DE2631069A1 - Verfahren zur aufrechterhaltung einer hohen ausgangsleistung eines optischen senders oder verstaerkers fuer einen vorzugsweise langsam stroemenden gasdurchflusslaser - Google Patents

Description

• Verfahren zur Aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleistung eines optischen Senders oder Verstärkers für einen vorzugsweise langsam strömenden Gasdurchflußlaser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleistung des optischen Senders oder Verstärkers für einen vorzugsweise langsamströmenden Gasdurchflußlaser.
• Es ist bekannt, daß ein Gasgemisch aus Stickstoff, Kohlendioxid und Helium als stimulierbares Medium für die kohärente Strahlung Verwendung findet, die zur Erzeugung vorwiegend infraroter Strahlen dient.
• Dabei beträgt das Mischungverhältnis von Kohlendioxid zu Stickstoff und Helium eins zu zwei zu zehn.
• Zur Erzeugung einer hohen optischen Verstärkung im Arbeitsgas eines Gaslasers ist es erforderlich, daD die GaszusAmmensetzung so gewählt wird, daß die Inversion maximal und die Veränderung, infolge chemischer Reaktionen, minimal erfolgt. Weiterhin ist bekannt, daß der Gesamtdruck der Systeme für langsamströmende C02-Laser zwischen 10 und 30 Torr liegt.
• Es ist bakannt, daß der Anteil des metastabilen Reliums, der von den Wänden des Laserrohres ferngahalten werden kauen, eine relativ lange Lebensdauer besitzt und atomaren Stickstoff nach folgender Formel erzeugen kann: He + 2 N2 - He + 4 N 198 eV oeV 19,8 eV Weiterhin ist auch bekannt, daß die Arbeitsgasmischung des CO2-Iaaers Helium enthält und daß der Partialdruck von Kohlendioxid zwischen 0>2 und 0,4 Torr> der Partialdruck von Stickstoff zwischen 1 und 1,5 Torr und der des Heliums zwischen 3 und 10 Torr gewählt wird. Bekannt ist, daß zur aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleistung bei elektrisch angeregten Gaslasern in einem geschlossenen Kreislauf das Arbeitsgas, bestehend aus Kohlendioxid, Stickstoff und Helium, stetig umgewälzt wird> wobei die Anordnung zur elektrischen Anregung in gleicher Richtung zur optischen Achse gelegt ist und dem Arbeitsgas zusätzlich Wasserstoff beigegeben wird und während des Betriebes der unverbrauchten Gasanteil aus dem Gaskreislauf entnommen und frisches Arbeitsgas hinzugeführt wird. Diese bekannten Verfahren zur Aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleisvtung besitzen die ISachteile, daß das verwendete Gasgemisch von Kohlendioxid, Stickstoff und Helium zum überwiegenden Teil aus dem teuren Edelgas Helium besteht und daß dem Arbeitsgas zur Erzeugung einer hohen Ausgangsleistung die verbrauchten Gase anteilig zugesetzt werden müssen. Diese, mit einem geschlossenen Kreislauf des Arbeitsgases betriebenen Laser, auch unter Zugabe von Wasserstoff, erfordern einen hohen apparativen Aufwand durch Pumpen-, Filter-, Ventil-und Schleusensysteme. Besondere Anforderungen werden an die Vakuumdichtigkeit gestellt. Die Anlagekosten sind für diese Geräte relativ hoch und bedürfen-einer ständigen Wartung und Pflege. Es ist bereits bekannt, daß bei abgeschmolzenen OO2 Lasern unter Zusatz von Wasserdampf eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer des Gasgemisches erfolgt-¢ Der Einsatz von Wasserdampf zur Leistungssteigerung erfolgte bisher nur in abgeschmolzenen CO2-Lasern, da beim Zusatz von Wasserstoff im Durchflußlaser zur, Bildung von Wasserdampf die Reaktionsgeschwindigkeit über den Sauerstoff der C02-Dissoziation zu lang und damit der Effekt der Leistungssteigerung relativ gering ist. So unterliegt nur ein minimaler Teil der Gasentladungsstrecke einer Wasserdampfeinwirkung.
• Zweck der Erfindung ist est ein Verfahren zur Aufrecht erhaltung einer Ausgangs leistung zu entwickeln, mit deren Hilfe das Schneiden und Schweißen mit hoher Arbeitsproduktivität sowie geringen Anlage- und Betriebskosten möglich ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleistung über die gesamte Gasentladungsstrecke zu entwickeln, mit deren Hilfe Stickstoffverunreinigtes Rohhelium mit einem relativ hohen'Verunreinigungsgrad an Stickstoff verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleistung des optischen Senders oder Verstärkers ist wie folgt konzipiert: In einem Gasmischraum wird ein Arbeitsgas, bestehend aus vorzugsweise 75% stickstoffverunreinigtem Rohhelium, 7,5% Kohlen-' dioxid, 12% Stickstoff und 1,8% Wasserstoff und 3,75 gefilterte Luft mittels Turbulenz gemischt und an einen Arbeitsgasbehälter abgegeben. Bei diesem Mischungsverhältnis ist die spezielle Konfiguration der jeweils verwendeten Lasertypen xu beachten. Es wurde auch gefunden, daß das bei der Erdölverarbeitung anfallende stickstoffverunreinigte Rohheiium relativ billig herstellbar ist und sich besonders gut als Hauptbestandteil des Arbeitsgases für einen optischen Sender oder Verstärker eignet. Das Arbeitsgas gelangt über die Gas Zuleitung in den Auuskoppelektrodenkopf und damit in den Gasentiadungsraum.
• Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglch, billiges stickatoffverunreiniStes Rohhelium als Hauptbestandteil des Arbeitsgases einzusetzen. Die Stromungsgeschwindigkeit des Arbeitsgases, bei gleichzeitiger Leistungserhöhung, zu verringern, wobei im gesamten Entladungsrohr eine umfassende und gleichmäßige Durchmischung der eingeführten Gase erfolgt. Eine Regenerierungsanlage für das stimmulierbare Gasgemisch ist nicht mehr erforderlich, da die Durchflußgeschwindigkeit wesentlich verringert werden kann, ohne daßLeistungsverlus-te auftreten.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird im Gasmischraum ein Arbeitsgas, bestehend ausvorzugsweise 75% stickstoffverunreinigtem Rohhelium, des vorzugsweise bei der Erdölverarbeitung anfällt, 7,5% Kohlendioxid, 12% Stickstoff und 1,8% Wasserstoff und 3,7% gefilterte Luft mittels Turbulenz gemischt und an einen Arbeitsgesbehälter abgegeben. Bei diesem Mischungsverhältnis ist die spezielle Konfiguration der jeweils verwendeten Lasertypen zu beachten. Das Arbeitsgas gelangt über die Gaszuleitung, ein Mischgefäß und eine Rohrschlange, in den Auskoppelelektrodenkopf und damit in dem Gasentladungsraum des Laserrohres. Ohne die Verwendung von gefilterter Luft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zusammensetzung der einzelnen Gase vorzugsweise wie folgt zu gestalten: 82% stickstoffverunreinigtes Rohhelium, 8% Kohlendioxid, 8% Stickstoff und 2% Wasserstoff.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufrechterhaltung einer hohen Ausgangsleistung eines optisches Senders oder erstärkers für einen vorzugsweise laugsamströmenden Gasdurchflußlaser mit dem stimulierbaren Medium, bestehend aus einem Gemisch von kohlendioxid, Stickstoff, Helium und Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gasmischraum ein Arbeitsgas, bestehend aus stickstoffverunreinigtem Rohhelium, Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserstoff mittels rnurbulenz gemischt wird, in einen Arbeitsgasbehälter abgegeben wird und über ein Mischgefäß und eine Rohrschlange in den Gesentladungsraum des Laserrohres geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasmischraum zusätzlich gefilterte Luft mittels Turbulenz zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgas aus 20% stickstoffverunreinigtem Rohhelium, 8% Kohlendioxid, 8% Stickstoff und 2% Wasserstoff besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dan das Arbeitsgas aus 75% stickstoffverunreinigtem Rohhelium, 7,5% Kohlendioxi, 12% Stickstoff, 1,8% Wasserstoff und 3,7% gefilterte Luft besteht.