DE3734690C2 - Vorrichtung zur kapazitiven Einkopplung von Hochfrequenzleistung in ein Lasergas - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der JP 1-77 978 (A) bekannt. Hierbei ist zwischen dem Laserrohr und den Elektroden jeweils ein Luftspalt ausgebildet, der als Koppelkondensator wirkt, dessen Kapazität weitgehend gleichmäßig über den Luftspalt verteilt ist, unabhängig von Formfehlern der Oberfläche des Laserrohres. Die Einkopplung der Hochfrequenzleistung über Kapazitäten dient generell zur Aufteilung der Leistung und durch die vorgenannte Ausbildung des Koppelkondensators soll die Hochfrequenzleistung gleichmäßig über die Oberfläche verteilt eingekoppelt werden.

Der Luftspalt macht es jedoch unmöglich, überschüssige Wärmeenergie aus dem Laserrohr über die Elektroden abzuleiten, vielmehr verursacht die über die Luftkapazitätsstrecke geleitete Hochfrequenzenergie (die im Kilowattbereich liegt), einen zusätzlichen Wärmeeintrag. Dies limitiert die je Volumeneinheit realisierbare Laserleistung.

Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung gemäß der DE 35 23 519 A1 hat ebensolche Luftspalte als Koppelkondensatoren, wobei zusätzlich noch die Abstände zwischen den gegenüberliegenden Elektrodenflächen entlang der Längsrichtung des Laserrohres ortsabhängig einstellbar sind. Diese Anordnung beansprucht noch mehr Bauvolumen bei einer gegebenen Laserleistung.

Aus der DE 32 17 127 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der an der Innenwand eines dielektrischen Laserkanales gegeneinander isolierte Elektrodensegmente ausgebildet sind. Die Segmentierung soll einer Verschleppung der Entladung zwischen gegenüberliegenden Elektroden durch ein schnell strömendes Lasergas in Richtung stromabwärts entgegenwirken und dadurch eine homogenere Verteilung der Entladungszone bewirken. Die inneren Elektrodensegmente werden kapazitiv über an gegenüberliegenden Außenwänden des Laserkanals angeordnete großflächige Metallschichten mit Hochfrequenzenergie versorgt. Es entsteht dadurch eine Vielzahl parallel geschalteter Koppelkondensatoren, wobei der Werkstoff des Laserkanals gleichzeitig als Dielektrikum dient. Da die Wandstärke durch eigenständige und einander widersprechende Bedingungen vorgegeben wird, nämlich Festigkeit einerseits und Größe der Koppelkapazität andererseits, kann man nur relativ kurze Laserkanäle realisieren. Auch unterliegen die unmittelbar mit dem Lasergas in Berührung stehenden inneren Elektrodensegmente einem starken Verschleiß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die es gestattet, bei gegebener Laserleistung wesentlich kompakter zu bauen, das heißt, eine höhere Laserleistung je Volumeneinheit zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Elektroden liegen unmittelbar außen am Laserrohr an und können somit zur wirkungsvollen Wärmeableitung herangezogen werden. Die gewünschte Feldstärkevariation in Längsrichtung des Laserrohres kann durch geeigneten Flächenzuschnitt des sich auf der Rückseite einer Elektrode befindlichen Kondensators erreicht werden, der unter Doppelnutzung der ohnehin vorhandenen Elektrode gebildet wird. Hierbei ist der Wärmeeintrag über die Kapazität vom Laserrohr über die als Wärmeableitung nutzbare Elektrode getrennt. Das Laserrohr kann in erster Linie auf die erforderliche Festigkeit hin dimensioniert werden und die Elektroden kommen nicht mit dem Lasergas in Berührung.

Die Weiterbildung nach Anspruch 2 ermöglicht es, in konstruktiv einfacher Weise die Entladung in den Bereichen der Teilelektroden unterschiedlich einzustellen.

Die Ausbildung nach Anspruch 3 erleichtert die Montage.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 vermeidet man Überschläge zwischen der Leiterplatte und der Elektrode.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 vereinfacht die Montage, da die Folie nicht auf ein eng begrenztes Feld plaziert werden muß. Etwa überstehende Folienteile können problemlos abgeschnitten werden.

Das Material nach Anspruch 6 ist alterungsbeständig und in sehr vielen feingestuften Dicken erhältlich, so daß auch die Kapazitätswerte fein gestuft eingestellt werden können.

Gemäß Anspruch 7 wird die Leiterplatte als separates Bauteil ausgeführt, welches ohne Wellungen dicht an der Folie anliegt.

Gemäß Anspruch 8 wird weniger Bauhöhe beansprucht, im Gegensatz etwa zur Verwendung eines U-Profils.

Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 9 kann man ebenfalls sehr einfach die Entladung in den Bereichen der Teilelektroden unterschiedlich einstellen.

Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 10 wird eine einfache Montage erreicht, wobei die Elektroden feinfühlig gegen das Laserrohr gedrückt werden.

Mit der Weiterbildung hierzu nach Anspruch 11 erfolgt das Andrücken symmetrisch und die Elektroden werden nicht gegeneinander gekippt.

Es folgt eine Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht in Pfeilrichtung 2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß der Ebene 3-3 von Fig. 2.

Ein aus Quarzglas bestehendes kreiszylindrisches Laserrohr 11 erstreckt sich längs einer geometrischen Längsachse 12 und ist an seinen beiden Enden von je einer Fassung 13 gehalten. Das Lasergas strömt gemäß dem Pfeil 14 durch das Laserrohr 11. Gemäß Fig. 1 ist oberhalb des Laserrohrs eine erste Elektrode 16 bestehend aus zwei Teilelektroden 17, 18 vorgesehen. Die Teilelektrode 17 ist mehr als doppelt so lang, als die Teilelektrode 18. In Längsrichtung gesehen haben die Teilelektroden 17, 18 voneinander einen kleinen, jedoch einen elektrischen Überschlag verhindernden Abstand. Unterhalb des Laserrohres 11 ist eine zweite Elektrode 19 vorgesehen, die genau gegenüber zur ersten Elektrode 16 liegt. Mit Rinnen 21 (Fig. 3), die koaxial zur geometrischen Längsachse 12 ausgeformt sind, liegen die Elektroden 16,19 satt am Laserrohr 11 an. Die Teilelektroden 17, 18 und die zweite Elektrode 19 sind jeweils einstückig aus massivem Aluminium hergestellt, in dem nicht besonders dargestellte Kühlbohrungen vorgesehen sind. Die gemäß Fig. 3 in der horizontalen Mittelebene einander am nächsten kommenden Stirnflächen 22 der Elektroden 16, 19 sind so weit voneinander entfernt, daß mit Sicherheit kein elektrischer Überschlag auftritt. Die in Fig. 3 senkrechten Flanken 23 der Elektroden 16 und 19 fluchten miteinander.

An der gemäß Fig. 3 rechten Flanke 23 der zweiten Elektrode 19 ist etwa mittig (Fig. 2) mit einer Schraube 24 ein Kupferblech 26 angeschraubt, das als elektrische Masseverbindung dient.

In Längsrichtung verteilt sind drei Befestigungsjoche 27, 28 und 29 vorgesehen, die aus einem elektrisch nicht leitenden, wärmefesten Kunststoff bestehen. Jedes Befestigungsjoch hat (Fig. 3) zwei Längsschenkel 31, 32, deren Innenseiten mit Ausnahme einer Hohlkehle 33 im Bereich der Stirnflächen 22 eben sind und an den senkrechten Flanken 23 diese führend anliegen. Die unteren Enden der Längsschenkel 31, 32 sind mittels Schrauben 34 an den Flanken 23 der zweiten Elektrode 19 in deren unterem Bereich fest angeschraubt. Auf die obere Stirnfläche der Längsschenkel 31, 32 ist mittels Schrauben 36 ein biegesteifes Querjoch 37 angeschraubt. Genau in dessen Mitte und senkrecht über der geometrischen Längsachse 12 hat jeweils jedes Befestigungsjoch 27, 28, 29 eine Schraube 38, 39, 41.

Die Teilelektroden 17, 18 haben an der vom Laserrohr 11 abgewandten Seite planebene Oberflächen 42, 43 , die vollständig miteinander fluchten. Auf der kompletten, länglich rechteckigen Oberfläche 42 ist eine selbstklebende dielektrische Folie 44 (Fig. 1) aufgeklebt, die so dünn ist, daß sie in der Ansicht nach Fig. 2 nicht darstellbar ist. Auch auf die Oberfläche 43 ist eine entsprechende Folie 46 aufgeklebt, die in Fig. 3 mit stark übertriebener Dicke dargestellt ist. Die Folien 44, 46 bestehen aus Tetra-Fluor-Äthylen, z. B. aus TEFLON (eingetragenes Warenzeichen). Auf der Folie 44 liegt, in der Ansicht nach Fig. 1 symmetrisch zur geometrischen Längsachse 12, eine Leiterplatte 47 in Form eines Flachprofils aus Aluminium, das mehrere Millimeter dick ist. Eine gleichartige Leiterplatte 54 (Fig. 1 und 3) liegt auf der Folie 46. Beide Leiterplatten 47, 54 haben Seitenränder 48, 49 mit erheblichem Abstand von den senkrechten Flanken 23. Auch die Querränder 51, 52 haben einen Abstand von der Querkante der Folien 44 bzw. 46. Die Flächengröße der Unterseite 53 der jeweiligen Leiterplatte 47, 54, der Abstand zur Oberfläche 42, 43 und die dielektrischen Eigenschaften der Folien 44, 46 bestimmen die Kapazität des jeweiligen Kondensators.

Die Schraube 38 drückt im gemäß Fig. 1 linken Bereich auf die Oberseite der Leiterplatte 47 und die Schraube drückt im rechten Bereich auf die Leiterplatte 47. Somit ziehen die Befestigungsjoche 27, 28 die Teilelektrode 17 und den linken Bereich der zweiten Elektrode 19 gegen das Laserrohr 11.

Würde man die Folie 44 um die Querkante 56 der Teilelektrode 17 ein Stück nach unten schlagen und ebenfalls die Folie 46 um die Querkante 57 der Teilelektrode 18 nach unten schlagen, könnte man die Leiterplatten 47 und 54 einstückig ausbilden. Im Ausführungsbeispiel jedoch besteht zwischen den Querrändern 51, 52 und Querkanten 56, 57 ein Sicherheitsabstand und die beiden Leiterplatten 47, 54 werden mit einem den Abstand überbrückenden Kupferblech 59 elektrisch verbunden, das mit einer Schraube 58 mechanisch am rechten Endbereich der Leiterplatte 47 befestigt ist. Das Kupferblech 59 liegt mit seinem rechten Bereich auf der Leiterplatte 54 auf und wird mittels der Schraube 41 gegen die Leiterplatte 54 gedrückt. Da das Kupferblech 59 entsprechend der Dicke der Leiterplatten 47, 54 über den Oberflächen 42, 43 liegt, kann kein elektrischer Überschlag erfolgen. Das Befestigungsjoch 29 zieht die Teilelektrode 18 und die zweite Elektrode 19 im rechten Bereich gegen das Laserrohr 11.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur kapazitiven Einkopplung von Hochfrequenzleistung in ein Lasergas, mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (16, 19) die sich außerhalb eines dielektrischen Laserrohres (11) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 19) an dem dielektrischen Laserrohr (11) anliegen und daß eine Stromzuführung an jeweils eine Elektrode (16) der einander gegenüberliegenden Elektroden (16,19) über einen Kondensator erfolgt, wobei der Kondensator auf der von dem dielektrischen Laserrohr (11) abgewandten Oberfläche (42, 43) der jeweils einen Elektrode (16) mittels einer dielektrischen Folie (44, 46) und einer auf der dielektrischen Folie (44, 46) befindlichen Leiterplatte (47, 54) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mindestens zwei einander gegenüberliegenden Elektroden (16, 19) in Teilelektroden (17, 18) unterteilt ist, wobei die Stromzuführung zu den Teilelektroden (17, 18) über räumlich getrennte Kondensatoren erfolgt, deren jeweilige Leiterplatte (47, 54) in einem Teilbereich angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Folie (44, 46) selbstklebend ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Folie (44, 46) sich über den jeweiligen Teilbereich hinaus erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte von dem dielektrischen Laserrohr (11) abgewandte Oberfläche (42, 43) der jeweils einen Elektrode (16) mit der dielektrischen Folie (44, 46) bedeckt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Folie (44, 46) aus einem Material vom Typ Tetra-Fluor-Äthylen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (47, 54) ein biegesteifes Metallprofil ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (47, 54) ein Flachprofil ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Folie (44, 46) auf den Teilelektroden (17, 18) Teil-Folienstücke unterschiedlicher Dicke aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (47, 54) durch Schrauben (38, 39, 41) auf die dielektrische Folie (44, 46) gedrückt ist und daß die einander gegenüberliegenden Elektroden (16, 19) durch Befestigungsjoche (27, 28, 29) gegen das dielektrische Laserrohr (11) gedrückt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (38, 39, 41) jeweils mittig in einem Querjoch (37) des jeweiligen Befestigungsjoches (27, 28, 29) vorgesehen sind und zur Einstellung des Drucks auf die einander gegenüberliegenden Elektroden (16, 19) dienen.