DE2745688A1 - Gasentladungs-laser - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl. Ing. Hans-Jürgen Müller Dr. rer. nat. Tiicraas Berendt Dr.-Ing. Eans Ι.τΛ

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Unser Zeichen: A 14 053 HJM/fi

FERRANTI LIMITED

Hollinwood, Lancashire, England

Gasentladungs-Laser

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaser und insbesondere auf Elektroden für entladungserregte Gaslaser.

Viele Gaslaser werden durch einen elektrischen Entladungsstoß bzw. eine elektrische Entladungsstrecke durch das Gas zwischen den anodischen und kathodischen Elektroden erregt. Eines der Hauptprobleme solcher Laser rührt vom Zerstäuben der kathodischen Elektrode her und zwar infolge des Ionenbombardement s , das sich durch die Gasentladung ergibt. Von den Kathoden zerstäubtes Material wird an benachbarten Flächen des Entladungsgefäßes niedergeschlagen und es finden sich niedergeschlagene Fang- bzw. Haftstellenmoleküle des Gases. Außerdem kann zerstäubtes Material auf optischen Flächen, wie Laserspiegeln, niedergeschlagen werden.

Es wurden viele Versuche gemacht, um das Zerstäubungsproblein zu vermindern einschließlich der Zerstäubungsschirme, die über die Elektroden gelegt werden und einschließlich der Verwendung von Entladungsstrecken komplexer Art, um den Niederschlag auf wichtigen optischen Flächen zu vermindern.

Die parallele Patentanmeldung P 27 (Britische

Patentanmeldung Nr. 42648/76) beschreibt ein kathodisches Elektrodenmaterial, das eine sehr niedrige Zerstäubungsrate aufweist. Die Verwendung von Entladungsstrecken komplexer Formen führt jedoch zu Herstellungsprobleinen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Gasentladungslaser zu schaffen, der eine Kathoden-Elektrode mit geringer Zerstäubungsrate aufweist.

Gemäß der Erfindung weist der Gasentladungslaser eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material auf, die eine längliche Bohrung umschließt, in welche ein gasförmiges aktives Medium eingeführt werden kann, außerdem eine Anoden-Elektrode, die

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innerhalb der Umhüllung angeordnet ist und eine Kathodenelektrode, die in einem Teil der Umhüllung, zwar in Verbindung aber im Abstand von der Bohrung, angeordnet ist und ein festes Pellet (Pastille , Tablette, Kugel, Plättchen oder dergleichen) aus zusammengepreßten Platinschwarz-Pulver bzw. Platinmohr-Pulver aufweist.

Die Umhüllung kann die Form einer dickwandigen Röhre aufweisen und die Kathodenelektrode ist in einem Hohlraum in der Wandung der Röhre angeordnet.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt eines Teils eines Lasers gemäß einer ersten Ausbildung und

Fig. 2 eine Abwandlung eines Teils der Ausbildung von Fig. 1.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist die Umhüllung des Lasers durch eine dickwandige Röhre 10 aus elektrisch isolierendem Material, wie Beryllerde (beryllia) gebildet. Eine längliche Bohrung 11 bildet das Laserrohr und enthält ein geeignetes aktives Medium. Die zur Herstellung der Laserwirkung erforderliche Gasentladung wird zwischen einer anodischen Elektrode und einer kathodischen Elektrode entwickelt. Die anodische Elektrode ist in einem Hohlraum 12 angeordnet, der in der Wand der Röhre 10 gebildet ist und durch einen Durchgang 13 mit der Hauptbohrung in Verbindung steht. Die anodische Elekrode wird von einem Block 14 aus elektrisch leitfähigem Material gebildet, das nicht mit dem Gas oder der Gasmischung im Laser reagiert, üblicherweise kann ein Metall, wie Platin

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verwendet werden. An die obere Oberfläche des Blockes ist ein elektrischer Leiter angebracht und der Block wird im Rohr am äußeren Ende des Hohlraumes versiegelt bzw. abgedichtet.

üie kathodische Elektrode ist ähnlich in einem zweiten Hohlraum 15 angeordnet, der in der Wandung der Röhre 10 gebildet ist. Dieser Hohlraum 15 hat zwei Teile unterschiedlicher Dimensionen und steht mit der Hauptbohrung durch eine enge Durchgangsöffnung 16 in Verbindung. Die kathodische Elektrode wird durch ein Pellet oder eine Scheibe 17 aus gepreßtem Platinschwarz-Pulver gebildet, die auf der Schulter ruht, die zwischen den zwei Teilen des Hohlraumes 15 gebildet ist. Dies gewährleistet einen großen ausgesetzten Oberflächenbereich und verschafft gleichzeitig eine Fangstelle (trap) gegen den Durchgang von Teilchen des zerstäubten Kathodenmaterials in die Hauptbohrung 11. Mit der kathodischen Scheibe wird elektrischer Kontakt auf dem Wege über eine Metallplatte hergestellt, die am äußeren Ende des Hohlraumes mit der Röhre dicht verbunden ist. Eine einfache Federscheibe 19 ist zwischen der Scheibe 17 und der Platte 18 angeordnet. Ein Leiter 20 ist an die Metallplatte 18 angelötet oder anderweitig an dieser befestigt.

Der dargestellte Laser ist in einem Gehäuse 21 eingeschlossen, durch den ein Kühlmittel, eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas zirkulieren kann. Die elektrischen Leiter treten durch Abdichtungen in diesem Gehäuse hindurch.

Die zur Gewährleistung des Laser-Vorgangs nötigen Reflektoren sind in der Zeichnung nicht gezeigt und können irgendeine erforderliche Form annehmen. Es können auch Einrichtungen zur Einstellung der Ausrichtung dieser Reflektoren vorgesehen sein.

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Die Kathodenscheibe 17 wird, wie bereits festgestellt, aus gepreßtem Platinschwarz-Pulver unter Verwendung eines Druckes in der Größenordnung von 70 bzw. 80 kg/mm² hergestellt. Dies erzeugt ein festes, nicht krümeliges Pellet, das, wie gefunden wurde, eine sehr niedrige Zerstäubungsrate aufweist, wenn es als Kathode in einem Gasentladungslaser verwendet wird. Trotz der geringen Zerstäubungsrate wird noch bevorzugt, eine Zerstäubungs-Haft- bzw. Fangstelle bzw. eine Zerstäubungsfalle (trap), wie oben beschrieben, einzubauen.

Im Betrieb wird das meiste Material, das von der Kathode zerstäubt wird an den Wänden des Hohlraumes 15 niedergeschlagen. Gegebenenfalls genügendes Material wird auf diesen Wänden abgeschieden, um elektrisch mit der kathodischen Scheibe verbunden zu werden. In solch einem Fall bildet das zerstäubte Material selbst einen Teil der Kathode und wird wieder-zerstäubt, wodurch jegliches eingefangenes Gas wieder freigegeben wird.

Um die Kohäsion der Platinschwarz-Teilchen zu verbessern, kann das Pulver zuerst in Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa zwischen 700°C und 900°C einige Minuten lang erhitzt und danach vor dem Zusammenpressen abgekühlt werden.

Das Pellet kann bis zu 25 Gewichtsprozent Kupfer(II)-Oxid halten, das mit dem Platinschwarz vor dem Verpressen zu Pellets gemischt wird, wie in der oben erwähnten parallelen Patentanmeldung beschrieben ist.

Fig. 2 zeigt eine alternative Kathodenausbildung, die das Erfordernis der Bildung eines Hohlraumes 15 mit zwei Teilen unterschiedlicher Dimensionen vermeidet. In diesem Fall wird die kathodische Scheibe 17 auf einem Hohlrohr 22 aus elektrisch

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isoliertem Material, wie einem keramischen Material, abgestützt.

Ein Laser der oben beschriebenen Art kann auch mehr als eine Anoden- oder Kathodenelektrode aufweisen, in welchem Fall jede Kathodenelektrode des oben beschriebenen Typs sein sollte.

Der Laser kann mit einer Glasumhüllung hergestellt sein, in welchem Fall die Kathodenelektrode in einer Abzweigungsbzw. Seitenarm-Verbindung mit der Hauptbohrung angeordnet wird. Die Form der Kathode und die Mittel, durch welche elektrischer Kontakt zu dieser hergestellt wird, kann von derselben Art sein, wie oben in Verbindung mit der dickwandigen Laserumhüllung beschrieben wurde. Alternative Anordnungen können für sowohl dicke als auch dünnwandige Umhüllungen verwendet werden.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Gasentladungslaser gekennzeichnet durch eine Umhüllung aus elektrisch isolierendem Material, das eine Längsbohrung (11) umschließt, in die ein gasförmiges aktives Medium einführbar ist, durch eine in Verbindung mit der Umhüllung angeordnete anodische Elektrode (14) und durch eine kathodische Elektrode, die in einem Teil der Umhüllung im Abstand, aber in Verbindung mit der Bohrung (11) angeordnet ist und ein festes Pellet (17) aus gepreßtem Platinschwarz-Pulver (Platinmohr-Pulver) aufweist.
2. 2. Gasentladungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das kathodische Pellet (17) von einem rohrförmigen Körper (22) aus keramischen Material abgestützt ist.
3. 3. Gasentladungslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrische Kontakt mit dem kathodischen Pellet (17) über eine Metallplatte (18) erfolgt, die sich in Kontakt mit dem Pellet (17) befindet.
4. 4. Gasentladungslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Umhüllung in Form einer dickwandigen Röhre (10) ausgebildet ist, die in ihrer Wandung einen Hohlraum (15) aufweist, in dem sich die kathodische Elektrode befindet.

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5. 5. Gasentladungslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das kathodische Pellet (17) bis zu 25 Gewichtsprozent Kupfer(II)-Oxid (Cuprioxyd) enthält.

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