DE3327870A1

DE3327870A1 - Gas-laser

Info

Publication number: DE3327870A1
Application number: DE19833327870
Authority: DE
Inventors: Russell Allan Perth Schottland Leather; John Irvine Calif. McLeod; John Andrew Linlithgow Schottland Smith
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1983-08-02
Publication date: 1984-02-09
Also published as: AU554113B2; JPH023313B2; AU1756383A; GB2126412A; GB2126412B; JPS5947786A; DE3327870C2; US4627061A

Description

Patentanwälte

Unser Zeichen: A 14 677 Lh/fi

Ferranti plc

Bridge House, Park Road, Gatley, Cheadle, Cheshire, England

Gas-Laser

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J A 14 677

Ferranti pic

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Gas-Laser und insbesondere einen solchen Gas-Laser, bei dem der Druck des Gases in einem geschlossenen Raum steuerbar ist.

Die Leistungsabgabe eines Gas-Lasers, der auf einem konstanten Druck gehalten wird, verändert sich in voraussagbarer Weise als Funktion der Gastemperatur. Generell ist die Leistungsabgabe bei niedrigeren Temperaturen höher als bei hohen Temperaturen aufgrund der Verstärkungscharakteristiken des aktiven Gasmediums. Diese Verhaltensweise kann in einigen Lasern kompensiert werden durch Variation der Pumpenergie entsprechend der Umgebungstemperatur. In anderen Lasern, wie dem quer-erregten mit Atmosphärendruck arbeitenden COp-Laser, auch TEA-Laser genannt, der Gegenstand des Britischen Patentes Nr. 1 301 207 ist, ist eine solche Steuerung nicht möglich, weil der Entladestrom konstant zu bleiben sucht, unabhängig von den Änderungen der angelegten Spannung innerhalb der oberen und unteren Grenzen, die entsprechend die Zündung und die Löschung der Entladung begrenzen.

Es ist bekannt, daß in erster Annäherung die aus einem gepulsten Gas-Laser entnommene Leistung bzw. Energie sich mit dem Quadrat des Gasdruckes ändert. Dies deshalb, weil die Pulsbreite umgekehrt proportional zum Druck und die erforderliche Entladespannung direkt proportional zum Druck ist. Wenn daher der Gasdruck als Funktion der Temperatur gesteuert werden kann, so kann ein einfacher temperaturempfindlicher Entladespannungs-Steuerkreis die Leistungsabgabe bzw. Energieabgabe des Lasers auf einem konstanten Niveau halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gas-Laser zu schaffen, bei dem der Gasdruck steuerbar ist.

Nach der Erfindung ist hierzu ein Gas-Laser vorgesehen, mit einem Hohlraum, der ein aktives gasförmiges Medium enthält, Entladeelektroden, zwischen

ORIGINAL INSPECTED

welchen eine Potentialdifferenz angelegt werden kann, um eine elektrische Pumpentladung in dem aktiven Medium zu erzeugen, einem Behälter, der mit dem Hohlraum in Verbindung steht und mit diesem einen geschlossenen Raum bildet und das aktive Medium enthält, ferner mit einer Volumen-Steuerein- ι richtung zur Veränderung des Volumens des Behälters, der das aktive Medium enthält, um den Druck des aktiven gasförmigen Mediums in dem Hohlraum zu verändern.

Vorzugsweise enthält die Volumen-Steuereinrichtung einen Raum oder Abschnitt mit variablem Volumen, der in dem Behälter angeordnet ist. Es kann eine Steuerung vorgesehen werden zur Steuerung der Volumen-Steuereinrichtung und zur Veränderung des Druckes des aktiven Mediums als Funktion seiner Temperatur.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 perspektivisch eine erste AusfUhrungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 zusammen mit einer Steuereinrichtung.

Fig. 3 zeigt perspektivisch eine zweite Ausführungsform.

Fig. 4 zeigt im Schnitt eine Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 2, und

Fig. 5 zeigt perspektivisch noch eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen TEA-CO₂~Laser mit einem Gehäuse 10, das einen Hohlraum umgrenzt, der das aktive gasförmige Medium enthält. In dem Hohlraum sind Entladeelektroden 12, 13, d.h. Anode und Kathode, angeordnet, sowie eine Dünndraht-Triggerelektrode 14. Der Hohlraum hat zwei Endspiegel 15, 16, von denen einer 100%-reflektierend ist, während der andere teildurchläßig ist, damit der Laserausgangsstrahl den Hohlraum verlassen kann. Integral mit dem Gehäuse ist ein Behälter oder eine Kammer 17 ausgebildet, die mit dem Hohlraum über eine öffnung 18 in Verbindung steht. Die Kammer enthält einen dichten Balg 19, der mittes eines Motors 20 zum Expandieren oder

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Kontraktieren in Längsrichtung gebracht werden kann. Der Rest der Kammer ist mit dem aktiven Gasmedium gefüllt.

Der vorbeschriebene Laser ist ein gepulster Laser, in welchem eine Entladung ^: zwischen den beiden Elektroden 12 und 13 mittels der Triggerelektrode 14 ; quer zur Längsrichtung des Laserhohlraums herbeigeführt wird. Da, wie oben erläutert, die Ausgangsenergie des Lasers abhängig vom Druck des aktiven Mediums ist, kann die Ausdehnung des Balges 19 durch Betätigung des Motors 20 eingestellt werden, um die optimale Ausgangsleistung oder Ausgangsenergie zu erhalten.

Wie ebenfalls erwähnt, ist der Druck vorzugsweise von der Temperatur des aktiven Mediums abhängig und die Spannung der Entladequelle kann ebenfalls' variiert werden, um eine optimale Ausgangsenergie zu erreichen. Fig. 2 zeigt den Laser nach Fig. 1 zusammen mit einer geeigneten Steuereinrichtung, die nur schematisch dargestellt ist.

Der Motor 20 nach Fig. 2 wird durch die Steuereinrichtung 21 angesteuert und mit Energie versorgt, die als Steuereingang den Ausgang einer Temperatur am Gehäuse 10 des Lasers hat. Die Steuereinrichtung 21 steuert ferner die Potentialdifferenz und ggf. den Strom, die an die Entladeelektroden 12 und 13 des Lasers gelegt werden. Die Ausbildung der Steuereinrichtung wird hier im Detail nicht erläutert. Beispielsweise kann ein einfacher Mikroprozessor zur Steuerung des Motors und der Energieversorgung verwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, in welcher der Balg 19 eine Feder 30 mit Form-Speicher-Effekt (shape memory effect spring) enthält, durch welche der Balg entsprechend der Temperatur des aktiven Mediums in der Kammer 17 expandiert oder kontraktiert wird. Die Arbeitsweise solcher Federn ist bekannt und wird hier im einzelnen nicht diskutiert. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß die Feder über einen vorgegebenen Temperaturbereich sich zwischen einem zusammengezogenen und einem ausgedehnten Zustand verändert.

Ein erhöhter Temperaturbereich für einen mit einer solchen Feder betätigten Balg kann erreicht werden durch Verwendung der Ausführungsform nach Fig. 4.

ORIG^AJ- INSPECTED

Hier sind drei solcher Federn 40, 41 und 42 gezeigt, jede mit einem etwas anderen Arbeitsbereich. Zwei Federn sind ausgedehnt und eine zusammengedrückt dargestellt. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform_s in welcher das Volumen der Kammer 17 durch einen Kolben 50 veränderbar ist. Der Kolben kann durch einen geeigneten Mechanismus bewegt werden, welcher durch eine Steuerung der in Fig. 2 dargestellten Art betätigt werden kann. Die erforderlichen Druckveränderungen sind nicht groß, die Abdichtung des Kolbens gegenüber der Kammer 17 ist daher problemlos.

Der vorbeschriebene Laser kann mit jedem aktiven gasförmigen Medium mit jedem gewünschten Druck betrieben werden, geeignet ist jedoch besonders ein TEA-COp-Laser. Auch kann jede geeignete Elektrodenausbildung verwendet werden zur Erzeugung der Pumpentladung in dem Gas, einschließlich Elektroden, die außerhalb des Laserhohlraumes angeordnet sind und durch Hochfrequenzenergie erregt werden. Es können ferner Einrichtungen vorgesehen werden, um das Gasgemisch im Laser aufzufüllen, falls dies erforderlich werden sollte.

LeJeite

Claims

A 14 677 Ferranti pic

Patentansprüche

Gas-Laser mit einem Hohlraum, der ein gasförmiges aktives Medium enthält, Entladeelektroden, zwischen denen eine Potentialdifferenz anlegbar ist, um eine elektrische Pumpentladung in dem aktiven Medium zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Kammer (17) die in Verbindung mit dem Hohlraum steht und mit ihm ein geschlossenes Gehäuse bildet und die das aktive Medium enthält, ferner durch eine Volumen-Steuereinrichtung(19)zur Veränderung des Volumens der Kammer (17), die das aktive Medium enthält, um den Druck des gasförmigen aktiven Mediums in dem Hohlraum des Lasers zu variieren.
2. Gas-Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumen-Steuereinrichtung einen Körper mit variablem Volumen aufweist, der in der Kammer (17) angeordnet ist.
3. Gas-Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper variablen Volumens ein dichter Balg (19) ist.
4. Gas-Laser nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Volumens des Balges (19).
5. Gas-Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (19) durch die Steuereinrichtung abhängig von der Temperatur des gasförmigen aktiven Mediums steuerbar ist.
6. Gas-Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung wenigstens eine Feder mit Formspeicher-Vermögen (shape memory effect spring) aufweist.
7. Gas-Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Motor aufweist zur Steuerung des Balges (19) abhängig vom Ausgang eines Temperatur-Sensors.
8. Gas-Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumen-Steuereinrichtung einen Kolben (50) aufweist, der bewegbar ist, um das Volumen der Kammer (17) zu verändern.
9. Gas-Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige aktive Medium ein Gemisch ist, das Kohlendioxid mit einem Druck enthält, der im wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck ist, und daß die Entladeelektroden so angeordnet sind, daß die elektrische Entladung quer zur optischen Achse des Lasers erfolgt.