DE3851893T2 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung des gases zum laser. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Gaslaser-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14 und ein Verfahren zum Betrieb eines Gaslasers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 27.
• Es ist notwendig, dem Resonator eines Lasers ein Gas zuzuführen, bevor der Laser durch Anregen des Gases innerhalb der Kammer und Erzeugen eines Laserstrahls betrieben werden kann. Das Lasergas muß auch während des Betriebs des Lasers dem Laser zugeführt werden, um das Gas in dem Laser, das infolge Degradation oder Gasverlusten beispielsweise durch Druckleckagen oder chemische Reaktionen, die während des Betriebs des Lasers in dem Gas auftreten, verlorenging wieder aufzufüllen oder in dem Laser für kontinuierlichen Betrieb des Lasers aufrechtzuerhalten (siehe US-A-36 76 797). Das Volumen, mit dem das Gas dem Laser zugeführt wird und auch dessen Zusammensetzung kann die Betriebscharakteristik des Lasers, beispielsweise die Leistung des Lasers und auch die Betriebskosten des Lasers beeinflussen (siehe JP-A-60 115 280). Es hat sich gezeigt, daß relativ lange Aufwärmzeiten für Laser die Leistungsfähigkeit oder Kosteneffektivität ihrer Verwendung verringern. Es hat sich ebenfalls gezeigt, daß optimale Gasmischungen bei unterschiedlichen Leistungsniveaus und Arten des Laserbetriebs, beispielsweise bei Laser-Impuls-Betrieb verglichen mit einem kontinuierlichen Laser-Betrieb variieren.
• Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Gasstromsteuerungstechnik zu schaffen, um den Strom eines Gases oder einer Komponente eines solchen Gases zu einem Laser genau zu steuern, so daß der Laser-Betreiber die Betriebsart und die Leistungsfähigkeit des Betriebes des Lasers in einfacher Weise steigern kann. Diese Aufgabe wird mit einer Laser-Anordnung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, mit einer Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 14 und mit einem Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 27 gelöst.
• Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig ersichtlich, in denen lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt ist.
• Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Gasstrom-Steuervorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Gaslasers mit der Gasstrom-Steuervorrichtung gemäß Fig. 1 und
• Fig. 3 zeigt ein Diagramm des elektrischen Systems der Gasstrom-Steuervorrichtung gemäß Fig. 1.
• Die in Fig. 1 dargestellte Lasergas-Steuervorrichtung 1 gemäß der Erfindung dient der genauen Steuerung des von einer Gasversorgung einem Laser zugeführten Gases. Die Vorrichtung 1 weist jeweils Quellen für Gase, nämlich He, N&sub2; und CO&sub2; auf, wie durch die Bezugszeichen 2, 3 und 4 in Fig. 1 gezeigt ist. Selbstverständlich können auch andere Gase je nach Art des Lasers und seinen Betriebsbedingungen verwendet werden. Die Gase werden durch jeweilige Gasleitungen in entsprechende Schottverbindungen 5, 6 und 7 einer Lasersteuerkammer gefördert. Filter 10, 11 und 12 sind zur Filterung der jeweiligen Gase vorgesehen.
• Die Gase gelangen durch ihre jeweiligen Gasleitungen in einen Verteiler 13. Einzelne Druckschalter 14-16 sind in den jeweiligen Gasleitungen in dem Verteiler 13 angeordnet. Die Schalter können schließen, wenn die Drücke des ankommenden Gases ein notwendiges Minimum nicht überschreiten. Der Laser-Betreiber ist so vor dem Problem der Niederdruckzuführung eines bestimmten Gases gewarnt und kann das Problem beispielsweise durch Anschließen eines neuen Zylinders des Druckgases beseitigen. Regler 18, 19 und 20 mit Meßgeräten oder elektronischen Lesern sind in jeder Gasleitung stromab des Verteilers 13 vorgesehen, um durch Einstellungen die Drücke der ankommenden Gase auf ein gewünschtes Betriebsniveau zu reduzieren.
• Solenoidventile 22, 23 und 24 sind in den He-, N&sub2; - und CO&sub2;-Gasleitungen stromab der jeweiligen Regler 18-20 angeordnet und öffnen und schließen die Gasleitung, um den Gasstrom zu dem Laser zu steuern. Meßeinheiten 25, 26 und 27 in den Gasleitungen unterhalb der Solenoidventile 22, 23 und 24 bestimmten die zulässigen maximalen Strömungsraten der jeweiligen Gase zu dem Laser. Die Meßeinheiten können beispielsweise Strömungsventile mit einstellbaren Drosseln, Meßeinheiten mit einstellbarem Durchlaß, beispielsweise einer Iris oder einem einstellbaren Nadelventil, oder andere Meßvorrichtungen sein, die eine Einstellung der Strömung erlauben. Alternativ können die Meßeinheiten auch Strömungsventile mit feststehender Öffnung sein, bei denen die Öffnungsgröße konstant ist und der Leitungsdruck mit einem Regler gesteuert wird, um Einstellungen der Strömung vorzunehmen. Die drei Gase He, N&sub2; und CO&sub2; werden stromab ihrer jeweiligen Meßeinheiten in einem schematisch mit 28 bezeichneten Mischer gemischt. Die gemischten Gase werden dann in eine im wesentlichen geschlossene Gasschleife 49 des Lasers 42 befördert, in der die Gase zirkulieren. Bei einem anderen Lasertyp kann ein Gaskreislauf in einer offenen Schleife vorgesehen sein. Die geschlossene Schleife 49 weist einen Resonator 32 auf, der schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, in dem das Gas angeregt und dadurch ein Laserstrahl erzeugt wird. Das Gas wird mittels eines Kompressors 29, beispielsweise eines Roots-Gebläses oder einer Turbine zirkuliert. Wärmetauscher 30 und 31 sind auf jeweiligen Seiten des Gebläses 29 zur Kühlung des zirkulierenden Gases vorgesehen. Diese Art eines Molekular-Gaslasers mit Drucktransport ist bekannt, wie sich beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 4 622 675 der Anmelderin ergibt. Das Gas wird elektrisch oder auf andere Weise in der Kammer 32 angeregt, um es zum Lasern zu bringen. Das Licht wird in der Kammer 32 mittels eines hinteren Spiegels 33, Umlenkspiegeln 34 und 35 und einem Ausgangskoppler 36 reflektiert, der teilweise durchlässig ist, um das Laserlicht aus dem Resonator 32 abzugeben.
• Die Lasergase, die durch den Resonator 32, den Wärmetauscher 30, den Kompressor 29 und den Wärmetauscher 31 zirkulieren, werden auf einem relativ geringem Betriebsdruck, beispielsweise einem geringen Bruchteil des Atmosphärendruckes wie 1,13 · 10&sup4; Pa (85 Torr) mittels einer Unterdruckpumpe 37 gehalten. Die Pumpe 37 ist mit der im wesentlichen geschlossenen Schleife 49 des Lasers über eine Gasleitung 38 durch ein Arbeitsdruck-Steuerventil 39 verbunden, das mittels eines Solenoids betrieben wird, um Gas aus der geschlossenen Laserschleife durch ein Strömungssteuerventil 40 oder ein Strömungssteuerventil 41 abzupumpen. Die beiden Ventile 40 und 41 gestatten unterschiedliche Abpumpraten des Gases aus dem Laser mittels der Unterdruckpumpe 37. Das Arbeitsdruck-Steuerventil 39 schaltet zwischen den beiden Steuerventilen 40 und 41, um den Arbeitsdruck des Lasersystems auf einem vorbestimmten, im wesentlichen konstanten Wert während des Betriebs des Lasers zu halten. Eines der Ventile 40 oder 41 besitzt eine höhere Absaugrate als die maximale Strömung des Gases zu dem Laser, um eine Verringerung des Druckes in der Schleife 49 selbst dann zu gestatten, wenn Gas in die Schleife mittels der Strömungssteuervorrichtung zugeführt wird. Die Betätigung des Ventils 39, bei der entweder das Steuerventil 40 oder 41 angewählt wird, wird in Abhängigkeit von dem Ausgang eines Gasdrucksensors 50 in der geschlossenen Schleife 49 gesteuert. Dieses Solenoidventil 39 könnte auch mittels des Sensors 50 oder eines anderen Sensors in der Schleife 49 gesteuert werden.
• Ein Diagramm für das elektrische System der Lasergasstrom- Steuervorrichtung 1 ist in Fig. 3 der Zeichnungen dargestellt. Das Steuersystem erlaubt dem Betreiber, ein großes Volumen des dem Laser zuzuführenden Gases zu wählen, beispielsweise wenn der Laser kalt oder eine hohe Leistung erforderlich ist, und zu anderen Zeiten und/oder nach einer vorbestimmten Erwärmperiode von beispielsweise 10 Minuten aus ökonomischen Gründen ein reduziertes Volumen zu dem Laser zu wählen. Der ökonomischere, reduzierte Strom kann von dem Benutzer des Lasers vor oder während des Betriebs des Laser gewählt werden. Der Benutzer kann auch die Zusammensetzung durch Einstellen der relativen Ströme der verschiedenen Gase wählen. Bei Betrieb der Lasergasstromvorrichtung 1 gemäß den Fig. 2 und 3 entfernt die Unterdruckpumpe 37 die Atmosphäre aus den Unterdruckkreisen, wenn der Laser 42 erstmals gestartet wird. Wenn ein gesetzter Unterdruckwert erreicht ist, gibt der Sensor 51 ein elektrisches Signal von beispielsweise 15 Volt an J1-1 ab. Dies setzt einen 10-Minuten-Zeitgeber 43 in Gang, dessen Ausgang "a" hoch geht. Dieser hohe Ausgang wird auf ein ODER-Gatter 1 oder ein ODER-Gatter 2 aufgegeben, um die Ausgänge hochgehen zu lassen. Diese hohen Ausgänge der ODER-Gatter 1 und 2 werden bei Vorhandensein auf bipolare NPN-Transistoren 47 und 48 aufgegeben, so daß diese angeschaltet werden und einen Stromfluß durch die Solenoidspulen S1 bzw. S2 zulassen. Der Stromfluß durch S1 schaltet die Gaszugabe- Solenoidventile 22 und 24 für Helium und Kohlendioxid (siehe Fig. 1) an und der Stromfluß durch die Spule S2 schaltet das Gaszugabe-Solenoidventil 23 für N&sub2; an. Wenn der Laser seinen Betriebsdruck erreicht, was durch den Drucksensor 50 festgestellt wird, wird eine Hochspannung oder eine andere Form der Anregung angeschaltet und in dem Resonator ein Laserstrahl erzeugt, der durch den Ausgangskoppler 36 austritt. Der 10-Minuten-Zeitgeber 43 fährt mit der Förderung eines großen Gasvolumens, z. B. einem totalen Gasstrom der gemischten Gase von 400 Litern pro Stunde, in den Laser fort, während der Laser sich erwärmt. Dies bewirkt ein schnelles Erwärmen des Lasers. Die Anmelderin hat gefunden, daß ein derartiges großes Volumen des Gases in den Laser die Erwärmzeit des Lasers verglichen mit geringeren Volumen reduzieren kann. Das große Volumen des Gasstroms pro Stunde ist eine reiche Mischung, die nicht nur das schnellste Erwärmen des Lasers, sondern auch die höchste Ausgangsleistung des Lasers mit sich bringt. Jedoch ist für die meisten Anwendungen des Lasers eine derartige reiche Mischung nicht notwendig. Geringere Volumen des Gases können mit nur geringen Leistungsverlusten verwendet werden.
• Am Ende der 10-minütigen Periode des Erwärmens fällt der Ausgang "a" des Zeitgebers 43 ab und der Gasstrom zu dem Laser wird gestoppt, wenn jedes der Solenoid-Ventile 22, 23 und 24 durch Unterbrechung des Stromflusses durch die Spulen S1 und S2 gestoppt wird. Zu diesem Zeitpunkt betätigt das ODER-Gatter 3 einen AUS-Zeitgeber 44 (der ein -Trig besitzt, der von einem geringen Ausgang am ODER- Gatter 3 geschaltet wird), dessen Ausgang "d" für eine kurze Zeitspanne, beispielsweise 5 Sekunden, wie es durch den Zeitgeber 44 vorgegeben ist, hoch geht. Am Ende der 5-sekundigen AUS-Periode des AUS-Zeitgebers 44 geht "d" runter und schaltet einen AN-Zeitgeber 45 (der ein -Trig besitzt, der von einem geringen Ausgang des AUS- Zeitgebers 44 geschaltet wird), um wiederum den Strom des Heliums als auch des Kohlendioxids in Gang zu bringen und einen AN-Zeitgeber 46 zu schalten, (der ebenfalls ein -Trig besitzt, der von einem geringen Ausgang des AUS- Zeitgebers 44 geschaltet wird), um den Strom des N&sub2; durch die ODER-Gatter 1 und 2, die Transistoren 47 und 48 und die Spulen S1 und S2 in Gang zu bringen.
• Die Zeitspannen, in denen die AN-Zeitgeber 45 und 46 angeschaltet bleiben, kann von dem Benutzer oder einer anderen Steuerung wahlweise eingestellt werden, indem einer der Schalter 3 bis 6 am Steuerpult der Vorrichtung betätigt wird. Gegebenenfalls können separate Schalter vorgesehen werden, um jeden der AN-Zeitgeber 45 und 46 vor Betrieb des Lasers unterschiedlich einzustellen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind auf jedem AN-Zeitgeber vier Einstellungen vorgesehen, die Zeitspannen für die Gasströmung entsprechen, wenn die Solenoidventile für 5 Sekunden, 3,8 Sekunden, 2,4 Sekunden bzw. 1,3 Sekunden geöffnet sind. Während der Zeitspanne der AN-Zeitgeber 45 und 46 sind die jeweiligen Gaszugabe-Solenoidventile 22, 23 und 24 betätigt, um die Fluidleitungen zu öffnen und Gas zu dem Laser zu bringen. Sie bleiben für die genauen AN-Zeiten offen, die vorgewählt wurden. Nachdem die AN-Zeitgeber abgelaufen sind, gehen ihre Ausgänge "c" und "e" runter und der Ausgang "b" des ODER-Gatters 3 geht dann runter und schaltet wiederum den AUS-Zeitgeber 44. Dieser AN-AUS-Betrieb wird fortgesetzt, um eine präzise Steuerung des mittels der Solenoidventile 22, 23 und 24 zugegebenen Gases zur Optimierung des Gasbedarfs und der Lasereigenschaften zu erreichen. Das Volumen des dem Laser zugeführten Gases ist selbstverständlich eine Funktion des relativen Arbeitskreises oder der Betriebsfrequenz der jeweiligen Zeitgeber.
• In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt das gesamte reduzierte Volumen des nach dem Erwärmen zugeführten Gases, wenn die AN-Zeitgeber 44 und 46 auf eine 5-Sekunden-Zeitspanne eingestellt sind, 200 Liter pro Stunde, während die Strömungsrate bei 3,8 Sekunden 150 Liter pro Stunde, das Volumen bei 2,4 Sekunden 100 Liter pro Stunde und bei 1,3 Sekunden 50 Liter pro Stunde beträgt. Diese unterschiedlichen Strömungen treten auf, während die AUS-Zeitspanne des Zeitgebers 44 auf 5 Sekunden eingestellt bleibt.
• In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der AUS-Zeitgeber 44 von einem negativen "b" angeschaltet (b=0). Ein Signal von 24 Volt passiert die elektrischen Spulen S1 und S2 zwischen 1 und 2 und zwischen 3 und 4, um die Solenoidventile zu aktivieren, wenn die NPN-Transistoren 47 und 48 als Antwort auf die Ausgänge der jeweiligen ODER-Gatter 1 und 2 konduktiv werden, wie in dem Diagramm gemäß Fig. 3 dargestellt ist. Selbstverständlich sind diese Details nur zum Zwecke der Verdeutlichung angegeben und auch andere Anordnungen zur Schaltung der Zeitgeber und Solenoide können selbstverständlich ausgeführt werden.
• J1-2 ist ein Betriebsartschalter für Impuls-/kontinuierlichen Betrieb, der auf dem Steuerpult der Vorrichtung vorgesehen ist. Wenn eine kontinuierliche Laseremission gewählt wird, erlaubt er dem N&sub2;-Solenoidventil etwas länger als die He- und CO&sub2;- Solenoidventile anzubleiben, wenn die Zeitspannen für den AN-Zeitgeber 46 5,5 Sekunden, 4,2 Sekunden, 2,6 Sekunden bzw. 1,4 Sekunden statt der o.g. Zeitspannen entsprechen. Diese Änderung der Zusammensetzung der dem Laser zugeführten Gasmischung ohne wesentliche Änderung des Volumens des Stroms bewirkt eine gesteigerte Leistung für den kontinuierlichen Betrieb.
• Aus dem oben gesagten für das erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ersichtlich, daß die Gasstrom- Steuervorrichtung der Erfindung dem Laser-Betreiber erlaubt, die Vorrichtung durch Wahl eines vorbestimmten Plans für das Gasvolumen und/oder die Gaszusammensetzungen, die bei Betrieb dem Laser zugeführt werden, zu programmieren. Dies ermöglicht es dem Betreiber, den Laser mit jedem gewünschten Gasverbrauch von beispielsweise 400 Litern pro Stunde bis zu einem Minimalniveau des Gasverbrauchs für den Laserbetrieb zu betreiben. Abwandlungen des Gasvolumens und/oder der Zusammensetzung können vor Betreiben des Lasers festgelegt werden und zusätzliche Einstellungen können leicht in genauer Weise während des Betriebs des Lasers vorgenommen werden. Die Erfindung erlaubt es dem Betreiber, Druckleckagen, beispielsweise in das System eindringende Luft, festzustellen, die Erwärmzeit des Lasers zu reduzieren, den Gasverbrauch zu reduzieren und verschiedene zu verwendende Gasmischungen vorzusehen, um den Laserbetrieb zu optimieren. Desweiteren können Veränderungen in dem Volumen des Gases und seiner Zusammensetzung vorgenommen werden, ohne daß dies den Laserbetriebsgasdruck betrifft, der infolge der Drucksteuervorrichtung der Erfindung im wesentlichen konstant bleibt.
• Obwohl ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es verständlich, daß diese nicht darauf begrenzt ist, sondern daß eine Vielzahl von Änderungen und Modifikationen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, vorgenommen werden können. Die besonderen Drücke und Volumen oder Ströme, die hier erwähnt sind, sind nicht abschließend, sondern bloß als Beispiele für den Betrieb der Gasstrom-Steuervorrichtung und das Verfahren der Erfindung angegeben. Es ist ebenso offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch unter Verwendung eines geeigneten programmierbaren Computers oder Mikroprozessors ausgeführt werden kann. Die Erfindung ist auch auf andere als hier beschriebene Laser anwendbar.
• Die Erfindung erlaubt dem Laser-Betreiber, vorher oder zu jeder Zeit während des Betriebs des Lasers die verschiedenen Gaserfordernisse hinsichtlich Ökonomie, schneller Erwärmzeit und Laserbetriebs durch Anordnung einer Steuervorrichtung zu wählen, die der Betreiber anfangs so einstellen kann, daß die Vorrichtung automatisch selektiv und genau das Volumen und/oder die Zusammensetzung eines dem Laser in vorbestimmten Zeitintervallen während des Betriebs des Lasers zugeführten Gaszusammensetzung variiert. Vorbestimmte genaue Einstellungen hinsichtlich des Volumens und/oder der Zusammensetzung eines dem Laser zuzuführenden Gases können ebenfalls von dem Betreiber in herkömmlicher Weise mit der Steuervorrichtung während des Betriebs des Lasers vorgenommen werden.
• Gemäß dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt die Gasstrom-Steuervorrichtung zum genauen Steuern des Stromes des Gases von einer Versorgung des Gases zu dem Laser eine Gasleitungseinrichtung, die zwischen einer Versorgung des Gases und dem Laser verläuft, und eine Ventileinrichtung, die in der Gasleitungseinrichtung angeordnet ist, wobei die Ventileinrichtung relativ zu der Gasleitungseinrichtung einstellbar ist, um den Strom des Gases von der Versorgung zu dem Laser zu steuern, sowie eine Steuervorrichtung, die die Ventileinrichtung und dadurch das von der Gasversorgung dem Laser zugeführte Gasvolumen einstellt. Die Erfindung kann beispielsweise dafür verwendet werden, dem Laser ein großes Gasvolumen für eine schnelle Erwärmung des Lasers zuzuführen, wenn der Laser kalt ist, und nach der Erwärmung des Lasers für einen wirtschaftlicheren Betrieb des Laser ein reduziertes Gasvolumen dem Laser zuzuführen. Die Steuervorrichtung führt dem Laser ein großes Gasvolumen für eine vorbestimmte Zeitspanne zu, bevor sie das Volumen reduziert. Der Betreiber kann automatische Zeitgeber der Vorrichtung manuell übergehen, wie unten ausgeführt wird, oder ein Computer kann die Zeitgeber auf andere Weise steuern.
• Die Steuervorrichtung in dem erläuterten Ausführungsbeispiel stellt die Ventileinrichtung so ein, daß die Gasleitungseinrichtung zur Steuerung des dem Laser zugeführtem Gasvolumens mit einer gewissen Frequenz geöffnet und geschlossen oder auf andere Weise eingestellt wird. Als erste Frequenz wird die Ventileinrichtung betätigt, um die Leitungseinrichtung während der gesamten vorbestimmten Zeitspanne zum Erwärmen des Lasers offen zu halten, um ein großes Gasvolumen zu dem Laser zu bewirken. Diese Zeitspanne wird von einer ersten Zeitgeber -Einrichtung der Vorrichtung festgesetzt. Eine zweite Zeitgeber-Einrichtung stellt die Ventilvorrichtung auf abwechselndes Schließen und Öffnen ein oder stellt andererseits die Gasleitungseinrichtung so ein, daß nach Ablauf der vorbestimmten Zeitperiode ein reduziertes Volumen vorgesehen ist. Dabei weist die zweiter Zeitgeber-Einrichtung einen AUS-Zeitgeber und einen AN-Zeitgeber zum jeweils abwechselnden Steuern der Zeitperioden auf, wenn die Ventileinrichtung die Gasleitungseinrichtung schließt und öffnet. Der Betreiber kann zumindest die Frequenz über eine Einstellung wählen, so daß der AN-Zeitgeber die Ventileinrichtung in einer Position hält, um die Gasleitungseinrichtung zur Veränderung des Volumens und/oder der Zusammensetzung des Gases zu dem Laser zu verändern. Die Ventileinrichtung in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird von einem Zeitgeber mit variabler Frequenz gesteuert, der zumindest ein Gaszugabeventil steuert, das zum Öffnen und Schließen der Gasleitungseinrichtung mittels eines Solenoids bewegt wird, der von der Steuervorrichtung der Vorrichtung betätigt wird.
• Die Gasstrom-Steuervorrichtung weist desweiteren eine Einrichtung auf, die den Gasdruck in dem Laser selbst während der Einstellungen für das Volumen und/oder die Zusammensetzung des dem Laser zuzuführenden Gases im wesentlichen konstant hält. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel schaltet ein Arbeitsdrucksteuerventil zwischen zwei Strosteuerventilen, um wahlweise das abgesaugte Gas durch eines der beiden Stromsteuerventile zu richten, um den Gasdruck in dem Laser selbst dann konstant zu halten, wenn die programmierbaren Steuermittel das Volumen und/ oder die Zusammensetzung des dem Laser zugeführten Gases wahlweise ändern.
• Das Gas, das dem Laser zugeführt wird, ist üblicherweise ein Gas, das aus mehreren Gasen zusammengesetzt ist, die von einer Einrichtung gemischt werden, bevor sie dem Laser zugeführt werden. Die Zuführung des gemischten Gases an sich kann mit der Vorrichtung und entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert werden oder wie in dem oben genannten, bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Zuführungen der mehreren Komponentengase des Lasergases jeweils einzeln gesteuert werden, um eine einfache Variation der Zusammensetzung zu erreichen, wie auch das Volumen des dem Laser zugeführten Gases. Somit besitzt die Vorrichtung entsprechend dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Versorgungen der jeweiligen Gaskomponenten und eine Vielzahl von jeweiligen Leitungseinrichtungen zwischen den Versorgungen und dem Laser. Die Ventileinrichtung weist eine Vielzahl von entsprechenden Ventileinrichtungen in jedem der Vielzahl von Leitungseinrichtungen auf, um die dem Laser aus den Versorgungen zugeführten Komponenten zu steuern. Die Steuereinrichtung stellt die Vielzahl von Ventileinrichtungen automatisch ein, so daß die jeweiligen dem Laser aus der Vielzahl von Versorgungen zugeführten Komponenten gesteuert werden. Als Vorrichtung zum Zusammenmischen einer Vielzahl von entsprechenden Komponenten vor ihrer Zuführung zu dem Laser ist ein Resonator vorgesehen. Die Vorrichtung erlaubt dem Betreiber desweiteren, in einfacher Weise spezielle Gasmischungen für Impuls- oder kontinuierlichen Betrieb des Lasers durch Betätigung eines Schalters an der Vorrichtung zu wählen, um die dem Laser zugeführte Gaszusammensetzung zu ändern.
• Das erläuterte erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die wahlweise Änderung zumindest des Volumens oder der Zusammensetzung des dem Laser zugeführten Gases. In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfaßt dies das Zuführen eines Gases mit einem relativ großen Volumen zu dem Laser während einer anfänglichen Betriebsperiode des Lasers, um den Laser schnell zu erwärmen, und der Zuführung des Gases mit einem reduzierten Volumen zu dem Laser, nachdem der Laser sich erwärmt hat, um einen ökonomischen Betrieb des Lasers zu erreichen. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dadurch vorteilhaft, daß es signifikant die Erwärmzeit und den Gasverbrauch senken kann.
• Darüber hinaus wird das Lasergas gemäß dem Verfahren mit verringertem Volumen zugeführt, indem zumindest ein Gasabgabeventil in vorbestimmten Zeitintervallen in Abhängigkeit zu dem Betrieb einer programmierbaren Steuereinrichtung abwechselnd geöffnet und geschlossen wird. Das große Volumen des Gases zu dem Laser zum Erwärmen und die höchste Ausgangsleistung wird durch Offenhalten zumindest eines Gasabgabeventils während der gesamten anfänglichen Betriebsdauer des Lasers erreicht. Das reduzierte Volumen des Lasergases wird von dem Betreiber oder einer Kontrolleinrichtung, beispielweise einem Computer, dadurch vorbestimmt, daß wahlweise die Länge der Zeitintervalle, in denen das zumindest eine Gasabgabeventil offen bleibt, relativ zu den Zeitintervallen, in denen es geschlossen bleibt, wahlweise eingestellt wird. Dies wird mit den programmierbaren Steuermitteln vor Beginn des Betriebes des Lasers erreicht. Alternativ kann ein weiterer Computer verwendet werden, um die Zeitgeber der Vorrichtung in der oben beschriebenen Weise zu steuern. Wenn mehrere Gase gesteuert werden, kann auch die Gaszusammensetzung programmiert werden. Der Betreiber kann die Zusammensetzung des den Laser zuzuführenden Gases entweder vor oder während des Betriebs des Lasers ändern, in dem er eine kontinuierliche Betriebsart, eine Impuls-Betriebsart oder eine andere Betriebsart des Lasers wählt. Indem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird bei Wahl der Impuls-Betriebsart der N&sub2;-Gehalt des dem Laser zugeführten Gases zur Verbesserung der Lasereigenschaften verändert.

Claims (1)

1. Gaslaser-Anordnung mit einer Einrichtung zur Zuführung von Gas zu dem Laser (42) und einer Einrichtung zur Anregung des Gases in dem Laser (42) zur Bildung eines Laserstrahls, wobei die Einrichtung zur Zuführung des Gases zu dem Laser (42) eine Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) umfaßt, um wahlweise das Volumen des dem Laser (42) zugeführten Gases zu variieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) für eine vorbestimmte Zeitspanne zum schnellen Erwärmen des Lasers ein relativ großes Volumen des Gases oder zumindest einer Komponente des Gases zu dem Laser erzeugt und dieses Volumen anschließend reduziert, wobei die Laser-Anordnung desweiteren eine Drucksteuervorrichtung (37, 39, 40, 41, 50) aufweist, um den Gasdruck in dem Laser (42) trotz der Volumenänderungen im wesentlichen konstant zu halten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung programmierbare Steuermittel (43-46) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung des Gases desweiteren zumindest eine Versorgung (2, 3, 4) mit Gas oder der Zusammensetzung, eine Gasleitungseinrichtung, die sich zwischen der zumindest einen Versorgung (2, 3, 4) und dem Laser (42) erstreckt, und eine Ventileinrichtung (22-24) aufweist, die in der Gasleitungseinrichtung angeordnet ist, wobei die Ventileinrichtung (22-24) relativ zu der Gasleitungseinrichtung einstellbar ist, um das Volumen von der zumindest einen Versorgung (2, 3, 4) zu dem Laser (42) zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (43-46) die Ventileinrichtung (22-24) und dadurch das von der zumindest einen Versorgung (2, 3, 4) dem Laser (42) zugeführte Volumen einstellt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (43-46) die Ventileinrichtung (22-24) einstellt, um die Gasleitungseinrichtung zur Steuerung des dem Laser (42) zugeführten Volumens mit einer gesteuerten Frequenz zu öffnen und zu schließen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) eine Zeitgeber-Einrichtung (43-46) umfaßt, um die Ventileinrichtung (22-24) für die vorbestimmte Zeitspanne einzustellen, während der das relativ große Volumen dem Laser (42) zugeführt wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) eine Zeitgeber-Einrichtung (43-46) umfaßt, um die Ventileinrichtung (22-24) einzustellen, um dem Laser (42) nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne das relativ reduzierte Volumen zuzuführen.

-7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeber-Einrichtung (43-46) einen AUS-Zeitgeber (44) und einen AN-Zeitgeber (43) aufweist, um jeweils abwechselnd die Zeitspannen zu steuern, in denen die Ventileinrichtung (22-24) die Gasleitungseinrichtung einstellt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur wahlweisen Einstellung der Zeitspannen der Zeitgeber-Einrichtung (43-46) vorgesehen ist, um eine Variation des Volumens zu ermöglichen.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (22-24) zum Öffnen und Schließen der Gasleitungseinrichtung mittels einer Solenoid-Vorrichtung (S&sub1;, S&sub2;) bewegt wird, die von der Steuervorrichtung (43-46) betätigt wird.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) zum Variieren des Volumens eine Vorrichtung (18-20) zur Einstellung des Drucks des dem Laser zugeführten Gases aufweist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuervorrichtung (37, 39, 40, 41, 50) eine Vorrichtung (37) zum Evakuieren des Gases aus dem Laser (42), um in Vorbereitung des Betriebs des Lasers (42) den Gasdruck in dem Laser (42) zu verringern, und eine Vorrichtung (50) zur Erfassung des Gasdrucks in dem Laser (42) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) den Strom des Gases von einer Versorgung zu dem Laser (42) in Gang setzt, wenn ein vorbestimmter Gasdruck in dem Laser (42) während der Evakuierung von der Erfassungsvorrichtung (50) festgestellt wird.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zuführung des Gases zu dem Laser (42) eine Vielzahl von Versorgungen (2, 3, 4) der jeweiligen Gaskomponenten und eine Vielzahl von entsprechenden Gasleitungseinrichtungen zwischen den Versorgungen und dem Laser (42) aufweist, wobei eine Vielzahl von entsprechenden Ventileinrichtungen (22-24) in jeder der Vielzahl von Gasleitungseinrichtungen vorgesehen ist, um die resultierende Gaszuführung von den jeweiligen Versorgungen zu dem Laser (42) zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (43-46) die Vielzahl von Ventileinrichtungen (22-24) einstellt, um das Volumen der jeweiligen dem Laser (42) von der Vielzahl von Versorgungen (2, 3, 4) zugeführten Gaskomponenten zu steuern.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (28, 25-27) zum Zusammenmischen einer Vielzahl von jeweiligen Gaskomponenten bevor das Gas dem Laser (42) zugeführt wird.

14. Steuervorrichtung für das einem Laser zugeführte Gas mit zumindest einer Versorgung (2, 3, 4) von Gas für den Laser, einer Gasleitungseinrichtung, um Gas von der zumindest einen Versorgung (2, 3, 4) zu dem Laser (42) zu fördern, und einer Vorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) zur Veränderung des Volumens des dem Laser von der zumindest einen Versorgung (2, 3, 4) durch die Gasleitungsvorrichtung zugeführten Gases, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) für eine vorbestimmte Zeitspanne zum schnellen Erwärmen des Lasers ein relativ großes Volumen des Gases oder zumindest einer Komponente des dem Laser (42) zugeführten Gases erzeugt und das Volumen anschließend reduziert, wobei eine Drucksteuervorrichtung (37, 39, 40, 41, 50) vorgesehen ist, um den Gasdruck in dem Laser (42) trotz der Änderungen des dem Laser zugeführten Volumens im wesentlichen konstant zu halten.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) programmierbare Steuermittel (43-46) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitungseinrichtung eine Ventileinrichtung (22-24) angeordnet ist, die relativ zu der Gasleitungseinrichtung einstellbar ist, um das dem Laser (42) zugeführte Volumen zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (43-46) die Ventileinrichtung (22-24) und dadurch das dem Laser (42) zugeführte Volumen einstellt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (43-46) die Ventilvorrichtung (22-24) einstellt, so daß die Gasleitungseinrichtung zur Steuerung des dem Laser (42) zugeführten Volumens mit einer gesteuerten Frequenz geöffnet und geschlossen wird.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) eine Zeitgeber-Einrichtung (43-46) umfaßt, um die Ventileinrichtung (22-24) für die vorbestimmte Zeitspanne einzustellen, während der das relativ große Volumen dem Laser (42) zugeführt wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) eine Zeitgeber-Einrichtung (43-46) umfaßt, um die Ventileinrichtung (22-24) einzustellen, um dem Laser (42) nach Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne das relativ reduzierte Volumen der zumindest einen Gaskomponente zuzuführen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeber-Einrichtung (43-46) einen AUS-Zeitgeber (40) und einen AN-Zeitgeber (43) aufweist, um jeweils abwechselnd die Zeitspannen zu steuern, in denen die Ventileinrichtung (22-24) die Gasleitungseinrichtung einstellt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur wahlweisen Einstellung der Zeitspanne der Zeitgeber- Einrichtung (43-46) vorgesehen ist, um eine Variation des dem Laser (42) zugeführten Volumens zu ermöglichen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (22-24) zum Öffnen und Schließen der Gasleitungseinrichtung mittels einer Solenoid-Vorrichtung (S&sub1;, S&sub2;) bewegt wird, die von der Steuervorrichtung (43-46) betätigt wird.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) zum Variieren des dem Laser (42) zugeführten Volumens eine Vorrichtung (18-20) zur Einstellung des Drucks des dem Laser (42) zugeführten Gases aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (37) zum Evakuieren des Gases aus dem Laser (42), um in Vorbereitung des Betriebs des Laser den Gasdruck in dem Laser zu verringern, und eine Vorrichtung (50) zur Erfassung des Gasdrucks in dem Laser (42) vorgesehen sind, wobei die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) den Strom des Gases oder zumindest einer Komponente des Gases von der zumindest einen Versorgung (2, 3, 4) zu dem Laser (42) in Gang setzt, wenn ein vorbestimmter Gasdruck in dem Laser während der Evakuierung von der Erfassungsvorrichtung (50) festgestellt wird.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Versorgungen (2, 3, 4) der jeweiligen Gaskomponenten und eine Vielzahl von entsprechenden Gasleitungseinrichtungen zwischen den Versorgungen (2, 3, 4) und dem Laser (42) vorgesehen sind, wobei eine Vielzahl von entsprechenden Ventileinrichtungen (22-24) in jedem der Vielzahl von Gasleitungseinrichtungen vorgesehen ist, um die dem Laser (42) von den jeweiligen Versorgungen (2, 3, 4) zugeführten Gaskomponenten zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (18-20, 22-24, 43-46) die Vielzahl von Ventileinrichtungen (22-24) einstellt, um die Volumen der jeweiligen dem Laser (42) zugeführten Gaskomponenten zu steuern.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25-27, 28) zum Zusammenmischen einer Vielzahl von jeweiligen Gaskomponenten, bevor das Gas dem Laser (42) zugeführt wird.

27. Verfahren zum Betrieb eines Gaslasers, indem dem Laser Gas zugeführt und das Gas in dem Laser zur Erzeugung eines Laserstrahls angeregt wird, wobei das Gas dem Laser über eine Gasvolumen-Einstellvorrichtung zugeführt wird, gekennzeichnet durch die Schritte des wahlweisen Veränderns des Volumens des Gases oder zumindest einer Komponente des dem Laser (42) zugeführten Gases, so daß während einer anfänglichen Betriebsperiode des Lasers (42) zum schnellen Erwärmen des Lasers ein relativ großes Volumen zugeführt wird, und der anschließenden Zuführung eines relativ geringeren Volumens und der im wesentlichen Konstanthaltung des Drucks des Gases in dem Laser, wenn das dem Laser zugeführte Volumen verändert wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die wahlweise Veränderung mittels programmierbarer Steuermittel (43-46) ausgeführt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas dem Laser durch abwechselndes Einstellen des Stroms des Gases oder zumindest einer Komponente des Gases zu dem Laser bei einer vorbestimmten Frequenz und unter Änderung des Volumens mittels Wechseln der Frequenz zugeführt wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom des Gases oder der zumindest einen Komponente des Gases eingestellt wird, indem zumindest ein Einlaßventil für das Gas in vorbestimmten Zeitintervallen abwechselnd geöffnet und geschlossen wird, wobei das Einlaßventil für das Gas in der Gasleitungseinrichtung zwischen einer Gasversorgung und dem Laser angeordnet ist.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, gekennzeichnet durch die Änderung der Zusammensetzung des dem Laser für kontinuierlichen Betrieb zugeführten Gases verglichen mit der Zusammensetzung, die dem Laser für Impuls-Betrieb zugeführt wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Laser im wesentlichen konstant gehalten wird, indem Gas aus dem Laser durch ein Betriebsdruck-Steuerventil abgegeben wird, das das Abgabegas wahlweise durch eines von zwei Stromsteuerventilen leitet, um den Druck im wesentlichen kostant zu halten.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß dem Laser eine Vielzahl von unterschiedlichen Gaskomponenten zugeführt wird und daß der Strom jeder Komponente zu dem Laser zur wahlweisen Änderung des Volumens gesteuert wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Laser zugeführte Gas eine Mischung von Gaskomponenten ist und daß deren Volumen gesteuert wird.