DE3919732C1 - Gas laser with gas flow channel - propels gas along path through gap across which electric gas discharge takes place - Google Patents

Gas laser with gas flow channel - propels gas along path through gap across which electric gas discharge takes place

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DE3919732C1 DE19893919732 DE3919732A DE3919732C1 DE 3919732 C1 DE3919732 C1 DE 3919732C1 DE 19893919732 DE19893919732 DE 19893919732 DE 3919732 A DE3919732 A DE 3919732A DE 3919732 C1 DE3919732 C1 DE 3919732C1
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube

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Abstract

In the gas laser, homogenity of the velocity and direction of the gas flow is one of the conditions for generating a steady laser beam in a drumlike generator (1) wherein a blower (5) propels the laser gas along the path (4) through a narrow turned to the blower (5) via a cooling section (11). The optical axis of the laser beam is parallel with the axis of the drum (1) and blower (1) unit (5). There are provided on the circumference of the upper portion of the central flow guide body (16) four thin slit-like openings (18) over virtually the whole width of the drum (1) which are internally under suction by virtue of a small auxiliary blower (20). The gas sucted up is returned via duct (21) to the main blower intake area. Thereby the slower boundary layers are continually suct away and cannot lead to vortex formation. ADVANTAGE - Makes laser beam more steady.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einem Gas-StrömungskanalThe present invention relates to a gas laser with a gas flow channel

  • - mit einem Endladungsraum, der einen Teil des Gas-Strömungskanals bildet und von dem Gas mit hoher Geschwindigkeit durchströmt wird, wobei die Gasentladung zwischen mindestens zwei Elektroden, die transversal zur Gasströmung ausgedehnt sind, brennt und- With a discharge space that forms part of the gas flow channel and is flowed through by the gas at high speed, the Gas discharge between at least two electrodes that are transverse to the Gas flow are extended, burning and
  • - mit einem Gebläse zur Aufrechterhaltung der Gasströmung,- with a fan to maintain the gas flow,
  • - wobei der Gasströmungskanal nach dem Entladungsraum als Krümmer oder gekrümmter Diffusor ausgebildet ist, der die Gasströmung um mindestens 90° umlenkt.- The gas flow channel after the discharge space as a bend or curved diffuser is formed, the gas flow by at least 90 ° redirects.

Ein solcher Gaslaser ist sowohl aus der GB-A 21 35 815 als auch aus der US-PS 46 86 680 bekannt.Such a gas laser is both from GB-A 21 35 815 and from US-PS 46 86 680 known.

In quergeströmten Gastransportlasern wird als Umwälzpumpe des Lasermediums häufig ein Querstrom-Gebläse verwendet, ein Gebläsetyp, der sich aufgrund seiner einfachen Bauweise sowie seiner guten Volumenförderleistung für diese Laserbauart besonders gut eignet. Hinzu kommt die Tatsache, daß sich der Gebläse-Rotor parallel zur Entladungsstrecke über deren gesamte Länge er­ streckt und somit durch den Wegfall von Gasleiteinrichtungen um Achsen senk­ recht zur Gebläse-Achse eine völlig ebene Durchströmung des gesamten Laser­ querschnitts möglich wird. Dies führt zu überschaubaren, zweidimensionalen Strömungsvorgängen sowie zu einer unkomplizierten Skalierbarkeit des Systems in Richtung der optischen Achse, ohne prinzipielle Veränderungen an dem Strömungssystem vornehmen zu müssen. Mit diesen Querstrom-Gebläsen lassen sich zwar große Volumenströme erzielen, jedoch bei relativ geringen Druck­ differenzen zwischen Saugseite und Druckseite des Gebläses. Infolgedessen muß der gesamte Gaskreislauf des Lasers so gestaltet werden, daß ein möglichst geringer Druckverlust und eine möglichst homogene Strömung von sehr geringem Turbulenzgrad entsteht. Besonderes Augenmerk ist dabei auf den im allgemeinen gekrümmten Diffusor stromabwärts des Entladungsbereichs zu legen, da hier, bedingt durch starke Ablösungen der Strömungsgrenzschicht an der Krümmungs­ innenwand, ein Großteil der gesamten Druckverluste entsteht.In cross-flow gas transport lasers, the laser medium is used as a circulation pump often used a cross-flow blower, a type of blower that is based on its simple design and its good volume flow rate for it  Laser design is particularly suitable. Added to this is the fact that the Fan rotor parallel to the discharge path over its entire length stretches and thus reduce the need for gas control devices around axes a completely even flow through the entire laser to the right of the fan axis cross-section is possible. This leads to manageable, two-dimensional Flow processes and an uncomplicated scalability of the system in the direction of the optical axis, without fundamental changes to the Need to make flow system. With these cross flow blowers you can achieve large volume flows, but at a relatively low pressure differences between suction side and pressure side of the blower. As a result, must the entire gas circuit of the laser can be designed so that one as possible low pressure loss and a very homogeneous flow of very little Degree of turbulence arises. Particular attention is paid to the general to place the curved diffuser downstream of the discharge area because here, due to strong detachment of the flow boundary layer at the curve inner wall, a large part of the total pressure loss occurs.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Gaslaser der eingangs beschriebenen Art so zu optimieren, daß eine gleichmäßige Strömung ohne Grenzschichtablösungen über den gesamten Querschnitt des Gasströmungs­ kanales im Bereich des gekrümmten Diffusors gewährleistet ist.The present invention is based on the object of a gas laser optimize the type described above so that a uniform flow without boundary layer detachments across the entire cross-section of the gas flow channel is guaranteed in the area of the curved diffuser.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Innenwand des Krümmers in Strö­ mungsrichtung gesehen eine oder mehrere Absaug-Öffnung(en) mit einer Öffnungs­ weite quer zur Strömungsrichtung von maximal 2 mm aufweist, über die Gas aus dem Strömungskanal abgesaugt wird, wobei mindestens eine Absaug-Öffnung in Strömungsrichtung gesehen im Bereich vor der sich krümmenden Innenwand ange­ ordnet ist.This problem is solved in that the inner wall of the manifold in Strö seen one or more suction opening (s) with an opening width across the flow direction of maximum 2 mm, over which gas is sucked off the flow channel, at least one suction opening in Flow direction seen in the area in front of the curving inner wall is arranged.

Durch das über die Absaugöffnungen abgesaugte Gas wird eine Strömungsablösung der Gasströmung im Bereich der Innenwand, die als kritisch hinsichtlich der Strömungsbedingungen anzusehen ist, unterbunden. Durch das Absaugen wird das bereits stark verzögerte, zum Stillstand gekommene oder gar zurückströmende Grenzschicht-Gas der Gas-Strömung kontinuierlich durch die Innenwand hindurch abgesaugt, so daß sich unmittelbar nach der Absaugstelle das Ausbilden einer turbulenzfreien Strömung ohne Grenzschichtablösung bilden kann. Durch mehrere solcher hintereinander in Strömungsrichtung angeordneter Absaug-Öffnungen wird die energiearme, teilweise zum Stillstand gekommene Grenzschicht gleichförmig im Bereich der gekrümmten Innenwand abgesaugt. Besonders geeignet ist dieses Absaugen der Grenzschicht zur Verhinderung von Grenzschichtablösungen bei gekrümmten Strömungskanälen mit sehr kleinen Krümmungsradien der Innenwand.The gas extracted through the suction openings becomes a Flow separation of the gas flow in the area of the inner wall, which is considered critical with regard to the flow conditions is prevented. By the Vacuuming will take place that is already much delayed, has come to a standstill or even backflowing boundary gas of the gas flow continuously through the Aspirated inside wall, so that immediately after the suction point the formation of a turbulence-free flow without delamination  can form. By several such in a row in the direction of flow arranged suction openings, the low-energy, sometimes to a standstill Coming boundary layer uniformly in the area of the curved inner wall aspirated. This suction of the boundary layer is particularly suitable Prevention of boundary layer detachments with curved flow channels very small radii of curvature of the inner wall.

Je nach Länge des Krümmers oder gekrümmten Diffusors werden in Strömungs­ richtung gesehen mehrere solcher Schlitze oder Öffnungen hinereinander ange­ ordnet. Anstelle von einzelnen Schlitzen können auch Bohrungen oder Reihen von Bohrungen vorgesehen werden, oder aber die Innenwand des Gas-Strömungskanales als poröse Wand ausgebildet werden, so daß ein gleichmäßiges Absaugen über die gesamte Fläche der Innenwand möglich ist. Der Durchmesser einzelner Bohrungen sollte im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm liegen, wobei bevorzugt kleine Durch­ messer gewählt werden. Um Gasverluste zu vermeiden, wird das abgesaugte Gas, gegebenenfalls über ein zusätzliches Gebläse, der Haupt-Gas-Strömung eingangs­ seitig des Gebläses wieder zugeführt.Depending on the length of the elbow or curved diffuser will flow direction seen several such slots or openings one behind the other arranges. Instead of individual slots, holes or rows of Bores are provided, or the inner wall of the gas flow channel be formed as a porous wall, so that a uniform suction over the entire surface of the inner wall is possible. The diameter of individual holes should be in the range of 0.5 to 2.0 mm, preferably small diameters knife can be selected. In order to avoid gas loss, the extracted gas, if necessary via an additional fan, the main gas flow at the entrance supplied again on the side of the blower.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtFurther details and features of the invention emerge from the following ing description of an embodiment with reference to the drawing. In the Drawing shows

Fig. 1 einen Querschnitt senkrecht zur Achse eines Gebläses bzw. senkrecht zur optischen Achse eines Lasers und Fig. 1 shows a cross section perpendicular to the axis of a blower or perpendicular to the optical axis of a laser and

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Innenwand des Krümmers oder Diffusors im Anschluß an den Gasentladungsraum. Fig. 2 is an enlarged view of the inner wall of the manifold or diffuser following the gas discharge space.

Der Laser besitzt ein langgestrecktes, im Querschnitt kreisrundes Gehäuse 1, dessen gesamter Querschnitt durch einen geschlossenen Gas-Strömungskanal 2 ausgefüllt ist. Die Achse des Gehäuses 1 ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeich­ net. In dem Gasströmungskanal 2 wird, durch die Strömungspfeile 4 angedeutet, über ein Querstrom-Gebläse 5 eine Gasströmung aufrechterhalten. Die Gebläse-Achse 6 verläuft parallel zur Achse 3 des Gehäuses 1. Das Gebläse 5 besitzt einen aus einzelnen Schaufeln 7 zusammengesetzten Schaufel-Kranz 8, dessen Drehrichtung durch den Drehpfeil 9 angedeutet ist. Die einzelnen Schaufeln 7 des Schaufel-Kranzes 8 des Gebläses 5 stehen frei, so daß der Gasstrom durch diesen Schaufel-Kranz 8 hindurchtreten kann. Auf der Saug­ seite 10 ist in den Strömungskanal 2 ein Kühler 11 eingesetzt, um den Gasstrom eingangs des Gebläses 5 abzukühlen. Auf der Druckseite 12 verengt sich der Gasströmungskanal 2 zum Entladungsraum 13 hin, der durch die schraffierte Fläche angedeutet ist, um sich im Anschluß an den Gasentladungsraum 13 in Form eines Diffusors 14 wieder aufzuweiten. Am Ende des Strömungskörpers 15 wird die Gasströmung um etwa 180° zu dem Kühler 11 hin umgeleitet. Die optische Achse des Lasers verläuft parallel zu der Achse 3 des Gehäuses 1 und der Gebläse-Achse 6. An der Innenwand 16 des Gasströmungskanals 2, die durch den Strömungskörper 15 gebildet wird, wird die Druckseite 12 von der Saugseite 10 des Gebläses durch einen in Richtung der Achse 6 des Gebläses 5 ausgedehnten Strömungsleitkörper 17, der ein Teil des Strömungskörpers 15 ist, getrennt. Im Bereich des Diffusors 14, in dem die Gasströmung um 180° umgelenkt wird, sind an der Innenwand 16 des Strömungskörpers 15 vier Schlitze 18 mit Abstand zueinander angeordnet, die sich entsprechend der optischen Achse bzw. der Achse 3 des Gehäuses 1 und der Achse 6 des Gebläses 5 erstrecken, und zwar über die gesamte Höhe des Gas-Strömungskanales 2. Der erste Schlitz 18 befindet sich zu Beginn der sich krümmenden Innenwand 16, während die weiteren Schlitze 18 zu dem ersten Schlitz 18 versetzt verlaufen. Über diese Schlitze 18 wird Gas, wie durch die kleinen Strömungspfeile 19 angedeutet, abgesaugt. Zum Absaugen des Gases im Bereich der Innenwand 16 des Diffusors 14 wird ein Zusatz-Gebläse 23 eingesetzt, das auf seiner Druckseite über einen Seitenkanal 24 das über die Schlitze 18 abgesaugte Gas dem Gas-Strömungskanal 2 im Bereich nach dem Kühler 11, d. h., auf der Saugseite 10 des Haupt-Gebläses 5, zuführt, wie die kleinen Strömungspfeile 19 andeuten. Zwischen dem Zusatz-Gebläse 20 und den vier Schlitzen 18 ist ein trichterförmiger Strömungskanal 22 vorhanden. Durch das über die Schlitze 18 abgesaugte Gas wird die jeweilige sich an der Innenwand 16 ausbildende energiearme Grenzschicht abgesaugt, so daß Grenzschichtablösungen an der Innenwand unterdrückt werden. Unmittelbar nach einem Schlitz 18 baut sich eine gleichmäßige, nichtturbulente Strömung auf, die zwar im weiteren Verlauf der Innenwand 16, in Strömungsrichtung gesehen, wieder zu Verlangsamung neigt, aber, bevor ihre aus der Hauptströmung bezogene kinetische Energie aufgebraucht ist, durch einen weiteren Schlitz 18 dann ebenso abgesaugt wird.The laser has an elongated housing 1 with a circular cross section, the entire cross section of which is filled by a closed gas flow channel 2 . The axis of the housing 1 is denoted by the reference numeral 3 . A gas flow is maintained in the gas flow channel 2 , indicated by the flow arrows 4 , via a cross-flow fan 5 . The fan axis 6 runs parallel to the axis 3 of the housing 1 . The fan 5 has a blade ring 8 composed of individual blades 7 , the direction of rotation of which is indicated by the rotary arrow 9 . The individual blades 7 of the blade ring 8 of the blower 5 are free, so that the gas flow can pass through this blade ring 8 . On the suction side 10 , a cooler 11 is used in the flow channel 2 to cool the gas flow at the beginning of the fan 5 . On the pressure side 12 , the gas flow channel 2 narrows toward the discharge space 13 , which is indicated by the hatched area, in order to widen again in the form of a diffuser 14 following the gas discharge space 13 . At the end of the flow body 15 , the gas flow is diverted by approximately 180 ° to the cooler 11 . The optical axis of the laser runs parallel to the axis 3 of the housing 1 and the fan axis 6 . On the inner wall 16 of the gas flow channel 2 , which is formed by the flow body 15 , the pressure side 12 is separated from the suction side 10 of the fan by a flow guide body 17 , which is part of the flow body 15 and is extended in the direction of the axis 6 of the fan 5 . In the area of the diffuser 14 , in which the gas flow is deflected by 180 °, four slots 18 are arranged at a distance from one another on the inner wall 16 of the flow body 15, which slots correspond to the optical axis or the axis 3 of the housing 1 and the axis 6 of the blower 5 extend over the entire height of the gas flow channel 2 . The first slot 18 is located at the beginning of the curved inner wall 16 , while the further slots 18 run offset from the first slot 18 . Gas is drawn off through these slots 18 , as indicated by the small flow arrows 19 . To suck off the gas in the area of the inner wall 16 of the diffuser 14 , an additional blower 23 is used which, on its pressure side, via a side channel 24, the gas drawn off via the slots 18 to the gas flow channel 2 in the area after the cooler 11 , ie the suction side 10 of the main blower 5 , as indicated by the small flow arrows 19 . A funnel-shaped flow channel 22 is present between the additional fan 20 and the four slots 18 . The gas which is sucked off via the slots 18 draws off the respective low-energy boundary layer which forms on the inner wall 16 , so that boundary layer detachments on the inner wall are suppressed. Immediately after a slot 18 , a uniform, non-turbulent flow builds up, which tends to slow down again in the further course of the inner wall 16 , as seen in the direction of flow, but before its kinetic energy obtained from the main flow is used up, through a further slot 18 then suctioned off as well.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Schlitze 18 in Richtung der Gas-Strömung, durch den Strömungspfeil 4 angedeutet, über die gesamte Höhe der Innenwand 16 ange­ ordnet. Anstelle eines solchen Schlitzes 18 können auch einzelne Reihen von Bohrungen oder Absaug-Öffnungen 23 vorgesehen werden, die allerdings auch in Strömungsrichtung gesehen gleichmäßig über die gesamte Innenwand 16 verteilt sein können. Die Breite 24 eines solchen Schlitzes beträgt 1 mm; der Durch­ messer der Bohrungen 23 ist im Bereich von 1 und 2 mm gehalten. As shown in FIG. 2, the slots 18 are arranged in the direction of the gas flow, indicated by the flow arrow 4 , over the entire height of the inner wall 16 . Instead of such a slot 18 , it is also possible to provide individual rows of bores or suction openings 23 , which, however, can also be uniformly distributed over the entire inner wall 16 when viewed in the direction of flow. The width 24 of such a slot is 1 mm; the diameter of the holes 23 is kept in the range of 1 and 2 mm.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 Gehäuse
2 Gas-Strömungskanal
3 Achse von 1
4 Strömungspfeil
5 Gebläse
6 Achse von 5
7 Schaufeln
8 Schaufel-Kranz
9 Drehpfeil
10 Saugseite
11 Kühler
12 Druckseite
13 Entladungsraum
14 Diffusor
15 Strömungskörper
16 Innenwand
17 Strömungsleitkörper
18 Schlitz
19 kleiner Strömungspfeil
20 Zusatz-Gebläse
21 Seitenkanal
22 trichterförmiger Strömungskanal
23 Bohrungen
24 Breite 1 housing
2 gas flow channel
3 axis of 1
4 flow arrow
5 blowers
6 axis of 5
7 blades
8 shovel wreath
9 arrow
10 suction side
11 cooler
12 printed page
13 discharge space
14 diffuser
15 flow bodies
16 inner wall
17 flow guide
18 slot
19 small flow arrow
20 additional fans
21 side channel
22 funnel-shaped flow channel
23 holes
24 width

Claims (10)

1. Gaslaser mit einem Gas-Strömungskanal
  • - mit einem Entladungsraum, der einen Teil des Gasströmungskanals bildet und von dem Gas mit hoher Geschwindigkeit durchströmt wird, wobei die Gasentladung zwischen mindestens zwei Elektroden, die transversal zur Gasströmung ausgedehnt sind, brennt und
  • - mit einem Gebläse zur Aufrechterhaltung der Gasströmung,
  • - wobei der Gas-Strömungskanal nach dem Entladungsraum als Krümmer oder gekrümmter Diffusor ausgebildet ist, der die Gasströmung um mindestens 90° umlenkt,
1. Gas laser with a gas flow channel
  • with a discharge space which forms part of the gas flow channel and through which the gas flows at high speed, the gas discharge burning between at least two electrodes which are transverse to the gas flow and
  • - with a fan to maintain the gas flow,
  • the gas flow channel after the discharge space is designed as a bend or curved diffuser which deflects the gas flow by at least 90 °,
dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (16) des Krümmers (14) in Strömungsrichtung (4) gesehen eine oder mehrere Absaug-Öffnung(en) (18, 23) mit einer Öffnungsweite quer zur Strömungsrichtung von maximal 2 mm aufweist, über die Gas aus dem Strömungskanal (2) abgesaugt wird, wobei mindestens eine Absaug-Öffnung (18, 23) in Strömungsrichtung (4) gesehen im Bereich vor der sich krümmenden Innenwand (16) angeordnet ist. characterized in that the inner wall ( 16 ) of the elbow ( 14 ), seen in the direction of flow ( 4 ), has one or more suction openings ( 18, 23 ) with an opening width transverse to the direction of flow of at most 2 mm, through which gas is sucked off from the flow channel ( 2 ), at least one suction opening ( 18, 23 ) being arranged in the flow direction ( 4 ) in the region in front of the curved inner wall ( 16 ). 2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaug-Öffnungen Schlitze (18) sind, die sich senkrecht zur Strömungsrichtung (4) des Gases erstrecken.2. Gas laser according to claim 1, characterized in that the suction openings are slots ( 18 ) which extend perpendicular to the direction of flow ( 4 ) of the gas. 3. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaug-Öffnungen Bohrungen (23) sind. 3. Gas laser according to claim 1, characterized in that the suction openings are bores ( 23 ). 4. Gaslaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaug-Schlitze (18) oder Absaug-Bohrungen (23) in Reihen senkrecht zur Strömungsrichtung (4) des Gases über die gesamte Höhe des Strömungs­ kanals (1) angeordnet sind.4. Gas laser according to claim 2 or 3, characterized in that the suction slots ( 18 ) or suction bores ( 23 ) are arranged in rows perpendicular to the flow direction ( 4 ) of the gas over the entire height of the flow channel ( 1 ). 5. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (18) eine Breite (24) von etwa 1 mm aufweisen.5. Gas laser according to claim 2, characterized in that the slots ( 18 ) have a width ( 24 ) of about 1 mm. 6. Gaslaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (23) einen Durchmesser von 0,5 mm bis 2 mm aufweisen.6. Gas laser according to claim 3, characterized in that the bores ( 23 ) have a diameter of 0.5 mm to 2 mm. 7. Gaslaser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (18) sich jeweils über die gesamte Höhe des Strömungskanals (18) durchgehend erstrecken.7. Gas laser according to claim 4 or 5, characterized in that the slots ( 18 ) each extend continuously over the entire height of the flow channel ( 18 ). 8. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaug-Öffnungen durch poröses Wandmaterial der Innenwand (16) gebildet sind.8. Gas laser according to claim 1, characterized in that the suction openings are formed by porous wall material of the inner wall ( 16 ). 9. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Öffnungen (18, 23) abgesaugte Gas der Haupt-Gasströmung eingangs­ seitig des Gebläses (5) zugeführt wird.9. Gas laser according to one of claims 1 to 8, characterized in that the gas extracted from the openings ( 18, 23 ) of the main gas flow is supplied on the input side of the blower ( 5 ).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2135815A (en) * 1983-02-21 1984-09-05 Komatsu Mfg Co Ltd Cross flow type laser devices
US4686680A (en) * 1985-06-25 1987-08-11 Laser Corporation Of America Gas laser having improved crossflow blower arrangement

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