it ere 'luBfiihruiigRiOrri einer Slektrodenatruktur ist; in Fig»5 dargeotellt, bei der zwei winkelförmige Glieder mit ihren Flonsohan zuoinanöer ^©ricütet an*- georänet sir-/:l »ur Schaffung ©iner Struktur» die wirkungsi^oll ein Paar von Blättern oder Stangen Dil~ det, zwischen denen di.® Entladung auftritt.

Fig_o6 »eigt im (Querschnitt eine Blektrodenetruktur mit einem über einem Zylinder 25 angeordneten Blatt 24-In B*igc7 besteht die Blektrodanaftruktur aue einen Paar von Zylindern 26 und 2?> dlö parallel eueinonder positioniert sind« In Fig_e 8 wird ein Paar von Drähten 28 und 29 verwendet _% die die Reihen von Stiften ij und

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Fig,·« 9 seist oia. Paax¹ von gefemüue-n baw«. profilierten Elektroden 30 und 31,. sävrischon denen eine Schauerentladung erhalten wird, so daß ein größeres "Volumen des Lasörgases angeregt tfird» Bis Elektroden 30 und 3"! können anstelle von .^lattsn, festen Oberflächen |

mit Abstand angeordnet« l-9itanä© Nippon oder Blätter bzw« Hssserko.ü.'üalttii f;ufweioon, ä±& mit Eücksicht auf de-n ervjünschtcin Potor-.tialgradienten ;svjinch©n den ElöJtetroden vor der Zündung a&r Sciiauöi'antladimg profiliert sind» In Pig-^Q ist oine .Elektrode 32 in Draufsieht g0K©igt_r, die ari3t'3lliiJ sntv/oder dor lülektroäe 30 oder der Eleki;rpd® ;Ü dor Pig «9 verwandet uvsröon kanno Eino QuarsoiuiJ.ttaansiGht dlesar Bloktrod© 32 '.ist in r1 gezeigt,

^2 zeigt schematisoh eine ©loktrisehe Schaltung für die Erregung dar Elektrodanstrukturen gemäß der Erfindung» Wie gezeigt, umfaßt die Schaltung eine Elaktrodenstruktur 40, einen Kondensator 41 und eine Sctialtöinriclitung auf, die eine getriggerte Funken* atreekö mit gebogenen Elektroden 43 und 44- umfaßt, die durch einen ü?riggerkreis 45 g«triggert wird« Der Krsis umfaßt «ine Hochepannungsgldichsisromquelle 46 und «inen Strombegrenssungereihanwiderstand 47» Die Klemmen 48, 49, 50, 5*1 und 52 sind in dem Diagramm ohne Verbindungen zu diesen Klemmen goseigte Die Eiern»·

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man 48 micl 49 können evu dan Klemon 5'i und 52 oder zwischon die iCiemiiiou ;H und 50 verbun&en warden* Wann die KlÄßmien ~l& und '-;·9 sju" den Kieiaiaen 5"? und 52 verbunden werden, ist dia Schaltung eines Ladawiderstandes »wischen die Klemme 50 und die Klömme 52 erforderlich., τϊτΐί den Ladekreis für dsn Kondensator 5"ί zu vervollständigen. D±& ϊητ die G-leichatromquelle vürvjenciotö PölSTiiJäc ]>:exm vai'iiirt vordem dcii«, entwodör die EloF.ae 48 ocl&r: die Κ3.θμιιο 49 iob positiv und iJede Klaaims kann aus Bichsrheitsgründsn und anderen bekannt-.üu elolctrisch-an Hückaichtsn geerdat sein«

Wie oben erläutert, trird öia Qrö&o das £r3?agung8~ kondenaaboPB 4-1,. dor i'ü,: clia Erregung der Elektroden verwendet -wird, in Abhängigkeit von dar Ausgangsspannung; der Ci-lsicliatroiiiquell« 4S, dom Bareich mit hohem Potöntialgradionten, der Blsktrodenform und der Gas2iusaifliflc.n3ota\3.af5 gewählt, um eine holla !lichtbogenentladung zwischen dan Elektroden zu vermeiden. Ea ist sbenso erwünscht, die in dor Schaltung der Fig_e-i2 vorhandene Induktivität auf ein Hinimum herab' aus«tzsn_t um die Anstiegszeit der an die Elektroden-Struktur 40 angelegten Spannung au steigern, line schnelle Anstiegszeit bot der Anregungaspannung trägt dazu bai, die Schauern »wischen den Elektroden gleich au setsen und breitet die Schauern über das Volumen des Gasea

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''3 Sf-igt ein Doppel rVimk^Ä^trcek iü. das ein "taar von kc^" i^Korvvn ffunk^nstr&cksn

iiyetoiii"' 53 und ^l~A verwendet. Das/in $:-.&-. ■'.·> weis α einen viel größeren Wirlcungc ·;:?ί?.ά ;;ui* und :lat von großem Wert insbesondere, wsiin höh α Wi «äm.\ao !ungeraten erforder3..1ch sind ν UnIiGr normalsn B^triubnbeaii wird CwF Speialierkondens&oor 55 fxaJ! das Potentini aufgeladen<■ Wenn, die Fuuksnstrecko 53 ,Se* schloöBcn -d-rd. tritt äiB Spanuuiir; :--,vd.s«:-J.ion den Elektroden 5? auf -r.no bov/irkt iCntΠadimgon· 3)ie 6^e~ samt® in die Siit ladungen gehend ο Energie wird von den Entladuugflkondanaator 5β gcotvUfcrt. dex' rJ.ner spfi^ifiscliön Ladimrjwiti©ng;e geatattöt r.o. riioßcm. bevor eine die angelegte Spaonving luiwir^ecvTa mac-hende entgeEö&gesetnte Spannung sich aufbaut* die poi-xohl dio Elektrodsnantladunger als auch die Leitfähigkeit der Funkenstrecke 53 beerdet. Am Ende dieses Sjklusses sind näherungswei'se gleiche Snergieinengen in der Entladung verbraucht und in dem Entladungskondensator 56 gespeichert worden. Wenn die Funkenstrecke 54 geschlossen wird, wird die in dem Entladungskondensator 56 gespeicherte Energie in den Entladungen verwendet, die zwischen den Elektroden 57 auftreten, Somit wird nahezu die gesamte von dem Speicherkondensator 55 aufgenommene Energie in der Entladung verwendet» Wenn der Speicherkondensator 55 in Bezug auf die Summe der Entladungskondensatoren groß ist, tritt nnr eine kleine Spannungsänderung über diesen Kondensator auf und die in dem Begrenzungswiderstand 58 verbrauchte Energie ist gering« Wenn der Begrenzungswiderstand 58

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BAD ORlGWAL

durch, ciiio Ir\aii!;^''.Yitt.t κ,^ζ-::'^'-: vrj.j?a\ sriCoi^'i; bei einer e-p®zi:::.3ch:in V/iederhoii ^i;_.;:'-Wb jitsi'r^cni'/rtK riio EaorgiCviT>::.rt:e?.fmy von tv-.r ^loiOii^troiLfUiollo au dor SntlacVong ΐ,Ι'ό cinÄii Uii'lam^s^rad nahy bei 100 %.

ß'soiyiis i?aiikea.ßtxlocken ε.ϊ.ηα i^v; Kav»ä^I «raältlieh ymi werden 0;i:^:n;ciol3vj:-i5iyc vt>n >i".^r 7 ChlViCv

- Patentansprüche -

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BAD OR/Q_iNAL

Claims (1)

1. 'F a υ δ ü t a a ,3 ρ r ii ο ii o

   1Λ Q,u©r-anro(3ung3 syst »:-μ,ι für oijiui Holukulargas-— laa or, dadurch f^j; e k «snn5ioichnet , a&ii &ine Hochßpannangiui2ipiiliac|Vi*ülXft und eine direkt KU der Quoll© -verbündend Blektrodenatruktur vorgo&fchea ist, ilaB dao Elektroden* system eiiio)n großen Bersiob miu ^loiohem PotQMitialcsradieaösii aufweist und daß dar Gradient an keinen Piinlct dsa Mektrodenp-ystepiß überöchrit- ten wird, bevor öi:ao -elefctriiäohe Entladung zwischen den !Elektroden auftritt·

   2» System naeli Jinspriich i, dadurch gekenn-Ke i c hü θ t , daß die Hoühspannungsimpula·- eine Hooliapannungagloiclistromcitialle, ©izu dor Hochopammngse^-eichstiOmatiell© vor* bundenan Speiciierkondensator und Schalt er einrichtungen isur Parallelschaltung dos Kondensators mit den Elektroden umfaßt.

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   3« Systöia nach Anspru·;¹.). i odor 2, dadurch, g φ ■■ k 8 η η ζ ä i ο h :i « t , daß die KLakurodan·- a.truktur mit \bsvaiu ;^ngaoj:'dnetvi St if fcreihon aufweist, uobei dia Stifta in jüder Seih©, geganiibörliögead ku dan Stiften dc;r Heili« äsr Gegönelektroode an^GordJiet sind, v/odurcli Schauerentladiuasea zwisohan den finden der gegenüberliegenden Stifte gosühdöt we

   4. Elektrodanötruktur für uin Systsm nach Anspruch 1 oder 2_f gekennzeichnet durch eine länglicho Stange oder ein längliches Blatt und eine Vielzahl von Stiften, die im wesentlichen mit gleich em Äbntand von der Stange angeordnet sind und sich im rechten. Winkel au der Längsrichtung der Stange oder dee Blattes erstrecken» wodurch eine Schauörentladung von den Spitzen der Stifte zu der Stange oder dem Blatt gezündet werden kann.

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