DE3534953A1

DE3534953A1 - Vorrichtung zur versorgung eines gas-lasers mit energie

Info

Publication number: DE3534953A1
Application number: DE19853534953
Authority: DE
Inventors: James Broughty Ferry Dundee Schottland/Scotland Pithie
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: LASER ECOSSE Ltd DUNDEE SCOTLAND GB
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1985-10-01
Publication date: 1986-04-10
Also published as: GB2165407A; US4677631A; GB2165407B; GB8424863D0; FR2571185A1

Description

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Dr. rar. ηώ* Thömas~Berendt 0 0 O H el D ο

Dr.-Ing. Hans Leyh
Innere Wiener Str. 20 - D 3000 München 80

Unser Zeichen: A 15 005 Lh/fi

Ferranti pie

Bridge House, Park Road

Gatley, Cheadle, Cheshire, England

Vorrichtung zur Versorgung eines Gas-Lasers mit Energie

Ferranti pic A 15 005

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorgung eines Gas-Lasers mit Energie.

Bei Gas-Lasern und auch bei anderen Gasentladungseinrichtungen wird die Entladung eingeleitet durch das Anlegen eines kurzen Impulses mit einer Spannung, die höher ist als die normale Betriebsspannung. Vorzugsweise sollte der Zündimpuls kurz sein und eine schnelle Anstiegszeit haben in der Größenordnung von etwa zehn Mikrosekunden oder weniger. Wie immer auch die Zufuhr der Speisespannung erfolgt, die Zufuhr des Zündimpulses kann Probleme verursachen.

Eine Übliche Methode zur Erzeugung eines Zündimpulses besteht in der Verwendung eines Impulstransformators mit einer schnellen Anstiegszeit zur Erzeugung des Zündimpulses. Dies geht, wenn die Impulsspannung unter etwa 15kV liegt. Bei Verwendung höherer Spannungen sind jedoch Transformatoren mit hohen Windungsverhältnissen und damit hoher Impedanz erforderlich, was zu einer langsamen Impulsanstiegszeit führt. Eine alternative Technik besteht darin, die Spannung an der Entladungsröhre immer oberhalb der Zündspannung zu halten. Hier sind aber große Ballastwiderstände notwendig, um die Entladungsstabilität zu gewährleisten und eine solche Anordnung ist hinsichtlich des Energieverbrauchs sehr uneffizient.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgung für einen Gas-Laser zu schaffen, der einfache und effiziente Mittel hat, um einen Zündimpuls für einen Gasentladungslaser zu erzeugen.

Nach der Erfindung ist hierzu eine Vorrichtung vorgesehen, die eine erste Energiequelle hat zur Bereitstellung der Betriebsenergie der Gasentladungs-Laserröhre, ferner mit einer zweiten Energiequelle zur Erzeugung einer Spannung, die, wenn sie in Reihe mit dem Ausgang der

ersten Energiequelle geschaltet wird, die Entladung in der Entladungsröhre bewirkt, ferner mit einer Schalteinrichtung zum Verbinden der Ausgänge der ersten und der zweiten Energiequelle in Reihe miteinander nur dann, wenn die Entladung eingeleitet werden soll.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Energiequellen mit Teilen eines Cockroft-Walton Spannungsvervielfachers versehen und die Schalteinrichtung enthält eine Funkenstrecke.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Fig. 2 zeigt die Schaltung einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Gaslaser-Entladungsröhre mit einer geschlossenen Entladungsröhre 10, die ein gasförmiges aktives Lasermedium enthält. Eine Anode 11 und eine Kathode 12 sind vorgesehen, zwischen denen die Entladung erfolgt, wenn der Laser in Betrieb ist. Eine erste Energiequelle 13 hat einen positiven Ausgangsanschluß, der an die Anode 11 gelegt ist über einen Ball astwiderstand 14, während ihr negativer Ausgangsanschluß an die Kathode 12 über eine Diode 15 gelegt ist, die gepolt ist, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Energiequelle 13 ist so gewählt, daß sie die normale Spannung und den normalen Strom liefert, die erforderlich sind, um eine Entladung in der Röhre aufrechtzuerhalten nachdem die Entladung erzeugt worden ist bzw. die Röhre gezündet hat, die Einleitung der Entladung bzw. die Zündung wird durch diese Energiequelle jedoch nicht hervorgerufen.

Eine zweite Energiequelle 16 hat einen positiven Ausgangsanschluß, der mit dem negativen Ausgang der ersten Energiequelle 13 verbunden ist, während ihr negativer Ausgang über einen Schalter 17, z.B. einer getriggerten Funkenstrecke oder einem Thyratron, mit der Kathode 12

der Entladungsröhre 10 verbunden ist. Jede der Energiequellen 13 und 16 wird gespeist von einer konventionellen Wechselstromversorgung.

Im Betrieb legt die erste Energiequelle 13 die normale Betriebsspannung V1 an die Anode 11 und die Kathode 12 der Entladungsröhre 10, diese reicht aber nicht aus, um die Entladung einzuleiten. Die zweite Energiequelle 16 erzeugt eine zusätzliche Spannung V2. Wenn der Schalter 17 geschlossen ist, so ist der Ausgang der beiden Energiequellen 13 und 16 in Reihe geschaltet, wodurch eine Spannung V1 + V2 entsteht, die ausreicht, die Entladung einzuleiten bzw. die Röhre zu zünden. Die Diode 15 verhindert einen Kurzschluß des Ausganges der Energiequelle 16 und trennt die beiden Energiequellen voneinander.

Wenn die Entladung erfolgt ist, d.h. die Röhre gezündet hat, ist die zweite Energiequelle 16 nicht länger erforderlich. Der nichtgezeigte Mechanismus, der den Schalter 17 betätigt, kann daher zweckmäßigerweise so ausgebildet sein, daß er die zweite Energiequelle abschaltet. Der Schalter ist natürlich von der Art, daß er die von der zweiten Energiequelle 16 erzeugte Spannung aushält.

Die beiden Energiequellen 13 und 16 können in verschiedener Weise ausgebildet sein. Eine typische Laser-Entladungsröhre kann eine Betriebsspannung von 16kV haben und einen Strom von 8mA und sie erfordert einen Impuls von 28kV zum Zünden bzw. zum Einleiten der Entladung. Die Energiequelle 13 muß daher den Betriebserfordernissen der Entladung gewachsen sein, während die Energiequelle 16 die zusätzliche Spannung in Form eines Impulses liefert, der eine ausreichend schnelle Anstiegszeit hat.

Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Energiequelle, die besonders einfach und effizient für den gewünschten Zweck ist. Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt jede Energiequelle einen Teil eines konventionellen Cockroft-Walton-Spannungsvervielfachers. Ein Transformator 20 hat eine Sekundärwicklung 21, deren Enden entsprechend an reihengeschaltete Kondensatoren 22 bzw. 23 gelegt sind. Ein Netzwerk von Dioden 24 ist zwischen die Kondensatoren geschaltet, wie dargestellt. Eine Anzahl

von Stufen bildet die erste Energieversorgung 13 von Fig. 1, wie durch die strichpunktierte Linie dargestellt. Die zweite Energieversorgung 16 besteht aus einer Anzahl weiterer Stufen, deren Kondensatoren und 26 kleiner sein können, da der Energiebedarf der zweiten Energiequelle sehr viel geringer ist. Der Schalter 17 kann eine einfache Funkenstrecke mit zwei Elektroden sein, welche durchschlägt, wenn die durch die zweite Energieqelle erzeugte Spannung auf einen genügend hohen Wert angestiegen ist.

Wenn Energie an den Transformator 20 angelegt wird, so werden die Kondensatoren 22, 23, 24 und 25 aufgeladen. Da die Entladung bzw. Zündung im Rohr 10 noch nicht erfolgt ist, liegt keine Last am Transformator, und die Sekundärspannung ist derart, daß die durch die zweite Energiequelle 16 erzeugte Spannung die Durchschlagsspannung bzw. die Zündspannung der Funkenstrecke 17 übersteigt. Der beim Durchschlag oder Durchbruch der Funkenstrecke erzeugte Impuls hat eine sehr schnelle Anstiegszeit, etwa in der Größenordnung von 1 Mikrosekunde und es erfolgt eine Entladung zwischen den Elektroden der Entladungsröhre, d.h. die Röhre hat gezündet. Wenn durch die erste Energiequelle 13 die Betriebsenergie zugeführt wird, so ist die Belastung am Transformator 20 derart, daß die zweite Energiequelle 16 auf eine Spannung unter der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 17 aufgeladen wird. Ein weiterer Durchbruch oder Durchschlag der Funkenstrecke kann daher nicht eintreten. Dies bedeutet, daß keine Notwendigkeit besteht, die zweite Energiequelle 16 abzuschalten, da sie keine Energie verbraucht nachdem die Kondensatoren wieder aufgeladen sind.

Beispielsweise kann bei einem Laser der vorgenannten Art der Transformator 20 einen sekundären Ausgang von 2kV haben, wenn die Entladung läuft. Die erste Energiequelle hat acht Multiplizierstufen, die eine Arbeitsspannung von 16kV erzeugen. Die zweite Energiequelle hat weitere sechs Stufen und die Funkenstrecke hat eine Durchbruchsspannung von 13kV. Wenn die Multiplizierschaltung keine Energie an die Entladungs-

röhre legt, so erzeugt die zweite Energiequelle 13 kV oder mehr und ist in der Lage die Funkenstrecke durchzubrechen. Wenn jedoch Energie an die Entladungsröhre gelegt wird, so erzeugt die zweite Energiequelle nur 12 kV und es kann kein Durchbruch der Funkenstrecke entstehen.

Die Funkenstrecke 17 in der Ausführungsform nach Fig. 2 kann eine getriggerte Funkenstrecke sein, wenn ein genaueres Timing des Beginns der Entladung gefordert wird. In diesem Fall kann die freie Durchbruchsspannung der Funkenstrecke größer sein als die Entladespannung (off-load voltage), die von der zweiten Energiequelle erzeugt wird.

Die Laser-Entladungsröhre ist nur schematisch dargestellt worden. Häufig kann eine solche Entladungsröhre mehrere Anoden und/oder mehrere Kathoden aufweisen. Die Verwendung einer solchen Entladungsröhre beeinträchtigt jedoch nicht die Merkmale der Erfindung.

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Claims

A 15 Ferranti pic Patentansprüche

1. Vorrichtung für die Zufuhr von Energie an einen Gas-Laser, gekennzeichnet durch eine erste Energiequelle zur Lieferung der Betriebsenergie für eine Gaslaser-Entladungsröhre, eine zweite Energiequelle zur Erzeugung einer Spannung, die wenn sie in Reihe mit dem Ausgang der ersten Energiequelle geschaltet ist, die Entladungsröhre zündet, und durch eine Schalteinrichtung zum Verbinden der Ausgänge der ersten und der zweiten Energiequelle in Reihe miteinander nur dann, wenn die Entladung eingeleitet bzw. die Röhre gezündet werden soll.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Schalteinrichtung eine Funkenstrecke umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, < daß die Schalteinrichtung eine getriggerte Funkenstrecke um- '* faßt. -f

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Energiequellen Teile einer Spannungsvervielfacherschaltung umfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvervielfacherschaltung eine Cockroft-Walton-Schaltung ist.