DE3621005C2 - Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Gepulste Gaslaser, wie zum Beispiel Excimer-Laser, N₂-Laser oder CO₂-Laser, werden oftmals transversal durch eine Plasma­ entladung angeregt (TE-Gaslaser). Die Plasmaentladung (auch Hauptentladung genannt) erfolgt senkrecht zur optischen Achse des Lasers. Die für die Plasmaentladung erforderliche Energie wird in einem Kondensator gespeichert und bei der Entladung in das Plasma transferiert. Die Plasmaentladung erfolgt zwischen in der Laser-Kammer parallel zur optischen Achse angeordneten Hauptelektroden.

Die Leistung und auch andere Qualitäten des Lasers hängen u.a. wesentlich von der Homogenität der Plasmaentladung ab. Um die erforderliche Homogenität der Plasmaentladung bei unterschied­ lichen Drücken des Arbeitsgases je nach Gasgemisch zu gewähr­ leisten ist eine sogenannte Vorionisierung vor der Plasmaent­ ladung (Hauptentladung) erforderlich. Einzelheiten über die Vorionisierung finden sich beispielsweise bei: A.J. Palmer: "A physical model on the initiation of atmospheric pressure glow", Appl. Phys. Lett. 25 (1974), 136; J.I. Levatter und S.C. Lin: "Necessary conditions for the homogeneous formation of pulsed avalanche discharges at high gas pressure", J. Appl. Phys. 51 (1980), 210; und G. Herziger et al.: "On the homogenisation of transverse gas discharges by preionization", Appl. Phys. 24 (1981), 267.

Die Vorionisierung des Arbeitsgases wird unter anderem mit Funken durchgeführt. Funken sind Quellen intensiver Strahlung, die ausreichend kurzwellig ist, um in einem im wesentlichen einstufigen Prozeß mindestens eine im Arbeitsgas befindliche Atom- oder Molekülsorte zu photoionisieren und somit freie Elektronen in hinreichender Konzentration im Raum zwischen den Hauptelektroden zu erzeugen. Das von den Funken abgestrahlte UV-Licht muß deshalb in den Raum zwischen den Hauptelektroden gelangen, so daß bei ausreichender Konzentration der freien Vorionisierungs-Elektronen die Plasmaentladung homogen ein­ setzt. Die Funken werden zwischen den Funkenelektroden erzeugt, die zusätzlich zu den Hauptelektroden vorgesehen sind. Die Funkenelektroden sind üblicherweise in der Nähe der Hauptelek­ troden angeordnet (K. Miyazaki et al.: "Efficient and compact discharge XeCl laser with automatic uv preionisation", Rev. Sci. Instr. 52 (1985), 201). Es ist auch möglich, die Haupt­ elektroden aus optisch weitgehend durchlässigen metallischen Sieben herzustellen, so daß die Funkenelektroden hinter den Hauptelektroden angeordnet werden können (C.R. Tallman: "A study of excimer laser preionization techniques", Topical Meeting on Excimer Lasers 1979, Paper WB4-1; R. S. Taylor et al.: "Time­ dependent gain and absorption in a 5 J uv-preionized XeCl laser", IEEE QE 19 (1983), 416; Levatter: EP 0033424; A.J. Kearsley et al.: "A novel pre-ionisation technique for discharge excited rare gas halide lasers", Opt. Comm. 31 (1979), 181; S. Watanabe and A. Endoh: "Wide aperture self­ sustained discharge KrF and XeCl lasers", Appl. Phys. Lett. 41 (1982), 799). Eine Anordnung der Funkenelektroden seitlich neben den beiden Hauptelektroden ist den Arbeiten C. R. Tallman: "A study of excimer laser preionization techniques", Topical Meeting on Excimer Lasers 1979, Paper WB4-1; C. E. Webb: "Quantum Electronics and Electro-Optics", Ed. by P. L. Knight - 1983, John Wiley & Sons Ltd., S. 3; und A.J. Kearsley et al.:. "A novel pre-ionisation technique for discharge excited rare gas halide lasers", Opt. Comm. 31 (1979), 181, zu entnehmen.

Im Hinblick auf die elektrische Versorgung lassen sich die be­ kannten Vorionisierungssysteme mittels Funken unter zwei ver­ schiedenen Gesichtspunkten eingliedern: Bei den sogenannten autonomen Vorionisierungsschaltungen erfolgt einerseits die Stromversorgung der Funkenelektroden unabhängig von der Spei­ sung der Plasmaentladung (R. S. Taylor et al.: "Glow discharge characteristics of a 0,8 Joule multi-atmosphere rare gas halide lase", Opt. Comm. 25 (1978), 231 oder R. S. Taylor et al.: "Time-dependent gain and absorption in a 5 J uv-preionized XeCl laser", IEEE QE 19 (1983), 416), während bei der sogenannten automatischen ("integrierten") Funken-Vorionisierung die elek­ trische Versorgung der Funkenelektroden in die der Plasmaentla­ dung integriert ist (K. Miyazaki et al.: "Efficient and compact discharge XeCl laser with automatic uv preionisation", Rev. Sci. Instr. 52 (1985), 201; J. I. Levatter: EP 0033424; A. J. Kearsley et al.: "A novel pre-ionisation technique for discharge excited rare gas halide lasers", Opt. Comm. 31 (1979), 181).

Andererseits werden bei einer Art der Funken-Vorionisierung mehrere Funken in Reihe (Travelling Wave) aus einen Strompfad gespeist (R.S. Taylor et al.: "Time-dependent gain and absorption in a 5 J uv-preionized XeCl laser", IEEE QE 19 (1983), 416; S. Watanabe and A. Endoh: "Wide aperture self­ sustained discharge KrF and XeCl lasers", Appl. Phys. Lett. 41 (1982), 799), während bei einer anderen Art der Funken-Vorioni­ sierung die Funken voneinander unabhängig (parallel) gespeist werden. Bei der letztgenannten Vorionisierung ist für die Spei­ sung einer bestimmten Funkenentladung zwischen zugeordneten Funkenelektroden nicht notwendig, da auch die benachbarten Fun­ kenentladungen gespeist werden (A.J. Kearsley et al.: "A novel pre-ionisation technique for discharge excited rare gas halide lasers", Opt. Comm. 31 (1979), 181; C. E. Webb: "Quantum Electronics and Electro-Optics", Ed. by P. L. Knight - 1983, John Wiley & Sons Ltd., S. 3; K. Miyazaki et al.: "Efficient and compact discharge XeCl laser with automatic uv preionisation", Rev. Sci. Instr. 52 (1985), 201).

Bei allen bisher zitierten Schaltungen für die Funken-Vorioni­ sierung werden die Funken aus hochinduktiven Leistungskreisen gespeist. Diese Hochinduktivität der die Funken-Entladung spei­ senden Leistungskreise ergibt sich daraus, daß der Funkenstrom während der Vorionisierung in Reihe mit einem punktuellen Schalter, wie einer Funkenstrecke ("Spark Gap") oder Thyratron (s. z.B. Optics Communications, 31, (1979), S. 181, Fig. 1) fließt. Der maximale Funken-Strom wird durch die Leistungsfähigkeit des Schalters begrenzt. Überdies ist die Impedanz der Funkenentladung sehr klein und somit die Anpassung des hochinduktiven Funken-Speisekreises an die Funkenentladun­ gen sehr schlecht. Die Induktivität der aus den zitierten Druckschriften bekannten Funken-Speisekreise erreicht schnell Werte über 100 nH, so daß innerhalb einer Schwingungsperiode nur ein geringer Teil der gespeicherten Energie in die Funken­ bildung und damit die Vorionisierung umgesetzt wird.

Aus der europäischen Patentanmeldung 33 414 ist eine Schaltung der oben erwähnten "automatischen" Art zur Funkenerzeugung be­ kannt, bei der der Schalter seinerseits eine niederinduktive lineare Funkenstrecke (Rail Gap) ist. Diese Schaltung weist einen niederinduktiven Leistungskreis für die Speisung der Funken auf. Die Funken werden unabhängig (parallel) gespeist.

Bei allen bekannten Funken-Vorionisierungssystemen wird immer ein Schalter verwendet, der mit den Funkenentladungen in Reihe liegt und die Funkenentladungen erfolgen nur "auf Kommando" dieses Schalters. Bei den bekannten Vorionisierungssystemen erfüllt deshalb die Vorionisierungs-Funkenentladung keine eigenständige Schaltfunktion.

Die bereits erwähnte Hochinduktivität des die Funkenentladung speisenden Leistungskreises, also die geringe Anpassung des Leistungskreises an die niederinduktive Funkenentladung, stört bei den bekannten Schaltungen vom erwähnten "automatischen" Typ nicht, da die kapazitiv gespeicherte Energie zum größten Teil in die Plasmaentladung (Hauptentladung) überführt werden soll.

Bei den erwähnten autonomen Systemen, bei denen die Funken aus einem vom Hauptentladungskreis getrennten Kreis gespeist wer­ den, ergeben sich erhebliche Nachteile: Zunächst ist der Wir­ kungsgrad der Umsetzung der kapazitiv gespeicherten Energie in die Vorionisierung gering. Auch erfolgt die Strahlungsemission der Funken über einen relativ langen Zeitraum, was bei elektro­ negativen Gasen, wie HCl oder F₂, zur Folge hat, daß die zu­ nächst durch Photoionisierung erzeugten freien Elektronen wieder eingefangen werden (Elektronen Attachment). Durch die lange Zeitspanne der Funken-Vorionisierung wird also die Kon­ zentration der freien Elektronen im Raum zwischen den Haupt­ elektroden unerwünscht gesenkt. Auch wird unnötig viel elektri­ sche Ladung durch die Funkenentladungen geleitet, was die Le­ bensdauer und Funktionstüchtigkeit der Funkenelektroden beein­ trächtigen kann und der Forderung nach einer langen Lebensdauer des Lasers von mindestens einigen 100.000.000 Schuß zuwider­ läuft. Überdies kann es durch den großen Ladungstransport zur Gasverschmutzung konmen.

Darüber hinaus ist zu beachten, daß die Ionisierungseffektivität der Funken eine sehr schnell wachsende Funktion des Funkenstro­ mes ist. Es ist deshalb wünschenswert, die zur autonomen Vorio­ nisierung eingesetzte Energie in einem möglichst intensiven und kurzen Stromimpuls in die Funkenentladung zu transferieren.

Aus dem Aufsatz von BURNHAM, R., DJEU, N: Ultraviolet-preionized discharge-pumped lasers in XeF, KrF and ArF, in US-Z.: Applied Physics Letters, Vol. 29, Nr. 11, Dezember 1976, S. 707 bis 709, ist eine Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Eine Pulskompression auf eine Zeitdauer kürzer als 100 ns ist nicht beschrieben.

Aus der US-Patentschrift 4 041 414 ist ebenfalls eine Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser bekannt, bei der die in dem kapazitiven Energiespeicher geladene Energie unter Verwendung eines Schalters in die Vorionisierung gespeist wird.

Aus der US-PS 4 450 566 ist eine nicht autonome Vorionisierungsschaltung bekannt, bei der die Energie sowohl für eine Hauptentladung als auch für eine Funken-Vorionisierung aus einem gemeinsamen Kondensator gespeist wird. Die Vorionisierung erfolgt schalterlos dadurch, daß ein Spannungspuls auf die Vorionisierungselektrode gegeben wird. Im Vorionisierungskreis ist aber eine Spule in Reihe geschaltet, so daß der Kreis nicht mehr niederinduktiv ist.

Aus der Zeitschrift Rev. Sci. Instr., Bd. 57, Nr. 4, April 1986, S. 534 bis 538 ist ein Vorionisierungs-Schaltkreis bekannt, der als Schalter eine sogenannte Funkenstrecke (spark gap) enthält, um die Vorionisierungs-Funkenentladung zu schalten. Die "spark gap" stellt im oben diskutierten Sinn einen punktuellen Schalter dar, der bewirkt, daß der die Vorionisierungs- Entladung speisende Stromkreis nicht mehr niederinduktiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für die Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser zu schaffen, die eine intensive Vorionisierung bewirkt, die kapazitiv gespeicherte Energie mit hohem Wirkungsgrad umsetzt, verhältnismäßig kurz ist, den in einer Versorgungsschaltung üblicherweise vorgesehenen Schalter wenig belastet, eine lange Lebensdauer der Vorionisierungseinrichtungen ermöglicht und aufgrund eines relativ reduzierten Ladungstransfers eine Verschmutzung des Lasergases vermeidet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Außer für die vorstehend beschriebene Vorionisierung kann die erfindungsgemäße Schaltung auch für die Erzeugung eines komprimierten Hochspannungspulses verwendet werden. Pulskompression bedeutet, daß eine über einen relativ langen Zeitraum von etwa 100 ns bis einige hundert ns kapazitiv gespeicherte Energie ohne wesentliche Verluste in einen zeitlich z. B. um einen Faktor 10 komprimierten, d.h. verkürzten, Hochspannungsimpuls umgesetzt wird. Dieser komprimierte Hochspannungsimpuls kann als Arbeits-, Schalt- oder Steuerimpuls für andere Zwecke als die Funken-Vorionisierung anderen Schaltelementen des Lasers, wie z.B. der Primärseite eines Impuls-Transformators oder dem Versorgungsschaltkreis der Plasmaentladung, zugeführt werden.

Erfindungsgemäß wirkt also jeder einzelne Funke zwischen den Funkenelektroden selbst wie ein Schalter, der die vor dem Fun­ ken-Durchbruch kapazitiv gespeicherte Energie sehr niederinduk­ tiv durch die Funkenentladung leitet.

Sind mehrere Funkenelektroden nebeneinander in der Laser-Kammer angeordnet, so erfolgt die Funkenentladung bei allen Funken­ elektroden praktisch gleichzeitig. Zündet nämlich einmal ein einziger Funke als erster, so erzeugt die Funkenentladung mit einer vernachlässigbar kleinen zeitlichen Verzögerung in den benachbarten Räumen zwischen den Funkenelektroden hinreichend viele Ladungsträger, um auch dort sofort den Funken-Durchbruch herbeizuführen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der kapa­ zitive Energiespeicher, z.B. ein Kondensator, parallel zur Funkenentladungsstrecke zwischen den Funkenelektroden geschal­ tet.

Um eine möglichst niederinduktive Speisung des Funkenstromes zu ermöglichen, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin­ dung vorgesehen, daß der auf dem kürzesten Weg gemessene Strom­ pfad, auf dem zumindest 50% des Funkenentladungsstromes, in der Zeit, in der dieser Funkenstrom dem Vorionisierungszweck dient, fließt, für alle Funken nicht länger als 100 cm ist.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß im Unterschied zum Stand der Technik, wo spitze Funkenelektroden bevorzugt werden, besonders gute Ergebnisse, insbesondere eine lange Lebensdauer der Funkenelektroden und sehr stabile und zuverlässige Be­ triebsbedingungen, dann erzielt werden kann, wenn die Funken­ elektroden auf ihren einander zugekehrten Seiten stumpf ausge­ bildet sind. Besonders geeignet sind konvex gewölbte oder kugelsegmentförmige Funkenelektroden.

Es wurde ebenfalls überraschend festgestellt, daß die Funken­ länge und damit der Funkenelektrodenabstand, relativ lang sein sollte, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 30 mm.

Die erwähnten geometrischen Ausgestaltungen der Funkenelektro­ den sind unabhängig von der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltungsanordnung.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung schematisch erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein einfaches Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Anordnung;

Fig. 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Anordnung zur Erzeugung eines komprimierten Hoch­ spannungsimpulses;

Fig. 2b ebenfalls eine Anordnung zur Erzeugung eines kompri­ mierten Hochspannungsimpulses;

Fig. 3a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Anordnung, bei der sowohl die Vorionisierung als auch die Pulskompression durchgeführt wird;

Fig. 3b ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der ebenfalls sowohl die Vorionisierung als auch die Pulskompression durchgeführt wird; und

Fig. 4a und 4b den Verlauf des Ladestroms des kapazitiven Ener­ giespeichers bzw. des Funkenstromes (Hochspannungsim­ pulses) über der Zeit.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Schaltung zur Vorioni­ sierung des Arbeitsgases eines TE-Gaslasers und/oder zur Erzeu­ gung eines komprimierten Hochspannungsimpulses. Zwei Funken­ elektroden 1, 1′ sind etwa halbkugelförmig ausgebildet und weisen zueinander einen Abstand von 25 bis 30 mm auf. Es kann auch eine stumpfe Elektrode oder mehrere stumpfe Elektroden einer gemeinsamen, plattenförmigen Gegenelektrode gegenüber angeordnet werden. Eine Impulshochspannungsquelle 2 in üblicher Bauweise, also z.B. aus parallel geschalteten Kondensatoren und einem Thyratron als Schalter, speist den als kapazitiven Ener­ giespeicher dienenden Kondensator C₁ sukzessive bis auf Span­ nungen von mehreren statischen Durchbruchsspannungen. Die Span­ nung des Kondensators C₁ liegt an den Funkenelektroden 1, 1′ an. Danach erfolgt eine Funkenentladung zwischen den Funken­ elektroden 1, 1′, welche die Vorionisierung des Arbeitsgases des Lasers bewirkt. Da der Kondensator C₁ niederinduktiv an die Funkenentladungsstrecke angeschlossen ist, ist eine gute Anpas­ sung des Funken-Speisekreises an die Induktivität des Funkens gegeben. Die im Kondensator C₁ gespeicherte elektrische Energie (aus der Impulshochspannungsquelle 2) wird deshalb mit gutem Wirkungsgrad in die Funkenbildung umgesetzt, so daß auch die Vorionisierung mit entsprechend gutem Wirkungsgrad erfolgt. Die Vorionisierung dauert nur einige zig Nanosekunden.

Wie den Figuren zu entnehmen ist, erfordert der Speisekreis für die Funkenentladung keinen eigenen Schalter. Der Schalter in der Impulshochspannungsquelle 2 (z.B. ein Thyratron) wird nicht besonders belastet. Der Funken wirkt somit als "Schalter".

Die Aufladung des Kondensators C₁ dauert typischerweise etwa 50 bis einige hundert ns.

Die Fig. 4a zeigt den Verlauf des Ladestromes des Kondensators C₁ über der Zeit. Die im Kondensator C₁ gespeicherte Ladungs­ menge ist mit Q₁ bezeichnet und entspricht der Fläche unter der Kurve gemäß Fig. 4a.

Die Fig. 4b zeigt den Verlauf des Funkenstromes über der Zeit, wobei die beiden Zeit-Maßstäbe der Fig. 4a und 4b gleich sind.

Zum Zeitpunkt T₁ wird die Funkenentladung zwischen den Funken­ elektroden 1, 1′ initiiert. Die im Kondensator C₁ gespeicherte Energie wird in hauptsächlich einem Strompuls in die Funkenent­ ladung transferiert. Die im Funkenstrom fließende Ladung Q₂ ist im Wesentlichen gleich der Ladung Q₁ des Kondensators C₁. Der Start-Zeitpunkt T₁ des Funkenstromes entspricht etwa dem Zeit­ punkt T₁ (z.B. 400 ns) der Aufladung des Kondensators C₁ gemäß Fig. 4a.

Fig. 4b ist auch zu entnehmen, daß der durch die Funkenentla­ dung gebildete Hochspannungsimpuls zeitlich gegenüber der Lade- Zeitspanne erheblich komprimiert ist, typischerweise um einen Faktor 10, d.h. die Zeitspanne T₁-T₂ gemäß Fig. 4b ist etwa 10mal kürzer als die Zeitspanne 0-T₁ gemäß Fig. 4a.

Die gute Anpassung des Speisekreises an die Funken-Impedanz äußert sich auch im in Fig. 4b dargestellten schnellen Ab­ klingen der Schwingungen des Funkenstromes (der in Fig. 4b ge­ zeigte negative Ausschlag des Funkenstromes ist ein sogenannter "Überschwinger").

In den Figuren ist mit L₁ der Strompfad bezeichnet, auf welchen der Strom bei der Vorionisierung des Arbeitsgases des Lasers fließt. Mit L₂ ist der Strompfad bezeichnet, in dem der Strom bei der Erzeugung eines komprimierten Hochspannungsimpulses fließt.

Mit C₁ ist der kapazitive Energiespeicher (Kondensator) be­ zeichnet, dessen Energie für die Erzeugung der Funkenentladung herangezogen wird, während mit C₂ derjenige kapazitive Energie­ speicher (Kondensator) bezeichnet ist, dessen Energie für die Erzeugung eines komprimierten Hochspannungsimpulses verwendet wird.

Fig. 2a zeigt eine Schaltung, mit der eine Vorionisierung und/ oder die Erzeugung eines komprimierten Hochspannungsimpulses durchgeführt werden kann. Falls nur ein komprimierter Hochspan­ nungsimpuls erzeugt werden soll, der in ein anderes Element des Lasers eingegeben werden soll, so dient der zwischen den Fun­ kenelektroden 1, 1′ fließende Funkenstrom ausschließlich der Erzeugung des kurzen Hochspannungsimpulses gemäß Fig. 4b. Gleichzeitig kann aber die Funkenentladung zwischen den Funken­ elektroden 1, 1′ gemäß Fig. 2a auch wahlweise zur Vorionisie­ rung des Arbeitsgases des Lasers herangezogen werden.

Fig. 2b zeigt eine Variante der Schaltung gemäß Fig. 2a, die keiner weiteren Erläuterung bedarf.

Die Fig. 3a und 3b zeigen weitere Schaltungen, bei denen unmit­ telbar deutlich wird, daß gleichzeitig sowohl die Vorionisie­ rung mittels des Kondensators C₁ über den Strompfad L₁ und die Erzeugung eines komprimierten Hochspannungsimpulses mittels der im Kondensator C₂ gespeicherten Energie über den Strompfad L₂ möglich ist. Die beiden Kondensatoren C₁ und C₂ werden gleich­ zeitig durch die Impulshochspannungsquelle 2 aufgeladen.

Das in den Zeichnungen mit "ein anderes Element des Lasers" angegebene Bauteil kann z.B. die Primärwicklung eines Impuls- Transformators oder der Speisekreis der Plasmaentladung (Haupt­ entladung) sein.

Die angegebene Gestalt der Funkenelektroden sowie der angege­ bene Abstand bewirken, daß die Funkenentladungen bei mehreren in der Laser-Kammer angeordneten Funkenelektroden-Paaren die praktisch gleichzeitig erfolgen. Durch die Anpassung des nie­ derinduktiven Funken-Speisekreises an die Impedanz des Funkens ist die Funkenentladung bereits nach einigen zig Nanosekunden abgeschlossen.

Da der Funkenkreis niederinduktiv ist (seine Induktivität ist typischerweise mehr als 30mal kleiner als die Induktivität der Impulshochspannungsquelle 2), liegt der Spitzen-Funkenstrom erheblich höher als der Spitzenstrom der Impulshochspannungs­ quelle 2. Da die Helligkeit des Funkens unproportional stark mit dem Funkenstrom steigt, erfolgt eine intensive Vorionisie­ rung.

Damit ist die für die Vorionisierung notwendige Energie nicht größer als einige Joule. Der Wirkungsgrad bei der Umwandlung der im Kondensator C₁ gespeicherten Energie in UV-Licht ist größer als bei den bekannten Vorionisierungssystemen.

Die Lebensdauer des Vorionisierungssystems ist wesentlich größer als bei herkömmlichen Systemen, bei denen bei der Fun­ kenentladung bis etwa 10fach größere Ladungsmengen transpor­ tiert werden.

Auch die Erzeugung des komprimierten Hochspannungsimpulses be­ lastet die Funkenelektroden wenig. Da überdies die Energien der komprimierten Hochspannungsimpulse relativ gering sind und nur einen kleinen Teil der Energie der Plasmaentladung ausmachen und diese Energie durch mehrere Funken (typisch mehr als 20) transferiert wird, bleibt die Belastung der Funkenelektroden gering, so daß die für Funkenstrecken typischen Errosionspro­ zesse nicht auftreten. Da sich die Funken zusammen mit den anderen Elementen des Lasers, welche die Leistung aufnehmen, in der Laser-Kammer befinden, bleibt die Induktivität im Abnehmer­ kreis ("anderes Element des Lasers") vergleichbar mit der In­ duktivität des Funkenentladungskreises für die Vorionisierung. Obwohl der komprimierte Hochspannungspuls nur eine in bezug auf die Energie der Plasmaentladung geringe Energie enthält, bleibt trotzdem seine Leistung so hoch, daß sie nicht durch sogenannte "punktuelle Schalter", wie ein Thyratron, geschaltet werden kann. Die Verwendung des Funkens als Schalter erübrigt einen punktuellen Schalter in der Laser-Kammer.

In allen möglichen Beschaltungen muß gewährleistet werden, daß die kapazitiven Energiespeicher C₁ und C₂ vor der lnitiierung der Funkenentladung aus der Impulsspannungsquelle aufgeladen werden können. Dies muß das auf den Zeichnungen 2, 3, 3a als "ein anderes Element des Lasers" gekennzeichnete Bauelement durch seine Konstruktion ermöglichen.

Claims (6)

1. Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser, mit

• - einer Versorgungsschaltung (2) zum Aufladen eines die Vorionisierungsenergie bereitstellenden kapazitiven Energiespeichers (C1) und
• - zumindest einem Funkenelektrodenpaar (1, 1′) in der Laserkammer zur Erzeugung von Funken für die Vorionisierung, wobei die in dem kapazitiven Energiespeicher (C1) geladene Energie ohne Verwendung eines Schalters dadurch in die Vorionisierung gespeist wird, daß die Spannung zwischen den Funkenelektroden (1, 1′) auf einen Wert erhöht wird, bei dem eine selbständige Funkenentladung zwischen den Funkenelektroden erfolgt, wobei der kapazitive Energiespeicher (C₁) für die Vorionisierung unabhängig ist von der Speisung der Hauptentladung und der Stromkreis (L₁), in dem die Funkenentladung erfolgt, niederinduktiv ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der die Vorionisierung speisende Hochspannungsimpuls mittels Pulskompression auf eine Zeitdauer, die kleiner als hundert Nanosekunden ist, beschränkt ist.

2. Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Funken der auf dem kürzesten Weg gemessene Stromkreis (L₁), in dem mindestens 50% der Energie fließt, jeweils nicht länger als 100 cm ist.

3. Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Funkenelektroden (1, 1′) derart nebeneinander angeordnet sind, daß bei Initiierung einer Funkenentladung auch alle anderen Funkenentladungen mit vernachlässigbarer Verzögerung zünden.

4. Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Funkenelektroden (1, 1′) auf ihrer der Gegenelektrode zugekehrten Seite stumpf, insbesondere konvex gewölbt oder kugelsegmentförmig, ausgebildet ist.

5. Schaltung für eine autonome Vorionisierung in einem gepulsten Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenelektroden (1, 1′) einen Abstand von mindestens 5 mm aufweisen.