DE3239972A1 - High-voltage-discharge pumped gas laser - Google Patents
High-voltage-discharge pumped gas laserInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen hochspannungsentladungs-The invention relates to a high-voltage discharge
gepumpten Gas laser mit einer in einer gasdichten Kammer zwischen zwei gegenüberliegend angeordneten Elektroden vorgesehenen Gasentladungsstrecke und einer Röntgenstrahlungsquelle, deren Röntgenstrahlung zur Vorionisierung des zwischen den Elektroden befindlichen Gases auf den Spalt zwischen den Elektroden gerichtet ist, und mit Resonatorspiegeln zur Erzeugung der Laserstrahlung.pumped gas laser with one in a gas-tight chamber between two oppositely arranged electrodes provided gas discharge path and an X-ray source whose X-rays are used to pre-ionize the between the electrodes on the gap between the electrodes is directed, and with resonator mirrors to generate the laser radiation.
Hochspannungsentladungsgepumpte Gaslaser (z. B. TEA-Co2 oder Edelgas/Halogen (Excimer) Laser) sind in der Literatur vielfältig beschrieben und kommerziell erhältlich. Alle benötigen zum gleichmäßigen Zünden einer funkenfreien Glimmentladung eine Vorionisation des Gases im Entladungsvolumen zwischen den Entladungselektroden. Dies ist in J. Appl. Physics 51, 210 - 222 (1980) "Necessary Condition for the homogeneous formation of pulsed avalanche discharges at high gas pressures" zusammenfassend beschrieben. Geeignete Strahlung zur Ionisation ist kurzwellige Uv-Strahlung, erzeugt durch Hochspannungsfunken- oder Glimmsaumentladung oder au-ch Röntgenstrahlung. In den bisher in der Literatur beschriebenen Lasern des hier zur Diskussion stehenden Typs sind die Entladungselektroden entlang einer ungefalteten optischen Achse angeordnet und die Vorionisationsquellen sind bis auf die weiter unten angeführten Beispiele UV-Strahlungsquellen, die in geringem Abstand entlang der Elektroden angeordnet sind.High-voltage discharge-pumped gas lasers (e.g. TEA-Co2 or noble gas / halogen (Excimer) lasers are widely described in the literature and are commercially available. All of them require pre-ionization to ignite a spark-free glow discharge evenly of the gas in the discharge volume between the discharge electrodes. This is in J. Appl. Physics 51, 210-222 (1980) "Necessary Condition for the Homogeneous Formation of pulsed avalanche discharges at high gas pressures ". A suitable radiation for ionization is short-wave UV radiation, generated by high-voltage sparks or glow discharge or X-rays. In the literature so far The lasers of the type under discussion are the discharge electrodes arranged along an unfolded optical axis and the pre-ionization sources With the exception of the examples below, are UV radiation sources that are listed in are arranged a small distance along the electrodes.
In neuerer Zeit wird der Einsatz von weicher (40 - 60 keV) Röntgenstrahlung zur Vorionisation diskutiert. Dies ist technisch sehr viel aufwendiger, aber für die Optimierung von Hochleistu-ngslasern mit guter Homogenität des Strahlungsprofiles und langer Lebensdauer der Gasfüllung in Zukunft unumgänglich.More recently, the use of soft (40 - 60 keV) X-rays has been used discussed on preionization. This is technically much more complex, but for the optimization of high-power lasers with good homogeneity of the radiation profile and a long service life of the gas filling will be unavoidable in the future.
Röntgenstrahlung ist in der Lage, größere Volumina homogen zu ionisieren. Darüber hinaus hängt die Absorption der Röntgenstrahlung nur von der Atommummer der Gasbestandteile, nicht dagegen von ihrer Molekülstruktur ab. Letzteres ist der Fall für die W-Absorption, die sich wahrend der Nutzungsdauer durch die Bildung von Verunreinigungen ändert und meist erhöht. Dadurch wird die Homogenität und der erforderliche Grad der Vorionisierung beeinträchtigt und vorzeitiger Gasaustausch erforderlich.X-rays are able to ionize larger volumes homogeneously. It also depends on the absorption of X-rays only from the atomic number of the gas components, not on their molecular structure. The latter is the case for the UV absorption, which increases during the useful life changes and usually increases due to the formation of impurities. This will make the Homogeneity and the required degree of pre-ionization impaired and premature Gas exchange required.
In Appl. Physics Letters 33, 913 - 916 (1978) "X-ray preionized high-pressure KrF-laser" wird ein hochspannungsgepumpter Gaslaser mit Röntgenstrahlungsvor-ionisation der eingangs angegebenen Art b-eschrieben. Es wird von einer gepulsten Röntgenröhre mit punktförmiger Strahlungscharakteristik in'Kombination mit einem Entladungssystem konventioneller Elektrodenanordnung Gebrauch gemacht. Die Röntgenstrahlungsquelle ist in einem Abstand von dem Entladungssystem angeordnet, so daß die Strahlung in einem Kegel von 60 Grad Offnungswinkel das Volumen zwischen den Elektroden auf seiner ganzen Länge aus leuchtet. Dabei geht der größte Teil der Strahlung neben den Elektroden ungenutzt verloren. Weiterhin ist da-s Entladungssystem bzw. der es enthaltende Gastank so auszuführen., daß entlang der gesamten Elektrodenstreck-e ein für die Röntgenstrahlung transparentes Fenster angebracht ist und keine Komponenten den Lichtweg verdecken. Eine Verbesserung vom Standpunkt der Adaptation einer Röntgenstrahlungsquelle an die konventionelle Geometrie des Laserentladungssystems wird in Optics Comm. 42, 128 - 132 (1982) "Short pulse x-ray preionization of a high pressure XeCl laser" beschrieben. Hier ist eine hirter einer der Entladungselektroden angebrachte und sich über die ganze Länge der Elektrode erstrekkende Röntgenstrahlungsquelle beschrieben. Die Röntgenstrahlung tritt durch die Elektrode in das Volumen zwischen den Elektroden. Die Elektrode muß also in dem Teil, durch den die Strahlung treten soll, hinreichend dünn und aus Material mit kleinem Massenabsorptionskoeffizienten gearbeitet sein, damit genügend Röntgenstrahlung durch sie hindurch in das Lasergas gelangt. Dieses stellt eine schwerwiegende Einschränkung in Bezug auf die Brauchbarkeit dieses Lösungsweges dar, da Nickel, also ein Material mit weit höherem Massenabsorptionkoeffizienten als Aluminium, nur dann als Elektrodenmaterial verwendet werden könnte, wenn die Elektrode nur wenige Zehntel Millimeter dünn wäre. Wenige Zehntel Millimeter beträgt aber bereits der Elektrodenabbrand bei einigen Millionen Entladungsvorgängen.In Appl. Physics Letters 33, 913-916 (1978) "X-ray preionized high-pressure KrF-laser "will be a high-voltage pumped gas laser with X-ray pre-ionization of the type specified at the beginning. It is made by a pulsed x-ray tube with punctiform radiation characteristics in combination with a discharge system conventional electrode arrangement made use. The X-ray source is arranged at a distance from the discharge system so that the radiation in a cone of 60 degrees opening angle the volume between the electrodes on its entire length lights up. Most of the radiation goes next to the electrodes lost unused. Furthermore there is the discharge system or the one containing it The gas tank is designed in such a way that a for the X-ray transparent window is attached and no components the Cover the light path. An improvement from the standpoint of adapting an X-ray source the conventional geometry of the laser discharge system is described in Optics Comm. 42, 128-132 (1982) "Short pulse x-ray preionization of a high pressure XeCl laser" described. Here is a hirter attached to one of the discharge electrodes X-ray source extending over the entire length of the electrode is described. The X-rays pass through the electrode into the volume between the electrodes. The electrode must therefore be sufficient in the part through which the radiation is to pass be thin and made of material with a small mass absorption coefficient, so that enough x-rays can get through them into the laser gas. This places a serious limitation on the usefulness of this approach because nickel, a material with a much higher mass absorption coefficient than aluminum, could only be used as electrode material if the Electrode would only be a few tenths of a millimeter thick. A few tenths of a millimeter but already the electrode burn-off in a few million discharge processes.
Auf Nickel aber kann als Elektrodenmaterial insbes. bei der Konstruktion von langlebigen Excimerlasern (z. B. XeCl Laser) nicht verzichtet werden. Weiterhin hat die Lösung, die Röntgenstrahl-ungsquelle und eine der Hauptentladungselektroden in enger Nachbarschaft anzuordnen, den Nachteil, die Potentiale und sonstige Parameter der Hochspannungsentladungskreise von Hauptentladung und Röntgenröhren-entladung nicht unabhängig voneinander wählen zu könne. Beide Entladungen fordern aber ihre eigenen und im allgemeinen verschiedenen auf Wirkungsgrad hin optimierten Parameter des jeweiligen Entladungskreises.However, nickel can be used as an electrode material, especially during construction long-life excimer lasers (e.g. XeCl laser) cannot be dispensed with. Farther has the solution, the X-ray source and one of the main discharge electrodes to be arranged in close proximity, the disadvantage, the potentials and other parameters the high voltage discharge circuits of main discharge and X-ray tube discharge not being able to choose independently of each other. Both discharges, however, demand theirs own and generally different parameters optimized for efficiency of the respective discharge circuit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gaslaser der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, bei dem es möglich ist, durch Verwendung einer Röntgenstrahlungsquelle zur Vorionisation diese Röntgenstrahlungsquelle in geringer oder angemessener Entfernung zu den Elektroden anzuordnen, wobei die Röntgenstrahlung nicht erst durch die Elektroden oder Fenster im Gastank geschickt werden muß, um letztendlich den Spalt zwischen den Elek-troden zu beleuchten und damit das Gas vorzuionisieren. Ebenso wird eine Trennung von Hauptentladungskomponenten und den Komponenten der Röntgenstrahlungsquelle angestrebt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Gasentladungsstrecke aus mehreren polygonzugartig um ein Zentrum verteilt angeordneten Elektrodenpaarabschnitten besteht, und daß die Röntgenstrahlungsquelle im Inneren des von den Elektrodenparabschnitten aufgespannten Polygons, insbesondere im Zentrum vorgesehen ist. Durch diese besondere Anordnung besteht die Möglichkeit, die Entfernung zwischen der Röntgenstrahlungsquel-le und dem Spa-lt zwischen den Elektroden gering zu halten.The invention is based on the object of providing a gas laser of the initially mentioned type described, in which it is possible by using an X-ray source for pre-ionization this X-ray source at a short or reasonable distance to be arranged to the electrodes, whereby the X-rays do not only pass through the electrodes or window in the gas tank must be sent to ultimately fill the gap between to illuminate the electrodes and thus to pre-ionize the gas. Likewise, a Separation of main discharge components and the components of the X-ray source strived for. According to the invention this is achieved in that the gas discharge path of several electrode pair sections distributed around a center in the manner of a polygon consists, and that the X-ray source is inside the of the electrode spar sections spanned polygons, in particular provided in the center is. This particular arrangement allows the distance between the X-ray source and the spa-lt between the electrodes to be kept low.
und dem Öffnungswinkel des Strahlungskegels anzupassen. Andererseits ist es möglich, eine relativ lange Spaltstrecke auf diese Art und Weise benachbart zu der Röntgenstrahlungsquelle unterzubringen. Der Umfang der Röntgenstrahlungsquelle wird damit optimal genutzt, so daß es nicht erforderlich ist, wesentliche Strahlungsanteile durch Abschirmungen aufzufangen.and adapt to the opening angle of the radiation cone. on the other hand it is possible to have a relatively long gap distance adjacent in this way to accommodate the x-ray source. The scope of the X-ray source is thus used optimally, so that it is not necessary to use significant radiation components to be absorbed by shields.
Hierzu kann die.Röntgenstrahlungsquelle so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie ihre Strahlung entsprechend dem Polygon im wesentlichen sektorartig nur auf die Elektrodenpaarabschnitte aussendet. Im einzelnen können dann die Katoden der Röntgenstrahlungsquelle entsprechend dem Polygon der Elektrodenpaarabsch-nitte angeordnet sein, so daß nur in Richtung der jeweiligen Spalte zwischen den Elektroden Strahlung austritt.For this purpose, the X-ray radiation source can be designed and arranged in this way be that their radiation is essentially sector-like, corresponding to the polygon only emits to the electrode pair sections. In detail, the cathodes can then of the X-ray source corresponding to the polygon of the electrode pair sections be arranged so that only in the direction of the respective column between the electrodes Radiation escapes.
In Richtung der Längsachsen de Elektrodenpaarabschnitte für die Laserstrahlung können reflektierende Spiegel in der gasdichten Kammer oder transparente Fenster mit außerhalb der Kammer angeordneten Spiegeln angeordnet sein; die einzelnen Laserstrahlabschnitte können durch diese reflektierenden Spiegel zu einem durchgehenden Strahlengang verbunden sein, wobei ein Eckpunkt des Polygons mit einem End- und Auskoppelspiegel ausgestattet ist. Damit wird gleichsam der gesamte Umfang des Polygons für einen Laser ausgenutzt. Es ist aber auch möglich, die Laserstrahlung durch die Elektrodenpaarabschnitte in mehrere Züge zu unterteilen, von denen einer als Laseroszillator ausgebildet ist. Einer der Züge kann dann als Verstärker ausgebildet sein. Es ist auch möglich, daß die Züge unterschiedlichen Elektrodenpaarabstand aufweisen, indem die Röntgenstrahlungsquelle exzentrisch angeordnet ist.In the direction of the longitudinal axes of the electrode pair sections for the laser radiation can be reflective mirrors in the gastight chamber or transparent windows be arranged with mirrors arranged outside the chamber; the individual laser beam sections can be connected by these reflecting mirrors to form a continuous beam path be, with one corner of the polygon equipped with an end and output mirror is. In this way, the entire circumference of the polygon is used for a laser, as it were. But it is also possible to direct the laser radiation through the electrode pair sections to be divided into several trains, one of which is designed as a laser oscillator is. One of the trains can then be designed as an amplifier. It is also possible, that the trains have different electrode pair spacing by the X-ray source is arranged eccentrically.
Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Au.sführungsbeispieles weiter beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den hochspannungsentladungsgepumpten Gaslaser und Fig. 2 einen Horizontalschnitt im Syit der Elektrodenpaare.The invention is illustrated by means of a preferred exemplary embodiment further described. The figures show: FIG. 1 a vertical section through the high-voltage discharge pump Gas laser and FIG. 2 shows a horizontal section in the syit of the electrode pairs.
In einer gasdichten Kammer 1 sind mehrere Elektroden 2 bis 7 untergebracht. Je zwei einander zugeordnete Elektroden 2, 3 bzw.A plurality of electrodes 2 to 7 are accommodated in a gas-tight chamber 1. Two electrodes 2, 3 or
4,' 5 bzw. 6, 7 bilden je ein Elektrodenpaarabschnitt 2, 3; 4, 5 und 6, 7. Diese Elektrodenpaarabschnitte sind polygonzugartig, hier nach Art eines Dreiecks um ein Zentrum 8 serum angeordnet.4, '5 and 6, 7 each form a pair of electrodes 2, 3; 4, 5 and 6, 7. These electrode pair sections are like a polygon, here like a triangle arranged around a center 8 serum.
Im Zentrum 8 ist in einem Gehäuse 9 eine Röntgenstrahlungsquelle 10 untergebracht, deren Katoden 11 so ausgerichtet und angeordnet sind, daß jeweils nur die Elektrodenpaarabschnitte 2, 3; 4, 5 und 6, 7 mit Röntgenstrahlung bestrahlt werden, während die sektorartigen Zwischenräume von Röntgenstrahlung frei bleiben.An X-ray source 10 is located in a housing 9 in the center 8 housed, the cathodes 11 are aligned and arranged so that each only the electrode pair sections 2, 3; 4, 5 and 6, 7 irradiated with X-rays while the sector-like spaces remain free of X-rays.
Aus diesem Grunde sind auch Abschirmungen an dieser Stelle entbehrlich. In oder an der Wandung der gasdichten Kammer 1 sind Umlenkspiegel 12, 13 und außerhalb eines Fensters 14 ein Endspiegel 15 und ein Auskoppelspiegel 16 untergebracht.For this reason, shields are also dispensable at this point. In or on the wall of the gas-tight chamber 1 are deflection mirrors 12, 13 and outside a window 14, an end mirror 15 and an output mirror 16 housed.
Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist innerhalb der gasdichten Kammer 1 ein Rührwerk 17 bzw. ein Rührflügel eines Gebläses untergebracht, welches für eine Umwälzung des Gases in der Kammer 1 entsprechend den Pfeilen 18 sorgt. Leitbleche 19 unterstützen die Gasführung.As shown in FIG. 1, a is inside the gas-tight chamber 1 Agitator 17 or an impeller of a fan housed, which for circulation of the gas in the chamber 1 according to the arrows 18. Support baffles 19 the gas flow.
Es ist ersichtlich, daß die Entfernung zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 10 und den Elektrodenpaarabschnitten 2, 3; 4, 5 und 6, 7 gering ist. Diese Entfernung ist gleich, wenn die Röntgenstrahlungsquelle 10 im Zentrum 8 der gasdichten Kammer 1 bzw. des Polygonzugs angeordnet ist. Die Röntgenstrah lung erreicht dann sämtliche Eletrodenpaarabschnitte gleichmäßig. Es ist aber auch möglich., den Gaslaser so abzuändern, daß nur ein Teil der Elektrodenpaarabschnitte den Laserresonator bildet, während der zweite Zug dann beispielsweise als Verstärker ausgebildet sein kann. In diesem Falle kann die Röntgenstrahlungsquelle 10 auch a.u.B-er-halb des Zentrums 8, also exzentrisch angeordnet sein, um entsprechende Wirkungen zu erzielen.It can be seen that the distance between the X-ray source 10 and the electrode pair sections 2, 3; 4, 5 and 6, 7 is low. This distance is the same if the X-ray source 10 is in the center 8 of the gas-tight chamber 1 or the traverse is arranged. The X-ray radiation then reaches all of them Electrode pair sections evenly. But it is also possible to use the gas laser like this to be modified so that only a part of the electrode pair sections forms the laser resonator, while the second train can then be designed, for example, as an amplifier. In this case, the X-ray source 10 can also be a.u.B-half of the center 8, so be arranged eccentrically in order to achieve corresponding effects.
Die Metallwand des Gastank dient gleichzeitig als Abschirmung der im Inneren erzeugten Strahlung. Weitere Abschirmmaßnahmen sind überflüssig.The metal wall of the gas tank also serves as a shield for the radiation generated inside. Further shielding measures are superfluous.
Bezugszeichenliste: 1 = Kammer 2 = Elektrode 3 = Elektrode 4 = Elektrode 5 = Elektrode 6 = Elektrode 7 = Elektrode 8 = Zentrum 9 = Gehäuse 10 = Röntgenstrahlungsquelle 11 = Katoden 12 = Umlenkspiegel 13 = Umlenkspiegel 14 = Fenster 15 = Endspiegel 16 = Auskoppelspiegel 17 = Rührwerk 18 = Pfeil 19 = Leitblech LeerseiteLIST OF REFERENCE NUMERALS: 1 = chamber 2 = electrode 3 = electrode 4 = electrode 5 = electrode 6 = electrode 7 = electrode 8 = center 9 = housing 10 = X-ray source 11 = cathodes 12 = deflection mirror 13 = deflection mirror 14 = window 15 = end mirror 16 = decoupling mirror 17 = agitator 18 = arrow 19 = guide plate Blank page
Claims (7)
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Publication Number | Publication Date |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE1803251A1 (en) * | 1967-10-17 | 1969-06-04 | Honeywell Inc | Molecular gas ring laser |
DE2939121A1 (en) * | 1979-09-27 | 1981-04-09 | Karl-Heinz Dipl.-Phys. 4630 Bochum Krahn | GAS LASER DISCHARGE VESSEL |
-
1982
- 1982-10-28 DE DE19823239972 patent/DE3239972A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Title |
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