DE3738921C2

DE3738921C2 -

Info

Publication number: DE3738921C2
Application number: DE19873738921
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof. Dr.-Ing. 5106 Roetgen De Herziger; Peter Dr.Rer.Nat. Loosen; Hans-Georg Dr.Rer.Nat. 5100 Aachen De Treusch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1987-05-09
Filing date: 1987-11-17
Publication date: 1991-09-26
Also published as: WO1988009071A1; DE3738921A1; EP0387248A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser, mit stabarti gem aktivem Material, das im Innenraum eines innenverspiegelten hohlzylindrischen Gehäuses und parallel zu einer Gasentladungs lampe angeordnet ist, deren vom Gehäuse reflektiertes Licht er zeugendes Gas in dem elektrodenlosen Inneren eines Lampenrohrs vorhanden und durch letzteres hindurch von Mikrowellen anregbar ist.The invention relates to a laser, with stabarti according to active material that is mirrored inside the interior hollow cylindrical housing and parallel to a gas discharge lamp is arranged, the light reflected from the housing generating gas in the electrodeless interior of a lamp tube available and can be excited by microwaves through the latter is.

Optisch gepumpte Laser sind beispielsweise Neodym-YAG-La ser oder Farbstofflaser. In ihr aktives Material wird Licht eingestrahlt, so daß es zu einem Anregungsvorgang und der Er zeugung des Laserlichts kommt. Als Lichtquelle sind mit Gleich strom angeregte Blitz- oder kontinuierliche Gasentladungslampen bekannt. Diese sind in zweierlei Hinsicht problematisch. Zum einen ist ihre Standzeit vergleichsweise gering, weil sie einem hohen Verschleiß unterliegen, da sehr hohe optische Leistungen notwendig sind, um bei einem Wirkungsgrad von etwa ein bis fünf Prozent Laserleistungen im Bereich von einigen 100 Watt bis ein kW zu erzielen. Der Lampenverschleiß ist in erster Linie durch den Elektrodenabbrand der Lampen bedingt. Zum anderen ist häu fig die notwendige Lampenkühlung problematisch, da ca. 50% der in die Lampe eingekoppelten elektrischen Energie als Verlust wärme frei wird.Optically pumped lasers are, for example, neodymium-YAG-La water or dye laser. There is light in their active material irradiated so that there is an excitation process and the Er generation of laser light is coming. As a light source are equal current excited flash or continuous gas discharge lamps known. These are problematic in two ways. To the one has a relatively short service life because it subject to high wear and tear because of the very high optical performance are necessary to at an efficiency of about one to five Percent laser powers in the range of a few 100 watts to one to achieve kW. The lamp wear is primarily through cause the electrodes to burn off the lamps. On the other hand is skin fig the necessary lamp cooling is problematic because approx. 50% of the electrical energy coupled into the lamp as a loss heat is released.

Aus der FR 24 14 804 ist ein Laser mit den eingangs ge nannten Merkmalen bekannt. Das Lampenrohr ist von Elektroden umschlossen, mit denen die Mikrowellen in das Gas eingekoppelt werden. Die Elektroden sind also ohne direkten Kontakt mit dem das Licht erzeugenden Gas angeordnet, so daß Elektrodenabbrand bei Lampenbetrieb entfällt und damit die Lebensdauer der Lampe entsprechend erhöht wird. Das Vorhandensein von Einkopplungs elektroden ist jedoch wegen des damit verbundenen baulichen Aufwands unerwünscht. Sie vermögen es auch nicht ohne weiteres, hohe Leistung einzukoppeln.From FR 24 14 804 is a laser with the ge mentioned features known. The lamp tube is made of electrodes enclosed with which the microwaves are coupled into the gas will. The electrodes are therefore without direct contact with the the light generating gas is arranged so that electrode erosion when the lamp is in operation, the life of the lamp is eliminated is increased accordingly. The presence of coupling electrodes is, however, because of the related structural Effort undesirable. They also cannot do it easily, couple high performance.

Aus der US 39 09 736 ist eine hochfrequenzerregte elektro denlose Gasbogenlampe zum Pumpen von Lasern bekannt, bei der in einem Brennbereich eines elliptischen Lampengehäuses stabförmi ges aktives Material und in dem anderen Brennbereich ein mikro wellenangeregtes Gasentladungslampenrohr angeordnet sind. Die Einkopplung der Mikrowellenenergie in das Gas des Lampenrohres erfolgt über letzteres umgebende Elektroden. Daher gilt auch für diesen Laser das zum vorstehenden Stand der Technik gesag te.From US 39 09 736 is a high-frequency electro denlos gas arc lamp known for pumping lasers, in which a focal area of an elliptical lamp housing rod-shaped active material and a micro in the other burning area wave-excited gas discharge lamp tube are arranged. The Coupling the microwave energy into the gas of the lamp tube takes place via electrodes surrounding the latter. Therefore also applies for this laser that said about the prior art te.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen La ser mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß eine elektrodenfreie Energieeinkopplung höher mittlerer Lei stungen erreicht werden kann.The invention is therefore based on the object, a La to improve water with the features mentioned above so that an electrode-free energy coupling of higher medium lei stung can be achieved.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mikrowellen mit einem Hohlleiter durch ein Fenster des Gehäuses in dessen In nenraum einkoppelbar sind, und daß das der Gaslichtreflexion dienende Gehäuse zugleich auch als Hochfrequenzresonator ausge bildet ist. This object is achieved in that the microwaves with a waveguide through a window of the housing in its nenraum are coupled, and that the gas light reflection serving housing also designed as a high-frequency resonator forms is.

Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:Embodiments according to the invention are described below with reference to the Drawing explained. It shows:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein elliptisches Laserge häuse zur Erläuterung der prinzipiellen Anordnung stabförmigen Materials und einer stabförmigen Gas entladungslampe, Fig. 1 shows a cross section through an elliptical Laserge housing for explaining the basic arrangement the rod-shaped material and a rod-shaped gas discharge lamp,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung mit elektroden freier Energieeinkopplung. Fig. 2 is an arrangement similar to Fig. 1 with electrode-free energy coupling.

Die Fig. 1 zeigt ein elliptisches Gehäuse 17, in dem akti ves Material 10 und eine Gasentladungslampe 12 so angeordnet sind, daß sie die Brennpunkte 18,19 belegen. Das Gehäuse 17 ist innenverspiegelt, so daß von der Gasentladungslampe 12 emit tiertes Licht 11 durch die elliptische Konfiguration des Gehäu ses 17 und die Anordnung der Lampe 12 im Brennpunkt 19 prak tisch vollständig zum Pumpen des aktiven Materials 10 zur Ver fügung steht. Fig. 1 shows an elliptical housing 17 , in the active material 10 and a gas discharge lamp 12 are arranged so that they occupy the focal points 18, 19 . The housing 17 is innenverspiegelt, so that by the gas discharge lamp 12 emit light 11 ses patented by the elliptical configuration of the housin 17 and the arrangement of the lamp 12 is at the focal point 19 practically completely schematically for pumping the active material 10 for joining Ver.

In Fig. 2 erfolgt die Einkopplung der Hochfrequenzenergie durch ein Fenster 20, das z. B. durch einen Hohlleiter gebildet wird, mit dem die elektromagnetischen Wellen als HF-, UHF- oder Mikrowellen in den Innenraum 28 des Gehäuses 17 eingeleitet wer den, den sie aufgrund der Innenverspiegelung erfüllen und so eine Anregung der Gasentladungslampe 12 bewirken. Das Lampen rohr 15 besteht aus dielektrischem Werkstoff, der die Hochfre quenzenergie nur in geringem Umfang absorbiert.In Fig. 2, the coupling of the radio frequency energy takes place through a window 20 which, for. B. is formed by a waveguide with which the electromagnetic waves as HF, UHF or microwaves initiated in the interior 28 of the housing 17 who they meet due to the internal mirroring and thus cause an excitation of the gas discharge lamp 12 . The lamp tube 15 is made of dielectric material, which absorbs the radio frequency energy only to a small extent.

Das Gehäuse 17 dient als Hochfrequenzresonator und die in das Gehäuseinnere 28 eingekoppelte Hochfrequenzenergie zündet die Gasentladung der Lampe 12, deren Fülldruck mit z. B. einigen 100 Millibar deutlich unter dem Innendruck das Gehäuses 17 liegt.The housing 17 serves as a high-frequency resonator and the high-frequency energy coupled into the housing interior 28 ignites the gas discharge of the lamp 12 , the filling pressure of which, for. B. the housing 17 is a few 100 millibars well below the internal pressure.

Das aktive Material bzw. die Gasentladungslampe kann von einer Kühlflüssigkeit umgeben sein, die einen geringen Absorp tionskoeffizienten für die Anregungsfrequenz aufweist. Damit ist es möglich, auch eine hochfrequenzangeregte Gasentladungs lampe mit Kühlflüssigkeit zu kühlen, ohne die Kühlflüssigkeit durch die Hochfrequenzenergie zu erwärmen. Es ist auch möglich, das Lampenrohr oder einen an dieses angrenzenden Kühlraum an einen ein Pumpsystem aufweisenden Gaskreislauf anzuschließen. Der Gasaustausch ermöglicht es, die vergleichsweise große Ab wärme auch mit Kühlgas abführen zu können. Das Kühlgas kann auch der Erzeugung der Gasentladung dienen.The active material or the gas discharge lamp can be from be surrounded by a coolant that has a low absorption tion coefficient for the excitation frequency. In order to it is also possible to use a high-frequency gas discharge cool the lamp with coolant without the coolant to heat by the radio frequency energy. It is also possible, the lamp tube or a cold room adjacent to it to connect a gas circuit with a pump system. The gas exchange enables the comparatively large Ab to be able to dissipate heat with cooling gas. The cooling gas can also serve to generate the gas discharge.

Claims

Laser, with rod-like active material, which is arranged in the interior of an internally mirrored hollow cylindrical housing and parallel to a gas discharge lamp, the gas which reflects light from the housing is present in the electrodeless interior of a lamp tube and can be excited by microwaves through the latter, characterized in that the Mi krowellen with a waveguide through a window ( 20 ) of the housing ( 17 ) in the interior ( 28 ) can be coupled, and that the gas light reflection housing ( 17 ) is also designed as a high-frequency resonator.