DE3637376A1 - Gaslaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaslaser insbesondere vom Typ der Laser mit schneller axialer Strömung. Dies sind Gaslaser, in welchen die aus der Laserwirkung resultierende Wärme durch Zirkulation des Gases ab­ geführt wird ohne die Laserröhre selbst zu kühlen. Solche Laser mit schnellem axialen Fluß sind of Mehrfach-Laser, d.h. der optische Hohl­ raum des Lasers ist in eine Anzahl von Abschnitten gefaltet, von denen jeder eine oder mehr Gasentladungsröhren enthält. Es ist des­ halb notwendig, nicht nur eine mechanische Abstützung für die Gas­ entladeröhren vorzusehen, sondern auch Einrichtungen, um Gas in die Röhren hinein- und aus diesen herausführen zu können. Wenn der Laser einen hohen Leistungsausgang hat, ist es nicht möglich, einfach das Gas durch jede Entladeröhre nacheinander zirkulieren zu lassen, wes­ halb eine Anzahl paralleler Gas-Umwälzwege existieren. Hierdurch wird der Aufbau des Lasers und damit auch seine Kosten vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gaslaser des oben­ beschriebenen Typs zu schaffen, der einen relativ einfachen Aufbau hat.

Nach der Erfindung ist hierzu ein Gaslaser vorgesehen, der eine Mehr­ zahl von Gasentladeröhren hat, die einen gefalteten optischen Hohlraum bilden, wobei jede Entladeröhre wenigstens zwei Öffnungen hat, durch welche das gasförmige aktive Lasermedium in und aus der Röhre strömen kann, eine Halterung zum Abstützen der Gasentladeröhren mit wenigstens einem hohlen Stützelement, das an eine Öffnung jeder Gasentladeröhre angeschlossen ist, einen Wärmetauscher, um Wärme von dem Gas abzuführen, das aus jeder Gasentladeröhre abströmt, eine Pumpanlage, um das Gas längs einer Anzahl paralleler Wege umzuwälzen, von denen jeder wenigstens einen Teil einer Gasentladeröhre, das hohle Abstützelement und den Wärmetauscher umfaßt, ferner mit einem Paar Elektroden, die jeder Gas­ entladeröhre zugeordnet sind zur Erzeugung einer elektrischen Entladung durch das strömende Gas hindurch.

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

Fig. 1 schematisch die Hauptmerkmale einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt entsprechend eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt in Vorderansicht die Hauptmerkmale eines Lasers nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht längs der Linie IV-IV von Fig. 3 und

Fig. 5 zeigt die Hauptmerkmale der Gasströmung des Lasers nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt zwei vertikale rohrförmige Stützelemente 1 und 2 und zwischen ihnen abgestützt vier Gasentladeröhren 3, 4, 5 und 6. Jeder der Entladeröhren hat eine Anode 7 im Bereich des einen Endes und eine Kathode 8 im Bereich des anderen Endes. Zwei Endspiegel 9 und 10 sind an dem Stützelement 1 angebracht an einem Ende von jeder der Gasentladeröhren 3 und 6. Ein Zwischenspiegel 11 ist an dem Element 1 an einem Ende jeder Gasentladeröhre 4 und 5 angebracht. Das Stützelement 2 trägt zwei weitere Zwischenspiegel 12 und 13, wobei der Spiegel 12 an einem Ende der Entladeröhren 3 und 4 und der Spiegel 13 an einem Ende der Entladeröhren 5 und 6 angeordnet ist. Einer der Endspiegel, z.B. der Spiegel 10, ist teilweise durch­ lässig, während alle anderen Spiegel voll reflektierend sind. Die Spiegel sind so angeordnet, daß ein gefalteter optischer Hohlraum zwischen den beiden Endspiegeln 9 und 10 gebildet wird, derart, daß die Laserwirkung innerhalb des Hohlraums erfolgen kann.

Ein aktives gasförmiges Medium, wie z.B. ein Gemisch aus Kohlendioxid, Helium und Stickstoff, wird verwendet und durch die Gasentladeröhren 3, 4, 5 und 6 mittels einer Umwälzpumpe 14 geeigneten Typs umgewälzt. Gas aus der Pumpe strömt in das hohle Stützelement 1 und dann in jede der vier Entladeröhren. Nach dem Durchlauf durch die Entladeröhren tritt das Gas in das andere hohle Stützelement ein und strömt durch einen Wärmetauscher 15 zurück zur Pumpe. Irgendeine Art einer Gasver­ sorgung ist erforderlich, die jedoch aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt ist. Die Gasversorgung kann aus geeigneten Behältern er­ folgen, die die drei Gase enthalten und das Gas wird mittels geeigneter Regelventile in das System eingeleitet. Das Gas strömt vom Stütz­ element 1 längs vier paralleler Wege, ehe es das Stützelement 2 erreicht und kehrt über einen gemeinsamen Umwälzweg zurück.

Die beschriebene Anordnung kann modifiziert werden, so ist es bei­ spielsweise möglich, das Gas in die Entladeröhren über Anschlüsse oder Öffnungen in der Mitte jeder Röhre einzuleiten und es längs jeder Tube nach außen zu den Enden strömen zu lassen, wo es in beide Stützelemente 1 und 2 eintritt. Fig. 2 zeigt schematisch eine solche Ausführungsform. In diesem Fall können zwei separate Wärmetauscher 15 vorgesehen werden, von denen je einer einem der Stützelemente 1 und 2 zugeordnet bzw. mit diesem verbunden ist. Eine einzige Pumpe 14 kann verwendet werden, wie im Falle der Fig. 1 oder es kann jeder parallele Weg mit einer separaten Pumpe 14 versehen sein. Ein Verteiler 16 speist das Gas in die Mitte jeder Röhre ein und dieser kann auch als weiteres Abstützelement dienen.

Es ist üblich, daß die Gasentladung in jeder Röhre, die sich von Anode zu Kathode erstreckt, in der Richtung der Gasströmung er­ folgt. In der Ausführungsform nach Fig. 2 hat deshalb jede Entlade­ röhre 3, 4, 5 und 6 zwei Anoden 7 und zwei Kathoden 8, so daß zwei Entladebereiche in jeder Röhre gebildet werden. Hierdurch wird die maximale Ausgangsleistung des Lasers gesteigert.

Fig. 3, 4 und 5 zeigen die Hauptmerkmale einer praktischen Ausführungs­ form eines Lasers nach der Erfindung. Fig. 3 zeigt den vollständigen Laser, der ein Vielfach- oder vielfach gefalteter Laser ist mit fünf Entladeröhren 31, 32, 33, 34 und 35. Jede dieser Röhren ist an zwei vertikalen hohlen Stützelementen 36 und 37 abgestützt oder gehalten, die durch ein hohles horizontales Element 38 verbunden sind, wodurch eine hohle H-förmige Struktur gebildet wird. Diese bildet die Haupt­ halterung für den Laser und sie ruht auf einer Grundplatte 39.

Jede der Laser-Entladeröhren hat zwei T-Stücke 40, welche Gasauslaß­ öffnungen 41 aus der Entladeröhre in das eine oder das andere der Stützelemente 36 und 37 bilden. Auf jeder Seite jedes T-Stückes 40 liegt eine Kathode 42, so daß auf jede Entladeröhre 31 bis 35 vier Kathoden kommen.

Jede Entladeröhre ist ferner mit vier Gaseinlaßöffnungen 43 versehen, die in Fig. 3 teilweise verdeckt sind, und ein Gasanschluß ist mit jeder dieser Öffnungen verbunden. Jeder Gasanschluß enthält eine Anode, die versetzt zur Achse der Entladeröhre liegt und in der Zeichnung nicht sichtbar ist.

Das Ende jeder Entladeröhre ist an einem Aufbau 44 befestigt, der die Endspiegel 45 und Zwischenspiegel 46 trägt, welche dem gefalteten optischen Hohlraum bilden. Die oberen Endspiegel 45 bilden die Aus­ gangsfenster des Lasers. Die Aufbauten 44 werden von den H-förmigen Stützelementen getragen mittels Rahmenteilen 47 und sie können durch Streben abgestützt oder versteift sein (nicht gezeigt). Fig. 3 zeigt ferner verschiedene Elemente des Gasumwälz-Systems, nämlich die Umwälz­ gebläse 48, z.B. Roots-Gebläse, Gasversorgungsbehälter- bzw. Leitungen 49 und 50 sowie Verteiler 51.

Fig. 4 zeigt eine Stirnansicht der Hauptmerkmale des Lasers nach Fig. 3. Es ist ein vertikales Stützelement 36 dargestellt, das auf der Grund­ platte 39 aufsitzt und den Aufbau 44 trägt. Das Roots-Gebläse 48 ist mit dem Stützelement 36 durch eine Verbindungsleitung 52 und mit dem Vorratsbehälter 49 verbunden.

Fig. 5 zeigt das Gasumwälz-System im Detail, wobei die Entladeröhren und zugehörigen Merkmale weggelassen worden sind. Die Gas-Strömungsöffnungen 41 in den Stützelementen 36 und 37 sind dargestellt, ebenso die Roots- Gebläse 48, die Zufuhrleitungen 49 und 50 und die Verteiler 51. Fig. 5 zeigt wie jeder der Verteiler 51 mit jeder Gaseinlaßöffnung 43 der Entladeröhren mittels Verbindungselementen 53 verbunden ist. Diese Gasverbindungselemente sind zweckmäßigerweise flexible Schläuche.

Das Gas wird in folgender Weise umgewälzt. Gas tritt in jede Laser­ entladeröhre über vier Gaseinlaßöffnungen 43 ein und strömt längs der Röhre zu dem angrenzenden T-Stück 40 zur Gasauslaßöffnung 41. Das Gas aus jeder Röhre strömt in die beiden vertikalen Stützelemente 36 und 37 und von diesen durch die Leitung 52 zum einen oder anderen der beiden Roots-Gebläse 48. Von dem Gebläse strömt das Gas in den Be­ hälter 49 und durch die beiden Leitungen 50 zu den Einlaßverteilern 51 und zurück zu den Laserentladeröhren.

Wie bereits erwähnt, ist es erforderlich, überschüssige Wärme von dem Gas bei der Umwälzung abzuführen. Jedes der vertikalen Stütz­ elemente 36 und 37 enthält daher einen Wärmetauscher in Form einer Anordnung von Rohren, die Wasser oder ein anderes geeignetes Fluid führen. Die Wärmetauscher 54 (Fig. 4) erstrecken sich über den größten Teil der Länge der Stützelemente 36 und 37.

Wenn ein Gebläse ausfallen sollte, oder aus irgendeinem Grunde abge­ stellt wird, kann das Gas trotzdem noch durch das hohle horizontale Element 38 umgewälzt werden, welches die beiden Stützelemente 36 und 37 verbindet.

Im Betrieb wird daher das Gas längs des obenbeschriebenen Weges umge­ wälzt und durch die fünf Gasentladeröhren parallel durchgeführt. Jede Entladeröhre hat vier separate Entladebereiche zwischen jeder Anode und einer benachbarten Kathode, wobei das Gas ständig in der Richtung von der Anode zur Kathode strömt.

Der vorgeschriebene Laser ist auf oder um eine einfache Haltestruktur gebaut, die außerdem als Teil des Gasumwälzweges benutzt wird und die Wärmetauscher in geeigneter Weise enthält. Modifikationen sind jedoch möglich. Z.B. können die Wärmetauscher in Form separater Einheiten außerhalb der Stützelemente 36 und 37 ausgebildet sein. Es können auch andere Gaspumpen als die genannten Roots-Gebläse benutzt werden, obwohl zweckmäßigerweise Pumpen mit zwangsweiser Verdrängung des Pumpmediums verwendet werden. Die einfacheren Konstruktionen nach den Fig. 1 und 2 können für einfachere Laser und Laser mit niedrigerer Leistung verwendet werden.

Claims (7)

1. Gaslaser, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Gasentladeröhren, die einen gefalteten optischen Hohlraum bilden, wobei jede Ent­ laderöhre mindestens zwei Gasströmungsöffnungen aufweist, über welche ein gasförmiges aktives Lasermedium in die Röhre ein und aus dieser abgeführt werden kann, eine Halterung zur Abstützung der Gasentladeröhren mit wenigstens einem hohlen Stützelement, das an eine Gasströmungsöffnung jeder Gasentladeröhre ange­ schlossen ist, einen Wärmetauscher zum Abführen von Wärme aus dem Gas, das aus jeder Gasentladeröhre abströmt, einer Pumpanlage, um das Gas längs einer Anzahl paralleler Bahnen umzuwälzen, von denen jede wenigstens einen Teil einer Gasentladeröhre, das hohle Stützelement und den Wärmetauscher umfaßt, und durch ein Paar Elektroden für jede Gasentladeröhre, um eine elektrische Entladung in dem durch die Röhre strömenden Gas zu erzeugen.

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gas­ entladeröhre eine Anzahl von Gasentladebereichen aufweist, von denen jeder Bereich eine Gaseinlaßöffnung, eine Gasauslaßöffnung und ein Paar Elektroden aufweist, und jede Gasauslaßöffnung in Verbindung mit einem hohlen Stützelement steht.

3. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei be­ nachbarte Gasentladebereiche einer Gasentladeröhre eine gemein­ same Gasströmungsöffnung aufweisen.

4. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher innerhalb des hohlen Stützelementes ange­ ordnet ist.

5. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpanlage eine Pumpe mit zwangsweiser Verdrängung um­ faßt.

6. Gaslaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe ein Roots-Gebläse ist.

7. Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anode jedes der Paare von Elektroden in einer Gasströmungsöffnung jeder Gasentladeröhre angeordnet ist.