DE2546512A1

DE2546512A1 - Hochleistungs-gaslaser

Info

Publication number: DE2546512A1
Application number: DE19752546512
Authority: DE
Inventors: Eugene R Peressini
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1976-05-13
Also published as: US3962656A; FR2290770A1; GB1485687A; SE7512334L; IT1052205B; SE404277B; JPS5411240B2; JPS5169389A; DE2546512C3; DE2546512B2; CA1031854A; FR2290770B1

Description

Anmelderin: Stuttgart, 14. Oktober 1975

Hughes Aircraft Company P 5096 S/kg

Oentinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Hochleistungs-Gaslaser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungs-Gaslaser mit einem optischen Resonator und Einrichtungen zum Hindurchführen eines stimulierbaren Gases durch den vom optischen Resonator "begrenzten Bereich mit einer vorbestimmten Unterschall-Geschwindigkeit sowie zum Einleiten eines Elektronenstrahles mit großer Querschnittsfläche in einen den vom optischen Resonator begrenzten Bereich enthaltenden Anregungsbereich in einer zur Richtung des Gasstromes senkrechten Richtung.

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Ein wichtiges Kriterium für die Qualität und Leistungsfähigkeit eines Hochleistungs-Lasers ist die optische Qualität des erzeugten Laserstrahles. Die optische Qualität des Laserstrahles ist ein Maß für die Möglichkeit, den Strahl in einem bestimmten Abstand vom Laser auf eine bestimmte Querschnittsfläche zu fokussieren. Je kleiner die Querschnittsfläche und je größer der IPlächenabstand, um so besser ist die Qualität des Laserstrahles.

Bei Lasern mit strömendem Gas als stimulierbarem Medium und elektrischer Anregung des strömenden Gases wird die Qualität des erzeugten Laserstrahles von der Wechselwirkung zwischen dem Gasstrom und der zugeführten elektrischen Energie beeinflußte Wenn ein mit Unterschall-Geschwindigkeit in einem,Kanal mit konstantem Querschnitt strömendes stimulierbares Gas mit einem Strom angeregt wird, der in dem Gas quer zu dessen Strömungsrichtung fließt, so wird dem Gas durch den elektrischen Strom Energie zugeführt und dadurch das Gas zunehmend aufgeheizt. Als Folge davon wird das Gas beschleunigt und seine Dichte vermindert, während es den Anregungsbereich durchströmt· Die Änderung der Gasdichte kann Phasenverzerrungen in dem erzeugten Laserstrahl verursachen und dadurch die erreichbare optische Qualität des Laserstrahles begrenzen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Anregen des stimulierbaren Gases eines Hochleistungs-Gaslasers zu schaffen, welche die Erzeugung eines Laserstrahles mit einer bedeutend verbesserten optischen Qualität ermöglicht.

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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der zur Anregung des stimulierbaren Gases verwendete Elektronenstrahl eine normierte Elektronendichte D (x) aufweist, deren Wert sich im Anregungsbereich in seiner Querschnittsebene nach der Gleichung

D(x)

I -M₀ ² -4(1 +YM_o ²)x j (1 -M ²) (1 -Cl_x)⁵

.ändert, in der χ der Abstand in der Strömungsrichtung des Gases von dem stromauf gelegenen Anfang des Anregungsbereiches, M die Machzahl der Geschwindigkeit des Gasstromes an dem genannten Anfang des Anregungsbereiches, γ das Verhältnis der spezifischen Wärme des Gases bei konstantem Druck zur spezifischen Wärme des Gases bei konstantem Volumen und <Cdie Schallgeschwindigkeit im Gas bedeuten·

Bei dem erfindungsgemäßen Hochleistungs-Gaslaser wird also das stimulierbare Gas veranlaßt, durch einen Gaskanal mit einer vorbestimmten Unterschall-Geschwindigkeit zu strömen, und es wird ein Elektronenstrahl mit großer Querschnittsfläche in einen Anregungsbereich des Gaskanales in einer zur Strömungsrichtung des Gases senkrechten Richtung eingeleitet. Der Elektronenstrahl hat einen Querschnitt, der im wesentlichen mit dem Querschnitt des Anregungsbereiches übereinstimmt, und weist ein spezielles Profil auf, bei dem sich die Elektronendichte im Querschnitt als Funktion des Abstandes in Richtung des Gasstromes über die Querschnittsfläche

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derart ändert, daß die Elektronendichte an den stromauf und stromab gelegenen Enden des Anregungsbereiches einen Minimalwert und im Bereich von dessen Mitte einen Maximalwert aufweist.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels zu entnehmen Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Hochleistungs-Gaslasers nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 durch den unteren Abschnitt des Gaslasers nach Fig. i, der die Gaskammer und die Düsen der Einrichtung zum Zuführen des stimulierbaren Gases umfaßt,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 3-3 durch die Anordnung.^nach Fig. 2,

Fig. 4a und 4b Details der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 durch einen Teil des Gaslasers nach Fig. 1, der den Diffusor der Einrichtung zum Abführen des Gases umfaßt,

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Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 durch einen Abschnitt des G-aslasers nach Fig. 1, der die Einrichtung zum elektrischen Anregen des stimulierbaren Gases und den Gaskanal mit dem Anregungsbereich umfaßt,

Fig. 7 einen Querschnitt durch das Elektronenstrahl-Fenster der Anordnung nach Fig. 6 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 8 eine Draufsicht auf das Elektronenstrahl-Fenster nach Fig. 7,

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 durch das Elektronenstrahl-Fenster nach Fig. 7»

Fig. 10 eine Draufsicht längs der Linie 10-10 auf das Gitter der Elektronenkanone der Anordnung nach Fig. 6,

Fig. 11 ein Diagramm der normierten Elektronendichte im Elektronenstrahl in der Ebene des Elektronenfensters als Funktion des Weges in Richtung des Gasstromes,

Fig. 12 eine Draufsicht auf ein Tragteil für das Elektronenfenster, das gemäß einer Ausführungsiorm der Erfindung zur Erzeugung der Verteilung der Elektronendichte im Elektronenstrahl nach Fig. geeignet ist, und

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Fig. 13 eine Draufsicht auf ein Gitter der Elektronenkanone, das gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dazu benutzt werden kann, die Verteilung der Elektronendichte im Elektronenstrahl nach Fig. 11 zu erzeugen.

Die in Fig. 1 dargestellte Auaführungsform eines Gaslasers weist eine Anzahl Gasleitungen 20 auf, die dazu dienen, ein stimulierbares Gas mit hohem Druck einer Gaskammer 20 zuzuführen, in der das Gas zu einem einzigen glatten Strom vereinigt wird. Ein Beispiel für ein spezielles stimulierbares Gas, das in einem solchen Gaslaser verwendet werden kann, ist eine Mischung von Helium, Stickstoff und Kohlendioxid in einem Volumenverhältnis von etwa 8:?:1. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Gase und andere Mischungsverhältnisse benutzt werden können.

Der vereinigte Gasstrom fließt von der Gaskammer 22 durch eine Düsenanordnung in Form einer perforierten Platte in einen Gaskanal 24-. Die von der perforierten Platte gebildete Düsenanordnung wird später anhand der Fig. 2, J5 "und 4-b näher erläutert. Ln dieser Stelle soll die Feststellung genügen, daß durch die Düsen der perforierten Platte das Lasergas im Bereich der Düsen auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird und das Gas

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mm, f~f —m

unmittelbar hinter der Düse im Gaskanal 24- Überschallgeschwindigkeit erreicht. Danach wird es durch eine Anzahl von Schockwellen auf Unterschallgeschwindigkeit verzögert. Die resultierende Unterschallgeschwindigkeit ist durch den Druck in der Gaskammer 22 steuerbar.

Das stimulierbare Gas fließt dann durch einen Anregungsbereich 26, in dem es durch einen elektrischen Strom in einen Zustand der Besetzungsumkehi"· angeregt wird, der von einem mittels einer Elektronenkanone 28 erzeugten Elektronenstrom gesteuert wird. Der Strom wird zwischen einer Anode, die an einer Seite des Anregungsbereiches 26 von dem Folien-Fenster für die Elektronenkanone 28 gebildet wird, und einer an der entgegengesetzten Seite des Anregungsbereiches 26 angeordneten-Kathode erzeugt. Die Elektronen des Elektronenstromes und des Anregungsstromes fließen in einer Richtung, die zur Strümungsrichtung des Gases senkrecht steht_o

Ein optischer Resonator der zwei jenseits entgegengesetzter Enden des Anregungsbereiches 26 angeordnete Spiegel 32 und 34- umfaßt, ermöglicht die Erzeugung eines Laserstrahles längs einer optischen Achse 36, die sowohl senkrecht zva? Richtung des Gasstromes als auch senkrecht zur Richtung des Elektronenstromes steht. Wie aus I^?ig. 1 ersichtlich, kann es sich bei dem Resonator um einen unstabilen konfokalen Resonator für nur einen Durchgang handeln, der aus einem größeren konkaven Spiegel 32 und einem kleineren konvexen Spiegel 34-besteht. Statt dessen können auch andere Resonator-Anordnungen verwendet werden. Die Spiegel 32 und 34- können

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Q _

auf nicht dargestellten Trägern montiert sein, die in Richtung der optischen Achse 36 von dem Gaskanal 24· abstehen,. Dabei kann der kleinere Spiegel 34- auf Stützen befestigt sein, die von dem zugeordneten Träger nach innen abstehen. Die Spiegel 32 und 34-sollen in der L_age sein, der hohen optischen Leistungsdichte standzuhalten, die das Ergebnis eines Betriebes bei Atmosphärendruck ist. Außerdem sollen die Spiegel und 34- so ausgerichtet sein, daß sie im wesentlichen eine Korrektur der Änderung der Gasdichte bewirken, die über dem Anregungsbereich vorliegt. Weiterhin kann außerhalb des Spiegels 34- ein nicht dargestelltes, aerodynamisches Ausgangsfenster vorgesehen sein, um das Innere des Gassystems von der Atmosphäre der Umgebung zu isolieren, ohne daß das Austreten des Laser-Ausgangs Strahles behindert wird_o

In Strömungsrichtung hinter dem Gaskanal 24· strömt das Gas durch einen Diffusor 38, in dem das Gas verzögert und komprimiert wird, bevor es in die'Atmosphäre der Umgebung ausgestoßen wird. Durch das Verzögern und Komprimieren wird der Gasdruck am Ausgangsende des Anregungsbereiches 26 während des Betriebs des Lasers geringfügig unterhalb des Druckes der Umgebungsatmosphäre gehalten.

Der die Gaskammer umfassende Abschnitt der zur.Gasführung dienenden Einrichtungen des Gaslasers nach Fig. 1 ist .in den Fig. 2 und 3 näher dargestellt. Yiie oben erwähnt wurde, wird das stimulierbare Gas mit

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hohem Druck der Gaskammer 22 über eine Anzahl Leitungen 20 zugeführt. Der Zweck der Gaskammer 22 besteht darin, Ungleichförmigkeiten und !Turbulenzen im Gasstrom zu glatten, die in den Leitungen 20 entstanden sind, und eine Anzahl Gasströme zu einem einzigen, glatten Strom zu vereinigen. Als zur Erläuterung dienendes, spezielles Beispiel sei angenommen, daß das stimulierbare Gas der Gaskammer 22 mit einer Förderleistung von etwa 7,25 kp/s zugeführt wird und 'der Druck innerhalb der Gaskammer 22 auf etwa 10 at oder mehr gehalten wird. Daher kann, um die strukturelle Festigkeit und Eaumbeständigkeit zu erhöhen, an den Außenflächen der Längswände der Gaskammer 22 eine Anzahl Verstärkungsrippen 39 befestigt werden, die sich parallel zur Kichtung der Achse 36 des Laserstrahles, also senkrecht zur dichtung des Gasstromes erstrecken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Gaskammer 22 aus zwei Abschnitten, nämlich einem unteren Abschnitt 40, der im wesentlichen zur "Verteilung des Gases und Dämpfung von Turbulenzen dient, und einem oberen Abschnitt 42, der im wesentlichen zum Vermischen oder Vereinigen des Gasströme dient. Beide Abschnitte 40 und 42 der Gaskammer haben den Querschnitt eines langgestreckten Rechteckes, dessen Abmessungen beispielsweise 12,7 cm χ 125 cm betragen können. Eine Anzahl von Zwischenwänden 44, die sich parallel zur Richtung des Gasstromes erstrecken, teilen den unteren Abschnitt 40 der Gaskammer

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in eine Anzahl von Bereichen für die einzelnen Ströme, die von den verschiedenen Leitungen 20 ausgehen» Die Zwischenwände 44 enden vor dem oberen lvn.de des unteren Kammerabschnittes 40, um ein Vermischen der verschiedenen Gasströme zu erlauben, und sind mit spitz zulaufenden Endabschnitten 46 versehen, um das Glätten und Mischen des Stromes zu erleichtern. Der obere Abschnitt der Gaskammer ist ebenfalls mit einer Anzahl von Zwischenwänden 48 versehen, die mit den entsprechenden Zwischenwänden 44 des unteren Abschnittes fluchten. Die Zwischenwände 48 haben abgerundete Endabschnitte 50ι die dem unteren Abschnitt 40 der Gaskammer zugewandt sind, und an ihren entgegengesetzten Ende spitz zulaufende Endabschnitte 52, um das Glätten und Vermischen des Gas~ stromes weiter zu fördern.

Die Glättung des Gasstromes in der Gaskammer 22 erfolgt durch eine Anzahl von Hindernissen, die im Weg des Gasstromes angeordnet sind. Diese Hindernisse sind am Eingangs ende der Gaskammer 22 grob und werden in Strömungsrichtung des Gases feiner. Zu diesem Zweck ist eine erste perforierte -Platte 5^ in dem unteren Abschnitt der Gaskammer in einer zur Richtung des Gasstromes senkrechten Ebene dicht hinter dem Gaseintrittsbereich angeordnet. Eine zweite perforierte Platte 56 ist mit geringem Abstand hinter der ersten Platte 5^ parallel zu dieser in dem Kammerabschnitt 40 angebracht. Die erste perforierte Platte 54-> deren Porosität größer ist als diejenige der zweiten Platte 56, bildet ein erhebliches Hindernis, das die Strömungsgeschwindigkeit

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- τι -

des Gases reduziert und dadurch den Strom glättet. Die zweite perforierte Platte 5p glättet den Strom weiter und schützt weitere Hindernisse, die in Stroiarichtung hinter den Platten 5¹V und 56 angeordnet sind» vor den aus der ersten Platte ^-l· austretenden Strahlen.

Wie es Fig. 4a zeigt, weist die Platte 5^ eine Anzahl zylindrischer Bohrungen 58 aux. Die Platte 56 ist in entsprechender Weise mit einer Anzahl zylindrischer Bohrungen 60 versehen. Die Bohrungen 58 und 60 haben vorzugsweise den gleichen Durchmesser, und es wird' die größere Porosität der Platte 5^/(- dadurch erzielt, daß die Löcher in der Platte 5^.äi°hter angeordnet werden als die Löcher 60 in der Platte 56. Beispielsweise können die Löcher 58 und 60 jeweils einen Durchmesser von etwa 6 mm aufweisen. Während jedoch die Mittelpunkte der Löcher 58 an den locken einen gleichseitigen Dreieckes mit einer Seitenlänge von etwa 8 mm angeordnet ;.-ind, sind die Kittelpunkte der Bohrungen an den Ecken eines gleichseitigen Dreieckes mit einer Seitenlänge von etwa 9,5 mm angeordnet» Diese Vierte ergeben eine Porosität von 525° für die erste Platte 54- und eine Porosität von 45% für die zweite Platte Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehend angegebenen speziellen ΐ/erte nur zur Erläuterung aufgenommen worden sind und daß andere Lochgrößen und Porositäten der Platten benutzt werden können.

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Eine besonders gute Glättung des Gasstromes kann durch eine Anzahl von Dämpfungsnetzen 62 erzielt werden, die in dem Abschnitt 40 der Gaskammer parallel · relativ, dicht hinter der zweiten perforierten Platte 56 angeordnet sind. Die verschiedenen Netze 62 können verschiedene Maschenweite haben, 'derart, daß die feineren. Netze in Strömungsrichtung hinter den gröberen angeordnet sind. Bei einem speziellen, zur Erläuterung dienenden Beispiel sind inagesamt vier Netze 62 vorhanden. Die beiden Netze', die der Platte 56 am nächsten sind, bestehen aus Draht von 0,4- mm Stärke und weisen 8 Maschen pro cm auf, was eine Porosität von 4-6% ergibt, während die beiden dem anderen Abschnitt 4-2 der Gaskammer benachbarten Netze aus Draht von 0,52 mm Durchmesser bestehen und Λ2 Maschen pro cm. aufweisen, woraus. sich eine Porosität von 37% ergibt.

Am Ausgangsende der Druckkammer 22 befindet sich eine perforierte Düsenplatte 70» welches das in der Gaskammer unter hohem Druck stehende Gas in einen glatten und gleichförmig fließenden G-asstrom umwandelt, der' in dem Anregungsbereich 26 des Lasers mit der gewünschten Unterschallgeschwindigkeit und mit einem solchen Druck erreicht, daß die gasdynaraischen Bedingungen erfüllt sind, die für eine wirksame stimulierte Emission erforderlich sind. Um einen wirksamen Betrieb bei Atmosphärendruck zu ermöglichen, müssen die Dimensionen des Anregungsbereiches 26 und die Geschwindigkeit des Gasstromes in diesem Bereich sorgfältig gewählt werden, damit die hohe optische Verstärkung in dem Anregungsbereich 26

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beibehalten v?ird. Wenn die Gasgeschwindigkeit zu gering ist, wird eine übermäßige Erwärmung eintreten, welche den Wirkungsgrad der Strahlungserzeugung vermindert« V/enn die Geschwindigkeit des Gasstromes zu hoch ist, kann in den Anregungsbereich 26 nicht ausreichend Energie eingebracht werden, ohne eine !Instabilität des Gasstromes zu Verursachen« Im einzelnen wurde festgestellt, daß zum optimalen Betrieb des Lasers nach Fig. 1 bei eingeschaltetem, von der Elektronenkanone 28 erzeugten Elektronenstrahl das Gas in den Anregungsbereich 26 mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,4- Mach und mit einem Druck von etwa 1,1 at eintreten sollte<>

Die perforierte Düeenplatte 70 ist in Fig. 4-b im einzelnen dargestellt. Die Düsenplatte 70 besteht beispielsweise aus rostfreiem Stahl und ist mit einer Anzahl gestufter Bohrungen 72 versehen, die vorzugsweise in Heihen und Spalten angeordnet sind. Jede Bohrung 72 hat einen Abschnitt 7^ nit größerem Durchmesser an ihrem stromaufwärtigen, der Gaskammer zugewandten Ende und einen dazu koaxialen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser an ihrem stromabwärtigen, dem Gaskanal zugewandten Ende. Wie dargestellt, erstreckt sich der Abschnitt 74- ^mi* größerem Durchmesser fast über die ganze Länge der Bohrungen 72. Bei einem zur Erläuterung dienenden speziellen Beispiel hat die Düsenplatte eine Dicke von 38 mm. Die größeren Abschnitte 74- haben einen Durchmesser von etwa 6,3 buh» die kleineren Abschnitte 76 einen Durchmesser von etwa 2,5 mm und es

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sind die Mitten benachbarter Bohrungen 72 etwa 10 mm voneinander entfernt. Das Ergebnis ist eine Porosität der Düsenplatte 70 von etwa ^vf,O_a Im Betrieb erreicht das Gas innerhalb der Abschnitte 76 der Bohrungen in der Düsenplatte 70 Schallgeschwindigkeit (Mach 1). In einem geringen Abstand hinter der Düsenplatte 70 expandiert das durch die Bohrungen 72 strömende G-as als freier Strahl mit Überschallgeschwindigkeit. Der Strom wird dann durch eine Reihe Stoßwellen auf Unterschallgeschwindigkeit abgebreinst, und es verschmolzen die einzelnen Strahlen zu einem gleichförmigen Strom mit Unterschallgeschwindigkeit.

Im Gegensatz dazu erreicht bei einer üblichen Laval-Düse, die divergierende Düsenwandungen aufweist, das die Düse durchfließende Gas Überschallgeschwindigkeit innerhalb der Düse. Die seitliche Ausdehnung des Gases ist durch die Düsenwände begrenzt. Wenn die Aufweitung der Düse zu stark ist, hat der Gasstrom die Tendenz, aich von den Wandungen in ITorta von Wirbeln und Strudeln abzulösen. Dann ist die Möglichkeit zum Erzielen eines glatten, homogenen„Stromes stark gestört, wenn nicht ausgeschlossen. Dagegen expandiert bei Anwendung der perforierten Düsenplatte 70 der Strom zu Überschallgeschwindigkeit in Form von freien Strahlen hinter der Düsenplatte. Daher ist die Expansion und die Verdichtung der Strahlen nicht-beschränkt und es wird ein glatter, homogener Strom erzielt.

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Ein sich, stromab an die Düsenplatte 70 anschließendes Geliäuse 80 bildet einen ersten Abschnitt 82 des Gaskanales 24. Der Gaskanal 24 hat den Querschnitt eines langgestreckten Rechteckes, das schmaler ist als die Gaskammer 22. Seine Abmessungen können beispielsweise 4,2 cm χ 125 cm betragen. Eine Anzahl von zur· Dämpfung von Turbulenzen dienenden Netzen 84 kann in dem Abschnitt 82 des Gaskanales senkrecht zur Richtung des Gasstromes angeordnet sein, um zu gewährleisten, daß alle Turbulenzen, die von der Düsenplatte 70 verursacht worden sind, verschwunden sind, bevor das Gas in den Anregungsbereich 26 eintritt. Bei einem zur Erläuterung dienenden speziellen Beispiel sind insgesamt vier Hetze.84 vorgesehen, von denen (jedes aus Draht mit 0,4 mm Stärke besteht und acht Maschen pro cm aufweist. Die Porosität eines solchen Netzes beträgt 46%. Der Abschnitt 82 des Gaskanals kann auch einen Kanalhöhen-Heduzierabschnitt zur weiteren Reduzierung von Strömungsgrenzschichten im Anregungsbereich 26 aufweisen.

Das stimulierbare Gas strömt dann durch einen eine Anregungskamraer bildenden Abschnitt des Gaskanales 24, in dem sich der Anregungsbereich 26 befindet, wo das Gas von dem elektrischen Strom angeregt wird, der seinerseits von dem quer gerichteten Elektronenstrahl ausgelöst wird, der von der Elektronenkanone 28 ausgeht. Die Elektronenkanone 28 und der die Anregungskammer bildende Abschnitt des Gaskanales 24 werden später anhand der Fig. 6 bis 10 im einzelnen behandelt.

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Für die vorliegende Behandlung der Einrichtungen zur Gasführung ist es ausreichend festzustellen, daß durch den elektrischen Strom dem Gasstrom Energie zugeführt wird, wodurch das Gas zunehmend aufgeheizt wird. Als Ergebnis davon wird dns Gas beschleunigt und es nimmt sein Druck ab, während es den Anregungsbereich 26 durchströmt. Bei einem speziellen Beispiel, bei dem die oben angegebenen Konstruktionsparameter verwirklicht wurden, kann das Gas in den Anregungsbereich mit einer Temperatur von etwa 280 K, einer Geschwindigkeit von etwa 0,4· Mach und einem Druck von etwa 1,1 at eintreten. Infolge der Wirkung des elektrischen Stromes · verläßt das Gas jedoch den Anregungsbereich 26 mit einer Temperatur von etwa 460⁰K, einer Geschwindigkeit von etwa 0,7 Mach und einem Druck von etwa 0,8 at.

Da der statische Druck in einem Unterschallstrahl sich selbst an den Umgebungsdruck am Ausgang des Strahlkanales anpaßt, ist hinter dem Anregungsbereich ein Diffusor 38 angeordnet, um den Zustand des Gases so zu beeinflussen, daß die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit und der gewünschte Druck am Ausgangsende des Anregungsbereiches 26 erzielt werden. 7/ie Fig. 5 zeigt, ist der Diffusor 38 mit zwei Seitenwänden 90 und 92 versehen, die nach außen unter einem Winkel β in bezug auf die Richtung des Gasstromes divergieren, so daß sie einen sich erweiternden Kanal bilden, in dem eine Verzögerung und Kompression des Gases eintritt. Die Seitenwände 90 und 92 des Diffusors sind

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verstellbar, so daß ein Betrieb des Diffusors 38 mit verschiedenen Divergenzwinkeln 0 möglich ist. Hierdurch ist es möglich, den Gasdruck und die Strömungsgeschwindigkeit am Eingang des Diffusors auf einen für den Wirkungsgrad des Lasers optimalen Wert? auch dann einzustellen, wenn der Umgebungsdruck vom Ätmosphärendruck abweicht. Demnach kann ein Betrieb des Lasers mit hohem Wirkungsgrad in einem größeren Bereich des Umgebungsdruckes erzielt werden.

Die Verstellbarkeit der Seitenwände 90 und 92 des Diffusors kann durch eine Befestigung der Seitenwände 90 und 92 am Boden des Diffusors 38 mittels Gelenkbändern 94· iind Verbindung der Seitenwände mit Längsträgern 96, die ara Rahmen des Diffusors angebracht sind, durch Gewindebolzen 97 erfolgen. Die Gewindebolzen 97 sind in Schwenklagen 98 an den Seitenwänden 90 und 92 befestigt und werden in der gewünschten Stellung durch Muttern 99 gehalten.

Es wurde festgestellt, daß bei einem Laser, der mit den ob.en angegebenen Konstruktionsparametern hergestellt worden ist, der Diffusor 38 optimale Eigenschaften hat, wenn das Verhältnis der Diffusorlänge L zur Breite Vi des Einlasses 15 beträgt und wenn, bei einem Umgebungsdruck von 1 at, ein Divergenzwinkel G von 3»5° verwendet wird. Es 3ind jedoch auch andere Konstruktionswerte für den Diffusor möglich. Weiterhin ist es möglich, den Diffusor mit leicht unterschiedlichen

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Divergenzwinkeln für die Seitenwände 90 und 92 zu "betreiben, auch, wenn es allgemein vorzuziehen ist, daß beide Wände 90 und 92 auf den gleichen Divergenzwinkel O eingestellt sind.

Der die Anregungskamraer mit dem Anregungsbereich 26 enthaltende Abschnitt des Gaskanales 24, in dem das Gas in einen Zustand der Besetzungsumkehr angeregt wird, ist in 2J¹Ig. 6 im einzelnen dargestellt. Dieser Abschnitt des Gaskanals 24 weist zwei miteinander fluchtende V/andungsteile 100 und 102 auf der Elektronenkanonenseite des Gaskanals und zwei miteinander fluchtende Wandungsteile 104 und 106 auf der entgegengesetzten Seite auf. Die Wandungsteile 100, 102, 104 und 106 bestehen aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Glas oder Keramik. Ein Elektronenstrahlfenster 108 ist zwischen den Wandungsteilen 100 und auf einem Tragteil 110 an den Anregungsbereich 26 angrenzend derart angeordnet, daß seine Außenfläche mit der durch die Wandungsteile 100 und 102 gebildeten Kanalwand fluchtet. Das Elektronenstrahlfenster 108 und sein Tragteil 1-10 v;erden unten anhand der Fig. 7» 8 und 9 näher erläutert. Im Augenblick genügt die Feststellung, daß das Elektronenstrahlenster 108 den von der Elektronenkanone 28 ausgehenden Elektronen gestattet, mit der gewünschten Geschwindigkeit in den Anregungsbereich 26 einzutreten, während es gleichzeitig ermöglicht, die erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Anregungsbereich 26 und dem Inneren der Elektronenkanone 28 aufrechtzuerhalten. Außerdem dient daa Elektronenstrahlfenster 108 als Anode für den elektrischen. Strom, der in dem Anregungsbereich 26 aufrechterhalten wird.

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Zwischen den Wandungsteilen 104 und 106 ist an der zum Slektronenstrahlfenster 28 entgegengesetzten Seite des Anregungcbereichen 26 eine Kaltkathode angeordnet. Ein Beispiel für eine spezielle Materialkombination, die für diö Kaltkathode 112 geeignet ist, ist ein Aluiainiumträger, der mit entsprechenden Beschichtungen aus Molybdän, B^C und Al₂O₇ versehen ist. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Kathodenmaterialien verwendet werden können. Zwischen der Kaltkathode 112 und den Wandungsteilen 104 und 106 sind Isolatoren 114 und 116 angeordnet, welche die sich aus dem Kathodenprofil ergebenden Hohlräume ausfüllen und dadurch für eine durchgehende, glatte Wand des G-askanales sorgen. Hinter der Katltkathode 112 ist eine isolierende Abdeckung 118 angeordnet. Eine elektrische Verbindung zur Kaltkathode 112 ist durch einen Stift 120 hergestellt, der die Abdeckung 118 durchdringt und mit der / Kathode 112 in Berührung steht. Der Stift 120 ist seinerseits elektrisch mit dem Anschluß 122 eines Netzgerätes verbunden, das der Kaltkathode 112 die benötigte Betriebs-Gleichspannung V_n zuführt.

Von den Wandungsteilen 104 und 106 steht eine Anzahl Stützglieder Ί24 ab, die dem Gaskanal zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit verleihen. Weiterhin sind zwei Wandungsteile 126 und 128 des Gaskanales vorhanden, die aus isolierendem Material bestehen und sich nach oben an die Wandungsteile 102 und 106 fluchtend anschließen, um den Gaskanal 24 bis zum Bereich des Diffusors 38 zu verlängern. Die Wandungsteile 126 und

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haben breite Seitenflächen, die im wesentlichen in die breiten Seitenflächen der Seitenwände 90 "und 92 des Diffusors übergehen. ■

Das Elektronenstrahlfenster 108 ist in den Fig. 7 ■und 8 im einzelnen dargestellt. Es umfaßt eine dünne Metallfolie 130, die mit der Hückflache eines Rahmens 152 verbunden ist. Die Metallfolie 130 kann aus Titan bestehen und eine Dicke von 0,012 mm aufweisen. Der Rahmen 132 begrenzt eine langgestreckte, im wesentlichen rechteckige öffnung 134-, in deren Bereich die Metallfolie I30 dem strömenden Gas ausgesetzt ist. Der Rahmen 132 weist abgeschrägte Abschnitte 136 und 138 an den Längsrändern der Öffnung 134 und abgerundete Abschnitte 14-0 und 142 an den Querrändern der öffnung 134 auf, um einen gleichförmigen Gasstrom über der freiliegenden Fläche der Metallfolie 130 zu ermöglichen. Dadurch, daß· die Oberfläche der Metall- . folie 13O dem oben beschriebenen Gasstrom ausgesetzt ist, wird sie durch das strömende Gas selbst gekühlt. Hierdurch wird nicht nur eine bessere.und gleichförmigere Kühlung der Fensterfläche erzielt, die eine größere Lebensdauer des Fensters zur Folge hat, ■ sondern es wird auch die Notwendigkeit für spezielle Einrichtungen zur Kühlung des Fensters vermieden.

Das Elektronenstrahlfpnster 108 ist beispielsweise mittels nicht dargestellter Bolzen auf dem Tragteil (Fig. 7 und 9) befestigt, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht, Das Tragteil 110 hateine äußere

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Länge und eine äußere Breiue, welche die gleiche ist wie diejenige des Fensterelementes 108, jedoch eine erheblich größere Dicke.-Weiterhin weir;,b das 'iragteil 110 eine Anzahl gleicher, im -wesentlichen rechteckiger Öffnungen 144 auf, deren Längendimension senkrecht zur Längendimension der Öffnung 134- im Üahiaen 132 steht. Die Länge der Öffnungen 144 ist etwas größer als die Breite der öffnung 134 im !lahmen 132. Auf diese Weise kann das Tragteil 110 zugleich als Beschleunigungij- und Fokussiergitter für den von der Elektronenkanone 28 erzeugten Elektronenstrahl dienen.

7/ie Fig. 6 zeigt, ist das Tragteil 110 in einem Fortsatz 146 des Gehäuses für die elektronenkanone 28 angeordnet. Der Gehäusefortsatz 146 ist elektrisch mit dem Anschluß 148 eines Netzgerätes verbunden, das die erforderliche Betriebs-Gleichspannung V_Q

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für die Metallfolie 130 liefert, bei der es sich "beispielsweise um Erde handeln kann. Weiterhin weist der Gehäusefortsatz 146 eine langgestreckte Öffnung auf, die im wesentlichen auf die öffnungen 144 in dem Tragteil 110 ausgerichtet ist und einen Durchlaß für den erzeugten Elektronenstrahl bildet. Um zu gewährleisten, daß die gewünschte Druckdifferenz zwischen dem Entladungsbereich 26 und dem Inneren der Elektronenkanone 28 aufrechterhalten wird, sind O-Ilinge 152 und 154 (Fig. 7) in entsprechenden Ausnehmungen des Tragteiles 110 so angeordnet, daß sie die öffnungen 144 umgeben und einerseits dem Fensterelement 108 und andererseits dem Gehäuaefortsatz 146 zugewandt sind.

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Die Elektronenkanone 28 ist im einzelnen in den Fig. 6 und 10 dargestellt. Bei dem zur Erläuterung dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel ist die Elektronenkanone 28 so ausgebildet, daß sie an der Oberfläche des Fensterelementes einen gleichförmigen Elektronenstrahl mit einem Querschnitt von etwa 5 cm χ 125 cdi und einer Stromdichte von etwa 100 /lA/cm² liefert. Die Elektronenkanone 28 befindet sich in einem rohrförmigen äußeren Gehäuse 152, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehen kann und an dem Fortsatz 146 befestigt ist. Das Gehäuse 152 weist eine langgestreckte öffnung 154 auf, die mit der öffnung 150 in dem Fortsatz 146 fluchtet, um einen Durchgang für den erzeugten Elektronenstrahl zu bilden. Das Innere des Gehäuses I52 der Elektronenkanone ist auf den gewünschten Betriebsdruck evakuiert, beispielsweise auf 5 χ Λ0 Torr oder weniger.

Koaxial in dem Gehäuse 152 ist beispielsweise mittels einer Anzahl Keramikstüt-zen 158 eine zylindrische innere Kanonenanordnung 156 gehalten. Bei dieser inneren Kanonenanordnung 156 kann es sich beispielsweise um eine Elektronenkanone vom Pierce-Iyp handeln, die eine langgestreckte, indirekt beheizte-Kathode 160 aufweist, welche auf die Öffnung 154 der Elektronenkanone ausgerichtet ist. Die Kathode 160 kann beispielsweise aus einer Anzahl von Abschnitten aus porösem Wolfram bestehen, das mit Bariumoxid imprägniert ist. Nahe der Kathode 160 ist eine Foloissierelektrode 162 vom Pierce-(Pyp angeordnet, die auf Kathodenpotential gehalten wird·

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An der Vorderseite der Kathodenanordnung 156 "befindet sich zwischen der Kathode 1GO und der öffnung 154- für den Elektronenstrahl eine zur Strahlverbreiterung dienende Elektrodenanordnung 164, die eine Divergenz-Driftzone 166 für die emittierten Elektronen "bilden-. Die Driftzone 166 ist so ausgebildet, daß sie eine ausreichende seitliche Ausdehnung des Elektronenstrahles "bewirkt, damit der dac fenster element 108 erreichende Elektronenstrahl die gesaiate Breite der Fensteröffnung 134- ausleuchtet. Die zur Strahlver-"breiterung dienende Elektrodenanordnung 164- ist mit einer Anzahl von Gittereleciente bil'-nden Querstäben 168 versehen, welche die Ausgangsöffnung der Driftzone 166 überspannen und eine IIochcpannungs-Feldkontrolle ermöglichen. Die Elektrodenanordnung 164 ist mit dem Anschluß 170 eines Netzgerätes verbunden, das eine Betriebs-Gleichspannung V liefert, während die Kathode 160 mit einem Anschluß 172 des ITetzgerätea verbunden ist, der eine Betriebs-Gleichspannung V, liefert. Die zur Kathode 100 und zur Elektrodenanordnung 164- führenden Leitungen können zusammen mit weiteren, nicht dargestellten Leitern für die Kathodenbeheizung durch eine Endwand des Gehäuses 152 hindurch aus dem Gehäuse nach außen herausgeführt sein.

Für den vorstehend beschriebenen Laser können beispielsweise die folgenden Betriebsspannungen .verwendet werden, auch wenn es sich versteht, daß die Anwendung anderer Betriebsspannungen möglich ist:

V_c = 12 kV

v_a = o

V_g = 149,5
V_k =-150 IcV.

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Beim Betrieb des vorstehend "beschriebenen Lasers wird zunächst das Gassystem eingeschaltet, so daß das stimulierbare Gas durch die Gaskammer 22, den Gaskanal 24 -und den Diffusor 38 fließt. Dann werden die Betriebsspannungen V, und V für die Elektronenkanone eingeschaltet, so daß die Elektronenkanone 28 einen Elektronenstrahl emittiert, der durch das Fensterelement 108 in den Anregungsbereich 26 des Gaskanales eintritt. Dann wird die Betriebsspannung Y_n eingeschaltet, so daß quer zum Anregungsbereich 26 zwischen der von der Folie 150 gebildeten Anode und der Kathode 112 ein Strom zu fließen beginnt, der das stimulierbare Gas anregt, so daß der Laser einen Dauerstrich-Ausgangsstrahl liefert. Nachdem der Laserstrahl die gewünschte Zeit beibehalten worden ist, wird die ^versorgungsspannung V abgeschaltet, wodurch das Ausgangssignal des Lasers beendet wird. Danach werden die Betriebsspannungen Y und V, abgeschaltet und endlich der Gasstrom unterbrochen.

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Wie oben erwähnt, wird das durch den Anregungsbereich strömende stimulierbare Gas durch die von dem elektrischen Strom eingeführte Energie zunehmend aufgeheizt. Das Ergebnis ist eine Erhöhung der Geschwindigkeit und eine Verminderung der Dichte des Gases beim Durchströmen des Anregungsbereiches 26. Die Variation der Gasdichte setzt eine Grenze für die erreichbare optische Qualität des erzeugten Laserstrahles.

Gemäß der Erfindung wird der Elektronendichte des in den Anregungsbereich 26 eintretenden Elektronenstrahles ein spezielles Profil erteilt, um dem Lasergas in dem Anregungsbereich 26 die Wärme in solcher Weise zuzuführen, daß die oben erwähnte Variation der Gasdichte möglichst klein bleibt. Mittels einer gasdynamischen Analyse wurde festgestellt, daß eine minimale Variation der Gasdichte erzielt werden kann, wenn die normierte Elektronendichte D (x) des in den Anregungsbereich 26 eintretenden Elektronenstrahles in der Ebene des Fensterelementes 108 der Gleichung

D(x)

ι /¹N

f— O O 1 *-

' <j - M_n^ -d.(i +YM_n^)X

O Oi

(T- M²) (1 -4x)⁵ J ο -j

genügt. In dieser Gleichung bedeutend χ der Abstand in der Strömungsrichtung des Gases von dem stromauf gelegenen Anfang des Anregungsbereiches 26 (siehe Fig. 7)» M₀ die Machzahl der Geschwindigkeit des Gasstromes an dem stromauf gelegenen Ende des Anregungsbereiches 26,

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γ- das Verhältnis der spezifischen Wärme des stimulierbaren Gases "bei konstantem Druck zu der spezifischen Wärme des Gases bei konstantem Volumen und & die Schallgeschwindigkeit in dem stimulierbaren Gas. Bei einem Laser mit den oben angegebenen, beispielhaften Konstruktionsdaten ist M_Q = 0,4, f = 1,4-6 und ^- = 450 m/s.

Die normierte Elektronendichte D(x) in der Ebene des Fensterelementes 108 als Punktion des Weges χ in Richtung des Gasstromes nach der obigen Gleichung zeigt die Kurve 200 in Fig. 11. Wie ersichtlich, hat die Elektronendichte einen kleinsten Wert von etwa 1 an den stromauf und stromab gelegenen Enden des Anregungsbereiches 26 und steigt allmählich auf einen Maximalwert von etwa 1,6 etwa in der Mitte des Anregungsbereiches 26 an.

Eine Möglichkeit, wie dieses Profil der Elektronendichte erzielt werden kann, zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das in Fig. 9 dargestellte Tragteil 110 für das Fensterelement 108. durch ein in Fig. 12 dargestelltes, modifiziertes Tragteil ersetzt. Die Einzelheiten des in Fig. 12 dargestellten Tragteiles, die denjenigen des Tragteiles 110 nach Fig. 9 entsprechen, sind mit Bezugsziffern versehen, deren beide letzten Ziffern die gleichen sind, deren erste Ziffer jedoch eine "2" anstelle einer "1" ist. Demgemäß weist das in Fig. 12 dargestellte, modifizierte Tragteil 210 in seiner Längsrichtung eine Anzahl gleicher länglicher öffnungen

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auf, deren Längsrichtung senkrecht zur Längsrichtung des Tragteiles 210 steht.

Während die Öffnungen 144 des Tragteiles 110 nach Fig. eine im wesentlichen konstante Breite haben, haben die Öffnungen 244 des Tragteiles 210 eine sich über ihre Länge ändernde Breite, die von einem kleinsten Wert an den beiden Enden der Öffnungen 244 auf einen größten Wert im Bereich der Mitte der öffnungen 244 allmählich zunimmt. Als spezielles Beispiel für einen Laser, der gemäß den obigen Angaben aufgebaut ist, kann jede öffnung 244 eine Länge von 42 mm und eine Breite haben, die von 3»6 mm an den Enden auf 5» 3 buh im Bereich der Mitte ansteigt. Die Mitten benachbarter öffnungen 244 haben einen Abstand von etwa 6,4 mm. Es versteht sich, daß die vorstehenden Dimensionen nur zum Zwecke der Erläuterung angegeben worden sind und die Öffnungen auch andere Abmessungen haben können.

Die vorstehend beschriebene Form der öffnungen bewirkt, daß das Tragteil 210 im Bereich der Enden der öffnungen 244 mehr Elektronen auffängt als im Bereich der Mitten der öffnungen 244, wodurch die Elektronendichte in dem in den Anregungsbereich 26 eintretenden Elektronenstrahl in der gewünschten Weise profiliert wird.

Bei einer weiteren, in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das gewünschte Profil der Elektronendichte dadurch erzielt, daß die von den Querstäben gebildeten Gitterelemente 168 nach Fig. 10

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durch, die modifizierte Gitteranordnung nach Fig. 13 ersetzt werden. Komponenten der Gitteranordnung nach Fig. 13, welche Komponenten der Gitteranordnung nach Fig. 10 entsprechen, sind mit Bezugsziffern bezeichnet, deren letzten beiden Ziffern mit denjenigen der Bezugsziffern in Fig. 10 übereinstimmen, die jedoch als erste Ziffer eine "3" anstatt einer "1" aufweisen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 sind die Gitterstäbe 368 der Elektrodenanordnung 364 derart mit sich auf ihrer Länge verändernder Breite ausgebildet, daß die Breite jedes Gitterstabes 368 auf seiner Länge von einem Maximalwert an seinen beiden Enden auf einen Minimalwert im Bereich seiner Mitte allmählich abnimmt. Demgemäß wird zwischen den benachbarten Gitterstäben eine Reihe von Gitteröffnungen gebildet, deren Form.der Form der Öffnungen 244 des Tragteiles 210 nach Fig. 12 ähnlich ist. Hierdurch ist es den Gitterstäben 368 möglich, die den Driftbereich 366 verlassenden Elektronen in dem Muster aufzufangen, das erforderlich ist, um die oben behandelte, gewünschte Profilierung der Dichte des Elektronenstrahles zu erzielen, nämlich eine Variation der Elektronendichte im Querschnitt des Elektronenstrahles als Funktion des Abstandes in Richtung des Gasstromes von einem kleinsten Wert an dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende des Anregungsbereiches 26 auf einen Maximalwert etwa in der Mitte des Anregungsbereiches.

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Die vorstehend beschrieben Profilierung des Elektronenstrahles hat eine solche Wärmeeingabe in das stimulierbare Gas in dem Anregungsbereich 26 zur Folge, daß die Dichteänderungen des Gases beim Durchgang durch den Anregungsbereich auf einem Minimum gehalten werden. Als Ergebnis wird eine optimale optische Qualität des erzeugten Laserstrahles erreicht.

Obwohl die Erfindung anhand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben und veranschaulicht worden ist, erkennt der Fachmann, daß viele Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

Hochleistungs-Gaslaser mit einem optischen Resonator und Einrichtungen zum Hindurchführen eines stimulier baren Gases durch den vom optischen Resonator begrenzten Bereich mit einer vorbestimmten Unterschall Geschwindigkeit sowie zum Einleiten eines Elektronen strahles mit großer Querschnittsfläche in einen den vom optischen Resonator begrenzten Bereich enthaltenden Anregungsbereich in einer zur Richtung des Gasstromes senkrechten Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl eine normierte Elektronendichte D(x) aufweist, deren Wert sich im Anregungsbereich in seiner Querschnittsebene nach der Gleichung

¹I . M ² -<f (1 +YM_n ²)x D(x) = ° °

i (1 -M_n ²) (1 -

ί— \J

ändert, in der χ der Abstand in der Strömungsrichtung des Gases von dem stromauf gelegenen Anfang des Anregung sb er ei ehe s, M die Machzahl der Geschwindigkeit des Gasstromes an dem genannten Anfang des Anregungsbereiches, γ" das Verhältnis der spezifischen Wärme des Gases bei konstantem Druck zur spezifischen Wärme des Gases bei konstantem Volumen und <L· die Schallgeschwindigkeit im Gas bedeuten·

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2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalwert der Elektronendichte etwa das 1,5-fache des Minimalwertes beträgt.
3. Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einleiten eines Elektronenstrahles in den Anregungsbereich eine Elektrode (210) umfaßt, die außerhalb des Anregungsbereiches (26) im Y/eg des Elektronenstrahles im wesentlichen senkrecht zu dessen Richtung angeordnet ist und längs einer zur Strömungsrichtung des Gases senkrechten Richtung eine Reihe von öffnungen (244) bildet, deren Weite in dieser zur Strömungsrichtung des Gases senkrechten Richtung sich in Abhängigkeit von ihrer Ausdehnung in einer zur Strömungsrichtung des Gases parallelen Richtung und einem kleinsten Wert an ihren Enden bis auf einen größten Wert im Bereich ihrer Mitte ändert.
4. Gaslaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (210) nach einer dünnen Metallfolie (130) angeordnet ist, die für den Elektronenstrahl durchlässig ist und eine den Gasstrom im Anregungsbereich (26) begrenzende Wand bildet.
5· Gaslaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (364) 2eil einer zu einer Seite des Anregungsbereiches (26) angeordneten Elektronenkanone (28) ist.

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6. Gaslaser nach einem der Ansprüche 3 his 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (364) eine Vielzahl Gitterstäbe (368) aufweist, die sich parallel zur Strömungsrichtung des Gases erstrecken und deren Breite sich in der zur Strömungsrichtung des Gases senkrechten Richtung in Abhängigkeit von ihrer Längenausdehnung von einem Maximalwert an ihren Enden zu einem Minimalwert im Bereich ihrer Mitte allmählich ändert.

7· Gaslaser nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl einen Querschnitt in Form eines langgestreckten Rechteckes aufweist, dessen Längendimension sich senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases erstreckt, daß die Reihe von Öffnungen (244) der Elektrode (210) längs der Längendimension des Rechteckes angeordnet ist und sich die länglichen Öffnungen (244) quer dazu erstrecken.

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