DE2939121A1 - Gaslaser-entladungsgefaess - Google Patents

Description

Akt.-Z. 79/12 439 " Dipl.-Phys. K.-H. Krahn Gaslaser-Entladungsgefäß

Gaslaser-Entladungsgefäß

Die Erfindung betrifft ein Gaslaser-Entladungsgefäß mit heiischer Elektrodenstruktur zur gepulsten, transversalen Anregung von gasförmigen Lasermedien.

Mit einem derartigen Entladungsgefäß können atomare Gase, Molekülgase, Gasmischungen sowie Metalldämpfe, insbesondere auch solche Gase, die extrem kurzlebige obere Laserniveaus aufweisen, durch eine gepulste, transversale Gasentladung zu intensiver Lasertä-cigkeit angeregt werden, wobei durch die heiische Elektrodenstruktur die Erzeugung eines kreissymmetrischen Laserstrahlquerschnittes sichergestellt wird.

Die heiische Elektrodenkonfiguration wurde zuerst für transversal angeregte, bei atmosphärischem Druck arbeitende, (TEA) COp-Laser angewandt, und zwar zu Beginn dieses Jahrzehnts, insbesondere, weil solche heiischen Laser leicht zu bauen sind, störungsfrei arbeiten und vor allein eine gute Strahlqualität aufweisen. Gründliche Untersuchungen des heiischen TEA-CO₂-LaSers machten deutlich, daß die heiische Elektrodenstruktur eine kreissymmetrische Anregung des aktiven Volumens bewirkt, wobei die Verstärkung bei Atmosphärendruck auf die unmittelbare Umgebung der Laserachse beschränkt ist, eine Bedingung, die von den verschiedenen linearen Bauformen nicht erfüllt wird. Aufgrund dieses radialen Verstärkungsprofils, welches auf ganz natürliche Weise die Anregung des TEM -Modus begünstigt, haben heiische TEA-CO_p-Laser große Bedeutung als Oszilla-corstufen innerhalb großer Verstärkersysteme erlangt. Darüber hinaus erwies sich die heiische Geometrie als geeignet für den "axial mode-locking"-Betrieb von TEA-COp-Lasern.

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Die bekannten Entladungsgefäße solcher Bauart eignen sich allerdings nur zur Anregung von leicht invertierbaren Gasen, wie z.B. CO^, aber nicht von solchen gasförmigen Lasermedien, deren oberes Laserniveau eine extrem kurze Lebensdauer von weniger als 50 Nanosekunden besitzt und die deshalb in einer etwa gleich kurzen Zeitspanne angeregt werden müssen, damit sich in diesen Gasen eine Besetzungsinversion überhaupt erst aufbauen kann.

Das wohl bekannteste solcher Lasermedien ist Np, dessen oberes Laserniveau nur etwa 30 Nanosekunden lang lebt, bevor es wieder zerfällt, und das daher als harter Prüfstein für ein "schnelles" Entladungsgefäß angesehen werden kann. Im folgenden soll deshalb, stellvertretend für alle übrigen Lasermedien mit extrem kurzer Lebensdauer des oberen Laserniveaus, der Entwicklungsstand der gepulsten, transversal angeregten N^-Laser angegeben werden, zumal die Anregungsmethoden bei solchen Medien bis auf einige systemspezifische Modifikationen nahezu identisch sind.

Die ersten brauchbaren Stickstoff-Laser wurden in den Jahren 1967 - 1972 entwickelt. Dabei werden (wie auch heute noch) vorwiegend in horizontaler Ebene innerhalb eines Sntladungsgefäßes zumeist rechteckigen Querschnitts zwei Elektrodenbalken einander gegenübergestellt, zwischen denen eine Gasentladung herbeigeführt wird. Die genannten Elektrodenbalken haben entweder ein Dreiecksprofil, ein halbkreisförmiges Profil, oder sie bestehen ganz einfach" aus scharfkantigen Profilen, z.B. aus herkömmlichen Sägeblättern oder fiasierklingen; die Schlagweite beträgt ,je nach benutzter Betriebsspannung und je nach Gasdruck etwa zwischen 10 und 25 mm. Spätere Arbeiten führten dann zur Optimierung dieser Systeme. Die zur effektiven Anregung im Nanosekundenbereich notwendigen, schnellen Stromanstiege realisierte man anfangs durchweg mit Hilfe von Hochspannungsimpulsgeneratoren vom sogenannten Biümlein-Typ, welche aus relativ großflächigen Bandleiterstrukturen bestehen und Vielehe sich durch außerordentlich niedrige Eigeninduktivität und niedrige Impedanz auszeichnen. Aller-

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dings hängt bei diesen Bandleiterstrukturen die letztlich erreichbare Schnelligkeit des Entladekreises nicht unwesentlich von der Induktivität des eigentlichen Hochspannungsschalters (Funkenstrecke, Thyratron) ab, so daß auch hier Grenzen gesetzt sind. In den letzten Jahren ist man dazu übergegangen, die Bandleiterstruktruren durch den Einsatz diskreter Speicherkondensatoren (zumeist aus Bariumtitanat BaTiO,) abzulösen, die entweder in einem Blümlein-Kreis angeordnet werden oder aber Teil eines sogenannten Umladekreises sind. Dabei hat der Umladekreis den Vorteil, daß der Einfluß der Schalterinduktivität auf die Schnelligkeit des Stromanstiegs nahezu ausgeschaltet werden kann. Vas aber die eigentliche Geometrie des Entladungsgefäßes angeht, so scheint sich in diesen letzten Jahren nichts Wesentliches geändert zu haben.

Die bisher erreichten Palsspitzenleistungen hinsichtlich der Lichtintensität sind beachtlich und reichen zum Teil bis in den Multimegawatt-Bereich, aber offenbar ist es bis heute nicht gelungen, einen kreisrunden Laserstrahl mit diesen Lichtleistungen zu erzeugen. Vielmehr weist die Stickstoff-Laseremission üblicherweise eine Art zigarrenförmigen Querschnitt ("schlitzförmiger" Lichtstrahl) auf, was insbesondere durch die Verwendung von spitz zulaufenden oder scharfkantigen Elektrodenprofilen hervorgerufen wird. Selbst bei Verwendung von halbkreisförmigen oder sogar plateauhaften Profilen beobachtet man eine starke Tendenz zur Einschnürung der Entladung innerhalb der Kernzone, so daß sich damit bestenfalls Laserstrahlung mit leicht bauchigem, in der Grundform rechteckigem Querschnitt erzeugen läßt. Eine großvolumige und zugleich homogene Anregung des Gases durch relativ großflächige, sogenannte Rogowski-Profile ist zwar grundsätzlich möglich, macht aber eine sogenannte Vorionisierung notwendig, die in jedem Falle einen zusätzlichen, nicht unbeträchtlichen apparativen Aufwand bedeutet und mit deren Hilfe letztlich auch nur ein Lichtstrahl mit verschwommenem, rechteckigen Querschnitt erzielt werden kann. Der

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wesentliche Nachteil solcher "schlitzförmiger" oder "rechteckiger" Laserstrahlen ist es, daß man sie nicht auf einen einzelnen Brennpunkt, sondern bestenfalls auf eine Brennlinie fokussieren kann. Das ist auch der Grund dafür, daß heute zur Fokussierung von Stickstoff-Laserstrahlung notgedrungen verhältnismäßig teure, zylindrische Quarzlinsen verwendet werden müssen, während normale sphärische Optik wegen der schlechten Strahlqualität ausscheidet. Insgesamt bleibt festzustellen, daß dem N~-Laser (und damit auch den übrigen Lasertypen mit ähnlichen Anregungsbedingungen) allein aufgrund des Strahlquerschnittes eine ganze Reihe interessanter Anwendungsmöglichkeiten verborgen bleiben dürfte, wenn hier nicht Abhilfe geschaffen wird.

Bei einem bekannt gewordenen Versuch, zur Behebung der eben erwähnten Nachteile die heiische Elektrodenkonfiguration herkömmlicher Bauart auf N~-Laser zu übertragen, ist es nicht gelungen, eine Besetzungsinversion in reinem Stickstoff herbeizuführen, obwohl übergroße Ladespannungen an ein Entladungsgefäß angelegt wurden, welches ein Volumen besaß, das sechsmal größer war als dasjenige beim Gegenstand der Erfindung. Außerdem wurde das Entladungsgefäß zusätzlich in einen optischen Resonator gebracht. Die Ergebnisse dieses Versuchs, welche letztendlich durch Zumischen einer beträchtlichen Menge SPg erzielt wurden, können nicht mit den Ausgangsdaten konventioneller Np-Laser verglichen werden, da ihre elektrischen Entladungen eine extrem lange Anstiegszeit sowie eine ungewöhnlich lange Gesamtdauer aufweisen, was durch eine mit der Kondensatorbank in Reihe liegende Induktivität hervorgerufen wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Gaslaser-Entladungsgefäß der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß es Laserstrahlung mit etwa kreisrundem Strahlquerschnitt auch bei solchen gasförmigen Lasermedien, insbesondere bei reinem Stickstoff, zu erzeugen gestattet, welche eine extrem kurze Lebensdauer

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des oberen Laserniveaus von weniger als 50 Nanosekunden aufweisen. Zudem soll bei Verwendung anderer gasförmiger Lasermedien mit längerer Lebensdauer des oberen Laserniveaus, z.B. bei COp, eine wirkungsvollere Anregung der beim Laserübergang beteiligten oberen Laserniveaus erreicht werden, als es mit den bekannten Entladungsgefäßen möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Um bei einem solchen Gaslaser-Entladungsgefäß mit heiischer Elektrodenstrukirur auch dann eine Lasertätigkeit herbeiführen zu können, wenn das Lasermedium ein oberes Laserniveau mit extrem kurzer Lebensdauer aufweist, sind Energiespeicher in Form von Kondensatoren in die bifilare Helix integriert bzw. über niederohmige und niederinduktive Zuleitrungen mit dieser verbunden. Durch die Integration der Kondensatoren in die bifilare Helix bzw. durch solche Zuleitungen werden die Entladungsstromschleifen hinreichend klein und damit auch hinreichend niederinduktiv gehalten, um die für eine wirkungsvolle Anregung eines gasförmigen Lasermediums mit extrem kurzer Lebensdauer des oberen Laserniveaus notwendige, extrem hohe Schnelligkeit des Stromanstiegs zu realisieren. Außerdem wird in gasförmigen Lasermedien mit längerer Lebensdauer des oberen Laserniveaus durch eine solcherart erzwungene Schnelligkeit des Stromanstieges eine Besetzungsinversion wirkungsvoller erzeugt, als dies mit den bekannten Entladungsgefäßen möglich ist, da aufgrund der Kürze der Entladungsdauer parasitäre Verlustmechanismen bezüglich der Besetzung des oberen Laserniveaus weitgehend vermieden werden.

In den Unteransprüchen 3 bis 5 sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung für den Fall angegeben, daß das Durchschlagsverhalten des jeweils verwendeten gasförmigen Lasermediums zusätzliche entladungsstabilisierende Maßnahmen erfordert. Diese zusätzlichen Maßnahmen betreffen die Unterteilung der bifilaren Helix in Elektrodenteilbereiche sowie die Entkopplung der Einzelelektroden unter-

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einander. Bei der im Anspruch 3 angeführten Unterteilung der heiischen Elektrodenstruktur in mehrere gleichberechtigte Elektrodenteilbereiche wird eine grobe Vorentkopplung benachbarter Sektionen dadurch erreicht, daß jeder Sektion ein eigener Energiespeicher zugeordnet ist. Daran anknüpfend berücksichtigt der Anspruch 4- den Grenzfall der Unterteilung der heiischen Elektrodenstruktur in genau so viele Elektrodenteilbereiche, wie Einzelelektroden in einer Helix vorhanden sind. Anspruch 5 schließlich beinhaltet die Anwendung geeigneter Entkopplungsmaßnahmen zwecks gleichmäßiger Verteilung des Entladungsstromes auf die beteiligten Einzelelektroden, um die Einschnürung der Gasentladung auf einige wenige Stromkanäle zu verhindern. Insgesamt gesehen haben sowohl die Grob- als auch die Feinentkopplung, entweder einzeln oder kombiniert, die Aufgabe, für eine gleichmäßige und diffuse Gasentladung auf der vollen Länge der Elektrodenstruktur und damit für eine stabile, transversale Anregung zu sorgen. Abschliessend ist in Anspruch 6 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sntladungsgefäßes angegeben, die mit handelsüblichen Bauteilen und gängigen Labormitteln einfach herzustellen ist.

Durch die Anwendung der an sich bekannten heiischen Elektrodenstruktur bei einem Gaslaser-Entladungsgefäß, welches ein Lasermedium solcher Art enthält, wird Laserstrahlung mit etwa kreisrundem Strahlquerschnitt erzeugt, und zwar nicht etwa durch Ausblenden eines homogenen Entladungsbereiches mit Hilfe einer kreisförmigen Irisblende, sondern allein durch die hochgradig rotationssymmetrische, transversale Anregung des Mediums. Aufgrund der Überlagerung zahlreicher transversaler Einzelentladungen zwischen Stiftelektroden, deren Entladungsachse gegenüber der des direkten Nachbarpaares um einen kleinen Winkel versetzt ist, erscheint in der Projektion auf den Bohrquerschnitt ein homogen ausgeleuchteter Kreis mit leichter Betonung der Kernzone, was bei Benutzung eines optischen Resonators lie natürliche Bevorzugung der transversalen Grundmode TEM zur Folge hätte. Sin Strahl mit rundem Strahlquer-

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schnitt "besitzt eine einheitliche Divergenz, d.h. statt wie "bisher mit einer horizontalen und einer vertikalen Divergenz zu operieren, genügt jetzt die Angabe eines Wertes, der umso besser ausfällt, je langer das Entladungsgefäß ist. Vor allem aber hat ein Laserstrahl mit rundem Strahlquerschnitt nahezu ideale Fokussierungseigenschaften, d.h. erstmalig kann z.B. Stickstoff-Laserstrahlung mit herkömmlichen sphärischen Quarzlinsen auf einen Punkt fokussiert werden, was dort zu extrem hohen Leistungsdichten führen kann.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen heiischen Np-Lasers schematisch dargestellt. Es zeigen

Figur 1 eine heiische Elektrodenstruktur mit in die bifilare Helix integrierten Kondensatoren,

Figur 2 die Schaltung des elektrischen Entladungsstromkreises,

Figur 3 ein Oszillogramm der Laser-Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen heiischen Np-Lasers,

Figur 4- den Querschnitt des Laserstrahls.

In der Figur 1 ist das Entladungsgefäß mit G bezeichnet. Es besteht aus einem Acrylglasrohr mit 4-C mm Außendurchaesser und besitzt eine Gesamtlänge von 600 mm. An beiden Stirnseiten sind durch O-Ringe abgedichtete Q,uarzfenster F aufgesetzt. Die von der Elektrodenstruktur umschlossene aktive Zone hat eine Länge von 500 mm. Das Elektrodensystem besteht aus einer heiischen Anode A und einer gegenüber der Anode um 130° um die Rohrachse gedrehten heiischen Kathode S. Beide werden durch je eine Reihe von Kohlemassewiderständen R_v gebildet, welche als Entkopplungselemente dienen und einen individuellen Viderstandswert von 10 0hm bei einer nominalen Leistungs-

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aufnahme von 2 Watt besitzen. Die Widerstandsdrähte, welche direkt als Elektrodenstifte E innerhalb der bifilaren Helix dienen, sind auf gleiche Länge gekürzt, und jeder Widerstandskörper ist auf das Acrylglasrohr aufgeklebt, so daß eine ausreichende Vakuumdichtigkeit gewährleistet ist. Die Schlagweite und die Steigung der Helix betragen 20 mm bzw. 100 mm, wobei die letztere genau fünf volle Windungen der bifilaren Helix entlang der aktiven Länge erzeugt. Im ganzen gibt es 101 Stiftelektrodenpaare, die auf die Rohrlänge verteilt sind, wobei jeweils 20 Paare eine Windung bilden; daraus resultieren transversale Entladungen im Abstand von 5 mm, wenn man die Entfernung zweier aufeinanderfolgender Widerstandselemente, die durch die Abmessungen der Widerstände nach unten begrenzt ist, auf die Rohrachse projiziert. Die außerhalb liegenden Widerstandsdrähte der Kathodenreihe sind miteinander verlötet und bilden einen glatten heiischen Stromverteiler, während die Widerstandselemente der Anode zu Zehnergruppen zusammengefaßt sind, wodurch eine zusätzliche grobe Vorentkopplung jedes Teilbereichs von seinen Nachbarbereichen stattfindet.

Für die Anregung des Lasers ist ein Hochspannungs-Pulsgenerator nach dem Umladeprinzip vorgesehen, dessen Schaltung in der Figur 2 dargestellt ist. Die Anordnung der Umladekapazität C-, ist an die Gegebenheiten der heiischen Elektrodenstruktur angepaßt, d.h. zur Erzielung einer gleichmäßigen Entladung über die gesamte Länge der Elektrodenkonfiguration ist jedem Anodenteilbereich A„...A über eine eigene, niederinduktive Stromzuführung Z^...Z jeweils ein Umladekondensator 0-^...Cr. als lokaler Energiespeicher zugeordnet. Um eine möglichst niederinduktive Art solcher Zuleitungen zu erreichen, sind die Umladekondensatoren C-rvy,. . .CL direkt in die freibleibenden Zwischenräume der bifilaren Helix eingesetzt (wie in der Figur 1 angedeutet).

Nach der Schaltung in Figur 2 wird zunächst ein. niederinduktiver Speicherkondensator C- von einer Kochspannungs-

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Versorgung über die Widerstände R^ und R₂ aufgeladen, "bis eine druckbetriebene Funkenstrecke S gezündet wird, die somit eine Seite von Co erdet. Dadurch, wird die Ladung von Cg auf die Umladekapazität C-^ übertragen, welche aus zehn einzelnen 570 pF-Hochspannungs-Keramikkondensatoren besteht. Diese sind auf die Länge der Röhre verteilt, wobei ein einzelnes Kondensatorelement zu jeweils einem der zehn Elektrodenteilbereiche parallel geschaltet ist. Sobald sich auf den Umladekondensatoren Ladung ansammelt, steigt die Spannung an der Laserröhre an; nach dem Durchbruch entladen sich die Kondensatoren C-Q^.. · C~ rasch über das Gas. Dies bewirkt dann direkte Elektronenstoßanregung der Tripletzustände des zweiten positiven Bandensystems von molekularem Stickstoff und nachfolgende Lasertätigkeit bei 337,^ nm. Der Widerstand R_x. hat die Aufgabe, den Strom des Netzgerätes während der Erdungsphase durch die Funkenstrecke zu begrenzen. Der niederinduktive Speicherkondensator C-, besteht aus acht einzelnen 24-00 pF-Hochspannungs-Keramikkondensatoren, welche koaxial um die druckluftgesteuerte Drei-Elektroden-Funkenstrecke 3 angeordnet sind, wobei die Funkenstrecke über eine normale Zündkerze Tr ausgelöst werden kann. Außerdem wird die Induktivität des Schaltkreises dadurch niedrig gehalten, daß zwanzig gleich lange Koaxialkabel vom Typ RG-213/U in Parallelschaltung den Speicherkondensator C-, mit den diskreten Umladekondensatoren C;nv*'^Dn verbinden. Hinzu kommt, daß zehn einzelne Hochspannungswiderstände Rp₁...Rp_n(n=10) aus demselben Grund parallel geschaltet werden, um 3p ^zu bilden.

Betrieben wurde der Laser mit einem aluminiumbedampften Glassubstrat, welches als rückwärtiger Spiegel bzw. als Totalreflektor M für die betrachtete Wellenlänge diente. Die Lichtleistung der nach einem zweifachen Durchlauf aus dem vorderen Fenster austretenden Laseremission vrarde mit Hilfe eines geeigneten Satzes von metallbeschichteten Neutralglasfiltern abgeschwächt. Registriert wurden die Laserpulse mit einem schnellen Nachweissystem, bestehend aus einer Vakuumphotodiode VALVO TJ7HC 20 so-

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wie aus einem Oszillographen TEKTRONIX 519 mit einer genieinsamen Anstiegszeit von etwa 400 ps. Ausgangsspitzenleistungen wurden von Energiemessungen abgeleitet, und zwar durch. Verwendung eines Energiemeßgerätes Rk-3230 von LASER PRECISION CORP. zusammen mit einem pyroelektrischen Energiemeßkopf RkP-33^, was verläßlicher als eine Photodioden-Abschwächfilter-Kombination war, da hier die Möglichkeit bestand, 100 Einzelschüsse zu mitteln. Da bei diesem Laser der optimale Betrieb druckabhängig ist, wurden die Meßwerte dadurch aufgenommen, daß eine konstante Ladespannung eingestellt und danach der Gasdruck durch das Maximum der Laserausgangsleistung "hindurchgefahren" wurde. Dabei stellte sich heraus, daß ein geeigneter Gasdurchfluß innerhalb der Laserröhre sehr wichtig war, insbesondere beim Betrieb mit hohen Pulswiederholraten, da die vom Vorpuls zurückbleibende Restionisation die Durchbruchsspannung des Gases erheblich vermindert, was eine Abnahme der Laserleistung bewirkt.

Eine Schirmbildaufnahme, welche die Zeitabhängigkeit der ultravioletten Laseremission zeigt, ist in Figur 3 dargestellt. Sie steht stellvertretend für die typische Gestalt des Laserausgangspulses, wobei 3600 Einzelschüsse überlagert wurden. In diesem speziellen Falle betragen die Vertikal- sowie die Horizontalablenkung 15O kW/cm bzw. 5 ns/cm, und zwar bei einer Ladespannung von 22 kV (gemessen an C-) und einem Np-Druck von 80 mbar. Die Schwellspannung für Lasertätigkeit lag bei 11 kV. Bei einer Ladespannung von 32 kV 'wurden Spitzenleistungen von ^80 kW mit einer Energie von 2,4 mJ pro Schuß erreicht. Bei den oben genannten Palsspitzenleistungen wurden während des Experimentes durchweg Halbwertsbreiten von 5 bis 5 ns gemessen. Die spezifische Laserenergie betrug 15 uJ/csr bei einem aktiven Volumen von 157 cnr und einem Gesamtwirkungsgrad von 0,03 %. Wie in Figur 3 aus der großen Anzahl überlagerter Einzelschüsse ersichtlich ist, waren die Reprodur.ierbarkeit von Schuß zu Schuß und damit auch die Laserstabilität ausgezeichnet.

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Der sichtbare Eindruck des Laserstrahlquerschnittes ist in der Figur 4 dargestellt. Der Laserstrahl, der zwecks Sichtbarmachung auf einen fluoreszierenden Schirm gelenkt wurde, ist vollkommen homogen und zeigt einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Nahfeld-Durchmesser von ungefähr 20 mm, wodurch die Schlagweite einer jeden Stiftentladung reproduziert wird. Dieser Querschnitt wurde nicht etwa durch die Verwendung einer kreisförmigen Blende erreicht, sondern ist die klare Konsequenz der Entladungsgeometrie, d.h. der heiischen Elektrodenstruktur. Jede der Stiftentladungen ist gegenüber ihrem Vorgänger um einen kleinen Winkel verdreht, eine Tatsache, die einen wohldefinierten, kreissymmetrischen Laserstrahl erzeugt, welcher sich mit herkömmlicher sphärischer Optik leicht fokussieren läßt. Dazu ist zu bemerken, daß die Stiftspitzen der letzten Windung der bifilaren Helix auf den Schirm projiziert werden, und zwar als Auswirkung der S"crahldivergenz bzw. aufgrund von Laseremission, welche auf der Achse des rückwärtigen Teils der Röhre erzeugt wird, was insgesamt zu einer Sägezahnstruktur der Strahlberandung führt, welche sich aber sehr leicht, und zwar auch schon laserintern, ausblenden ließe.

Die Meßergebnisse zeigen, daß mit den Merkmalen der Erfindung elektrische Entladungen in einem heiischen Np-Laser trotz langgestreckter und induktivitätsbehafteter Stromschleifen schnell genug gemacht werden können, um eine Besetzungsinversion in molekularem Stickstoff herbeizuführen. Vor allem aber ist ersichtlich, daß das radiale Verstärkungsprofil, welches durch die Verwendelung zahlreicher transversaler Entladungen hervorgerufen wird, einen kreissymmetrischen Laserstrahl erzeugt, welcher mit herkömmlicher sphärischer Optik leicht fokussiert werden kann. Die beschriebene Apparatur ist der erste heiische, transversal angeregte N_o-Laser, welcher Ausgangsdaten liefert, die sich durchaus mit denen konventioneller 3aufcrmen vergleichen lassen.

Nach Abschluß der Messungen an dem vorstehend beschrie-

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benen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gaslaser-Entladungsgefäßes wurde festgestellt, daß ähnlich gute Betriebsergebnisse bei einen hellsehen N~-Laser auch dann erzielt werden können, wenn die bifilare Helix nicht von Widerständen, sondern von einfachen Drahtstiften mit zugehöriger Drahtverbindung gebildet und die Unterteilung in Stiftepaar-Zehnergruppen aufgegeben wird. Dabei entfällt die Feinentkopplung benachbarter Entladungen durch die Widerstände sowie die grobe Vorentkopplung durch Bildung von Elektrodenteilbereichen- Dieses überraschende Verhalten eines vereinfachten Gaslaser-Entladungsgefäßes ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß bei Stickstoff der optimale Druck für eine homogene, bogenfreie Entladung (20 mbar bis etwa 15O mbar) gerade den optimalen Laser-Betriebsdruck (ca. 50 bis 80 mbar) miteinschließt, so daß hier keine Enzkopplungsmaßnahnen notwendig sind. Es ist aber davon auszugehen, daß dies bei Verwendung anderer Gase nicht zutrifft und daß dann auf die im Ausführungsbeispiel bzw. in den Unteransprüchen beschriebenen Entkopplungsmaßnahmen nicht verzichtet werden kann.

Darüber hinaus sollte der Betrieb eines erfindungsgemäßen Gaslaser-Entladungsgefäßes auch dann möglich sein, wenn eine der beiden Eiektrcdenwendeln, z.3. die Kathode, als heiischer Balken ausgeführt isz und somit keine Einzeloder Stift elektroden ~rägt. Für die andere Elektrodenwendel, z.3. die Anode, kämen dagegen wieder sämtliche Möglichkeiten der Entkopplung bzw. der Unterteilung in Elektrodenteilbereiche in Fräse.

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Claims (6)

Akt.:-Z.;.79/12 439 Dipl.-Phys. K.-H. Krahn Gaslaser-Entladungsgefäß Patentansprüche

1. Gaslaser-Entladungsgefäß mit bifilarer heiischer Elektrodenstruktur zur gepulsten, transversalen Anregung gasförmiger Lasermedien; dadurch gekennzeichnet, daß in die bifilare Helix, bestehend aus einer heiischen Anode (A) und einer ebenfalls heiischen Kathode (K), welche beide mit Einzelelektroden, z.B. mit Stiftelektroden (E), besetzt sind, in vorzugsweise gleichmäßigen Abständen Energiespeicher in Form von Kondensatoren (Cyj) integriert oder über niederohmige und niederinduktive Zuleitungen (Z) in diese eingeschaltet sind.

2. Gaslaser-Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasermedium ein Gas extrem kurzer Lebensdauer des oberen Laserniveaus ist, z.B. Stickstoff, ein Edelgashalogenid oder ein Metalldampf.

3. Gaslaser-Entladungsgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Anodenhelix in einzelne, voneinander getrennte Sektionen (A_xJ...A) aufgeteilt ist, denen jeweils ein Kondensator (C^... Cp. ) zugeordnet ist.

4. Gaslaser-Entladungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sektion (A_-1...A ) mindestens eine Stiftelektrode (E) aufweist.

5. Gaslaser-Entladungsgefäß nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Stiftelektroden (E) jeder Helix (A und K) bzw. jeder Sektion durch geeignete Entkopplungsmaßnahmen, z.B. durch Widerstände (Rp), voneinander entkoppelt sind.

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6. Gaslaser-Entladungsgefäß nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungswiderstände (Β~) handelsübliche Kohlemassewiderstände sind, deren einer Anschlußdraht als Stiftelektrode (E) von außen durch die Wand des von einem Isolierrohr, z.B. aus Acrylglas, gebildeten Entladungsgefäßes (G) gesteckt und dort dichtend verklebt ist, während der andere Anschlußdraht zur Bildung einer Helix oder einer Sektion derselben mit den äußeren Anschlußdrähten der benachbarten Widerstände verlötet ist.