DE3401287A1

DE3401287A1 - Verfahren zur elektrischen anregung von gaslasern mit mindestens zwei entladungsstrecken und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3401287A1
Application number: DE19843401287
Authority: DE
Inventors: Janos 8061 Ampermoching Elsner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-01-16
Filing date: 1984-01-16
Publication date: 1985-07-18
Also published as: DE3401287C2

Description

Verfahren zur elektrischen Anregung von Gaslasern mit
mindestens zwei Entladungsstrecken und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Anregung von Gaslasern mit mindestens zwei Entladungsstrecken. Sie betrifft ferner Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
Für die in der Industrie eingesetzten Hochleistungslaser ist der Wirkungsgrad mit dem die eingespeiste elektrische Energie in Strahlungsenergie umgesetzt wird, von ausschlaggebender Bedeutung. Wie das allgemein bekannt ist, bei den Hochleistungsgaslasern die elektrische Energie im Gasraum Entladung erzeugt, und dadurch entsteht z.B. bei C02 Hochleistungslasern der Laserstrahl. Besonders bei Lasern mit hocher Gasströmungsgeschwindigkeit wird die elektrische Entladung in mehreren Entladungsstrecken erzeugt werden. Wegen der negativen Strom-Spannungs charakteristik müssen die Entladungsstrecken stabilisiert werden. Auch sehr wichtig die räumlich und zeitlich genaue elektrische Energieverteilung zwischen der einzelnen Entladungsstrecken.
Die bisherigen Lösungen kann man in zwei Gruppen einteilen: 1. Mit der Entladungsstrecken in Reihen geschalteten Vorwiderständen 2. Mit der Entladungsstrecken in Reihe geschalteten Elektronenröhren.
Die erste Methode ist allgemein (z.B. aus DE 28 56 328 C 2) bekannt. Die zweite Methode ist hauptsächlich bei gepulsten Gaslasern verwendet worden. Beide Methoden haben den Nachteil, nämlich den, daß sich von der zugeführten elektrischen Energie ein wesentlicher Teil, etwa 50%, in Wärmeenergie umwandelt. Dieser Umstand begrenzt den wirtschaftlichen Einsatz von solchen Geräten nicht nur wegen des hochen Energieverbrauchs, sondern auch weil die Abführung der Wärmeenergie oft ein schwieriges Problem ist. Die Hochleistungswiderständen sind im Dauerbetrieb belastet und stehen außerdem in meisten Fällen unter Hochspannung. dieser Teil von (/aslaserrl ist also nicht nur aus energiewirt schaftlicher Sicht ungünstig, sondern verursacht auch hoche Herstellungskosten. Auch bei der zweiten Lösung ist der Wirkungsgrad, wie das bei Längstreglern allgemein bekannt ist, sehr niedrig. Als Vorteil kann man erwähnen die schnelle Regelbarkeit, welche die genauere Verteilung der Energie ermöglicht, zwischen der einzelnen Entladungsstrecken. Großer Nachteil ist aber der hoche Kostenaufwand.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für Gaslaser der eingangs genannten Art zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, außerdem mit einfachen Vorrichtungen realisierbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß jede Entladungsstrecke extra durch einen Transformator versorgt wird, und jeder dieser Transformatoren von demselben Strom erregt ist.
Bei dieser Versorgungsart sind die bisherig üblichen ohmischen Widerstände durch die zwischen den primär und sekundär Teilen des Transformators vorhandenen reaktanzen ersetzt, dabei entstehen keine Verluste.
Die einzelnen Entladungsströme bzw. die Transformatorsekundärströme verursachen durch den gemeinsamen Primärkreis eine solche Spannungsverschiebung innerhalb des Versorgungssystems, welche die Transformatorsekundärströme bzw. die Entladungsströme praktisch vollständig ausgleicht. Auch die einzelnen Brennspannungen sind bei gleichem Aufbau und gleicher Gasgeschwindigkeit praktisch gleich. Beim gepulsten Betrieb ist besonders wichtig die Ausgegliechenheit, weil so summieren sich die einzelnen Leistungen der in der Laserstrahlerzeugung zusammenwirkenden Entladungsstrecken in der kurzen Impulszeit. Wegen der schon erwähnten günstigen Spannungsverschiebung erfolgen die Zündvorgänge praktisch in der gleichen Zeitpunkt. Daß die maximalen Entladungsstreckenspitzenleistungen gleichzeitig vorhanden sind bedeutet auch, daß der Laser die phisikalisch mögliche, höchste Spitzenstrahlleistung erzeugen kann.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen, sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert. Dabei veranschaulicht Figur 1 erfindungsgemäße Schaltungsanordnung (nach Anspruch 2) Figur 2 Schaltung mit gemeinsamer Primärspule (nach Anspruch 3) Figur 3 eine mögliche Transformatoranordnung (nach Anspruch 3) Figur 4 Schaltung für einfasige Gleichstromversorgung (nach Anspruch 3) Figur 5 Schaltung für mehrfasige Gleichstromversorgung (nach Anspruch 5).
Gemäß Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung aus n Stück Entladungsstrecken (1 bis n). Auf die Entladungsstrecken sind die einzelnen Transformatorsekundärspulen (S1 bis Sn) unmittelbar geschaltet. Die Transformatorprimärspulen (P1 bis Pn) sind in Reihe, und so auf die Stromquelle geschaltet.
Die Transformatorspulen (mit S und P bezeichnet) sind paarweise auf die Transformatorkerne gewickelt, und so bilden unabhängigen n Stück Einfasentransformatoren.
Die Kette von in Reihe geschalteten Primärspulen (Pl bis Pn) im Falle eines Stromflusses einen Spannungsteiler bildet. Die Impedanzen der einzelnen Spulen sind von der Sekundärbelastung stark beeinflußt. Der Laststrom bzw. der Entladestrom und die zugehörige Sekundärspannung verursacht eine solche günstige Verschiebung innerhalb des Spannungsteilers, daß die Entladeströme und Spannungen praktisch vollständig ausgeglichen sind.
Wichtige, vorteilhafte Wirkung des beim Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens, daß neben dem Ausgleichsvorgang, die Entladungsstrecken (1 bis n) völlig potentialfrei sind, wie das auf den Fig. 1, 2, 4 und 5 sichtbar ist. Dieser Umstand hat ausschlaggebende Bedeutung bei Resonatorkonstruktion; die einzelnen Entladungsstrecken sind einpolig polaritätsunabhängig zusammenschaltbar (gemäß Anspruch 6).
Fig. 2 und Fig. 3 veraschaulicht die Lösung nach Anspruch 3, wobei der Spezinlversorgungstransformator 3 Transformatorkerne hat (6, 7, 8), welche durch eine einzige Primärspule (P) erregt sind. Die SekundErspulen und die Entladungsstrecken haben gleiche elektrische Anordnung, wie bei Fig. 1 beschrieben ist. Die Funktionsweise dieser Anordnung ist die folgende: wenn eine der Entladungsstrecken Strom führt, das bedeutet in dem Transformatorkern ein Gegenmagnetfeld, damit das Hauptmagnetfeld aus diesem Kern teilweise gedrängt wird, zu Gunsten den anderen Transformatorkernen. In anderen Sekundärspulen erhöhen sich die induzierten Spannungen bis die anderen Entladungsstrecken nicht zünden, oder mit Stromerhöhung das Gleichgewicht wieder hergestellt wird.
Die Schaltungsbeispiele sind auf Fig. 4 und 5 mit Gleichrichtern ergänzt. Wie das auf Fig. 4 sichtbar, die einzelnen Entladungsstrecken (1 bis n) sind durch einfasige Brückengleichrichter (G1 bis Gn) versorgt.
Auf Fig. 5 sind die Gleichstromversorgung durch mehrfasige Stromquelle, mehrfasige Transformatoren (S11 bis Sm, P11 bis Pm) und mehrfasige Gleichrichter (G11 bis Gm) der Entladungsstrecken erreicht (gemäß Anspruch 5). Diese Lösung ist dann vorteilhaft, wenn der Entladestrom kleinere Welligkeit enthalten soll.
Auf Fig. 1 und 2 sind die Entladungsstrecken als getrennte Gasräume, und auf Fig. 4 und5 sind die Gasräume gemeinsam für die Entladungsstrecken gezeichnet. Die sind nur beispiele, weil die Anordnung oder Trennung in Resonatorgasraum bei jeder dieser Erfindung gemäßen Schaltungen frei wählbar sind.

Claims

Patentansprüche: Verfahren zur elektrischen Anregung von Gaslasern mit mindestens zwei Entladungsstrecken dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladungsstrecke extra durch einen Transformator versorgt wird, und jeder dieser Transformatoren von demselben Strom erregt ist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede, in Laserstrahlerzeugung zusammenwirkende Entladungsstrecke (t bis n) auf je eine Transformatorsekundärspule (S1 bis Sn) geschaltet ist, und die Primärspulen (P1 bis Pn) elektrisch in Reihe miteinander verbunden und auf die Stromquelle geschaltet sind.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede, in Laserstrahlerzeugung zusammenwirkende Entladungsstrecke (1 bis n) je auf eine Transformatorsekundärspule (S1 bis Sn) geschaltet ist, und die Transformatorkerne (6 bis 8) eine gemeinsame Spule (P) haben, welche auf die Stromquelle geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken (1 bis n) durch Gleichrichter (G1 bis Gn) auf die Transformatorsekundärspulen (S1 bis Sn) geschaltet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren (Sll bis Sm, Pll bis Pm), die Gleichrichter (Gll bis Gm) und die Stromquelle mehrfasig sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken (1 bis n) elektrisch miteinander einpolig verbunden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Stromquelle eine Kapazität parallel geschaltet ist, welche mit der gesamten Induktivität von Transformatoren einen Schwingkreis bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle Stromimpulse erzeugen kann.