DE3879611T2

DE3879611T2 - Laser-oszillator.

Info

Publication number: DE3879611T2
Application number: DE8888903940T
Authority: DE
Inventors: Akira Fanuc Mansion Hari Egawa; Nobuaki Fanuc Hinoshata Iehisa; Norio Karube; Mitsuo Manabe; Etsuo Yamazaki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2008-04-29
Also published as: US4921357A; EP0312613B1; JP2723516B2; EP0312613A1; WO1988008629A1; DE3879611D1; EP0312613A4; JPS63273377A

Description

Die Erfindung betrifft einen Laseroszillator zum Erzeugen eines Laserstrahls hoher Leistung zum Schneiden von Werkstücken aus Metall o.ä., und insbesondere einen Laseroszillator mit stabilen HF Entladungspumpen.
In Fig. 4 der Zeichnungen ist ein bekannter Laseroszillator mit axialer Durchströmung und HF Entladungspumpen dargestellt. Der Laseroszillator weist ein Entladungsrohr 1 mit vier Rohrsegmenten auf. Entsprechend dem gewünschten Ausgang kann das Entladungsrohr 1 eine bestimmte Anzahl von Rohrsegmenten besitzen. Ein total reflektierender Spiegel 2 und ein Auskoppelspiegel 3 sind an den Enden des Entladungsrohres 1 genau positioniert. Der austretende Laserstrahl ist mit 4 bezeichnet. Die Segmente des Entladungsrohres 1 haben Gaseinlaß- und -auslaßkanäle, die mit einem einzelnen Roots-Gebläse 7 verbunden sind. In den Kühlern 5, 6 wird das von der Entladung und dem Gebläse 7 erwärmte Lasergas gekühlt. Das Lasergas strömt in das Entladungsrohr 1 und in die Gaslieferrohre in Pfeilrichtung. Elektroden 8a bis 8b bis 11a, 11b sind jeweils an HF Energieversorgungen 12, 13, 14 und 15 angeschlossen. Das Gas strömt im Entladungsrohr 1 mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 m.5'. Im Entladungsrohr 1 wird von einer aus den HF Energieversorgungen 12 bis 15 stammende HF Spannung eine elektrische Entladung erzeugt, um eine Laseroszillation zu generieren.
Fig. 5 zeigt ein Schaltbild für eine bekannte HF Energieversorgung mit einer Gleichspannungsversorgung 16 und einer HF Energieversorgung 17, die Gleichspannung erhält. Die HF Versorgung 17 weist eine Schaltung mit vier FET 18 bis 21 auf, sowie einen Booster-Transformator 22 und eine Impedanzanpaßschaltung 23. Die Ausgänge der Versorgung 17 sind an das Entladungsrohr 1 über die Elektroden 8a1 und 8a2 angeschlossen. Eine Wicklung 24 erf alt den im Entladungsrohr 1 fliegenden Strom, der über die Leitung 25 zurückgeführt wird, um die Stromzufuhr zum Entladungsrohr 1 konstant zu regeln.
Der HF Entladungspumpenlaser hat folgende Vorteile vor einem gewöhnlichen Gleichspannungsentladungspumpenlaser:
1. Da eine elektrodenfreie Entladung erzeugt wird, gibt es kein Problem mit Zerstörung des Elektrodenwerkstoffes;
2. Ein Balastwiderstand ist nicht erforderlich;
3. Es gibt keinen Kathodenfall und deshalb ist der Wirkungsgrad verbessert;
4. Der Laser kann bei niedriger Spannung arbeiten und ist deshalb bedienungssicher;
5. Das Dissoziationsverhältnis von CO&sub2; ist klein und damit die laufenden Betriebskosten;
6. Der Laser hat ausgezeichnete Impulseigenschaften;
7. Die Größe des Lasers ist verringert;
8. Bei entsprechendem Frequenzanstieg kann die Eigenschaft des Einfangens von Elektroden ausgenützt werden;
9. In der Wahl der Entladungsrohrwerkstoffe ist man weitgehend frei.
Wegen der Hochfrequenz ist jedoch der Betrieb solcher HF Entladungspumpen laserunstabil und Komponenten wie die FET Transistoren könne wegen parasitärer Oszillation in verschiedenen Schaltungszweigen infolge der Rückführung zur Gleichspannungsversorgung zerstört werden. Ferner können diese Ereignisse plötzlich ungeachtet der Größe des Laserausgangs auftreten und deshalb die Zuverlässigkeit des Lasers verringern.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen HF Oszillatorlaser so auszubilden, dar die vorgenannten Probleme gelöst werden und dar die Einrichtung stabil arbeitet, ohne ein Alarmsignal an die Gleichspannungsversorgung zu geben und ohne wegen parasitärer Oszillation Komponenten zu zerstören, beispielsweise die FET Halbleiter.
In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung ist ein Laseroszillator zum Zuführen einer HF Spannung zu mehreren Entladungsrohren mit einem Dielektrikum vorgesehen, um eine HF Entladung zum Laserpumpen zu erzeugen mit:
einer Gleichspannungsversorgung;
einer HF Energieversorgung zum Umformen der Gleichspannung in eine HF Spannung und
einer Kopplungsleitung, über welche die Gleichspannungsversorgung und die HF Energieversorgung miteinander verbunden sind, wobei die Kopplungsleitung eine nahe der HF Energieversorgung geerdete Abschirmung aufweist.
Die HF Komponente aus der HF Energieversorgung kann infolge der Abschirmung nicht auftreten, die nahe der HF Energieversorgung geerdet ist.
Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung ist ein Laseroszillator zum Zuführen einer HF Spannung zu mehreren Entladungsrohren mit einem Dielektrikum vorgesehen, um eine HF Entladung zum Laserpumpen zu erzeugen mit:
einer Gleichspannungsversorgung;
einer HF Energieversorgung zum Umformen einer Gleichspannung in eine HF Spannung und
einer Rückführleitung zum Rückführen eines Stroms vom Eingang der HF Energieversorgung zu der Gleichspannungsversorgung.
Die von der Gleichspannungsversorgung aus gesehene Impedanz wird so durch die Rückführleitung verkleinert, um HF Oszillation zu vermeiden.
Drei Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild für das Verständnis der Erfindung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines bekannten HF Entladungspumpen-Oszillationslasers mit axialer Durchströmung,
Fig. 5 ein Schaltbild einer bekannten HF Energieversorgung für das Laserpumpen.
In Fig. 1 ist eine Gleichspannungsversorgung 16 und eine Verzweigungsschaltung mit FET's 18 bis 21 gezeigt, die als HF Inverter zum Umformen einer Gleichspannung in eine Wechselspannung hoher Frequenz im Bereich von 1 bis 10 MHz dient. Ein Ausgangstransformator 22 liefert einen Ausgangsstrom zu einem Entladungsrohr über eine Impedanzanpaßschaltung. Gemäß Fig. 1 hat ein Leistungsübertragungskabel 35 ein abgeschirmtes Leitungspaar, bei dem die Leitungen in Reihe mit Widerständen 36 und 37 geschaltet sind. Die Widerstände 36, 37 dienen zum Auslöschen negativer Widerstandskomponenten der Leitungen im Kabel 35 und die Werte der Widerstände 36, 37 werden aus den Werten der negativen Widerstandskomponenten im Kabel 35 in einem HF Bereich bestimmt, um Oszillation im Kabel 35 zu vermeiden und auch eine HF Komponente aus der HF Energieversorgung zu vermeiden, die die Gleichspannungsversorgung 16 stören könnte.
Fig. 2 ist eine Schaltung einer ersten Ausführungsform, bei der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 2 ist ein Filter 30 an die HF Energieversorgung angeschlossen. Die Abschirmung des Kabels 35 ist nahe der HF Energieversorgung über eine Erdschirmleitung 38 geerdet. Die geerdete Abschirmung des Kabels 35 vermeidet das Übertragen einer HF Komponente zur Gleichspannungsversorgung 16.
Fig. 3 zeigt die Schaltung einer zweiten Ausführungsform, ebenfalls mit gleichen Bezugszeichen für gleiche Bauteile.
Der Eingang der HF Energieversorgung wird an die Gleichspannungsversorgung über eine Leitung 40 zurückgeführt, um die Ausgangsimpedanz der Gleichspannungsversorgung 16 zu verkleinern und damit eine HF Komponente zu vermeiden, die über das Kabel 35 zur Gleichspannungsversorgung 16 zurückgeführt würde. Das Kabel 35 ist als Kabel mit einem Leitungspaar dargestellt, kann auch ein Kabel mit abgeschirmten Leitungspaaren sein.
Erfindungsgemäß läßt sich die Instabilität eines Laseroszillators infolge parasitärer Oszillation vermeiden, da bei dem Laseroszillator Vorkehrungen getroffen sind, daß eine HF Komponente von der Hochfrequenzenergieversorgung zur Gleichspannungsversorgung nicht übertragen werden kann.

Claims

1. Laseroszillator zum Zuführen einer HF-Spannung zu mehreren Entladungsbereichen über ein Dielektrikum, um eine HF-Entladung zum Laserpumpen zu erzeugen, mit:

einer Gleichspannungsversorung (16); und

einer HF-Energieversorgung (18 bis 21) zum Umwandeln der Gleichspannung in eine HF-Spannung, gekennzeichnet durch eine Kopplungsleitung (35 bis 37), über welche die Gleichspannungsversorgung und die HF-Energieversorgung miteinander verbunden sind, wobei die Kopplungsleitung eine nahe der HF- Energieversorgung geerdete Abschirmung aufweist.

2. Laseroszillator zum Zuführen einer HF-Spannung zu mehreren Entladungsbereichen über ein Dielektrikum, um eine HF-Entladung zum Laserpumpen zu erzeugen, mit:

einer Gleichspannungsversorgung (16); und

einer HF-Energieversorgung (18 bis 21) zum Umwandeln einer Gleichspannung in eine HF-Spannung, gekennzeichnet durch eine Rückführleitung (40) zum Rückführen eines Stroms vom Eingang der HF-Energieversorgung zu der Gleichspannungsversorgung (16).