DE3536770A1 - Gaslaser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einem kühlbaren, an eine hochfrequente Spannungsquelle anschließbaren Innenleiter und einem koaxial mit Abstand zum Innenleiter angeordneten Außenleiter, wobei zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter der das anzuregende Gas enthaltende Anre­ gungsraum angeordnet ist, der in axialer Richtung durch jeweils einen Spiegel begrenzt ist.

Ein solcher Gaslaser ist aus der DE-OS 33 39 574 bekannt. Solche Laser haben sich im Einsatz gut bewährt. Bei diesen Lasern ist der Innenleiter unter Belassung eines Zwischenraumes von einem Mantelrohr aus Kupfer umgeben, wobei Innenleiter und Mantelrohr an einer hochfrequenten Spannungsquelle ange­ schlossen sind. Durch den Zwischenraum fließt zur Kühlung eine Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen enthaltende Flüssigkeit, die beispielsweise unter dem Handelsnamen "Flutec PP3" von der Firma Kali Chemie AG vertrieben wird. Diese Kühlflüssigkeit zeichnet sich durch geringe Verluste für Hochfrequenzfelder aus.

Weiterhin ist aus der DE-PS 33 16 778 ein elektrisch angeregter Gaslaser mit kreisförmigem Querschnitt bekannt, bei dem der Außenleiter aus einem Rohr aus elektrisch gut leitendem Metall besteht und geerdet ist und der als Mantelrohr ausgebildete Innenleiter von einem Mantelrohr aus dielektrischem Werkstoff umhüllt ist, wobei in den Zwischenraum zwischen diesen beiden Mantelrohren zur Kühlung des Innenleiters eine Kühlflüssigkeit strömt.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Laser der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß eine Anregung bei höherer Leistung unter Beibehaltung einer homogenen Entladung möglich ist und im Vergleich zu dem bekannten gattungsgemäßen Laser eine langsamere Gaszer­ setzung erfolgt und bei dem weiterhin die Möglichkeit gegeben ist, eine beliebige Kühlflüssigkeit unabhängig von den elektri­ schen Bedingungen einzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anregungsraum radial von zwei koaxial mit Abstand zueinander angeordneten dielektrischen rohrförmigen Körpern begrenzt ist. Durch die dielektrischen rohrförmigen Körper wird der Anregungsraum bzw. das darin befindliche Gas völlig gegen den Innenleiter und den Außenleiter abgeschirmt. Hierdurch wird erreicht, daß, im Vergleich zu einer Laseranordnung, bei der das anzuregende Gas direkt mit den Elektrodenober­ flächen in Kontakt steht, die Gaszersetzung und die Getterung an der Keramikoberfläche geringer ist und folglich auch ein geringerer Gasverbrauch zu beobachten ist, sowohl bei abgeschlos­ senem Betrieb als auch bei Durchfluß-Betrieb des Lasers. Der erfindungsgemäße Laser zeichnet sich außerdem durch eine homogenere Laseranregung, was ebenfalls zur Erhöhung des Wirkungsgrades beiträgt.

Bei Steigerung der Anregungsleistung (HF-Leistung) steigt die Laserleistung. In allen Leistungsbereichen ist stets eine homogene Entladung erwünscht. Ab einer bestimmten Leistungs­ schwelle, abhängig von der Dimensionierung des Lasers, treten bei Lasern, bei denen die Oberflächen der Metallelektroden direkt mit dem Lasergas in Berührung stehen, Bogenentladungen auf, die ein Abfallen der Leistung mit sich bringen und eine Verringerung des Wirkungsgrades bewirken. Die Schwelle, bei der die schädliche Bogenentladung (Mikrobogen) auftritt, liegt bei den dielektrischen Körpern, die mit dem Gas in Berührung stehen, vorteilhafterweise erheblich höher als bei Metall.

In vorteilhafter Weise sind der Innenleiter und/oder der Außenleiter rohrförmig ausgebildet, so daß sie den Innen­ leiter vollständig auskleiden bzw. den Außenleiter vollständig umhüllen.

Zur Kühlung des Außenleiters kann eine Kühleinrichtung vorge­ sehen werden, die in Form einer den Außenleiter umgebenden Kühlschlange oder eines den Außenleiter umgebenden Kühlmantels ausgebildet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gaslasers bezüglich der Wärmeübertragung wird der Innenleiter mit dem diesem zugeordneten dielektrischen Körper unverrückbar miteinander verbunden, wobei angestrebt ist, daß zwischen den jeweiligen Leitern und dielektrischen Körpern kein Zwischenraum verbleibt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß ein entsprechend dimensionierter rohrförmiger Leiter verwendet wird, der an die Innenseite des dielektrischen Körpers bzw. an die Außenseite des Leiters (gilt für den Außenleiter) angepreßt wird. Hierzu sind insbesondere perforierte oder gitterförmige Rohre geeignet.

Eine besonders gute Verbindung zwischen dem Innenleiter und/oder dem Außenleiter und den jeweiligen dielektrischen Körpern wird dadurch erreicht, daß Innenleiter und/oder Außenleiter durch eine eingebrannte Metallisierungspaste gebildet wird. Diese Metallisierungspaste wird beispielsweise mittels Pinsel auf die Oberfläche des keramischen Körpers aufgetragen oder aufgesprüht und anschließend eingebrannt. Gut bewährt hat sich eine Silberpaste oder Kupferpaste, insbesondere eine Molybdän-Mangan-Paste. Auf die eingebrannte Metallisierungs­ paste ist eine zusätzliche Korrosionsschutzschicht, z. B. aus Nickel, aufbringbar.

In einer weiteren Ausführungsvarianten werden dielektrische rohrförmige Körper, beispielsweise Keramikkörper, eingesetzt, die in ihrer Wandung Hohlräume (Kanäle) aufweisen, die mit Metall gefüllt sind, das die Elektroden bildet. Dieses Metall steht mit einem Pol der Spannungsquelle in leitender Verbindung, so daß die Elektrode allseits gegen Korrosion geschützt ist.

Bei Anordnung des Kühlmittelzufuhrstutzens und Kühlmittelab­ fuhrstutzens für den Innenleiter unmittelbar benachbart zueinan­ der, beispielsweise an einem Ende des Lasers, ist es möglich, das eine Strahlaustrittsende des Lasers völlig frei zu belassen.

Bevorzugt wird der Innenleiter mit Wasser gekühlt, eine Maßnahme, die möglich ist, da der Kühlbereich bzw. das Kühlmedium nicht im Hochfrequenzfeld liegt. Eine Kühlflüssigkeit, die sich durch geringe Verluste für Hochfrequenzfelder auszeichnet, ist nicht erforderlich. Durch diese Maßnahme eignet sich der Laser besonders für den medizinischen Einsatz, da gesundheit­ lich unbedenkliche Kühlflüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, eingesetzt werden können. Als dielektrische Körper werden bevorzugt Körper aus einer Aluminiumoxidkeramik ein­ gesetzt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gaslaser, der im Gasdurchfluß betrieben wird und

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abewandelte Ausführungsform mit stationärem Gasbetrieb und einem geänderten Kühl­ system für die Innenelektrode.

Der Gaslaser weist ein inneres Keramikrohr 1 und ein hierzu koaxial angeordnetes äußeres Keramikrohr 2 auf. Zwischen dem inneren Keramikrohr 1 und dem äußeren Keramikrohr 2 ist ein ringförmiger Anregungsraum 3 gebildet, der das anzuregende Gas führt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gaslaser, der im Durchfluß betrieben wird, wird das Gas über einen Anschluß­ stutzen 4 an seinem einen Ende zugeführt und über einen Abfluß­ stutzen 5 an seinem anderen Ende abgeführt. In axialer Richtung wird der Anregungsraum durch jeweils einen Laserspiegel 6, 7 begrenzt. In das innere Keramikrohr ist ein rohrförmiger Innenleiter 8, beispielsweise aus Kupfer, eingezogen. Als Außenleiter 9 dient ebenfalls ein rohrförmiger Körper. Sowohl der Innenleiter 8 als auch der Außenleiter 9 können perforiert oder als Gitter ausgebildet sein. Um Innenleiter 8 und Außen­ leiter 9 ohne Zwischenraum mit den jeweiligen Keramikrohren 1, 2 zu verbinden, sind Innenleiter 8 und Außenleiter 9 an die Keramikkörper 1, 2 angepreßt. Zur Kühlung des Innenleiters wird über ein Kühlmittel-Zuführrohr 10, das in das innere Keramikrohr 1 bzw. den rohrförmigen Innenleiter 8 eingeschoben ist, Kühlmittel zugeführt und durch einen ringförmigen Abfluß­ kanal 11, in den das Kühlmittel am Ende des Kühlmittel-Zuführ­ rohres 10 eintritt, abgeführt, das dann aus einem Kühlmittel­ abfuhrstutzen 12, der nahe dem Kühlmittelzufuhrstutzen 13 des Kühlmittel-Zuführrohres 10 angeordnet ist, austritt. Der Innenleiter 8 ist mit einer hochfrequenten Spannungsquelle, mit 14 bezeichnet, verbunden. Aus Sicherheitsgründen und aus Gründen der Abschirmung liegt der Außenleiter 9 bevorzugt auf Erdpotential. Mit Abstand zu dem äußeren Keramikrohr 2 und dem Außenleiter 9 ist ein Außenmantel 15 angeordnet. Dem Zwischenraum 16 zwischen diesem Außenmantel 15 und dem äußeren Keramikrohr 2 wird zur Kühlung der Außenelektrode 9 Kühlmittel über einen Kühlmittelzufuhrstutzen 17 zu- und über einen Kühlmittelabfuhrstutzen 18 abgeführt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Gaslaser ist, im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispie nach Fig. 1, sowohl durch den Laserspiegel 6 als auch durch den Laserspiegel 7 das innere Keramikrohr 1 nach außen geführt. Bei dieser Anordnung ist ein Kühlmittel-Zuführrohr 10, entsprechend dem Laser nach Fig. 1, nicht erforderlich; vielmehr wird zur Kühlung der Innenelektrode 8 das Kühlmittel über einen Kühlmittelzufuhr­ stutzen 13′ am einen Ende des inneren Keramikrohres 1 zu- und über einen Kühlmittelabfuhrstutzen 12′ am anderen Ende des inneren Keramikrohres 1 abgeführt. Weiterhin wird dieser Laser nicht im Gasdurchfluß betrieben, so daß Anschluß- und Abflußstutzen 4, 5 nicht erforderlich sind. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel (Fig. 2) sind Innenleiter und Außenleiter, mit 8′ und 9′ bezeichnet, in Form einer Metallisierungspaste auf die Innenseite des inneren Keramikrohres 1 und die Außen­ seite des äußeren Keramikrohres 2 aufgebracht. Das Aufbringen dieser Metallisierungspaste, bei der es sich in diesem Bei­ spiel um eine Molybdän-Mangan-Paste handelt, wurde mit einem Pinsel vorgenommen. Nach Aufbringen der Metallisierungspasten auf den Keramikrohren wurden diese in einem Ofen bei einer Temperatur zwischen 800 bis 1600°C eingebrannt. Auf diese eingebrannte Schicht wurde anschließend eine Korrosionsschicht, im vorliegenden Falle aus Nickel, aufgebracht.

Claims (11)

1. Gaslaser mit einem kühlbaren, an eine hochfrequente Span­ nungsquelle anschließbaren Innenleiter und einem koaxial mit Abstand zum Innenleiter angeordneten Außenleiter, wobei zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter der das anzuregende Gas enthaltende Anregungsraum angeordnet ist, der in axialer Richtung durch jeweils einen Spiegel begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anregungsraum (3) radial von zwei koaxial mit Abstand zueinander ange­ ordneten dielektrischen rohrförmigen Körpern (2, 3) begrenzt ist.

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (8; 8′) rohrförmig ausgebildet ist.

3. Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (9; 9′) rohrförmig ausgebildet ist.

4. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenleiter (9; 9′) von einer Kühlein­ richtung (15) umgeben ist.

5. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innenleiter (8; 8′) mit dem ihm nächst­ liegenden dielektrischen Körper (1) und/oder der Außenleiter (9; 9′) mit dem ihm nächstliegenden dielektrischen Körper (2) unverrückbar verbunden ist.

6. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Kühlmittelzufuhr- und -abfuhrstutzen (13, 12) für den Innenleiter benachbart zueinander angeordnet sind.

7. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innenleiter (8′) und/oder der Außenleiter (9′) aus einer eingebrannten Metallisierungspaste gebildet ist.

8. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anregungsraum (3) Anschlüsse (4, 5) für die Gaszufuhr und Gasabfuhr aufweist.

9. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innenleiter (8; 8′) wassergekühlt ist.

10. Gaslaser nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Körper (1, 2) aus Aluminiumoxid­ keramik sind.

11. Gaslaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierungspaste eine Molybdän und Mangan enthaltende Paste ist.