DE3815005A1 - Anordnung zur energieversorgung fuer hochfrequenz-erregte gas-laser - Google Patents

Description

Hochfrequenz-erregte Gas-Laser werden häufig für Laser mit relativ niedriger Energie verwendet. Die Erregung erfolgt durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld, das in dem aktiven Lasermedium erzeugt wird und das eine Populations-Umkehr in dem Gas bewirkt. Gewöhnlich wird das Feld erzeugt durch Elektroden, die durch eine hochfrequente Energie­ quelle erregt werden. Die dem Laser zugeführte Energie reicht aus, um den anfänglichen Durchbruch oder Durchschlag des Gases zu be­ wirken und sie wird gewöhnlich während des gesamten Betriebes des Lasers auf dieser Höhe gehalten.

Es wurde nun gefunden, daß ein mittels Hochfrequenz erregter Gas­ laser mit maximalem Wirkungsgrad arbeitet, wenn die Eingangsleistung kleiner ist als die Leistung oder Energie, welche die Zündung und/oder eine maximale Ausgangsleistung erzeugt. Es ist daher wirtschaftlicher, einen solchen Laser in seinen Punkt maximaler Leistungsfähigkeit zu betreiben, insbesondere auch weil der Laser auf diese Weise einen gewünschten Leistungsausgang abgibt. Die bisherigen Schaltungen für die Energiezufuhr ermöglichen es aber nicht, den Laser in seinem Punkt des maximalen Wirkungsgrades zu betreiben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung für die Energie­ zufuhr eines hochfrequenz-erregten Gas-Lasers zu schaffen, worauf der Laser mit maximalem Wirkungsgrad oder Leistungsfähigkeit arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch einen Signal-Generator, der ein hochfrequentes Signal erzeugt, einen Verstärker zum Ver­ stärken dieses Signales und um an den Laser eine ausreichende Energie zu legen, um eine Entladung in dem aktiven Gasmedium das Lasers ein­ zuleiten, ferner durch eine Energie-Steuerung, die nach dem Beginn der Gasentladung die zugeführte Energie oder Leistung auf die Höhe einstellt, die erforderlich ist, den Laser mit maximaler Leistungs­ fähigkeit zu betreiben.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 ein Schaubild zeigt, in welchem die Energie und Leistungs­ charakteristiken eines hochfrequenz-erregten Gas-Lasers niedriger Leistung dargestellt sind.

Fig. 2 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbildes eine erste Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbildes eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Kurven für Energie und Wirkungsgrad eines typischen Lasers. Aus der Kurve a) ergibt sich, daß die Ausgangsleistung zu­ nimmt, wenn die Eingangsleistung gesteigert wird, daß die Zunahme­ rate jedoch kleiner wird. Die Kurve b) zeigt, daß der maximale Wirkungsgrad dieses Lasers bei einer Eingangsleistung von etwa 40 Watt auftritt, während die maximale Ausgangsleistung bei einer Eingangs­ leistung von etwa 70 Watt auftritt. Es ist daher wirtschaftlicher, den Laser in seinem maximalen Wirkungsgrad zu betreiben, solange hier­ bei eine ausreichende Ausgangsleistung erzeugt wird.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung für die Energieversorgung eines Lasers, die diese Forderung erfüllt. Ein Hochfrequenz-Oszillator 20 erzeugt ein hochfrequentes Ausgangssignal, das an einen Verstärker 21 gelegt wird. Dieser Verstärker ist in der Lage, eine ausreichende Leistung an den Laser 22 zu legen, um eine Entladung im Lasergas einzuleiten. Die effektiv an den Laser 22 angelegte Leistung oder Energie wird durch ein Leistungsmeßgerät 23 gemessen. In dieser bevorzugten Aus­ führungsform hat das vom Oszillator 20 erzeugte Signal zwei mögliche Niveaus. Das höchste Niveau ist dasjenige, das vom Verstärker 21 ver­ stärkt worden ist, um eine maximale Energie an den Laser 22 zuzuführen, während das niedrigste Niveau dasjenige ist, das verstärkt worden ist, um den Laser mit maximalem Wirkungsgrad zu betreiben. In dieser Aus­ führungsform wird angenommen, daß die Einleitung der Entladung im Lasergas erfolgt, nachdem die Energie an den Laser über eine vorge­ gebene Zeit angelegt worden ist. Eine Zeitschaltung 24 ist deshalb vorgesehen, welche die Zeit mißt, nach dem ersten Anlagen von Energie an den Laser und die den Oszillatorausgang nach dieser Zeit reduziert.

Die Energie, die erforderlich ist, um den Laser mit maximalem Wirkungs­ grad zu betreiben, ist bekannt. Es ist deshalb eine automatische Ver­ stärkungssteuerung 25 vorgesehen, welche den Ausgang des Leistungs- Meßgerätes 23 verwenden kann, um die Verstärkung des Verstärkers 21 zu steuern, um die erforderliche Energie zu erhalten. Eine solche Schaltung kompensiert außerdem Änderungen der Speisespannung, die eine Änderung der vom Verstärker 21 gelieferten Energie bewirken können. Die Zeitschaltung 24 sperrt den Betrieb der Verstärkungs­ steuerungsschaltung 25 bis die Gasentladung eingeleitet worden ist.

Die vorbeschriebene Ausführungsform arbeitet unter der Annahme, daß die Gasentladung im Laser innerhalb einer bekannten Zeit zündet, nach dem ersten Anlegen der Energie an den Laser. Es ist jedoch immer möglich, daß dies nicht eintritt. Die Schaltung nach Fig. 3 berücksichtigt diese Möglichkeit. Die Zeitschaltung nach Fig. 2 wird ersetzt durch einen Zünd-Detektor 30, der den Ausgang eines Energie- oder Leistungsmeßgerätes 31 verwendet. Wenn die Gasent­ ladung im Laser vorhanden ist, dann ist der Laser an die Energie­ versorgung angepaßt und es entsteht keine oder nur wenig reflektierte Energie, die von dem Maßgerät 30 gemessen werden kann. Wenn jedoch keine Entladung vorliegt, entsteht eine Fehlanpassung und ein be­ trächtlicher Anteil der zugeführten Energie wird zurückreflektiert. Das Vorhandensein eines Ausganges von dem Meßgerät 31 zeigt somit an, daß die Entladung nicht gezündet hat. Der Zünddetektor gewährleistet damit, daß eine maximale Energie an den Laser angelegt wird bis die Entladung eingeleitet worden ist, unabhängig von der hierfür erforder­ lichen Zeitspanne. Wie zuvor, wird der Oszillatorausgang herabgesetzt, sobald die Entladung gezündet hat und die automatische Verstärkungs­ steuerung arbeitet dann wie in der erstgenannten Ausführungsform.

Bei keiner der beiden Ausführungsformen ist es notwendig, den Ausgang des Oszillators zu variieren, da eine volle Kontrolle bzw. Steuerung der Herabsetzung der Energie beim Beginn der Entladung durch den Ver­ stärker 21 bewirkt werden kann.

Der Energieausgang und der Wirkungsgrad von hochfrequenz-erregten Gas­ Lasern variiert mit der Temperatur. Die Steuerschaltung 25 kann daher einen Eingang von einem Temperatursensor aufweisen, um Temperatur­ veränderungen zu berücksichtigen.

Die vorbeschriebene Anordnung für die Energieversorgung von Lasern eignet sich besonders für Gas-Laser, die Gasgemische aus Helium/Neon oder Kohlenstoffdioxid/Stickstoff/Helium verwenden.

Claims (7)

1. Anordnung zur Energieversorgung eines hochfrequenz-erregten Gas-Lasers, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator zur Er­ zeugung eines hochfrequenten Signales, einen Verstärker zur Ver­ stärkung dieses Signales und um an den Laser eine ausreichende Energie zu legen, um eine Entladung in dem aktiven Laser-Gasmedium einzuleiten, sowie durch eine Energie-Steuerschaltung, um nach dem Einleiten der Entladung die zugeführte Energie auf die Höhe einzustellen, die erforderlich ist, um den Laser mit maximalem Wirkungsgrad zu betreiben.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie- Steuerschaltung eine Zeitschaltung umfaßt, um die dem Laser zuge­ führte Energie herabzusetzen, nachdem diesem eine maximale Energie über eine vorgegebene Zeitspanne zugeführt worden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie­ steuerschaltung einen Zünddetektor aufweist, um die Einleitung der Entladung festzustellen und aufgrund hiervon die dem Laser zugeführte Energie herabzusetzen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zünd­ detektor Einrichtungen aufweist, um vom Laser reflektierte Energie zu messen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der dem Laser zugeführten Energie erfolgt durch Reduzieren des Ausganges des Hochfrequenz-Signalgenerators.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Energiemeßgerät zum Messen der an den Laser angelegten Energie sowie durch einen automatischen Verstärkungs-Steuerkreis, der nach dem Einleiten der Entladung die an den Laser angelegte Energie auf dem Wert hält, der erforderlich ist, um den Laser mit maximalem Wirkungsgrad zu betreiben.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der automatischen Verstärkungs-Steuerschaltung gesperrt ist, bis die Entladung eingeleitet worden ist.