DE2926009C2

DE2926009C2 - Gaslaser mit Längsgasstrom

Info

Publication number: DE2926009C2
Application number: DE2926009A
Authority: DE
Inventors: Kouji Kuwabara; Kouji Sasaki; Toshiharu Ibaraki Shirakura; Hiroyuki Hitachi Sugawara; Satoshi Hitachi Takemori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1986-11-13
Also published as: JPS5811110B2; GB2027980B; US4287487A; FR2430107A1; JPS554957A; GB2027980A; FR2430107B1; DE2926009A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaser der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der Zeitschrift »Rev. Sei. Instrum.«, Vol. 48, Nr. 11,1977, Seiten 1430 bis 1433 bekannten Art

Bei dem bekannten Gaslaser dient der mittlere Teil der aufeinander ausgerichteten Gasentladungsrohre als gemeinsame Anode und ist geerdet. Die auf hoher Spannung liegenden Kathoden sind in der Nähe von in einem vermutlich geerdeten LN2-Behälter ausgebildeten Fenstern angeordnet. Daher müssen die Kathoden in ausreichendem Maße von LNrBehäler isoliert werden, d. h. es werden ausreichend große Isolierabstände zwischen Kathoden und Behälter benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gaslaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß die isolationsbedingte Baulänge vermindert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

; Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Gaslasers ist die beträchtliche Verminderung der axialen Länge der beiden den Gaslaser bildenden Gasentladungsrohre. Gaslaser mit Längsgasstrom sind besonders brauchbar zur Erzeugung großer Ausgangsleistungen. Sie werden daher zur Bearbeitung von Metallen oder dergleichen verwendet, die im allgemeinen eine hohe Leistung benötigen. Zur Erhöhung der Ausgangsleistung eines Gaslasers mit Längsgasstrom ist es notwendig, an die Elektroden eine möglichst hohe Spannung anzulegen, wobei der Abstand entsprechend groß gewählt werden muß.

Der erfindungsgemäße Gaslaser kann durch die besondere Gasführung in den Entladungsrohren und die besondere Elektrodenanordnung bei verminderter Längserstreckung eine hohe Ausgangsleistung ε bgeben. Da die näher am Spiegel liegende Elektrode auf Massepotential gehalten wird, erübrigt sich eine elektrische Isolierung zwischen dieser Elektrode und dem Spiegel, der üblicherweise auf Massepotential liegt (der Spiegel ist im allgemeinen geerriet, weil die Bedienungsperson ihn während des Betriebs einstellen muß). Die anderen beiden Elektroden, die in den Gasentladungsrohren auf hohem Potential liegen (bei Erdung der positiven Elektroden also die negativen Elektroden), sind durch die Isolierrohrverbindung zwischen den beiden Gasentladungsrohren elektrisch voneinander isoliert Da der Gastrom in Richtung von der auf hohem Potential zu der auf Massepotential liegenden Elektrode die Entladung in den Rohren stabilisiert wird das Gas aus dem Isolierrohr in jedes Entladungsrohr geführt Durch diese Anordnung braucht die Isolierung gegenüber den auf hohem Potential liegenden Elektroden nur an einem Zwischenstück zwischen den beiden miteinander verbundenen Gasentladungsrohren vorgesehen werden, wogegen bei dem herkömmlichen Gaslaser an den Spiegeln an beiden Enden der Gasentladungsrohre Isolierung notwendig ist

Bei dem erfindungsgemäßen Gaslaser starten die Entladungen in den beiden Gasentladungsröhren wegen der in der Nähe der auf hohem Potential liegenden Elektroden angeordneten Triggerelektroden fast gleichzeitig, so daß zwischen ihnen fast keine Spannunsdifferenz besteht Dies ermöglicht eine äußerst einfache Isoiieranordnung gegen den Spannungsunterschied zwischen den beiden auf hohem Potential liegenden Elektroden. Die durch die Erfindung erzielte Vereinfachung ergibt sich aus einer Verminderung des Isolierabstandes auf ein Fünftel des herkömmlichen. Bedenkt man, daß die minimale Anzahl von Teilen, an denen beim erfindungsgemäßen Gaslaser eine Isolation vorgesehen werden muß, halb so groß ist wie die bei dem herkömmlichen Gaslaser, so ergibt sich eine Verminderung des Isolierabstandes beim erfindungsgemäßen Gaslaser auf ein Zehntel des herkömmlichen.

Würde man bei dim bekannten Gaslaser zusätzliche Triggerelektroden vorsehen, so könnte dies nur zu einer Stabilisierung der Zündung der Gasentladungsrohre führen, würde jedoch nicht zur Verminderung der Längserstreckung der Rohre beitragen. Selbst wenn nämlich bei bekannten Gaslaser die beiden Rohre gleichzeitig gezündet wurden, wäre trotzdem ein ausreichender Isolierabstand zwischen den Rohren und Erdpotential notwendig.

Hierzu kommt, daß, wie oben beschrieben, bei einem Isolierabstand L für den Spiegel die gesamte Längs-Isolierstrecke 2 L betragen würde. Erfindungsgemäß ist dagegen, wie erwähnt, nur ein Isolierabstand von L/5 erforderlich.

Aus der FR-PS 20 82 847 ist es an sich bekannt, Trigger- oder Gegenelektroden in der Nähe einer Kathode anzuordnen, um eine stabile und gleichmäßige Entladung zu erzielen. Die relative Anordnung von Kathode und Anode gegenüber den Spiegeln in Verbindung mit der Art der Spannungszufuhr zu den Elektroden unterscheidet sich jedoch derart von der beim erfindungsge-

mäßen Gaslaser, daß auch die Anordnung von Triggerelektroden nicht zur Verminderung der Längserstrekkung der Gasentladungsrohre führen würde.

Aus der US-PS 37 50 047 ist es an sich bekannt, die in der Nähe der Spiegel vorgesehenen Kathoden zu erden.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gaslasers sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4, wobei aus der FR-PS 2.3 21 788 eine Gaslaseranurdnung mit mehreren rohrförmigen Metall- und Isolierabschnitten an sich bekannt ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Gaslasers mit Längsgasstrom.

In dem in der Zeichnung gezeigten Metallrohr 1 strömt ein Gas 18, beispielsweise Kohlendioxid CO2, Stickstoff N2, Helium He usw. Elektrisch isolierende Rohre 2, 3. 4 und 25 isolieren Gasentladungsrohre 20 und 21 elektrisch von dem Metalirohr 1, das sich gewöhnlich auf Erdpotential befindet. Ein Gebläse 19 wälzt das Gas 18 im Metallrohr 1 in Pfeilrichtung durch die elektrisch isolierenden Rohre 2, 3, 4 und 25 und die Gasentladungsrohre 20 und 21 um. Das zirkulierende Gas wird an einem Kühler 22 gekühlt, so daß die Besetzungsumkehrungen der Moleküle des Gases 18 auf einem geeigneten Wert gehalten werden.

Die Gasentladungsrohre 20 und 21 haben jeweils positive Elektroden 9 bzw. 10, negative Elektroden 5 bzw.

6 und Triggerelektroden 7 bzw. 8. Die negativen Elektroden 5 und 6 sind mit einer negativen Klemme einer Gleichstromquelle 15 über Vorwiderstände 11 bzw. 12 verbunden. Die positiven Elektroden 9 und 10 sind mit der positiven Klemme der Gleichstromquelle 15 verbunden. Spiegel 16 und 17 reflektieren den Laserstrahl.

Wenn die Spannung der Gleichstromquelle 15 ansteigt, beginnt zunächst zwischen der Triggerelektrode

7 und der negativen Elektrode 5 sowie zwischen der Triggerelektrode 8 und der negativen Elektrode 6 eine Glimmentladung bzw. Gasentladung, ehe die Hauptentladung zwischen der positiven Elektrode 9 und der negativen Elektrode 5 und zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 6 anfängt. Wenn beispielsweise die Hauptglimmentladung zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 6 beginnt, hat die Glimmentladung bzw. Gasentladung zwischen der Triggerelektrode 7 und der negativen Elektrode 5 bereits begonnen. Deswegen wird die Spannung zwischen den negativen Elektroden 5 und 6 nicht so hoch.

Wenn die Triggerelektroden 7 und 8 nicht vorhanden wären, würde die Spannung zwischen den negativen Elektroden 5 und 6 sehr hoch, da die beiden Hauptgasentladungen nicht zur gleichen Zeit beginnen. Die Spannung der negativen Elektrode, die früher zu entladen beginnt, wird hcher als die der anderen negativen Elektrode durch die Spannung der Gleichstromquelle 15. Die elektrisch isolierenden Rohre 3 und 4 müssen diese große Spannung zwischen den negativen Elektroden 5 und 6 aushalten. Deshalb wird die Längserstrekkung der elektrisch isolierenden Rohre 3 und 4 groß genug, um diese hohen Spannungen auszuhaken.

Erfindungsgemäß haben nun die Gasentladungsrohre ''2O und 21 Hilfselektroden, nämlich die Triggerelektroden 7 und 8, die mit den positiven Elektroden 9 und 10 über Triggerwiderstände 13 bzw. 14 verbunden sind.

Der Widerstandswert R der Triggerwiderstände 13 und 14 ist viel größer als der der Vorwiderstände 11 und 12. Deshalb werden die Spannungen der negativen Elektroden 5 und 6 kleiner. Gleichzeitig wird auch die Differenzspannung zwischen den negativen Elektroden kleinen

Da ein Teil der aus der negativen Elektrode entladenen Elektronen die positive Elektrode erreicht, beginnt die Gasentladung zwischen den positiven und negativen Elektroden leicht. Verglichen mit dem herkömmlichen Gaslaser ohne Triggerelektroden beginnt die Hauptglimmentladung bzw. Hauptgasentladung früher. Der Zeitraum, während welchem die hohe Spannung zwisehen den negativen Elektroden 5 und 6 anliegt, wird deshalb sehr klein und in der Praxis im wesentlichen gleich Null.

Aus diesen Gründen wird die Längserstreckung der elektrisch isolierenden Rohre 3 und 4, die für die Isolierung der negativen Elektroden 5 und 6 voneinander sowie für die Isolierung dieser negativen Elektroden gegenüber dem Metallrohr 1 vorgesehen sind, sehr gering. Auch die Längserstreckung der elektrisch isolierenden Rohre 2 und 25, die zum Isolieren der positiven Elektroden 9 und 10 sowie zum IsoliF<in dieser positiven Elektroden gegenüber dem MeIaIL¹Oh χ 1 Vorgesehen sind, ist gering.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Triggerelektroden 7 und 8 an den unteren Positionen der negativen Elektroden 5 und 6 im Strom des umlaufenden Gases 18 angeordnet, da die Elektronen leicht die positiven Elektroden 9 und 10 erreichen könnten.

Die Anzahl der Gasentladungsroh: ε bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform ist gleich zwei.

Die Gasentladungsrohre sind links und rechts auf der gleichen Achse angeordnet Es können jedoch auch Gaslaser anderer Bauweise verwendet werden, bei denen eine größere Anzahl parallel angeordneter Entladungsrohre vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gaslaser mit Längsgasstrom, mit zwei Gasentladungsrohren (20, 21), die je positive (9 bzw. 10) und negative Elektroden (5 bzw. 6) aufweisen, mit einem elektrisch isolierenden Rohr (3,4), das die Gasentladungsrohre mechanisch miteinander verbindet und elektrisch voneinander isoliert, und mit je einem Spiegel (16,17) an dem Ende jedes Gasentladungs- to rohres, das vom Isolierrohr weiter entfernt ist als das andere, wobei die positive Elektrode (9,10) mit Masse verbunden ist und in jedem Gasentladungsrohr (20, 21) der Gasstrom von der negativen Elektrode (5, 6) zur positiven Elektrode (9, 10) strömt, d a - t5 durch gekennzeichnet, daß die positive, geerdete Elektrode (9,10) näher am Spiegel (16,17) des jeweiligen Gasentladungsrohres (20,21) angeordnet ist als die negative Elektrode (5, 6) und die negative Elektrode uäner am Isolierrohr (3,4) angeordnet ist als die positive Elektrode (9, i0), und daß in jedem Gasentladungsrohr (20, 21) in der Nähe der negativen Elektrode (5,6) eine mit der positiven Elektrode (9,10) über einen Triggerwiderstand (13,14) verbundene Triggerelektrode (7,8) angeordnet ist

2. Gaslasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerelektrode (7, 8) stromab von der negativen Elektrode (5,6) angeordnet ist.

3. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ;'ie beiden Gasentladungsrohre (20,21) auf der gleichen Achse Puchten^ ausgerichtet sind.

4. Gaslaser nach Ansnruch3, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Endf-"¹ eines jeden Gasentladungsrohres (20,21) elektrisch isolierende Rohre (3, 4; 2, 25) sitzen, welche durch ein mit einem Gebläse (19) versehenes Metallrohr (1) so verbunden sind, daß ein geschlossener Gasumlauf entsteht.