DE3327257A1 - Langgestreckte kammer fuer einen gaslaser mit queranregung - Google Patents

Langgestreckte kammer fuer einen gaslaser mit queranregung

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DE3327257A1
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Description

&'HE*fcB*ER Patentanwälte Am Ruhrstein 1 D-43OO Essen 1
Leroy V. Sutter, Jr., 6301 Summertime Lane, Culver City, Kalifornien, V. St. A.
Langgestreckte Kammer für einen Gaslaser mit Queranregung
Die vorliegende Erfindung betrifft in Querrichtung angeregte Laser und insbesondere eine langgestreckte Kammer für den Laser-Hohlraum und die Elektroden-Anordnung.
In der US-PS 4 169 251 werden Wellenleiter-Gaslaser mit Hochfrequenz-Gasentladungsanregung in Querrichtung beschrieben, welche mittels einer querverlaufenden Gasentladung mit RF-Frequenzeri angeregt werden, die im allgemeinen im VHF-UHF-Bereich liegen, z. B. etwa von 30 MHz bis etwa 3 GHz. Diese Anregungsfrequenzen sind groß genug, um sicherzustellen, daß die Wechselwirkung der Entladungselektronen mit den Entladungselektroden vernachlässigbar ist, wobei hervorragende Entladungsbedingungen erreicht werden, die eine verbesserte Laserleistung bei reduzierter Größe und reduziertem Aufwand für den Laser bewirken.
In jüngster Zeit besteht wachsendes Interesse an Wellenleiter (Hohlleiter)-Gaslasern, bei denen das Laserlicht durch einen hohlen Wellenleiter läuft, der auch zur Ein-
schnürung der den Laser anregenden Gasentladung dient. In der US-PS 3 772 611 mit dem Titel "Wellenleiter-Gaslaser" ist ein grundlegendes Anregungssystem beschrieben, welches bei der Mehrzahl der frühen Wellenleiter-Laser (Hohlleiter-Laser) eingesetzt wurde und bei welchem eine Gleichstrom-Entladung in Längsrichtung der Kammer zwischen einem Paar von Elektroden vorgesehen ist,und wobei die Elektroden im Bereich der jeweiligen Endabschnitte des Laser-Wellenleiters angeordnet sind. Bei dieser Gasentladungsart werden relativ große Anregungs-Gleichspannungen von etwa 10 kV sowie eine entsprechende Stromversorgung mit zugehörigen Schaltungen zur Erzeugung derart großer Spannungen benötigt.
Die US-PS 3 772 611 lehrt auch die Anregung eines ringförmigen Wellenleiter-Lasers aus einer RF-Quelle mittels einer um den ringförmigen Wellenleiter gewundenen Spule. Eine derartige Spulen-Anregung ist nicht nur ungeeignet, sehr gleichmäßige Entladungen zu erzielen, sondern weist auch einen recht schwachen Kupplungs-Wirkungsgrad auf. Werden weiterhin mehr als ein paar Windungen eingesetzt, so wird die Induktivität der Spule so groß, daß sie die Anregungsfrequenzen auf Werte unterhalb weniger MHz begrenzt.
Um eine gleichmäßigere Gasentladung bei reduzierter Anregungsspännung zu erreichen, wurden Wellenleiter-Laser entwickelt, bei denen eine gepulste Entladung in Querrichtung zum Wellenleiter vorgesehen ist. In der US-PS 3 815 047 mit dem Titel "Querangeregte Wellenleiter-Gaslaser" werden in Querrichtung angeregte Wellenleiter-Gaslaser beschrieben, welche eine Kupfer-Anode mit glatter
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Basis aufweisen sowie eine Vielzahl von rechteckförmigen, flachen Kathoden auf der aus dielektrischem Material geformten Wand, welche der Kupfer-Anode gegenüberliegt, wobei die Laser-Anregungsquelle elektrisch leitend mit der Anode und der Kathode verbunden ist. In Querrichtung angeregte Wellenleiter-Gaslaser weisen auch ein Gehäuse auf, das die Anregungsanordnung sowie eine Vielzahl von
J Gas-Einlässen und -Auslassen aufnimmt, welche die Laser-
' Gase im Hohlraum auf großem Gas-Druck halten. In der
Veröffentlichung von Smith et al. unter dem Titel "Repetition-Rate and Quasi-CW Operation of a Waveguide Laser CO2 TE00 Laser", in Optics Communication, Vol. 16,
! No. 1, Januar 1976, S. 50 - 53, ist ein in Querrichtung
angeregter Wellenleiter-Gaslaser beschrieben, der in quasi-kontinuierlichem Betriebszustand (Mode) mit Puls-Frequenzen bis zu 40 kHz betrieben wurde.
Die US-PS 4,103,255 mit dem Titel "High Power, Compact Waveguide Gas Laser" beschreibt einen Wellenleiter-Hochleistungsgaslaser kompakter Bauweise mit einem Gehäuse, das innerhalb des Resonanz-Hohlraumes angeordnet ist. Im Gehäuse ist eine langgestreckte Kammer angeordnet. Die Kammer ist mittels einer Vielzahl von infrarot-durchlässigen Unterteilungen in eine Vielzahl· von Wellenleiter unterteilt. Im Betrieb bewirkt der übertritt von Laser-Strahlung zwischen benachbarten Wellenleitern durch die Trennwände eine Phasenkoppelung der Wellenleiter-Moden,, so daß eine hohe Laserleistung erzielt wird.
Gemäß dem vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ver-
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besserte langgestreckte Kammer bereitzustellen, welche den Laser-Hohlraum bildet, sowie eine Elektroden-Anordnung für einen in Querrichtung angeregten Gaslaser, wobei die Kammer einen Querschnitt in der Form eines vier-zackigen Sternes aufweist, um für die Laguerre-Gauss-TEM_0-Mode niederster Ordnung ein Laser-Energieprofil zu erreichen, das im Bereich des Mittelpunktes der sternförmigen, langgestreckten Kammer sein Maximum hat.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine sternförmige, langgestreckte Kammer bereitzustellen, welche einen Laser-Hohlraum und eine Elektroden Abstützung für einen in Querrichtung angeregten Gaslaser bildet und welche eine gleichförmige Laser-Entladung über ihren Querschnitt aufweist, wobei die Laser-Entladung in der Mitte des Hohlraumes■ihr Maximum hat, um eine maximale Koppelung in die Laguerre-Gauss-TEM„n-Mode zu ermöglichen. Auf diese Weise verbessert die sternförmige langgestreckte Kammer die Koppelung der Laser-Pumpleistung mit der Laser-Ausgangsleistung, so daß der Wirkungsgrad des in Querrichtung angeregten Gaslasers verbessert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen RF-Generator bereitzustellen, welcher elektrisch mit den Elektroden des in Querrichtung angeregten Gaslasers phasenrichtig verbunden ist.
Gemäß der Erfindung weist die einen verbesserten Laser-Hohlraum und eine verbesserte Elektrodenanordnung bewirkende erfindungsgemäße langgestreckte Kammer zum Einsatz in Gaslasern folgende Merkmale auf:
a. Ein Laser-Gas, das in der langgestreckten Kammer angeordnet ist;
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b. erste und zweite Reflektoren zum Reflektieren von Lichtenergie aus einer Laser-Gasentladung innerhalb der langgestreckten Kammer, so daß die Lichtenergie in Längsrichtung der langgestreckten Kammer fortschreitet; c- erste und zweite Elektroden für eine Quer-Anregung des Laser-Gases/ wobei jede der Elektroden aus elektrisch leitendem Material geformt ist und beide Elektroden einander . gegenüberstehend angeordnet sind;
d. eine Stromquelle zum Anlegen einer Wechselspannung
an die erste und die zweite Elektrode mit einer Frequenz im Bereich von 10 MHz bis etwa 3 GHz, um eine Laser-Gasentladung in dem Laser-Gas zu erzeugen; und
e. Koppelungseinrichtungen zum Anpassen der Impedanz des stationären Zustandes in der langgestreckten Kammer an die Impedanz der Stromquelle und zum Koppeln der ersten Elektrode an die .zweite Elektrode, um die Reaktions-Impedanz vor der Zündung in der langgestreckten Kammer aufzuheben, wobei die genannten ersten Impedanz-Anpassungseinrichtungen die ersten und zweiten Elektroden und die zweite .Impedanz-Anpassungseinrichtung an die Stromversorgung koppeln, wobei insbesondere folgende Verbesserung vorgesehen ist:.
f. Die langgestreckte Kammer ist in der Form eines vierzackigen Sternes ausgebildet und weist Querschnittsabmessungen auf/ die geeignet sind, um eine Laser-Gasentladung einzuschließen, wobei die langgestreckte Kammer aus einem dielektrischen Material besteht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an
Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines in Querrichtung angeregten Gaslasers mit einer verbesserten Koppelungsschaltung, die erste und zweite Impedanz-Anpassungskreise sowie einen Laser-Hohlraum und eine Elektroden-Anordnung aufweist, wobei eine sternförmige, langgestreckte Kammer gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
Fig. 2 einen Seitenaufriß einer Vielzahl von Gehäusen, welche jeweils einen aus einer Vielzahl von LC-Schaltkreisen aufnehmen, welche zusammen die zweite bei Figur 1 erwähnte Impedanz-Anpassungsschaltung bilden;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines LC-Schaltkreises aus. jedem der bei Figur 2 erwähnten Gehäuse;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der sternförmigen · langgestreckten Kammer und eines gegenüberliegenden Paares von parallel angeordneten Elektrodenplatten des Laserhohlraumes bzw. der Elektrodenanordnung gemäß Figur 1;
Fig. 5 einen Querschnitt in Längsrichtung der sternförmigen langgestreckten Kammer mit einem Paar gegenüberliegend parallel angeordneter
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Elektrodenplatten entsprechend Figur 4; <
Fig. 6 einen Schnitt in Querrichtung einer langgestreckten Kammer mit rechteckigem Querschnitt und zwei Sätzen gegenüberliegender Paare parallel angeordneter Elektrodenplatten eines Laser-Hohlraumes bzw. einer Elektrodenanordnung, wobei ein RF-Generator phasenkorrelierte Energie liefert;
Fig. 7 einen Schnitt.in Querrichtung einer langgestreckten Kammer, deren Querschnitt die Form eines vier-zackigen Sternes aufweist, und zwei Sätze gegenüberliegender Paare von parallel angeordneten Elektrodenplatten eines Laser-Hohlraumes und einer Elektroden-Anordnung, wobei ein RF-Generator phasenkorrelierte Energie einspeist;
Fig. 8 einen Schnitt in Querrichtung einer langgestreckten Kammer mit kreisförmigem Querschnitt und zwei Sätze von gegenüberliegend angeordneten Paaren paralleler Elektrodenplatten eines Laser-Hohlraumes mit einer Elektroden-Anordnung, wobei ein RF-Generator phasenkorrelierte Energie einspeist;
Fig. 9 einen Schnitt in Längsrichtung einer zylindrischen Kammer mit zwei Sätzen gegenüberliegender Paare von parallel angeordneten Elektrodenplatten gemäß Figur 8;
-/ti-
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines in Querrichtung angeregten Gaslasers, der in bipolarem Zustand betrieben wird, mit einer verbesserten Koppelungsschaltung, welche erste und zweite Impedanz-Anpassungsschaltkreise aufweist sowie einen Laser-• Hohlraum und eine Elektroden-Anordnung einschließlich einer sternförmigen, langgestreckten Kammer und einer Vielzahl von gegenüberliegend angeordneten Paaren von parallelen Elektrodenplatten gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10a einen Seitenaufriß mit einer teilweisen Querschnittsansicht eines Laser-Hohlraumes und einer Elektroden-Anordnung, wobei eine Vielzahl von gegenüberliegenden Paaren parallel angeordneter Elektrodenplatten dargestellt ist,.wobei jedes Paar jeweils durch einen Induktanz-Schaltkreis aus einer Vielzahl von Induktanz-Kreisen des zweiten Impedanz-Anpassungs-Schaltkreises gemäß Figur 10 gekoppelt ist; und
Fig. 11 eine teilweise schematische Darstellung eines in Querrichtung angeregten Gaslasers gemäß Figur 10, der in unipolarem Zustand betrieben wird, da ein unterschiedlicher erster Impedanz-Anpassungs-Stromkreis Verwendung findet.
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Gemäß Figur 1 weist ein in Querrichtung angeregter Gaslaser 10 einen RF-Generator 11, einen verbesserten Koppelungs-Schaltkreis und ein Koaxialkabel 13 auf, welches den RF-Generator 1T mit dem verbesserten Koppelungs-Stromkreis verbindet. Der verbesserte KoppelungsTStromkreis weist einen ersten Impedanz-Anpassungskreis 14 auf, welcher elektrisch mit Anschlüssen A und B einer Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 15 verbunden ist, sowie einen zweiten Impedanz-Anpassungskreis 16, welcher elektrisch mit der Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 15 verbunden ist. Der in Querrichtung angeregte Gaslaser 10 weist weiterhin ein Paar von optischen Reflektoren 17 auf, welche den Laser-Resonator bilden.
Gemäß Figur 2 und Figur 1 weist die Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 15 eine langgestreckte Kammer 20 auf, welche die Form eines vier-zackigen Sternes einnimmt und deren Querschnittsabmessungen nicht nur im Bereich von 0,25 mm2 bis 7,5 mm2, sondern auch größer als 7,5 mm2 sind und welche geeignet ist, die Laser-Gasentladung einzugrenzen. Die sternförmige,langgestreckte Kammer 20 weist Wände 21 auf, die nach innen in Richtung auf das Zentrum der sternförmigen,langgestreckten Kammer gekrümmt sind und welche aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise BeO, Al2O3 oder Glas, geformt sind. Die Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 15 weist weiterhin erste und. zweite, parallel angeordnete Elektrodenplatten 22 auf, von denen jede mit einer Kühl-Bohrung 23 versehen ist, durch welche ein Kühlmittel strömen kann. Die ersten und die zweiten parallelen Elektrodenplatten 22 sind aus einem elektrisch leitenden Material geformt, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, und einander gegenüberstehend ange-
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ordnet. Die ersten und zweiten Elektrodenplatten 22 werden zur Anregung des Lasergases in Querrichtung verwendet, wobei es sich beispielsweise um die herkömmliche Gasmischung eines CO2-Lasers handeln kann mit 65 % He, 22 % N2 und 13 % CO2. Der RP-Generator 11 erzeugt ein elektrisches Wechselfeld in der sternförmigen,langgestreckten Kammer 20 in einer Richtung, die quer zur Längserstreckung, der sternförmigen,langgestreckten Kammer 20 verläuft und eine Frequenz im Bereich von 10 MHz bis etwa 3 GHz aufweist, um eine Laser-Gasentladung in dem Lasergas 24 zu erzeugen.
In der sternförmigen,langgestreckten Kammer 20 muß eine ausreichende Menge von Lasergas 24 enthalten sein, um die Laser-Gasentladung aufrechtzuerhalten. Das Lasergas 24 weist einen Druck im Bereich von 1 Torr bis etwa 1000 Torr auf. Das Lasergas 24 ist in der langgestreckten Kammer 20 eingeschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Paar optischer Reflektoren 17 optisch in bezug auf die langgestreckte Kammer 20 ausgerichtet und mit ihr mechanisch verbunden, um das Lasergas 24 in der Kammer 20 dicht einzuschließen.
Die optischen Reflektoren 17 reflektieren Licht aus der Laser-Gasentladung innerhalb der sternförmigen,langgestreckten Kammer 20, so daß die Lichtwelle longitudinal in Längsrichtung der sternförmigen, langgestreckten Kammer fortschreitet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel reflektieren die optischen Reflektoren 17 nicht nur, sondern führen das Licht in der sternförmigen, langgestreckten Kammer 20 auch derart, daß die Lichtwellen unabhängig von den Innenwänden 21 der sternförmigen, langgestreckten Kammer 20 sind.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der in Querrichtung angeregte Gaslaser 10 auch einen Gaseinlaß und einen Gasausläß aufweisen, um das Lasergas 24 in die langgestreckte Kammer 20 einzulassen bzw. auszulassen. Auch kann eine Gas-Regeleinrichtung vorgesehen sein, um den Druck des Lasergases 24 in der sternförmigen, langgestreckten Kammer 20 einzustellen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der in Querrichtung angeregte Gaslaser TO auch ein Gehäuse aufweisen, in welchem die sternförmige, langgestreckte 'Kammer 20 angeordnet und das Lasergas 24 dicht eingeschlossen ist. Der in Querrichtung angeregte Gaslaser 10 kann auch einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß aufweisen, so daß Lasergas 24 in das Gehäuse einströmen bzw. aus ihm ausströmen kann, wobei weiterhin eine Gas-Regeleinrichtung den Druck des Gases steuern kann.
Gemäß den Figuren 2 und 3 weist der zweite Impedanz-Anpassungskreis 16 eine Vielzahl von LC-Kreisen 30 auf, von denen jeder in einem Gehäuse 31 eingeschlossen ist und welche zusammen den zweiten Impedanz-Anpassungs-Kreis 16 bilden.
Wie den Figuren 4 und 5 sowie den Figuren 1 und 2 des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 15 zu entnehmen ist, hat die langgestreckte Kammer 20 einen Querschnitt in der Form eines vier-zackigen Sternes. Die sternförmige, langgestreckte Kammer 20 weist erste und zweite gegenüberliegende, gekrümmte Wände 21 auf, welche einen kleinsten Abstand d zueinander einnehmen, sowie dritte und vierte gegenüberliegende, gekrümmte Wände 21, wobei alle Wände aus dielektrischem Material geformt sind.
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Gemäß Figur 6 weist ein zweites Ausführungsbeispiel eines in Querrichtung angeregten Gaslasers 60 eine Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 65 auf, welche mit einer langgestreckten Kammer 70 versehen ist, die einen rechtwinkeligen Querschnitt aufweist, mit Querschnittsab-
messungen, die nicht nur im Bereich von 0,25 mm bis
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7,5 mm , sondern auch größer sind als 7,5 mm , und geeignet .sind,eine Laser-Gasentladung einzuschnüren. Die rechtwinkelige, langgestreckte Kammer 70 weist Wände 71 auf, welche aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise BeO, Al2O3 oder Glas, geformt sind. Die Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 65 weist weiterhin eine erste Elektrodenplatte 73, eine zweite, parallele Elektrodenplatte 74, welche parallel und gegenüberstehend zu der ersten Elektrodenplatte 73 angeordnet ist, eine dritte Elektrodenplatte 75 und eine vierte, parallele Elektrodenplatte 76 auf, welche parallel und gegenüberstehend zu der dritten Elektrodenplatte 75 angeordnet ist und welche rechtwinkelig zu der ersten und der zweiten Elektrodenplatte 73 bzw. 74 angeordnet ist. Jede der Elektrodenplatten 73, 74, 75 und 76 hat eine Kühl-Bohrung 77, durch welche ein Kühlmittel strömt. Die Elektroden sind aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, geformt. Die Elektrodenplatten 73, 74, 75 und 76 werden zur Anregung des Lasergases in Querrichtung eingesetzt, wobei es sich beim Lasergas um die herkömmliche Mischung eines CO2-Gaslasers handeln kann mit 75 % He, 22 % N2 und 13 % CO2 (Molenbruch). Der RF-Generator 11 erzeugt ein elektrisches Wechselfeld in der rechtwinkeligen, langgestreckten Kammer 70 und zwar in Richtung quer zur Längserstreckung der Kammer 70 und mit einer Frequenz im Bereich von 10 MHz bis etwa 3 GHz, um im Lasergas 24 eine Gasentladung zu erzeugen. Der RF-
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# 9
Generator 11 ist elektrisch mit den Elektrodenplatten 73, 74, 75 und 76 phasenkorreliert verbunden, wobei die erste Elektrodenplatte 73 um 180° phasenverschoben gegenüber der zweiten Elektrodenplatte 74 angesteuert wird, während die dritte Elektrodenplatte 75 in bezug auf die vierte Elektrodenplatte 76 um 180° phasenverschoben ist und die erste Elektrodenplatte 73 gegenüber der dritten Elektrodenplatte 75 um 90° phasenverschoben ist, so daß die Laser-
.t Entladung des in Querrichtung angeregten Lasers 60 sich
mit der Zeit gegen den Uhrzeigersinn dreht. Werden die dritten und die vierten Elektroden 75 und 76 umgepolt, so
wird sich die Laser-Gasentladung im Uhrzeigersinn drehen. Die Phasenwinkel sind in Figur 6 gezeigt.
Figur 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines in Querrichtung angeregten Gaslasers 80, der eine Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 85 mit einer sternförmigen, langgestreckten Kammer 20 aufweist, welche geeignet ist, die Laser-Gasentladung einzugrenzen. Die sternförmige, langgestreckte Kammer 20 weist Wände 21 auf, welche aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise BeO, Al2O3 oder Glas, geformt sind. Die Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 85 weist weiterhin eine erste Elektrodenplatte 73 und eine zweite, parallele Elektrodenplatte 94 auf, welche parallel und gegenüberstehend zu der ersten Elektrodenplatte 73 angeordnet ist, sowie eine dritte Elektrodenplatte 95 und eine vierte, parallele Elektrodenplatte 96, welche parallel und gegenüberstehend zu der dritten Elektrodenplatte 95 angeordnet ist und welche weiterhin senkrecht zu der ersten und der zweiten Elektrodenplatte 93 bzw. 94 angeordnet ist. Jede ! der Elektrodenplatten 93, 94, 95 und 96 weist eine Kühl-
: bohrung 97 auf, durch welche ein Kühlmittel strömen kann.
Die Elektroden sind aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, geformt. Die Elektrodenplatten 93, 94, 95 und 96 werden verwendet, um das Lasergas 24 in Querrichtung anzuregen. Der RF-Generator 11 erzeugt ein elektrisches Wechselfeld in der rechtwinkeligen, langgestreckten Kammer 20, welches quer zur Längsachse der langgestreckten Kammer 20 ausgerichtet ist und eine Frequenz im Bereich von 10 MHz bis etwa 3 GHz aufweist, um eine Laser-Gasentladung in dem Lasergas 24 zu erzeugen. Der RF-Generator 11 ist elektrisch mit den Elektrodenplatten 93, 94, 95 und 96 phasenkorreliert verbunden, wobei die erste Elektrodenplatte gegenüber der zweiten Elektrodenplatte 94 um 180 phasenverschoben ist, während die dritte Elektrodenplatte gegenüber der vierten Elektrodenplatte 97 um 180 phasenverschoben ist und die erste Elektrodenplatte 93 gegenüber der dritten Elektrodenplatte 9 5 einen Phasenunterschied von 90 aufweist, wobei die Laser-Gasentladung des in Querrichtung angeregten Lasers 80 zeitabhängig gegen den Uhrzeigersinn dreht. Werden die dritte und die vierte Elektrode 95 und 96 in ihrer Polarität umgekehrt, so dreht die Laser-Gasentladung im Uhrzeigersinn. Die Phasenwinkel sind in Figur 7 gezeigt.
In den Figuren 8 und 9 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines in Querrichtung angeregten Gaslasers 100 gezeigt, welcher eine Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 101 mit einer Kammer 102 aufweist, die einen kreisförmigen Querschnitt hat und geeignet ist, eine Laser-Gasentladung einzugrenzen. Die langgestreckte Kammer 102 mit kreisförmigem Querschnitt hat zylinderförmige Wände 103 aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise BeO, Al2O3 oder Glas. Die Laserhohlraum- und Elektroden
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anordnung 101 weist, weiterhin eine erste Elektrodenplatte 105 und eine zweite, parallele Elektrodenplatte 106 auf/ welche parallel und gegenüberstehend zu der ersten Elektrodenplatte 105 angeordnet ist, sowie eine dritte Elektrodenplatte 101 und eine vierte, parallele Elektrodenplatte 108, welche bezüglich der dritten Elektrodenplatte 101 parallel und gegenüberstehend angeordnet ist und welche bezüglich der ersten und der zweiten Elektrodenplatten 105 bzw. 106 senkrecht steht. Jede der Elektrodenplatten 105, 106, 107 und 108 weist eine Kühlbohrung 109 auf, durch welche ein Kühlmittel strömen kann und ist aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, geformt. Die Elektrodenplatten 105, 106, 107 und 108 werden verwendet, um das Lasergas 24 in Querrichtung anzuregen. Der RF-Generator 11 erzeugt ein elektrisches Wechselfeld in der runden, langgestreckten Kammer 102 und zwar in einer Richtung quer zu Längsachse der langgestreckten Kammer 102 und mit einer Frequenz im Bereich von 10 MHz bis etwa 3 GHz, um in dem Lasergas 24 eine Laser-Gasentladung zu erzeugen. Der RF-Generator 11 ist elektrisch mit den Elektrodenplatten 105, 106, 107 und 108 elektrisch phasenkorreliert verbunden, wobei die erste und die zweite Elektrodenplatte 105 und in Phase sind und wobei die dritte und die vierte Elektrodenplatte .107 und 108 in Phase sind, während die erste Elektrodenplatte 105 in bezug auf die dritte Elektrodenplatte um 180 phasenverschoben ist. Der vierte, in Querrichtung angeregte Gaslaser 100 wird TEM01-Moden erzeugen, welche eine Laguerre-Gauss-Mode von höherer Ordnung ist als die TEM00-Mode, welche die ersten drei Laser 10, 60 und 80 ohne Schwierigkeiten erzeugen. Die Laser-Gasentladung erfolgt entlang der Außenseite der zylinderförmigen Wand 103 der runden, langgestreckten Kammer 102, wobei die Elek-
ORIGINAL INSPECTED COPY
troden 105, 106, 107 und 108 symmetrisch angeordnet sind, so daß die Laser-Gasentladung ringförmig ist. Die ringförmige Gasentladung in der langgestreckten Kammer 102 mit kreisförmigem Querschnitt fördert die Oszillationen der TEM01* Mode.
Gemäß den Figuren 10 und 10 a weist ein fünfter, in Querrichtung angeregter Gaslaser 110 einen RF-Generator 11 und einen Leistungsteiler 111 auf, dessen Eingang ein Koaxialkabel 13 mit dem RF-Generator 11 verbindet und welche eine Vielzahl von Ausgängen aufweist. Der fünfte, in Querrichtung angeregte Gaslaser 110 weist ebenfalls einen verbesserten Koppelungs-Schaltkreis auf mit einem ersten Impedanz-Anpassungskreis 114 und einer Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 115. Der verbesserte Koppelungskreis weist ebenfalls einen zweiten Impedanz-Anpassungskreis 116 auf, der den ersten Impedanz-Anpassungskreis 114 elektrisch mit der Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 115 koppelt.
Die Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 115 weist eine sternförmige, langgestreckte Kammer 20 und eine Vielzahl von Elektrodenabschnitten 120 auf, wobei jeder Elektrodenabschnitt 120 ein Paar von sich gegenüberstehend, parallel angeordneten Elektroderiplatten 122 aufweist, deren jede eine Kühlbohrung 123 aufweist. Die Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 115 weist weiterhin eine Vielzahl von dielektrischen Abstandsstücken 124 auf, die jeweils mit einer Kühl-Bohrung 125 versehen ist, welche axial in bezug auf die Kühl-Bohrungen 123 der Elektrodenplatten 122 ausgerichtet ist. Die Elektrodenplatten 122 und die dielektrischen Abstandsstücke 124 sind abwechselnd nacheinander und aneinander anstoßend entlang der Außen-
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fläche der ersten und zweiten Wände 21 der langgestreckten Kammer 20 angeordnet. Die Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnung 115 schließt ein Paar optischer Reflektoren 17, wie beispielsweise Konkav-Spiegel, ein, welche optisch in bezug auf die sternförmige, langgestreckte Kammer 20 ausgerichtet sind und welche an den Endabschnitten der sternförmigen, langgestreckten Kammer 20 befestigt sind, um das ■ Lasergas 24 in der langgestreckten Kammer 20 abdichtend einzuschließen.
Der zweite Impedanz-Anpassungskreis 116 weist eine Vielzahl von Induktanz-Kreisen 130 auf, welche jeweils elektrisch mit einem der Elektrodenabschnitte 120 verbunden sind. Jeder der Induktanz-Kreise 130 ist in einem Gehäuse 131 untergebracht.
Der erste Impedanz-Anpassungskreis 114 weist eine Vielzahl von LC-Kreisen 140 auf, welche jeweils elektrisch mit einem der Induktanz-Kreise 130 verbunden sind. Jeder der LC-Kreise 140 ist in einem Gehäuse 141 aufgenommen. Der in Querrichtung angeregte Gaslaser 110 wird bipolar betrieben.
Jeder Ausgang des Leistungsteilers 111 ist elektrisch mit einem der LC-Kreise 140 des verbesserten Koppelungs-Schaltkreises verbunden.
Gemäß Figur 11 arbeitet ein dritter, in Querrichtung angeregter Gaslaser 210 in der unipolaren Mode, wenn ein unterschiedlicher Induktanz-Kreis 230 eines zweiten Impedanz-Anpassungskreises 216 den zweiten Induktanz-Kreis
• 130 des Impedanz-Anpassungskreises 115 der Figur 10 er-
: setzt.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß eine verbesserte, langgestreckte Kammer für Laserhohlraum- und -Elektrodenanordnungen für in Querrichtung angeregte Gaslaser beschrieben wurde. Der Vorzug der verbesserten,langgestreckten Kammern besteht auch darin, daß durch die Gestaltung der langgestreckten Kammer bestimmt wird, in welcher Mode der in Querrichtung angeregte Gaslaser betrieben wird. Die sternförmige, langgestreckte Kammer bedingt einen in Querrichtung angeregten Gaslaser, der am wirkungsvollsten in der TEM00-Mode arbeitet,· während die langgestreckte Kammer mit kreisförmigem Querschnitt einen in Querrichtung angeregten Gaslaser ermöglicht, der höchst wirkungsvoll in der TEM- *-Mode arbeitet.. Die in der Zeichnung angegebenen Abmessungen sind nur illustrativ.
BAD ORIGINAL

Claims (5)

  1. .. .232725 7
    S 522
    Ansprüche
    ,' Eine langgestreckte Kammer für eine La serhohl raura-
    und -Elektrodenanordnung eines Gaslasers mit einem in
    der langgestreckten Kammer angeordneten Lasergas; ersten und* zweiten Reflektoren zum Reflektieren des Lichtes aus der Laser-Gasentladung innerhalb der langgestreckten
    Kammer, so daß das Licht sich in Längsrichtung der langgestreckten Kammer fortpflanzt; ersten und zweiten Elektroden zur Anregung des Lasergases in Querrichtung, wobei jede Elektrode aus elektrisch leitendem Material gefertigt ist und die Elektroden einander gegenüberstehend angeordnet sind; einer Stromquelle zum Anlegen einer Wechselspannung an die erste und die zweite Elektrode mit einer Frequenz im Bereich von 10 MHz bis etwa 3 GHz, um im Lasergas eine Laser-Gasentladung zu erzielen; und mit Koppelungseinrichtungen zum Anpassen der reaktiven Impedanz des
    stationären.Zustandes in der langgestreckten Kammer an
    die Impedanz der Stromquelle und zum Koppeln der ersten
    Elektroden und der zweiten Elektroden, um die vor der
    Zündung vorliegende reaktive Impedanz der langgestreckten Kammer zu kompensieren, wobei die. erste Impedanz-Anpassungseinrichtung die ersten und zweiten Elektroden
    und die zweite Impedanz-Anpassungseinrichtung an die
    Stromquelle koppelt, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckte Kammer (20) einen Querschnitt in Form eines vier-zackigen Sternes aufweist, daß die Quer-
    ORIGINAL INSPECTED
    schnittsabmessungen der langgestreckten Kammer (20) geeignet sind, die Laser-Gasentladung einzugrenzen und daß die langgestreckte Kanuner (20) aus dielektrischem Material geformt ist.
  2. 2. Gas-Laser mit einer langgestreckten Kammer, deren "; Querschnittsabmessungen geeignet- sind, um eine Laser-Gasentladung einzugrenzen und die aus dielektrischem Material geformt ist, mit einem in der langgestreckten Kammer angeordneten'Lasergas, ersten und zweiten Reflektoren zum Reflektieren und Führen des Lichtes aus der Laser-Gasentladung innerhalb der langgestreckten Kammer, so daß die Lichtwellen beim Durchgang in Längsrichtung der langgestreckten Kammer unabhängig von den Innenwänden der langgestreckten Kammer sind, und mit ersten und zweiten Elektroden zum Anregen des Lasergases in Querrichtung, wobei jede Elektrode aus elektrisch leitendem Material gefertigt ist und die Elektroden einandergegenüberliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß dritte und vierte Elektroden (75, 7.6) vorgesehen. sind, um das Lasergas (24) in Querrichtung anzuregen, wobei jede Elektrode (22, 73, 74, 75, 76) aus elektrisch leitendem Material geformt ist und die Elektroden jeweils gegenüberstehend angeordnet sind; daß eine L'eistungsquelle (11) zum Anlegen einer phasenkorrelierten Wechselspannung an die Elektroden (22, 73, 74, 75, 76) mit einer Frequenz im Bereich von 10 MHz bis etwa 3 GHz vorgesehen ist, um eine Laser-Gasentladung in dem Lasergas (24) zu erzeugen, und daß Koppelungseinrichtungen (13, 14) vorgesehen sind, um die reaktive Impedanz des stationären Zustandes der langgestreckten Kammer (20) an die Impedanz der Leistungsquelle (11) anzupassen und zum Ankoppeln der ersten Elektrode (22, 73) an die zweiten
    ORIGINAL INSPECTED COPY
    Elektroden (22, 74), um die vor der Zündung vorhandene reaktive Impedanz der langgestreckten Kammer (20) zu r
    kompensieren, wobei die ersten Impedanz-Anpassungsein- . .· richtungen (14) die ersten und zweiten Elektroden (73 bzw. 74) und' die zweite Impedanz-Anpassungseinrichtung (16) mit der Leistungsquelle (11) verbinden.·
  3. 3. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch' gekennzeichnet , daß die langgestreckte Kammer (70) einen recht; winkeligen Querschnitt aufweist und daß die Phasenkorrelation der Elektroden derart ist, daß die erste Elektrode■(73)' in bezug auf die zweite Elektrode (74) um 180 phasenverschoben ist, während die dritte Elektrode (75) in bezug auf die vierte Elektrode (76) um 180° phasenverschoben ist und die erste Elektrode (73) in bezug auf die dritte Elektrode "(75) um 90° phasenverschoben ist.
  4. 4. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch g'ekennz e ic h η e*t , daß die langgestreckte Kammer (102) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und daß die Phasenkorrelation der Elektroden derart ist, daß die erste Elektrode (105) mit der zweiten Elektrode (106) in Phase ist, während die dritte Elektrode■(107) mit der vierten Elektrode (108) in Phase ist und die erste Elektrode (105) in bezug auf die dritte Elektrode (107) um 180° phasenverschoben angesteuert wird.
  5. 5. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekenn-.zeichnet, daß die langgestreckte Kammer (20) einen Querschnitt in Form eines vier-zackigen Sternes aufweist, und daß die Phasenkorrelation der Elektroden (93, 94, 9 und 96) derart ist, daß die erste Elektrode (93) in bezug auf die zweite Elektrode (94) um 180° phasenverschoben ist,
    ORIGINAL INSPECTED
    daß die dritte Elektrode (95) in bezug auf die vierte Elektrode (96) um 180° phasenverschoben ist, während
    die vierte Elektrode (96) und die erste Elektrode (93) in bezug auf die dritte Elektrode (95) um 90° phasenverschoben angesteuert sind.
    BAD ORIGINAL
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