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Reinschrift der BeschreibUnt Xnd PUtehtanspruche
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Laser des TE-Typs, insbesondere Hochenergielaser Die Erfindung bezieht
sich auf einen Laser des TE-Typs, insbesondere einen Hochenergielaser, so wie im
Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert und in der älteren Anmeldung P 31 36 447.0
vom 14.09.1981 beschrieben, zu der sich die vorliegende Anmeldung in einem Zusatzverhältnis
befindet.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Uberlegung aus, daß es bei
den Doppel- oder Mehrfach-Elektrodenanordnugen des Lasers nach der Hauptanmeldung
darauf ankommt, eine möglichst gleichmäßige Verteilung des die Laser-Entladung bewirkenden
Entladungsstromes auf die einzelnen, parallel zueinander liegenden und von einander
gegenüberliegenden Teilelektroden gebildeten Teilentladungsstrecken zu erreichen.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, den Laser nach der Hauptanmeldung
so weiterzubilden und auszugestalten, daß dieses gesteckte Ziel erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem Laser gemäß Gattungsbegriff
durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen 2 bis
6 angegeben.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß durch die einfache Maßnahme einer Schlitzung bzw. Auftrennung der betreffenden
Kondensatorbeläge eine induktive Entkopplung der parallelen Stromzweige, die über
die betreffenden Teilelektroden-
strecken führen, erreicht wird.
Durch die Schlitzung bedingte Stromumwege führen zu einer erheblichen Erhöhung des
induktiven Widerstandes für den in diesem Umweg liegenden Strompfad, so daß sich
zwingend immer eine gleichmäßige Belastung der Teilelektrodenstrecken einstellt.
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Im folgenden wird anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind, diese noch näher erläutert. Darin zeigt, teilweise
in schematischer, vereinfachter Darstellung: Fig. 1 die Fig. 1 der Hauptanmeldung,
d.h. den Kopf eines TE-Hochenergielasers in einem Querschnitt, wobei zur Vereinfachung
die Gehäusewandteile fortgelassen und in der linken Hälfte der Figur das pulsformende
Netzwerk eines laserachsparallel gestapelten Bandleiterkondensators angedeutet ist;
Fig. 2 perspektivisch im Ausschnitt den an das Teilelektrodenpaar E2 angeschlossenen,
auf Erdpotential liegenden Kondensatorbelag c2, der mit einer Schlitzung versehen
ist; Fig. 3 das Schaltbild eines zugehörigen pulsformenden Netzwerkes in Blümlein-Schaltung;
Fig. 4 die zugehörige räumliche Anordnung in einem Längsschnitt; Fig. 5 das Schaltbild
eines pulsformenden Netzwerkes in Charge-Transfer-Schaltung; Fig. 6 die zugehörige
räumliche Anordnung des pulsformenden Netzwerkes in einem Längsschnitt und Fig.
7 den Gegenstand nach Fig. 2, um 1800 gedreht und etwas abgewandelt.
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Der Hochenergielaser des TE-Typs nach Fig. 1 arbeitet nach dem Prinzip
der Anregung durch möglichst homogene, lichtbogenfreie Kondensatorentladung im Gasraum
G zwischen
mindestens zwei parallel zu optischen Achse OA des Lasers
innerhalb einer Laserkammer LK sich erstrekkenden und mit Abstand a1 einander gegenüberliegenden
ersten und zweiten Elektroden EI und E2, die in Elekw trodenpaare EIl, E12 bzw.
E21, E22 aufgeteilt sind.
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Die Elektroden E7, E2 sind zusammen mit Vorionisierungseinrichtungen
V1, V2 innerhalb eines gasdichten Gehäuses der Laserkammer LK angeordnet. Die Vorionisierungseinrichtungen
V1, V2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel, siehe Fig. 1, 2, als stabförmige
Hilfselektroden ausgeführt, bestehend aus einem Innenleiter 3 und einem diesen umhüllenden
Dielektrikum 4 und sind laserachsparallel und mit Uberschlagabstand a2 zur jeweils
zuge hörigen Teilelektrode EIl, E12 bzw. E21, E22 angeordnet0 Die Elektrode El,
d.h. ihre beiden Teilelektroden E119 E12, die auf der dem pulsformenden Netzwerk
PFN abgelegenen Seite angeordnet sind, sind über eine Elektrodenbrücke bl an einer
Stromzuführung e1 angeschlossen, die Elektrode E2, d.h. ihre beiden Teilelektroden
E21, E22, die dem pulsformenden Netzwerk PFN anliegen , sind an eine Stromrückführung
e2 angeschlossen, die im vorliegen den Falle nicht als leitende Brücke zwischen
den Teilelektroden E21, E22 ausgebildet ist, sondern aus über die Länge der Elektroden
zweigeteilten Brückenhälften besteht, und die von großen Metallplatten, vorzugsweise
auf Erdpotential, gebildet wird. Die elektrische Verbindung der Elektroden eines
Hochenergielasers mit einem puls formenden Netzwerk wie auch die Schaltung dieses
Netzwerkes selbst sind in der DE-OS 29 32 781 näher erläutert, so daß weiter unten
lediglich summarisch darauf eingegangen zu werden braucht. Erwähnt sei hier, daß
das pulsformende Netzwerk PFN, z.B. in Blümlein- oder in Charge-Transfer-Schaltung
geschaltet sein kann und daß zu diesem Netzwerk auch eine schnelle Hochspannungsschalt-
strecke
gehört, die z.B. durch Thyratrons, durch eine Funkenstrecke oder einen Plasmaschalter
verwirklicht sein kann.
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Die Laserkammer LK ist ferner mit Mitteln zum Hindurchleiten des Lasergases
transversal zur optischen Achse OA des Lasers versehen, was durch die Pfeile G7
angedeutet ist. Abr auch eine longitudinale Gasströmung walze in Richtung OA/grundsätzlich
möglich.
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Beim Hochenergielaser nach der Erfindung kann es sich z.B. um einen
Excimer-Laser oder C02-Laser handeln; die Gaszusammensetzung und die Physik der
Entladungsvorgänge des ersteren sind z.B. in der Zeitschrift 'wPhysics Today", Mai
1978, Seiten 32 bis 39, näher erläutert, weshalb hier von einer Erläuterung abgesehen
werden kann.
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Insbesondere Fig. 1 zeigt, daß die einander gegenüberliegenden Laserelektroden
El, E2 aus je zwei Teilelektroden E11, E12 bzw. E21, E22 bestehen, wobei E 11 und
E12 durch eine Elektrodenbrücke bl elektrisch und mechanisch miteinander verbunden
sind. Die Elektrodenbrücke bl ist eine laserachsparallel langgestreckte Platte;
die Teilelektroden sind in der gleichen Richtung sich erstreckende Metall-Leisten.
Die Teilelektroden E21, E22 werden von Stromrückführungsplatten e2 getragen und
elektrisch kontaktiert, welche, wie noch erläutert, zwischen den Teilelektroden
E21, E22 mit elektrischen Durchführungen für die Stromzuführungen el versehen sind.
el, e2 sind getrennte Plattenteile der als gut leitende Metallplatten ausgeführten
Stromrückführungen.
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Die paarweise einander gegenüberliegenden Teilelektroden E11, E21
bzw. E12, E22 spannen zwischen sich Gasentladungsräume 1 auf, die, da sie auf zwei
Teilelektrodenpaare aufgeteilt sind, auch als Teilentladungsräume bezeichnet
werden
können. Im Zwischenraum m zwischen den Teilentladungsräumen 1,1 sind nun die als
Ganzes mit el bezeichneten isolierstoffummantelten Stromzuführungen für die Elektrodenbrücke
b7 der dem pulsformenden Nets werk PFN abgelegenen Teilelektroden Eil, E12 angeordnet.
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Diese Stromzuführungen e1 sind durch den Teilelektroden-Zwischenraum
zwischen EIl und E12 und durch den Zwischenraum m zwischen den beiden Teilentladungsräumen
1,1 sowie zwischen den gegenüberliegenden Teilelektroden E21 und E22 und die zugehörigen
Stromrückführungen e2 der zweiten Elektrode E2 isolierend bis zur zugehörigen Bandleiterkondensator-Kontaktfläche,
in diesem Falle der Anschlußfahne fl eines Kondensatorbelages des pulsformendem
Netzwerkes PFN, hindurchgeführt und damit elektrisch verbunden. Dazu dient an der
Stromzuführung el eine entsprechend abgeflachte Anschlußlasche eil. Der zur Anschlußfahne
f1 gehörende Kondensatorbelag ist bei cl gestrichelt angedeutet. Die Kontaktierung
zwischen Lasche eil und Fahne fI erfolgt bevorzugt durch Hartlöten oder Schweißen,
jedoch sind auch Schraubverbindungen grundsätzlich möglich. Am anderen Ende der
Stromzuführung el erfolgt entsprechend eine satte Kontaktierung zwischen Stromzuführung
el und Elektrodenbrücke bl durch Einschrauben und/oder Hartlöten oder Schweißen.
Die Stromrückführungen e2 sind jeweils mit nicht näher dargestellten Anschlußfahnen
c21 des Kondensatorbelages c2 des pulsformenden Netzwerkes PFN kontaktiert, wobei
der Belag c2 im Durchführungsbereich eine trapezförmige Aussparung c20 aufweist.
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Von den übrigen in Fig. 1 dargestellten Teilen des Lasers nach der
Hauptanmeldung sei - da zum Verstänanis der vorliegenden Erfindung nicht von Belang
- lediglich erwähnt, daß 6 bolzenartige Leiterstäbe für die Stromzuführungen el
sind, die auch als leitende Platten mit entsprechenden Durchbrechungen für die Gasströmung
G1
versehen sein können; 7 ist ein Isolierstoffmantel für die Stromzuführungen
ei mit einer verstärkten, zwischen den Stromrückführungen e2 eingelassenen Fußpartie
7a; E3 sind in entsprechende Kammern 7c der Fußpartie 7a eingefügte Schirmelektroden,
welche über Verbindungsleiter e3 an das Massepotential der Stromrückführungen e2
angeschlossen sind.
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Aus Figuren 3 und 4 bzw. 5 und 6 gehen bevorzugte Anordnungen des
pulsformenden Netzwerkes PFN und seine Zuordnung zu der Laserkammer bzw. dem Laserkopf
LK einerseits und dem schnellen Hochspannungsschalter FK andererseits hervor.
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Fig. 3 zeigt die bekannte Blümlein-Schaltung mit den gleichen Bezugszeichen
wie in der DE-OS 29 32 781 mit Ausnahme der Bezeichnung der Laser-Elektroden, welche
entsprechend Fig. 1 mit Ei, E2 und im Falle der Teilelektroden mit E11, Ei2 und
E21, E22 bezeichnet sind.
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Dabei ist der Zweig für die zweiten Teilelektroden E12 - E22 gestrichelt
angedeutet. Ferner sind darin bezeichnet: Mit CF der erste Bandleiterkondensator,
mit CK der zweite Bandleiterkondensator, mit FK der schnelle Hochspannungsschalter,
mit LK die Laserkammer, mit RK eine (hochohmige) Impedanz, mit HV die Hochspannung.
1 ist der erdpotential- bzw. masseseitige Belag des Bandleiterkondensators CF, 2
sein hochspannungsseitiger, 3 der hochspannseitige Belag des zweiten Bandleiterkondensators
CK und 4 sein laserelektroden-seitiger.Die räumliche Anordnung nach Fig. 4 verdeutlicht
die laserachsparallel gestapelten Beläge der ersten und zweiten Bandleiterkondensatoren
CF und CK, welche jeweils eine Kapazitätseinheit CF,K bilden. Diese Kapazitätseinheiten
wiederholen sich über die Stapellänge des Kondensatorpaketes mehrfach bzw. vielfach,
abhängig von der geforderten Laser-Leistung und -Länge. Die Kapazitätseinheiten
sind, vergleiche die Symmetrieebene SE, paarweise
spiegelsymmetrisch
angeordnet; dies muß aber nicht sein.
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Während die Laserkammer LK an der rechten Außenseite des Kondensatorpaketes
des pulsformenden Netzwerkes PFN angeordnet und mit seinen Elektroden angeschlossen
ist, ist der schnelle Hochspannungsschalter FK, im Beispiel eine Funkenstrecke,
an der linken Längsseite angeordnet und verschaltet. Seine Elektroden sind so wie
in Fig. 3 mit EF1 und EF2 bezeichnet. In Fig. 4 ist außerdem der feste Isolierstoff
d für das Dielektrikum schraffiert dargestellt; grundsätzlich kann es sich auch
um ein flüssiges Dielektrikum, wie insbesondere chemisches reines Wasser, handeln;
dann müßten die Kondensatorbeläge 1 - 4 als Platten ausgeführt sein.
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Fig. 5 zeigt die bekannte Charge-Transfer-Schaltung fiÅr das pulsformende
Netzwerk, bei der gleichartige Schaltelemente zu Fig. 3 mit den gleichen Buchstaben
oder Ziffern, jedoch gestrichen, bezeichnet sind, bis auf die Elektroden EF1, EF2
des schnellen Hochspannungsschalters FK. Aufgrund dieser geänderten Schaltung für
das pulsformende Netzwerk ergibt sich gemäß Fig. 6 auch eine andere räumliche Anordnung
für das Kondensatorpaket und die daran angeschlossenen Entladungsstrecken der Laserkammer
LK und des schnellen Hochspannungsschalters FK, welch letztere im Vergleich zu Fig.
4 seitenvertauscht angeordnet sind. RF entspricht RK in Fig. 3.
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Gemäß Fig. 2 ist von den Kondensatorbelägen der jeweiligen Kapazitätseinheit
CF K bzw. CFf,K des pulsformenden Netzwerkes PFN mindestens einer, c2, der den Entladungsstrom
zu bzw. von den Teilelektroden-Gruppen E2 bzw. El der Laserkammer LK führt, entsprechend
der-Anzahl der an ihn angeschlossenen Teilelektroden durch Spalte s in mindestens
teilweise voneinander getrennte Teilbeläge B1, B2 aufgeteilt. Aufgeteilt ist der
Kondensatorbelag
c2, der an die beiden Teilelektroden E21, E22
der Teilelektroden-Gruppe E2 angeschlossen ist, und zwar wegen der beiden zueinander
parallelliegenden Teilelektroden auch in zwei Teilbeläge Bi, B2. Dabei sind auch,
wie bereits erwähnt, die an die beiden Teilbeläge B1, B2 angeschlossenen Teilelektroden
E21, E22 über die Länge der Elektrode E2 zweigeteilt. Für die induktive Entkopplung
der Entladungsstrecken E21 - E11 und E22 - E12 genügt es an sich, den Spalt s, so
wie in Fig. 2 ausgezogen dargestellt, als Schlitz 51 auszuführen, der bevorzugt
über die größte Länge in X-Richtung des Belages c2 sich erstreckt, wobei dann ein
Verbindungssteg X1 zwischen den Teilbelägen B1, B2 im gestrichelten Bereich stehen
bleibt. Dieser stehenbleibende Verbindungssteg Xl ist bevorzugt auf der den Teilelektroden
abgewandten Seite des Belages c2 angeordnet, d.h. auf der Seite des Hochspannungsschalters
FK und nicht auf der der Laserkammer LK. Wie durch die Strichelung angedeutet, kann
man aber auch eine durchgehende Trennfuge s2 vorsehen.
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Dann ist jeder der Teilbeläge B7, B2 separat an den entsprechenden
Pol des Hochspannungsschalters FK angeschlossen. Bei Betrachtung der Figuren 3 und
4 wird deutlich, daß der Belag c2 dem Belag 1 der Blümlein-Schaltung entspricht.
Er ist, wie es anhand von Fig. 1 auch bereits erläutert wurde, in diesem Falle eine
Erdplatte, die mit ihren Teilbelägen an einem Ende an die auf Erdpotential liegenden
Teilelektroden E21, E22 der Laserkammer LK angeschlossen und an ihrem anderen Ende
mit dem auf Erdpotential liegenden Pol des schnellen Hochspannungsschalters FK verbunden
ist.
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Dies gilt grundsätzlich auch bei einem Charge-Transfer-Kreis nach
Fig. 5 und 6, wo der aufzuteilende, auf Erdpotential liegende Kondensatorbelag mit
1' bezeichnet ist. Dieser Belag 1 gehört dann zum zweiten Bandleiter-
kondensator
CKJ. Im Falle einer solchen Schaltung und Anordnung würden die Elektroden E'1 aus
Fig. 6 mit den Elektroden E2 aus Fig. 1 korrespondieren und die Elektrode E'2 aus
Fig. 6 mit der Elektrode bzw. Teilelektroden-Gruppe El aus Fig. 1.
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Entsprechend dem als Charge-Transfer-Schaltung ausgeführten pulsformendem
Netzwerk PFN in Fig. 5, 6 ist der mit c12 bezeichnete Kondensatorbelag nach Fig.
7 im Vergleich zu Fig, 2 mit seinen Anschlüssen an die Laserkammer und an den Hochspannungsschalter
seitenvertauscht, außerdem sind die Aussparungen an den beiden Enden des Belages
c'2, die hier mit c'20 bezeichnet sind, nicht trapezförmig so wie in Fig. 2 sondern
etwa sichelförmig. Diese Aussparungen dienen als Isolationsstrecken zu laseraxial
benachbarten Elektroden und Belägen. Der Spalt in Fig. 7 ist als durchgehende Trennfuge
s2 dargestellt und - gestrichelt - alternativ als Schlitz s1 mit Steg X1.
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Die Weite des Spaltes s bzw. der Trennfuge s2 braucht nur in der Größenordnung
von 1 mm bis zu wenigen Millimetern zu betragen; eine merkliche Kapazitätseinbuße
braucht dadurch nicht in Kauf genommen zu werden. Montagetechnisch sind Ausführungen
mit Steg X1 vorteilhafter als solche mit durchgehender Trennfuge. Durch die Bezugszeichen
LK und FK ist in Fig. 2 und Fig. 7 angedeutet, daß es sich um Anschlußlaschen zur
Laserkammer bzw. dem Hochspannungsschalter handelt. Die als bevorzugtes Ausführungsbeispiel
dargestellte Aufteilung der Erdplatte in Teilbeläge ist wegen der eindeutigen Potentialverhältnisse
die günstigste; grundsätzlich ist aber auch eine Aufteilung anderer stromführender
Kondensatorbeläge des pulsformenden Netzwerkes PFN in entsprechende Teilbeläge möglich.
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6 Patentansprüche 7 Figuren
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