DE2232810A1

DE2232810A1 - Dreielektrodenaufbau zur transversalen anregung eines gaslasers

Info

Publication number: DE2232810A1
Application number: DE2232810A
Authority: DE
Inventors: Graham Everett Hyne
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1971-09-13
Filing date: 1972-07-04
Publication date: 1973-03-15
Also published as: JPS4840395A; JPS501386B2; GB1333519A; CA907114A; US3848202A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM, DR. DEUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE 9 9 *3 9 ß 1 Π

Je/th- T ΊΊ85 München, den -4 _Jüu

THE MINISTER OF NAiTIONAL DEFENCE OF HER MAJESTY'S CANADIAN GOVERNMENT

Ottawa / Kanada

Dreiexektroaenauxbau zur transversalen Anregung eines Gaslacers

Die Erfindung bezieht sich auf transversal angeregte Gaslaser, die bei atmosphärischem Druck arbeiten, und im besonderen auf Kohxenaioxidlaser. Heuere Entwicklungen auf dem Gebiet der Gaslaser haben es erlaubt, bei Atmosphärendruck zu arbeiten. Dieser Betrieb ist ausgeführt worden, indem man eine elektrische Entladung quer zur optischen Achse des Lasers benutzt, um am Lasergas zu pumpen und so Laserbetrieb zu erhalten. Wo die Laservorrichtung ein Oszillator ist, wird ein Gerät, das als optischer Resonator bekannt ist, benutzt, um Oszillation mit einem teilweise reflektierenden Spiegel zu erhalten, wexcher am einen Ende des optischen Resonators verwendet wird und durch den hierdurch die Ausgangsleistung des Laseus erhalten wird.

Der· ursprüngliche Exektrodenaufbau, der bei Kohlondioxidxaijern, die bei Normaldruck arbeiten, benutzt wurde, bostand

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Dr. Müller-Bore Dr. Manitz ■ Dr. Deufel · DIpl.-Ing. Finsterwald Dfpl.-Infl. Grämkow

33 Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 München 22, Robert-Koch-Strafle 1 7 Stuttgart-Bad Cannetatt, MarkttfraB·

Töleir»! (O¹T)I) 73887 TnIcUm (0811) 2i):«i4ft. Ti.-Iox S-22Q50 mbpat Telefon (0711) 587281

Hank /uritiiilkui.su lliiym Vullcb.iiikiMi. Mtirn.liuii. KIo.-Nr 9822 F'ostschetk : München 95495

aus einer vergrößerten Anode, die sich parallel zur optischen Achse des Lasers erstreckt, wobei eine Vielzahl von nadelförmigen Elektroden auf der anderen Seite der optischen Achse gegenüber der Anqrde angeordnet ist. Eine elektrische Kapazität mit einem angemessenen Wert wurde auf ein hohes Gleichspannungspotential z. B. 35 kV aufgeladen und über den Elektrodenaufbau entladen, um das Lasergas im Laserhohlraum anzuregen. In der kanadischen Patentanmeldung 17 844 von Jacques Beaulieu, eingereicht am 19. 4·· 1968, wird ein solcher Elektrodenaufbau vorgeschlagen, in welchem einzelne Impedanzen mit jeder der nadeiförmigen Elektroden verbunden sind, um die Entladungen zwischen den nadeiförmigen Elektroden und der Anode zu stabilisieren. Andere kanadische Patentanmeldungen von Interesse sind 060 715 von Albert Laflamme et al und 060 716 von Martin Haie et al, beide eingereicht am 29. 8. 1969.

Es ist bekannt, daß zum richtigen Ablauf des Laserbetriebes der !Typ der Entladung zwischen den nadeiförmigen Kathoden und der Anode eine sogenannte gleichförmige oder diffuse Entladung sein sollte und keine leuchtende Bogenentladung. Eine leuchtende Bogenentladung ist durch eine Ladungsträgerkonzentration an einer oder mehr Stellen in dem Laserhohlraum charakterisiert, durch welchen im wesentlichen die ganze elektrische Entladung abläuft und ist weiter gekennzeichnet durch eine leuchtende elektrische Entladung zwischen Anode und Kathode. Eine schauerartige Entladung ist manchmal vorhanden, bestehend aus einer Vielzahl von feinen sichtbaren fadenförmigen Entladungen des Bogens. Wenn ein leuchtender Boden oder eine Streifenentladung auftritt, wird am Gas im Laserhohlraum nicht wirksam gepumpt. Eine schauerartige Entladung ist auch weniger wirksam als eine diffuse Entladung,

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aber wirksamer als der leuchtende Bogen.

Im Gegensatz dazu sieht man, wenn eine diffuse Entladung oder Plasmaentladung vorliegt, eine breite Fläche der Entladung oder des Glimmens, welche keine leuchtenden Fäden in der Entladung besitzt, sondern die Entladung hat einheitlichen Charakter durch den ganzen Laserhohlraum. Wenn eine solche diffuse Entladung vorliegt, wird die höchst wünschenswerte Besetzungsumkehr des Lasergases erhalten und man erhält kräftige Laserimpulse. Grundsätzlich sind alle Kohlendioxidlaser, die bei Atmosphärendruck arbeitenlmpulsvorrichtungen, welche mit einem elektrischen Hochspannungs-Hochstromimpuls von extrem kurzer Dauer, z. B. 1 MikroSekunde, angeregt werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Elektrodenanordnung für die transversale Anregung von vielatomigen Gaslasern und im besonderen auf Kohlendioxidlaser. Hit einem konventionellen Laser mit nadeiförmigen Elektroden der Art, welche in der Beaulieuanmeldung erläutert wird, ist der maximale Strom pro nadeiförmiger Elektrode begrenzt auf ungefähr 10 Ampere. Mit dem Elektrodenaufbau der vorliegenden Erfindung ist der Strom ohne das Eintreten von leuchtenden Bogenentladungen bis zu 3000 Ampere pro einzelnen Kathodenteil erhöht worden. Darüber hinaus erlaubt die vorliegende Erfindung die Konstruktion von Lasergeräten mit extrem kurzen Laservorrichtungen, z. B. wurde ein Laser gebaut, welcher eine Kathode besitzt, welche sich über eine Anode entlädt und eine Laserausgangsleistung von 50 KW liefert bei einer Ausgangsenergie von 10 Millijoules und einer Pulslänge von 100 NanoSekunden.

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— /μ _

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Elektrodenanordnung für die transversale Anregung eines Gaslasers eine Anode, die sich parallel zur Laserachse im Iiaserhohlraum erstreckt, zumindest eine Kathode, angeordnet auf der der Anode gegenüberliegenden Seite des Laserhohlraumes, wobei sich die Kathode in Richtung der Anode erstreckt und mit einem Ende auf die AnoÄe gerichtet ist. Eine ebene metallische plasmaerzeugende Elektrode ist zwischen Anode und Kathode angeordnet und besitzt eine öffnung, welche in Ausrichtung mit dem Ende der Kathode ausgebildet ist. Die plasmaerzeugende Elektrode ist auf der gleichen Seite der optischen Achse angeordnet wie die Kathode, und der Zwischenraum zwischen dem Ende der Kathode &e d«g Kathode und den Kanten der öffnung in der plasmaerzeugenden Elektrode ist im allgemeinen viel kleiner als der Abstand zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode. Die plasmaerzeugende Elektrode ist mit der Anode über eine strombegrenzende elektrische Impedanz verbunden, welche nur Störimpedanz sein kann, wobei auf das Anlegen des Hochspannungsimpulses zwischen Anode und Kathode eine Initialentladung zwischen dem Ende der Kathode und der plasmaerzeugenden Elektrode auftritt und dann eine diffuse Hauptentladung mit großem Durchmesser zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode auftritt (die plasmaerzeugende Elektrode wird die Kathode der diffusen Entladung). In der bevorzugten Elektrodenanordnung wird die Kathode verlängert und weist ein abgerundetes Ende auf, die plasmaerzeugende Elektrode hat eine kreisförmige Öffnung, deren Achse den Krümmunßsmittelpunkt des abgerundeten Endes schneidet, und ist unter einem Winkel von ungefähr 45° abgeschrägt auf der Seite der Elektrode, die von der.Kathode weg liegt. Vorzugsweise üio^t; die Größe der öffnung in der plasmaerzeugenden

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Elektrode im Bereich von 1/2 bis ungefähr 3 und mehr Mal des Durchmessers des abgerundeten Endes der Kathode· Eine kleinere Größe des Loches führt zu Abschnürungseffekten.

Es ist im Rahmen dieser Erfindung ebenso beabsichtigt, eine Elektrodenanordnung vorzusehen, welche eine Vielzahl von Kathoden und eine plasmaerzeugende Elektrode vorsieht, in welcher eine Öffnung gegenüber jeder der Kathoden vorgesehen ist, so daß eine diffuse Entladung von der plasmaerzeugenden Elektrode „zur angrenzenden Anode auftritt, welche von jeder öffnung in der plasmaerzeugenden Elektrode ausgelöst ist. Die Kathoden können z. B. in einer einzelnen Reihe parallel zur optischen Achse des Laserhohlraumes angeordnet sein, oder können auf eine Ebene parallel zur optischen Achse und symmetrisch zur Ebene der Anode verteilt sein.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

.Fig. 1 ein schematisches Diagramm, teilweise im Querschnitt, um den Betrieb des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Elektroden eines Lasers gemäß der Erfindung

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Gerätes von Fig. 2,

Fig. 4- eine perspektivische Ansicht eines Gerätes mit einer Vielfachkathode gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild eines Systems zur Zuführung der Energie des Lasers, gemäß der Erfindung, und

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Fig. 6 ein Schaltbild einer alternativen Ausführungsform.

Anhand von Fig. 1 wird ein Laser mit einer einzelnen Kathode gemäß der Erfindung beschrieben, welche aus einer Anode 10, einer Kathode 11 und einer plasmaerzeugenden Elektrode 12 besteht. Eine öffnung 13, welche abgeschrägte Kanten 14 besitzt, ist in der plasmaerzeugenden Elektrode 12 vorgesehen. Durch Anschluß von Anode, Kathode und der plasmaerzeugenden Elektrode an einen geeigneten elektrischen Schaltkreis wird eine Plasmaentladung oder diffuse Entladung

15 zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode 12 und der Anode 10 erhalten. Die Plasmaentladung 15 ist sehr wirksam, für das Pumpen eines COp-Lasers, dessen optische Achse bei

16 dargestellt ist. Wenn Hochspannungsimpulse zwischen der Anode 10 und der Kathode 11 angelegt werden, bilden sich diffuse Entladungen zwischen der Anode 10 und der plasmaerzeugenden Elektrode 12 und man erhält Laserbetrieb in einem Resonanzhohlraum.

Typische Abmessungen für eine derartige Laservorrichtung sind ein Durchmesser der Kathode von 1/32 bis 1/4 inch oder mehr, eine Dicke der plasmaerzeugenden Elektrode 12 von 1/16 inch, ein Durchmesser des Loches 13 der größer oder gleich dem der Kathode ist, und ein Winkel der abgeschrägten Kanten 14 von ungefähr 45°. Die Größe des Loches sollte normalerweise, um Abschnürungseffekte zu vermeiden, nicht kleiner als die Hälfte des Kafchodendurchmessers sein, er ist vorzugsweise bis zu 3 Mal so groß wie der Durchmesser der Kathode, kann aber auch größer sein.

Der Abstand zwischen der Anode 10 und der plasmaerzeugenden Elektrode 12 ist abhängig von der angelegten Spannung und ist für einen Spannungsbereich von 15 bis 45 kV in der Größenordnung

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von 1/2 bis 1 1/4 inch· Größere Entfernungen sind bei höheren Spannungen optimal. Bevorzugtes Material für die Anode 10 und die' plasmaerzeugende Elektrode 12 ist Aluminium, und bevorzugtes Material für die Kathode ist nickel oder vernickelter Stahl. Laser, wie sie in Fig. 1 beschrieben wurden, sind unter Verwendung von Messingteilen gebaut worden, wobei jedoch nach 2 oder 3 Stunden Betrieb sich die charakteristischen Daten des Lasers zu verschlechtern beginnen, während, wenn plasmaerzeugende Elektroden und , Anoden aus Aluminium in Verbindung mit Kathoden aus vernickeltem Stahl verwendet werden, der Ablauf des Laserbetriebes ohne Verschlediterung über eine lange Zeitspanne erfolgen kann. Je höher die Spannung und je größer der Strom, de st» breiter ist die zylinderförmige diffuse Entladung 15. -Das Gerät scheint nicht kritisch zu sein in bezug auf das Gasgemisch, und der Ablauf des Laserbetriebes ist in einem breiten Variatiönsbereich des Gasgemisches möglich. Es wird bevorzugt COp-Laser mit weniger als der üblichen Menge Helium im Gasgemisch zu betreiben} eine typische Gasmischung ist 1? % CO₂, 70 % Helium und 13 % Stickstoff. Das Gerät, wie es beschrieben wird, arbeitet gut bei Atmosphärendrück und bei bestimmten Ausführungsformen wurden 3 getrennte Lichtimpulse pro elektrischem Impuls, der die Energie zuführt, erhalten. Nach dein in Fig.1 . veranschaulichten Grundgedanken wurde gemäß Fig.2 und 3 ein Laser gebaut, und in Betrieb gesetzt» Der Laser, der. in Fig. 2 und 3 beschrieben wurde, besteht aus einer Anode 10, einer Kathode 11 und einer plasmaerz'eugenden--Elektrode 1i?« Dieses Gerät- wurde gebaut mit eiiier Aluminiumanode der Größe 1 inch ζ: 1/2 im h und abgerundeten Eck en,..wahr end, die plasmaerzeufrende Elektrode aus einer ilachen hessingplattc der Größe'1^U mal 1" «al 1/32" beistand, in welche-· in..de-r Ilitie -. ein "Jf¹I-di Lov.ix(λ -bohrt war.; Die= I athode bestand" au?·, oinei ...

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BAD OFUGINAl.

Nr.
vernickelten Nadel der/TOO , hergestellt von der Fa. Gala Toledo. Der Elektrodenaufbau, welcher in den Pig· 2 und 3 beschrieben wird, wurde in einem Acrylrohr mit Laser spiegeln an beiden Enden montiert. Ein zu 100 % reflektierender Spiegel mit einer Brennweite von 2 1/2 m wurde am einen Ende eingebaut, während am anderen Ende ein zu 98 % reflektierendes Fenster eingebaut wurde. Bei Verwendung eines Gasgemisches aus 66 % Helium, 17 % Stickstoff und 17 % Kohlendioxid und des elektrischen Schaltlildes nach Fig. wurde eine Äusgangsenergie von 10 Millijoules bei einer Spitzenleistung von 50 XW und einer Impulerate bis zu 40 pro Sekunde erhalten, wobei die Impulsrate durch, die Leistung begrenzt wird, die das Stromversorgungsgerät liefern kann. Sie Kapazität, die ursprünglich als Hauptentladungskondensator verwendet wurde, betrug 0,002 Mikrofarad. Wenn dieser Wert auf 0,0005 Mikrofarad erniedrigt wurde, konnte der Ablauf des Laserbetriebes durch eine Erhöhung des Prozentgehaltes von Helium auf 75 %» unter Beibehaltung des Verhältnisses de» C'Og- zum N^-Anteiles von ungefähr 17 * 13» aufrechterhalten werden.

Fig. 5 beschreibt das elektrische Schaltbild, das zum Ablauf des Betriebes des Lasers nach den Fig. 2 und 3 dient. Die Kathode 11 ist direkt mit Hasse und dem Anschluß 17 der Hochspannungsversorgung verbunden. Die Anode ist über den Kondensator 18 mit 0,005 Mikrofarad und den Widerstand 19 mit 4 M& mit dem anderen Anschluß 20 der Lei β tungever sorgung verbunden. Die plasm&erzeugende Elektrode 12 ist über den Widerstand 21 mit der Anode 10 verbunden. Der Wert dieses Widerstands ist nicht kritisch; verwendet« Werte variierten von 5 bis 100 Kä . Ein weiterer Widerstand 22, welcher einen Wideretandswert von 1 MÄ besitzt, verbindet dl« Anode 10 mit der Kathode 11. Die Kapazität 18 wird durch

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die Hochspannungsversorgung aufgeladen, die mit den Anschlüssen 17 und 20 verbunden wird, und wird durch die funkenstrecke 23 entladen, welche durch eine Trigger schaltung (nicht gezeigt) betätigt wird. Hit einer an die Anschlüsse 17 und 20 angelegten Spannung von 35 KV wurde ein guter Ablauf des Laserbetriebes bei Verwendung eines Gasgemisches von 17 % Kohlendioxid, 70 % Helium und 13 % Stickstoff erhalten.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Lasers mit 3 Kathoden gemäß der Erfindung. Wieder sind die Kathoden 11 angrenzend an Offnungen in der plasmaerzeugenden Elektrode 12 angeordnet, und es tritt eine Plasmaentladung oder diffuse Entladung zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode 12 und der Anode 10 auf. Es ist eine Triggerplatte 30 aus Messing vorgesehen, in welche Lager eingepaßt sind, so daß das Einstellen der Position der Kathoden 11 bezüglich der plasmaerzeugenden Elektrode 12 einzeln durchgeführt werden kann. Sas Gerät, welches in fig. 4 beschrieben ist, wurde gebaut mit einer plasmaerzeugenden Platte der Länge 3 inch und einer Anode der Breite 1 inch. Dieser Aufbau wurde impedanzmäßig mit dem elektronischen Schaltbild betrieben, welches in fig. 6 gezeigt wird. In diesem Fall schließt die strombegrenzende Impedanz für die plasmaerzeugende Elek&de eine äußere Kapazität 24 ein. Es wurden Impulse von 55 Millijoules mit einem Kondensator 18 der Größe 0,005 Mikrofarad,·welcher auf 32 KV aufgeladen war, erzeugt. Das verwendete Gas bestand aus 80 % Helium und je 10 % Kohlendioxid und Stickstoff. In weniger als 0,1 % aller Fälle erzeugte die plasmaerzeugende Platte keinen Ablauf des Laserbetriebes. Die Entfernung zwischen der Anode und der plasmaerzeugenden Platte war 3/4-¹¹ und die

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zwischen der plaema^seugenden Platte und den Kathoden 11 betrug 1/32*. Später wurd© der in lig. 4 beschriebene Laser abgeändert, indem die plasmaerζengende Elektrode in 3 getrennte Teile-, welche untereinander mit einem Stück Meßdraht der Nr. 22 verbunden waren, welcher- as die Platten innerhalb de» Eonlrausöß angelötet war, serlegt wurde, wobei für die plaeaasiseugöiide Elektrode eine gemeinsame Zuführung angebracht war. Aus Gründen, die nicht erklärt werden, wurde über die ganze Länge des Lasers ein® einheitliche Verteilung de» Plasma erhalten. Dieses Problem wurde später gelöst, indem für dia Anode lind die eins ©Inen plasmaerzeugenden Platten Aluminium verwendet wurde.

Später wurde ein Laser mit 32 Kathoden und 32 plasmaerzeugenden Elektroden gebaut, was einen Laser mit einem optisch aktiven Hohlraum von 32" lieferte. Dieser Laser erzeugte bei einem beschränkten Testlauf eine Laserenergie von 1 Joule, bei einer angelegten Spannung von 38 KV, einem Hauptentladungskondensator von 0,02 Mikrofarad und 4 Impulse pro Sekunde. Die Entfernung zwischen der Anode und der plasmaerzeugenden Elektrode betrug 1/2^K, die Länge der Stromimpulse an der Basis betrug 60 Nanosekunden und der Strom pro Kathode betrug 100 Ampere. Der optische Teil bestand aus einem Spiegel mit einer Brennweite von 10 ι und einem zu 20 % reflektierenden Fenster. Die Abmessungen des Ausgangssignales des Lichtes von 10,6/u waren rechteckig von der Größe 9/16" und 3/8". Nach ungefähr 4 Stunden Betrieb wurde die Verunreinigung der Elektroden zu einem Problem und der Laser lieferte keine Ausgangsleistung mehr. Später wurde ein 12-Kathodenlaser, gemäß der Bautechnik, welche in Fig. 4 gezeigt ist, gebaut, wobei die plasmaerzeugende Elektrode aus einer Messingplatte mit 12 52-er Löchern, abgeschrägt in Richtung der Anode, und mit den Abmessungen 12 inch mal 2 inch mal 1/32 inch, und

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die Anode aus einer Platte aus rostfreiem Stahl bestand. Die Form der Plasmaentladung zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode war leicht konisch, wobei der Punkt, wo der Sonus begann, in den abgeschrägten öffnungen der plasmaerzeugenden Elektrode lag· Die Anode wurde durch eine Aluminiumanode ersetzt und damit wurde das erzeugte Plasma Zylindrisch· Die plasmaerzeugende Platte wurde durch eine aus Aluminium ersetzt, und schließlich wurden die Anode und die plasmaerzeugende Elektrode sandgestrahlt. Der Laser wurde 50 Stunden ohne irgendeine Verunreinigung der Elektroden betrieben.

Während des Betriebes des Gerätes, wie es in Fig. 4 beschrieben ist, stellte es sich als notwendig heraus, die Entfernung zwischen den Kathoden 11 und der plasmaerzeugenden Elektrode 12 einzustellen. Diese Einstellung wurde mit 30 KV Gleichspannungsimpulsen durchgeführt, welche an den Laser angelegt wurden. Bei einer Entfernung zwischen den Kathoden 11 und der plasmaerzeugenden Elektrode 12 von 1/4", scheint es, daß zwiechen der Kathode und der plasmaerzeugenden Elektrode Lichtbogen gebildet werden, und außerdem zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode ein getrennter Lichtbogen entsteht. Wenn man den Abstand zwischen den Kathoden und den plasma erzeugenden Elektroden verringert, bildet sich zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode ein homogenes Plasma. Venn man fortfährt, den Abstand weiter zu verringern, wurde ein anderer kritischer Punkt erreicht, an dem die Plasmaentladung zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode 12 und der Anode 10 durch eine Bogenentladung ersetzt wurde. Sie Einstellung der einzelnem Kathode kann so durchgeführt werden, daß sichergestellt ist, daß alle Kathoden den gleichen Strom führen und daß alle Abstände zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und dem nadelformigen Kathoden gleich sind. Dies

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stellt entlang der ganzen optischen Achse des Kohlraumes das gleichförmige Plasma sicher. Es wird erwartet, daß die Form der Kathoden, innerhalb der Grenzen, die der Hochspannungßbetrieb zuläßt, geändert wird, über die einfachen Zylinder mit abgerundeten Enden hinaus, welche im wesentlichen den gleichen Eadius haben wie die Zylinder, die beispielsweise in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt sind.

In Fig. 6 wird für den Laser, der in Fig. 4- beschrieben ist, ein geeignetes elektrisches Schaltbild gezeigt. Einzelteile mit einer ähnlichen Funktion wie diejenigen in Fig. 5 haben die gleichen Bezugszahlen zugeteilt bekommen. Zusätzlich wird eine Kapazität 24- mit 0,001 Mikrofarad und ein Widerstand 25 mit 10 MiL, dem Schaltkreis zugefügt. Die Hochspannung wird wieder zwischen die Anschlüsse 17 und 20 angelegt, um die Kapazität 18 über den Widerstand 19 und den Widerstand 22 aufzuladen. Die Kapazität 18 wurde durch Triggern der Funkenstrecke 23 mit einem Triggerkreis, der nicht gezeigt ist, entladen.

Es ist ebenfalls gemäß der Erfindung, daß eine Vielzahl von Kathoden vorgesehen ist, welche anstatt, daß sie auf einer einzigen Linie parallel zur optischen Achse des Lasers angeordnet sind, gleichmäßig auf beide Seiten einer derartigen Linie verteilt sind, und welche tatsächlich abwechselnde Linien von Kathoden bilden, wobei Löcher gegenüber jeder Kathode in der plasmaerzeugenden Elektrode in geeigneter Weise ausgebildet sind· über jeder Kathode ist eine Plasmaentladungssäule zentriert, um im aktiven Volumen des Lasers ein breites Anregüngsband und einen breiteren Ausgang als &en₉ den man mit einer einzelnen

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Reihe von ausgerichteten Kathoden erhalten wurde, zu liefern.

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Aus nicht ganz verständlichen Gründen funktioniert ein länglicher Schlitz^ifistatt der einzelnen öffnungen in der plasmaerzeugenden Elektrode angebracht;/nicht. Es scheint notwendig zu sein, eine einzelne Kathode und angrenzend an jede Kathode eine einzelne öffnung vorzusehen, um richtigen Ablauf des Laserbetriebes zu erhalten. Der Vorteil, den man durch das Vorhandensein der plasma erzeugenden Elektrode erhält, liegt darin, zwischen Kathode und plasmaerzeugender Elektrode eine Entladung auszulösen, und dann zwischen plasmaerzeugender Elektrode und Anode eine diffuse Entladung zu ermöglichen. Auf diese Weise wird das elektrische Plasma vergrößert und auf einen größeren Durchmesser ausgebreitet, als der, den man mit einer einzelnen Elektrode als Kathode erhalten kann, und es wird ein wesentliches Anwachsen des Stromes der Plasmaentladung erlaubt. Auf diese Art und Weise wurden beim Betrieb des Gerätes, das gemäß der Erfindung gebaut wurde, Ströme bis zu 3OOO Ampere pro Kathode erhalten, während die höchsten Werte vor der Erfindung in der Größenordnung 10 Ampere lagen.

Diese ergibt Laserausgänge bis zu 10 Joules pro Liter aktives Volumen des Mediums} durch Optimierung des elektrischen Stromkreises kann dieser Wert noch erhöht werden. Die theoretische Grenze liegt bei ungefähr 30 Joules/Liter.

Die Erfindung hat also einen Elektrodenaufbau für die Anregung eines vielatomigen Gaslasers zum Gegenstand, welcher aus einer Anode, die sich in Richtung der optischen Achse des Lasers erstreckt, einer Kathode auf der zur Anode entgegengesetzten Seite der Achse, und einer plasmaerzeugenden Elektrode besteht, die an die Kathode angrenzt, und eine öffnung in Ausrichtung mit der Kathode aufweist. Wenn ein

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Hochspannungsimpuls zwischen Anode und Kathode angelegt wird, tritt zwischen der Kathode und der plasmaerzeugenden Elektrode eine Initialentladung und dann eine Pumpentladung zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode auf.

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Claims

Patentansprüche

I.JDreielektrodenaufbau zur transversalen Anregung eines Gaslasers, welche einen Laserhohlraum mit einer optischen Achse besitzt, dadurch gekennz eich net, daß eine Anode sich parallel zur Laserachse im Laserhohlraum erstreckt, daß zumindest eine Kathode auf der entgegengesetzten Seite der Laserachse von der Anode aus gesehen angeordnet ist,/die Kathode sich in Sichtung auf die Anode erstreckt, daß eine plasmaerzeugende Elektrode zwischen der Anode und der Kathode vorgesehen ist, die eine öffnung "besitzt, die im wesentlichen in Ausrichtung mit der vorspringenden Kathode liegt, daß die plasmaerzeugende Elektrode auf der gleichen Seite der optischen Achse wie die Kathode liegt, daß der Zwischenraum zwischen der Kathode und den Kanten der Öffnung in der plasmaerzeugenden Elektrode viel kleiner ist als die Entfernung zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode, daß die plasmaerzeugende Elektrode wenigstens eine Streukapazitäts-Verbindung zur Anode hat, wodurch "beim Anlegen eines Hochspannungsimpulses zwischen Anode und Kathode eine Entladung zwischen der Kathode und der plasmaerzeugenden Elektrode und zwischen der plasmaerzeugenden Elektrode und der Anode eine Pump entladung auftritt.

2. Dreielektrodenaufbau zur transversalen Anregung eines Kohlendioxidlasers, welcher einen Laserhohlraum mit einer optischen Achse "besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anode sich parallel zur Laserachse im Laserhohlraum erstreckt, dap zumindest eine Kathode auf der entgegengesetzten Seite der Laserachse von der Anode

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«us gesehen angeordnet ist, daß die Kathode eich In Richtung auf die Anode en treckt, daß eine ebene metallische plaeaaerseugen&e Elektrode «wischen der Anode und der Kathode liegt, die eine Öffnung belltet, welche ia wesentlichen in Ausrichtung nit der Torspringenden Katkode liegt, daß die plaemaerieugende Elektrode auf der gleichen Seite der optischen Achse vie die Kathode liegt, daß der Zwischenraum «wischen de Kathode und den Kanten der Öffnung in der pie esa»- erzeugenden Elektrode viel kleiner ist ale die Entfernung zwischen der plasaaerseugenden Elektrode und der Anode, unf< daS die plasmaerfteugende Elektrode wenigstens Über eine Str^kapatitit Verbindung mit der Anode hat, wodurch beim Anlegen eines Hochspannungelmpulses zwischen Anode und Kathode eine Entladung zwischen der Kathode ■und der plasaaerseugenden Elektrode, und eine Bospentladung Ewischen plasaaerseugender Elektrode und Anode auftritt·

J. P■ :.0lnktrod6UE.ufbau im-:)-- Anspruch 2, dadurch g e k e η η c · i c h u e t,· daS dis lathede ajlindrisch let, daß di® öffnung in der plaaisaerssugesiden. Elektrode kreisförmig iet_t in Ausrichtung; mit üor:· Achse der Kathode liegt, imd unter einem Viiik®! Ton imgsfihr 45° auf der fielte der plasmaerzeugungf!3i liektrod® von der Kathode weg, abgeschrägt ist.

M-. Dreielektrod^Zvaufbau nach Anspruch. 5, dadurch g β k e η η seichnet, iaS &tr Bui?chmesser der öffnung größer ist als die Halft® doe Sui-e-lijieaaers der Kathode.

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5. Elektrodenaufbau nach. Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Kathoden vorgesehen ist und daß die plasma er zeugende Elektrode mit einer Öffnung angrenzend an Jede
Kathode vergehen ist.

6. Dreielektrodenaufbau nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennz eichnet, daß eine Kapazität die Anode mit der plasmaerzeugenden Elektrode verbindet.

7. Dreielektrodenaufbau nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand die Anode mit der plasmaerzeugenden Elektrode verbindet.

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