DE3035702C2

DE3035702C2 -

Info

Publication number: DE3035702C2
Application number: DE19803035702
Authority: DE
Inventors: Hans-Juerger Dipl.-Phys. Dr. Cirkel; Willi Bette; Reinhard Dipl.-Phys. 8520 Erlangen De Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-22
Filing date: 1980-09-22
Publication date: 1991-01-03
Also published as: DE3035702A1

Description

Transversal gepumpte Excimer-Laser (TEA-Excimer-Laser) gewinnen an Bedeutung nicht nur für wissenschaftliche Untersuchungen, sondern auch in zunehmendem Maße für industrielle, technische Anwendungen. Der Grund dafür liegt in ihren hohen Spitzenleistun gen und kurzen Impulsdauern (die Abkürzung TEA-Laser bedeutet: transversaly excited atmospheric pressure laser). Bei ihnen wird das im Vergleich zu den longitudinal angeregten Gas-Lasern (Heliumneon-Lasern) unter hohen Drucken (50 mbar bis mehrere bar) stehende Lasergas durch eine homogene elektrische Entla dung bei mehreren kV über zwei ausgedehnte Elektroden angeregt, die sich gegenüberliegend parallel zur optischen Achse, der Emissionsrichtung des Lasers, angebracht sind. Zum Aufbau von TEA-Lasern vgl. die US-PS 41 50 343, zur Definition des Excimer-Lasers siehe z. B. "Physics Today", Mai 1978, Seiten 32 bis 39, insbesondere linke und mittlere Spalte auf Seite 32.

Aufgrund der Verlagerung des Einsatzschwerpunktes der TEA-Excimer-Laser in den industriellen Bereich rücken Fragen der Wirtschaftlich keit und damit des Wirkungsgrades und der optischen Energie eines Einzelimpulses immer stärker in den Vordergrund. Einen wesentlichen Bestandteil eines TEA-Excimer-Lasers bildet die Vorionisierungseinheit. 0,01 µs bis 1 µs vor dem Zünden der Hauptentladung des Lasers werden im Lasergas Ladungsträger durch eine ionisierende UV-Strahlung erzeugt, die von der Vorionisierungseinheit emittiert wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorionisierungs-Anordnung in einem transversal angeregten Excimer-Laser, bestehend aus mindestens einer rohrförmigen UV-Strahlungsquelle, welche im Entladungsraum zwischen den einander gegenüberliegenden Laser-Elektroden der Laserkammer und parallel zur optischen Achse des Lasers angeordnet ist und welche mittels das Lasergehäuse durchdringender elektrischer Leitungen an einen elektrischen Impulsgenerator angeschlossen ist.

Ein solcher gattungsgemäßer Laser ist - abgesehen davon, daß das bevorzugte Anwendungsgebiet der Excimer-Laser nicht er wähnt ist - durch die US-PS 41 50 343 bekannt. Dort werden als Vorionisierungs-Anordnung Xenon-Blitzlampen oder Niederdruck-Luftentladungslampen be nutzt, deren UV-Quanten zur Vorionisierung eines Excimer-Lasers keine ausreichende Quantenenergie aufweisen. Im Quarzglas der Xenon-Lampen werden wesentliche Wellenlängen, nämlich diejeni gen mit λ<250 nm, nicht durchgelassen. Außerdem ist ein kurzer Entladungsimpuls, welcher weniger als 50 ns andauert, nicht möglich. Schließlich muß auf die hohe Induktivität der longitudinalen Entladung der Blitzlampen verwiesen werden, welche für TEA-Excimer-Laser nicht tolerabel ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorionisierungs- Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Aufbauform zu schaffen, mit welcher eine gleichmäßigere Vor ionisierung innerhalb der Laserkammer bei besserem Wirkungsgrad erreichbar ist. Außerdem soll die neue Vorionisierungs-Anord nung eine lange Standzeit aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch die im Kenn zeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vor teilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.

Zwar sind für CO₂-Laser bereits Gleitfunkenstrecken bekannt, siehe JETP-Letters, Bd. 21, Nr. 7, 1975, Seiten 194, 195, jedoch entstehen bei den dort beschriebenen Gleitfunkenstrecken die Gleitfunken auf parallel zu den Laser- Elektroden angeordneten modifizierten Metallplatten, letztere überzogen mit dünnen dielektrischen Schichten. Zur Vermeidung von ungleichmäßig fortschreitenden Gleitfunken ist dort vorgeschlagen, die Oberfläche der dielektrischen Schicht mit einem Lack zu überziehen, der fein verteilten Puder aus Barium, Kupfer oder Graphit enthält. In dem genannten Dokument wird auch über einen Modell-Laser mit Gleitfunkenerzeugung an der Oberfläche einer Glasröhre berichtet.

Im folgenden wird anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellen den Zeichnung die Erfindung noch näher erläutert. Darin zeigt in vereinfachter Darstellung

Fig. 1 die Gleitfunkenstrecke in einem Längsschnitt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die zugehörige Laserkammer mit zwei spiegel- und punktsymmetrisch den beiden Laser- Elektroden zugeordneten Gleitfunkenstrecken als Vorioni sierungs-Anordnung und

Fig. 3 das Ersatzschaltbild eines Hochspannungs-Impulsgenera tors für die Vorionisierungs-Anordnung.

Die parallel zur optischen Achse 1 des Lasers L (Fig. 2) ausge dehnte Gleitfunkenstrecke G ist wie in Fig. 1 dargestellt aufge baut. In ein dünnwandiges Rohr Ke möglichst hoher Spannungsfestig keit - vorzugsweise Al₂O₃-Keramik hochrein - wird ein Innenlei ter I, z. B. aus Kupfer, eingebracht. Über das Keramikrohr Ke wer den n Röhrchen R, nämlich r1, r2 . . . usw., aus einem leitenden und halogenbeständigen Material, z. B. Edelstahl oder Kupfer, geschoben. Die Röhrchen R werden an einem oder an beiden Enden abgeschrägt, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, so daß sich zwischen zwei Röhrchen R, die auf das Rohr Ke gefädelt sind, am Umfang ein Spalt S variablen Abstands ergibt. Die Einzelröhrchen werden auf dem Rohr Ke so ausgerichtet, daß die engste Spalt weite S_min in einer geraden Linie - Funkenlinie f - verläuft, wie es in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.

Die ausgedehnte Gleitfunkenstrecke G wird in das Laser rohr L eingebracht, wie es in Fig. 2 m Querschnitt dar gestellt ist. Das Laserrohr L wird aus den Metallelek troden E₁, E₂ und dem Lasergehäuse LG gasdicht zusammen gesetzt. Die Gleitfunkenstrecke G verläuft jeweils parallel zu den Elektroden und ist in eine Nische N des Lasergehäuses LG eingelassen, um die Ausbildung von Funkenkanälen zu den Elektroden E₁, E₂ zu erschweren. Die Gleitfunkenstrecke G ist in dem Laserrohr L so ein zubauen, daß die Funkenlinie f dem Raum zwischen den beiden Elektroden E₁, E₂, in dem die Gasentladung brennt, zugewandt ist. In dem Laserrohr L können in besonders vorteilhafter spiegelsymmetrischer Anordnung zwei Gleitfunkenstrecken G, wie in Fig. 2 dargestellt, eingebaut werden; grundsätzlich genügt aber schon eine Gleitfunkenstrecke G. Als Material für das Lasergehäuse LG wird eine hochreine Al₂O₃-Keramik verwendet.

Die Gleitfunkenstrecke G ist mittels einer nicht näher dargestellten koaxialen Durchführung D durch das Laser gehäuse LG über ein Kabel K geeigneten Wellenwiderstands mit dem Impulsgenerator P verbunden, dessen Ersatzschalt bild in Fig. 3 dargestellt ist. Der Impulsgenerator ist aus einer Hochspannungsversorgung HV, den Kondensatoren C₁ und C₂, einem niederinduktiven Hochspannungsschalter S und den erforderlichen Zuleitungen aufgebaut. Durch Schließen des Hochspannungsschalters, der eine Funken strecke oder ein Thyratron sein kann, wird auf das Kabel K ein Hochspannungsimpuls gegeben, dessen elek trische Werte sich in bekannter Weise aus der Schaltung ableiten lassen. Die elektrischen Parameter des Impuls generators, des Kabels K und der Gleitfunkenstrecke G sind so aneinander angepaßt, daß ein möglichst kurzer reflexionsfreier Hochspannungsimpuls an der Gleitfunken strecke G anliegt, welcher bewirkt, daß sich zwischen den einzelnen Röhrchen R in der Funkenlinie f intensive Lichtblitze ausbilden, die das Lasergas vorionisieren.

Claims

1. Vorionisierungs-Anordnung in einem transversal ange regten Excimer-Laser, bestehend aus mindestens einer rohr förmigen UV-Strahlungsquelle, welche im Entladungs raum zwischen den einander gegenüberliegenden Laser- Elektroden der Laserkammer und parallel zur optischen Achse des Lasers angeordnet ist und welche mittels das Lasergehäuse durchdringender elektrischer Leitun gen an einen elektrischen Impulsgenerator angeschlos sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige UV-Strahlungsquelle eine Röhrchen- Gleitfunkenstrecke (G) ist, welche ein aus einem Dielektrikum hoher Spannungsfestigkeit bestehendes, von einer stabförmigen Innenleiter-Metallelektrode (I) durchdrungenes dünnwandiges Rohr (Ke) aufweist, über welches eine Mehrzahl von aus leitfähigem Material bestehende zumindest einseitig abgeschrägte Röhrchen (R, r1, r2 . . .) als Gegen elektroden über die Länge des Rohres (Ke) gleichmä ßig verteilt geschoben und so ausgebildet sind, daß die engste Spaltweite (S_min) zwischen ihnen in einer Funkenlinie (f) verläuft, wobei die Funkenlinie (f) dem Raum zwischen den beiden Laser-Elektroden (E₁, E₂) zugewandt ist, und daß die Gleitfunken strecke über eine das Lasergehäuse (LG) durchdringen de Koaxialkabeldurchführung (D) an den Impulsgene rator (P) angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß durch in Längsrichtung des Rohres fluchtende Ausrich tung der engsten Spaltweite (S_min) zwischen jeweils einander benachbarten Röhrchen eine gerade Funkenlinie (f) der Röhrchen-Gleitfunkenstrecke (G) gebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das dünnwandige Rohr (Ke) aus hochreiner Al₂O₃-Keramik besteht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für transversal angeregte Excimer-Laser, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmige Elek trode (I) und die Röhrchen (R, r1, r2 . . .) aus Kupfer bestehen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Röhrchen-Gleitfunkenstrecke (G) in einer zwischen den Laser-Elektroden (E₁, E₂) durch abschirmende Gehäuse wandteile gebildeten Nische (N) so angeordnet ist, daß die Ausbildung von Funkenkanälen zwischen der Röhrchen- Gleitfunkenstrecke (G) und den Laser-Elektroden (E₁, E₂) zumindest erschwert ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß in spiegelsymmetrischer Anordnung je zwei Laser-Elektroden (E₁, E₂) und je zwei Röhrchen-Gleit funkenstrecken (G) in je einer Achse eines Achsen kreuzes sich einander gegenüberliegen.