DE4002048C2 - Rekombinationslaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rekombinationslaser, bei welchem zwischen einer Anode und einer Kathode ein Rekombinationslaserplasma erzeugt wird, welches sich als Plasmawolke ausbreitet, abkühlt, rekombiniert, in einem laseraktiven Zustand in einen Laserresonator eintritt und in diesem Laserlicht erzeugt.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 026 923 A2 ist ein der­ artiger Rekombinationslaser bekannt, wobei dieser nach dem SPER-Konzept (SPER = Segmented plasma-excitation and recombination) arbeitet. Bei diesem Konzept werden Rekombinationslaserplasmen durch in Reihe geschaltete Bogenentladungen erzeugt, welche sich quer zur Längsrichtung der Bogen­ entladungen ausbreiten.

Bei einer derartigen Bogenentladung ist zwischen Anode und Kathode ein Gas mit hohem Druck und einer hohen Gastemperatur erforderlich, wobei eine Loslösung von Elektronen aus der Kathode entweder durch Stoß mit positiven Ionen erfolgen kann oder, was bei einer Niedervoltbogenentladung möglich wäre, durch eine fremdbeheizte Kathode.

Der Nachteil des SPER-Konzepts ist darin zu sehen, daß die in das Lasermedium eingekoppelte Leistungsdichte begrenzt ist durch die Charakteristika der elektrischen Bogenentla­ dung, so daß insbesondere für die Entwicklung von Laser­ systemen mit möglichst kurzen Wellenlängen die ins Laser­ medium eingekoppelte Leistungsdichte nicht ausreichend ist.

Aus der US-PS 4,369,514 ist ein Rekombinationslaser bekannt, bei dem ebenfalls mit einer Glimm- oder Bogenentladung zwischen den Elektroden ein Gasplasma angeregt wird, welches radial zur Verbindungslinie zwischen den Elektroden expandiert, abkühlt und dadurch rekombiniert. Auch bei diesem Laser ist aufgrund der Glimm- oder Bogenentladung die einkoppelbare Leistungsdichte begrenzt.

Aus dem Artikel von G. J. Pert, mit dem Titel "Model calculations of extreme-ultraviolet gain in rapidly expanding cylindrical carbon plasmas" in J. Opt. Soc. Am. B/Vol. 4, No. 4/April 1987, S. 602-608 sind mehrere Anregungsmöglichkeiten für einen Rekombinationslaser bekannt. Dabei erfolgt die Aufheizung des Lasermaterials und des Plasmas durch einen Laser und die Rekombination erfolgt entweder durch Expansion, Strahlungskühlung oder Elektronenstoß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Rekombinationslaser nach der europäischen Patentanmeldung 0 026 923 derart zu verbessern, daß höhere Leistungsdichten in das Lasermedium eingekoppelt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Rekombinationslaser der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathode für Feldemission geeignet, schneidenähnlich oder möglichst spitz oder scharfkantig ausgebildet ist, an welcher bei Anlegen eines die Feldemission erzeugenden Hochspannungspulses durch explosionsartiges Verdampfen von Kathodenmaterial aufgrund der Feldemission das Rekombinationslaserplasma erzeugbar ist.

Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch die Feldemission eine völlig neuartige und bislang nicht bekannte Methode zur Erzeugung des Rekombinationslaserplasmas eingesetzt wird, die lediglich darauf basiert, aufgrund des großen Feldes eine Emission von Elektroden aus der Kathode zu erreichen und dadurch das Kathodenmaterial verdampfen zu lassen, so daß mit technisch einfachen Mitteln Rekombinationslaserplasmen mit hohen Leistungsdichten in sehr kurzer Zeit erzeugbar sind.

Vorzugsweise sind bei der Erfindung die Kathode, die Anode und der vom Rekombinationslaserplasma zu durchsetzende Be­ reich des Laserresonators im Volumen angeordnet.

Besonders zweckmäßig ist dabei ein Konzept, bei welchem das Rekombinationslaserplasma eine auf die Anode zu verlaufende Hauptausbreitungsrichtung aufweist und sich somit im wesent­ lichen längs der elektrischen Feldlinien zwischen Anode und Kathode bewegt.

Zweckmäßigerweise ist bei dieser Konfiguration der Laser­ resonator mit einer Resonatorachse quer zur Hauptausbrei­ tungsrichtung angeordnet.

Im einfachsten Fall wird die räumliche Anordnung von Kathode und Anode so gewählt, daß der Laserresonator mit seinem Strahlenverlauf zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Anode eine plasmatransparente Struktur aufweist. Vorteilhafterweise ist die Anode als Gitterstruk­ tur ausgebildet oder auch als Lochplatte.

Insbesondere die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung, bei welcher die Anode eine plasmatransparente Struk­ tur aufweist, schafft die Möglichkeit, daß der Laser­ resonator mit seinem Strahlenverlauf auf einer der Kathode gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Dadurch können Höchstpulsleistungen verwendet werden, für deren Anwendung der Abstand zwischen der Anode und der Kathode sehr klein sein muß, um die großen Leistungen zu erreichen. In diesem Fall wäre eine Anordnung des Laserresonators zwischen der Kathode und der Anode aus räumlichen Gründen nur mit leistungsbeeinträchtigenden Kompromissen möglich.

Generell ist es aber auch bei der die plasmatransparente Struktur aufweisenden Anode möglich, den Laserresonator mit seinem Strahlenverlauf zwischen Anode und Kathode oder der Kathode gegenüberliegend anzuordnen.

Vorzugsweise ist der Laserresonator mit seiner Resonator­ achse parallel zu einer für die Feldemission geeigneten Kathodenfläche angeordnet.

Prinzipiell liegt es im Rahmen der Erfindung, die Anode auf beliebige Arten so auszubilden, daß die Feldemission in der Lage ist, durch explosionsartiges Verdampfen von Kathoden­ material das Rekombinationslaserplasma zu erzeugen. Denkbar wäre hierbei die Verwendung von Metallschneiden oder ähn­ lichen, möglichst spitzen oder scharfkantigen Kathoden­ flächen. Besonders vorteilhaft ist es im Rahmen der erfin­ dungsgemäßen Lösung, wenn die Kathode anodenseitig Fasern mit freien Enden trägt, welche das das Rekombinations­ laserplasma bildende Kathodenmaterial umfassen.

Durch diesen Aufbau der Kathode wird in einfacher Weise eine zur Feldemission geeignete Kathode geschaffen.

Insbesondere zur Erzeugung hoher Laserleistungen durch Vergrößerung des laseraktiven Volumens ist es zweckmäßig, wenn die Fasern eine sich in einer Längs- und Querrichtung flächig ausdehnende Schicht bilden. Dadurch wird eine flächenhafte Erzeugung eines Rekombinationslaserplasmas er­ reicht, so daß sich auch die Plasmawolke mit einer derar­ tigen flächenhaften Ausdehnung ausbreitet und vorteilhafter­ weise diese Plasmawolke mit einer derartigen flächenhaften Ausdehnung in den Laserresonator, vorzugsweise einen gefal­ teten Laserresonator, eintritt, der dann vorzugsweise so ausgebildet ist, daß er von einem möglichst großen Teil der flächenhaft ausgebildeten Plasmawolke durchsetzt ist und somit ein möglichst großes laseraktives Volumen für die Lasertätigkeit zur Verfügung steht.

Insbesondere in dem Fall, in dem eine sehr großflächige Er­ zeugung eines Rekombinationslaserplasmas durch die Kathode erfolgen soll, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Fasern in Form von im Abstand voneinander plazierten klein­ flächigen Faseremittern anodenseitig auf der Kathode ange­ ordnet sind. Durch die kleinflächigen Faseremitter ist es möglich, eine besonders gleichmäßige Feldemission verteilt über eine große Fläche zu erhalten und somit auch eine be­ sonders gleichmäßige Erzeugung von Rekombinationslaser­ plasmen.

Verbessert werden kann die gleichmäßige Erzeugung von Rekom­ binationslaserplasmen insbesondere noch dadurch, daß die kleinflächigen Faseremitter in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß der Abstand der kleinflächigen Faseremitter in einer Richtung so groß wie möglich, aber so klein wie nötig gehal­ ten wird, um eine ausreichende Homogenität bei der Bildung von Rekombinationslaserplasmen zu erhalten, jedoch minde­ stens ungefähr ein Viertel ihrer Ausdehnung in dieser Rich­ tung beträgt.

Eine Spannungsversorgung der kleinflächigen Faseremitter ist im einfachsten Fall dadurch vorgesehen, daß die kleinflächi­ gen Faseremitter auf einer gemeinsamen elektrisch leitfähi­ gen Trägerplatte sitzen.

Hinsichtlich der Anordnung und Ausbildung der Fasern sind die verschiedensten Möglichkeiten denkbar. Eine vorteil­ hafte Ausführung sieht vor, daß die Fasern in Form von Faserfilzen auf der Kathode angeordnet sind.

Eine hierzu alternative Möglichkeit sieht vor, daß die Fasern in Form von Fasergewebe auf der Kathode angeordnet sind.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde nichts darüber ausgesagt, aus welchem Material die Fasern vorteilhafterweise sein sollen. Beispielsweise wäre es denk­ bar, die Fasern mit einer Beschichtung zu versehen, die dann durch die Feldemission abdampft und das Rekombinations­ laserplasma bildet.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Fasern aus dem das Rekombinationslaserplasma bildenden Kathodenmaterial sind.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Fasern sieht vor, daß diese Kohlenstoffasern sind, so daß der Rekombinations­ laser dann als Kohlenstofflaser arbeiten würde.

Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Fasern Metallfasern sind, so daß der Rekombinationslaser dann ein Rekombinationslaserplasma mit dem verdampfenden Metall bilden würde.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, daß die Fasern Textilfasern sind.

Hinsichtlich der Ausbildung der Trägerplatte wurden bislang keine weiteren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kathode eine Trägerplatte aufweist, welche in Richtung der Fläche, in welcher sie sich erstreckt, mit einem Feldformer berandet ist, um Feldemis­ sion am Rande der Trägerplatte zu verhindern.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Feldformer ein Wulst ist.

Bei einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Kathode eine Nachschubführung und einen in dieser beweglichen Faserkörper zur Erneuerung der das Rekombinationslaserplasma erzeugenden Fasern umfaßt, was den großen Vorteil hat, daß die Fasern dann, wenn sie ver­ braucht sind, durch neue ersetzt werden können, ohne jedes­ mal die Kathode auswechseln zu müssen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dieser Lösung sieht vor, daß in einem ersten Abschnitt des Wulstes der nachzuführende unverbrauchte Faserkörper speicherbar ist.

Zusätzlich ist es weiterhin von Vorteil, wenn der durch Plasmabildung verbrauchte Faserkörper in einem zweiten Ab­ schnitt des Wulsts speicherbar ist, wobei dieser zweite Ab­ schnitt des Wulstes vorzugsweise auf einer dem ersten Ab­ schnitt gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Dar­ stellung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 einen Schnitt in Querrichtung durch ein drittes Ausführungsbeispiel ohne Laserresonator;

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 durch ein viertes Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 durch ein fünftes Ausführungsbeispiel.

Ein schematisch dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rekombinationslasers umfaßt ein Vakuumgefäß 12, welches mit einer Vakuumpumpe 14 in Verbin­ dung steht, durch welche ein von dem Vakuumgefäß 12 um­ schlossenes Volumen 16 evakuiert gehalten wird.

In dem evakuierten Volumen sind eine als Ganzes mit 18 be­ zeichnete Kathode und eine als Ganzes mit 20 bezeichnete Anode vorgesehen, welche über Verbindungsleitungen 22 und 24 mit einer Hochspannungsquelle 26 in Verbindung stehen, mit welcher pulsförmige Spannungen, vorzugsweise repetierend, erzeugbar sind.

Die Kathode 18 umfaßt dabei eine Trägerplatte 28, welche in einer Ebene 30 angeordnet ist, die parallel zu einer Ebene 32 ausgerichtet ist, in welcher sich die Anode 20 erstreckt. Die Trägerplatte 28 weist dabei auf ihrer der Anode 20 zugewandten Seite 34 einen sich flächenhaft ausdehnenden Faseremitter 36 auf, welcher eine filzähnliche Anordnung einzelner Fasern 38 umfaßt. Diese Fasern 38 bilden dabei ein plattenähnliches auf der Seite 34 aufliegendes Gebilde.

Einige der Fasern 38 haben dabei Faserspitzen bildende freie Enden 40, welche auf einer der Anode 20 zugewandten freien Oberfläche 42 des Faseremitters 36 enden.

Die Anode 20 wird vorzugsweise durch ein plasmatransparentes Metallgitter gebildet, das sich in der Ebene 32 erstreckt oder durch ein einem Metallgitter äquivalentes Lochblech.

Legt man nun mittels der Hochspannungsquelle 26 einen Hoch­ spannungspuls zwischen der Anode 20 und der Kathode 18 an, so bildet sich zwischen diesen ein elektrisches Feld aus, welches sich an den jeweiligen auf der freien Oberfläche 42 liegenden Faserspitzen 40 konzentriert. Im Bereich dieser Faserspitzen 40 findet, wie am Beispiel der Faserspitze 40a schematisch dargestellt, eine Feldkonzentration statt, so daß aufgrund der hohen Feldstärke eine Feldemission an der Faserspitze 40a erfolgt.

Durch diese Feldemission an der Faserspitze 40a verdampft dieselbe explosionsartig und das Material, aus welchem die Faserspitze 40a hergestellt ist, bildet ein ionisiertes Re­ kombinationslaserplasma 44, welches sich in Form einer Plasma­ wolke ausgehend von der Faserspitze 40a ausbreitet, wobei die Hauptausbreitungsrichtungen 46 im wesentlichen längs von Feldlinien 48 verlaufen, die sich beim Anlegen des Spannungspulses zwischen der Anode 20 und der Kathode 18 ausbilden.

Die Plasmawolke wandert somit entlang ihrer Hauptausbrei­ tungsrichtung 46 auf die Anode 20 zu.

Während seiner Ausbreitung in der Plasmawolke expandiert das Rekombinationslaserplasma und rekombiniert durch Stöße, wie dies allgemein in Journal de Physique, Coll. 69, Supplement No. 11 im Band 41, Nov. 1981, Seiten C9-439 bis C9-444 in den Grundzügen dargestellt ist.

Damit gelangen die rekombinierten Atome oder Ionen des Rekombinationslaserplasmas in einen angeregten Zustand, von welchem ausgehend eine Laseremission in einen weiteren ange­ regten Zustand oder den Grundzustand erfolgt.

Ein als Ganzes mit 50 bezeichneter Resonator, umfassend zwei Laserspiegel 52 und 54, welche einen Strahlengang des Reso­ nators 50 und seine Resonatorachse 56 festlegen, ist dabei so angeordnet, daß der Strahlengang des Resonators mit der Resonatorachse 56 von der Plasmawolke 44 dann durchlaufen wird, wenn die Mehrzahl der Atome oder Ionen in der Plasma­ wolke 44 in einem angeregten Zustand angelangt ist, von wel­ chem ausgehend eine Laseremission erfolgen kann. Das heißt, daß der Abstand zwischen der Resonatorachse 56 und den Faserspitzen 40 so zu wählen ist, daß die Mehrzahl der ur­ sprünglich das Plasma bildenden Atome oder Ionen rekombi­ niert ist und während der fortschreitenden Ausbreitung der Plasmawolke 44 in dem angeregten, zur Lasertätigkeit geeig­ neten Zustand angekommen ist.

Vorzugsweise erstreckt sich dabei die Resonatorachse 56 des Laserresonators 50 parallel zu der freien Oberfläche 42 des Faseremitters 36 der Kathode 18.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Laserspiegel 52 und 54 in dem Vakuumgefäß 12 angeord­ net und dort beispielsweise an demselben gehalten, wobei die Resonatorachse 56 parallel zu den Ebenen 30 und 32 liegt.

Der Laserspiegel 54 ist dabei halbdurchlässig ausgebildet, so daß ein austretender Laserstrahl 59 das Vakuumgefäß 12 durch ein Austrittsfenster 58 verlassen kann.

Der Laserresonator 50 kann dabei alle möglichen geometri­ schen Konfigurationen haben. Es kann sich um einen einfa­ chen, geradegerichteten Resonator, jedoch aber auch um einen gefalteten Resonator handeln, wobei der Resonator selbst stabil oder instabil ausgebildet sein kann.

Die Fasern 38 können bei dem dargestellten ersten Ausfüh­ rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rekombinationslasers entsprechend den für die jeweilige Lasertätigkeit gewünsch­ ten Materialien gewählt werden. Beispielsweise ist es denk­ bar, die Fasern 38 aus allen Arten von Metallen herzustel­ len, beispielsweise aus Silber, Kadmium, Indium, Magnesium, Blei, Zinn und Zink. Es ist aber auch denkbar, die Fasern aus Kohlenstoff herzustellen, da Kohlenstoff als sehr geeig­ netes Material für die Herstellung von Faserfilzen anzuse­ hen ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rekombinationslasers, schematisch dargestellt in Fig. 2, ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel die Träger­ platte 28 nicht mit einem Faseremitter versehen, welcher sich über die gesamte Breite der Trägerplatte 28 erstreckt, sondern mit kleinflächigen als Faseremitterplättchen 60 aus­ gebildeten Faseremittern, die in Abständen in einem regel­ mäßigen Muster auf der Seite 34 der Trägerplatte angeordnet sind und mit ihren jeweiligen freien Oberflächen 62 der Anode 20 zugewandt liegen.

Ferner ist die Trägerplatte 28 auf ihren Außenseiten durch einen Wulst 64 berandet, welcher eine Koronaanordnung bildet und verhindert, daß seitlich der Faseremitterplättchen 60 Feldemissionseffekte auftreten. Vorzugsweise umschließt der Wulst 64 der Trägerplatte 28 längs ihrer Seitenkanten 66 vollständig.

In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel bilden sich nun ausgehend von den Faserspitzen 40 der Fasern 38 der Faseremitterplättchen Plasmawolken 44, die längs der Feld­ linien 48 sich ausbreiten.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Laserresonator 50 nicht zwischen der Kathode 18 und der Anode 20 vorgesehen, sondern auf der der Kathode 18 gegen­ überliegenden Seite der Anode und in Form eines Laserreso­ nators 50′ ausgebildet, welcher einen gefalteten Laserreso­ nator darstellt, dessen Resonatorachse 56′ mehrfach hin- und herverläuft und dabei in einer Ebene 68 liegt, welche vor­ zugsweise parallel zur Ebene 32 der Anode 20 und zur Ebene 30 der Kathode 18 liegt.

Die Ausdehnung des Strahlengangs des gefalteten Laserreso­ nators 50′ ist dabei entsprechend dem Flächenausschnitt der Ebene 68 gewählt, der von der Summe aller Plasmawolken 44 im Verlauf ihrer Ausbreitung durchlaufen wird. Ferner ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Lage des Laserresonators 50′ und dabei der Abstand der Ebene 68 von den Faserspitzen der einzelnen Faseremitterplättchen 60 der Kathode 18 so ge­ wählt, daß die in den Plasmawolken 44 vorhandenen Atome oder Ionen beim Durchlaufen der Ebene 68 in ihrem angeregten Zustand und somit zu einer Laseremission fähig sind.

Der Vorteil der Verwendung der Faseremitterplättchen 60 im zweiten Ausführungsbeispiel ist darin zu sehen, daß diese die Möglichkeit schaffen, in einer Querrichtung 70 sowie in einer Längsrichtung 72 eine ausgedehnte Kathode 18 herzu­ stellen, mit welcher eine großflächige ausreichend homogene Feldemission und somit auch eine großflächige Erzeugung ei­ ner Gesamtplasmawolke, bestehend aus den einzelnen Plasma­ wolken 44, möglich ist und somit ein großes laseraktives Volumen entsteht, welches von dem Strahlengang des Laserre­ sonators 50′ durchsetzt werden kann, so daß damit letztend­ lich ein austretender Laserstrahl 59′ mit hoher Leistung erzeugbar ist.

Auch das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rekombinationslasers ist in einem Vakuumgefäß angeordnet, welches ähnlich dem des ersten Ausführungsbeispiels ausge­ bildet ist, jedoch in Fig. 2 nicht zeichnerisch dargestellt ist.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Rekombinationslasers ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel die Kathode 18 insoweit vorteilhaft weitergebildet, als sie seitlich der Trägerplatte 28 eine Koronageometrie, d. h. einen Wulst 74 aufweist, welcher die Trägerplatte 28 an ihren Seitenkanten 76 abschließt, um eine Koronageometrie zu bilden, welche Feldemissionen an den Seitenkanten der Trägerplatte 28 ver­ hindert.

Auf der Seite 34 der Trägerplatte 28, die der Anode 20 zu­ gewandt ist, ist ebenfalls ein Faseremitter 36 angeordnet. Dieser Faseremitter 36 wird beim dritten Ausführungsbeispiel allerdings durch ein flexibles Trägerband 78 gebildet, das seinerseits die Fasern 38 in Form einer als Faserkörper 80 die­ nenden Fasermatte trägt, welche wiederum eine freie Ober­ fläche 42 aufweist, wobei an den im Bereich der freien Ober­ fläche 42 liegenden Faserspitzen 40 sich wiederum Rekombina­ tionslaserplasmen aufgrund der Feldemission ausbilden.

Da, wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungs­ beispiel ausführlich erläutert, das Material der Fasern 38 bei der Ausbildung der Plasmen an den Faserspitzen ver­ dampft, verkürzen sich auch mit zunehmender Laufzeit des Rekombinationslasers die Faserlängen, so daß es vorteilhaft ist, den Faseremitter 36 nachführbar auszubilden.

Aus diesem Grund verläuft das Trägerband 78 nicht nur über die Seite 34 der Trägerplatte 28 von einer Seitenkante 76a zur anderen Seitenkante 76b, sondern jeweils noch durch einen Schlitz 82a und 82b in den jeweiligen Wulst 74a und 74b hinein und ist dort jeweils auf einer Trommel 84a und 84b als Nachschubführung aufgewickelt. Durch ein gleichsinniges Drehen der Trom­ meln 84a und 84b kann nun das Trägerband 78 quer über die Trägerplatte 28 verschoben werden, so daß beispielsweise nach einer vorgegebenen Laufzeit des Rekombinationslasers der Abschnitt des Trägerbandes 78, der die Fasermatte 80 mit den abgebrannten Fasern 38 aufweist, beispielsweise auf die Trommel 84b aufgewickelt wird und von der Trommel 84a durch gleichsinniges Drehen derselben wie die Trommel 84b ein wei­ terer Abschnitt des Trägerbands 78 mit einem Fasermattenab­ schnitt abgewickelt und auf der Seite 34 der Trägerplatte 28 positioniert wird, dessen Fasern 38 noch unverbraucht, d. h. nicht abgebrannt sind. Wenn diese Fasern 38 dann abgebrannt sind, kann das Trägerband 78 wiederum weiterbewegt werden, um in den abgebrannten Teil der Fasermatte auf der Trommel 84b aufzuwickeln und wieder einen neuen Abschnitt der Faser­ matte 80 mit unverbrauchten Fasern 38 auf der Seite 34 der Trägerplatte 28 zu positionieren.

Vorzugsweise erfolgt die Zuleitung der Hochspannung zur Trägerplatte 28 über die senkrecht und mittig auf diese heruntergeführte Hochspannungsleitung 22, die vorzugsweise von einem Isolator 86 allseitig umgeben ist.

Die Ausbildung der Plasmawolken erfolgt genau wie beim er­ sten Ausführungsbeispiel ausgehend von den auf der Seite 34 der Trägerplatte 28 positionierten Fasern 38.

Der im dritten Ausführungsbeispiel nicht dargestellte Laser­ resonator kann entweder wie der Laserresonator 50 zwischen der Kathode 18 und der Anode 20 angeordnet sein oder wie der Laserresonator 50′ auf der der Kathode 18 gegenüberliegenden Seite der Anode 20. Die Resonatoren können gefaltet und un­ gefaltet, stabil und nicht stabil ausgebildet sein, wobei deren Dimensionierung vorzugsweise entsprechend der Größe der Gesamtplasmawolke gewählt wird, und die Größe der Ge­ samtplasmawolke wiederum von der flächenhaften Ausdehnung des Faseremitters 36 bestimmt ist.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel - dargestellt in Fig. 4 - eines erfindungsgemäßen Rekombinationslasers erfolgt die Erzeugung des Rekombinationslaserplasmas im Prinzip in der gleichen Weise wie bei den vorangehenden Ausführungsbei­ spielen.

Im Gegensatz zu dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Trä­ gerplatte 28 für die Faseremitterplättchen 60 als Zylinder­ mantel 90 ausgebildet, welcher gleichzeitig Teil des die gesamte Anordnung umschließenden Vakuumgefäßes 12 ist. Auf einer inneren Mantelfläche 92 des Zylindermantels 90 sind dabei die Faseremitterplättchen vorzugsweise in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Koaxial zum Zylindermantel 90 und im Abstand von der Mantel­ fläche 92 ist in diesem die Anode 20 in Form eines Zylinders 94 aus einem Gittermaterial angeordnet. Die Ausbreitungsrichtung 46 der an einzelnen Faserenden der Faseremitter 60 gebildeten Plasmawolken 44 verläuft dabei in radialer Richtung zu einer gemeinsamen Zylinderachse 96 des Zylindermantels 90 und des Zylinders 94, so daß sich sämt­ liche, von den Faseremittern 60 ausgehenden Plasmawolken 94 zu dieser Zylinderachse 96 hin ausbreiten. Die Erzeugung der Plasmawolken 44 verläuft dabei nach dem gleichen Prinzip wie bei dem ersten und zweiten Ausführungs­ beispiel, so daß hierauf nicht mehr eingegangen zu werden braucht. Die Anordnung des Laserresonators 50 ist in Fig. 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Der Laser­ resonator 50 kann dabei so angeordnet sein, daß ein Strah­ lengang desselben zwischen dem Zylindermantel 90 und dem Zy­ linder 94, vorzugsweise parallel zur Zylinderachse 96, ver­ läuft, wobei sich vorzugsweise der Strahlengang des Laser­ resonators sowohl in Richtung der Zylinderachse 96 als auch azimutal ausbreitet, um sämtliche von den Faseremittern 60 gebildeten Plasmawolken 44 zu durchsetzen. Alternativ dazu ist es auch denkbar, den Laserresonator in­ nerhalb des Zylinders 94 anzuordnen, und zwar so, daß dessen gesamter Strahlengang im einfachsten Fall parallel zur Zy­ linderachse 96 verläuft und vorzugsweise auch noch in Azimu­ talrichtung, beispielsweise auf einer zur Zylinderachse 96 koaxialen, innerhalb des Zylinders 94 liegenden Zylinderman­ telfläche 98, welche in Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist.

Bei einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rekombinationslasers, dargestellt in Fig. 5, erfolgt die Er­ zeugung des Rekombinationsplasmas ebenfalls nach demselben bereits in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen dar­ gestellten Grundprinzip. Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel sind die Faser­ emitterplättchen 60 auf einem zylindrischen Innenkörper 100 angeordnet, wobei dieser Innenkörper 100 eine Zylinderachse 102 aufweist und die Faseremitterplättchen 60 auf einer Außenmantelfläche 104 des zylindrischen Innenkörpers 100, vorzugsweise in einem regelmäßigen Muster, angeordnet sind.

Koaxial zur Zylinderachse 102 erstreckt sich um den zylin­ drischen Innenkörper 100 und im Abstand von diesem herum die Anode 20 in Form eines Zylindermantels 106 aus einem Gitter­ material.

Die Erzeugung des Rekombinationslaserplasmas erfolgt nach den gleichen Mechanismen wie bei den vorstehend beschriebe­ nen Ausführungsbeispielen, so daß auf diese nicht mehr näher eingegangen werden muß. Durch die Feldemission entstehen somit Plasmawolken 44 an den Faserenden der Faseremitterplättchen, wobei sich diese Plasmawolken 44 so ausbreiten, daß deren Ausbreitungs­ richtung 46 in radialer Richtung zur Zylinderachse 102 ver­ läuft. Vorzugsweise ist dabei der als Kathode 18 dienende zylindrische Innenkörper und die Anode 20 von einem im Ab­ stand um den Zylindermantel 106 herum verlaufenden Außenman­ tel 108 umgeben, welcher ebenfalls vorzugsweise ein zur Zy­ linderachse 102 koaxialer Zylinder ist. Dieser Außenmantel 108 bildet dabei das Vakuumgefäß 12.

Der in Fig. 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht darge­ stellte Resonator kann dabei einerseits so angeordnet sein, daß sich dessen Strahlenverlauf auf einer Zylindermantel­ fläche zwischen dem Zylindermantel 106 und dem zylindrischen Innenkörper 100 ausbreitet. Vorzugsweise ist jedoch vorgese­ hen, daß der Strahlenverlauf des Resonators zwischen dem Zy­ lindermantel 106 und dem Außenmantel 108 liegt und sich vor­ zugsweise ebenfalls sowohl parallel zur Zylinderachse 102 als auch in Azimutalrichtung zu derselben, vorzugsweise auch auf einer Zylindermantelfläche, ausbreitet.

Claims (23)

1. Rekombinationslaser, bei welchem zwischen einer Anode und einer Kathode ein Rekombinationslaserplasma erzeugt wird, welches sich als Plasmawolke ausbreitet, abkühlt, rekombiniert, in einem laseraktiven Zustand in einen Laserresonator eintritt und in diesem Laserlicht er­ zeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode für Feldemission geeignet, scheidenähnlich oder möglichst spitz oder scharfkantig ausgebildet ist, an welcher bei Anlegen eines die Feldemission erzeugenden Hochspannungspulses durch explosionsartiges Verdampfen von Kathodenmaterial aufgrund der Feldemission das Rekombinationslaserplasma (44) erzeugbar ist.

2. Rekombinationslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rekombinationslaserplasma (44) eine auf die Anode (20) zu verlaufende Hauptausbreitungsrichtung (46) aufweist.

3. Rekombinationslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator (50) mit einer Resonatorachse (56) quer zu der Hauptausbreitungsrichtung (46) angeordnet ist.

4. Rekombinationslaser nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator (50) zwischen der Kathode (18) und der Anode (20) an­ geordnet ist.

5. Rekombinationslaser nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (20) eine plasmatransparente Struktur aufweist.

6. Rekombinationslaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator (50′) auf einer der Kathode (18) gegenüberliegenden Seite der Anode (20) angeordnet ist.

7. Rekombinationslaser nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (18) anodenseitig als Fasern (38) mit freien Enden (40) ausgebildet ist, welche das das Rekombinationslaserplasma (44) bildende Kathodenmaterial umfassen.

8. Rekombinationslaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (38) eine sich in einer Längs- und Querrichtung (72, 70) flächig ausdehnende Schicht bilden.

9. Rekombinationslaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (38) in Form von im Abstand voneinander plazierten kleinflächigen Faseremittern (60) anodenseitig auf der Kathode (18) angeordnet sind.

10. Rekombinationslaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinflächigen Faseremitter (60) in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind.

11. Rekombinationslaser nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der kleinflächigen Faseremitter (60) in einer Richtung (70, 72) mindestens ein Viertel ihrer Ausdehnung in dieser Richtung (70, 72) beträgt.

12. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinflächigen Faser­ emitter (60) auf einer gemeinsamen Trägerplatte (28) sitzen.

13. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form von Faserfilz auf der Kathode angeordnet sind.

14. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form von Fasergewebe auf der Kathode angeordnet sind.

15. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus dem das Rekombinationslaserplasma bildenden Kathodenmaterial sind.

16. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (38) Kohlen­ stoffasern sind.

17. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (38) Metall­ fasern sind.

18. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (38) Textil­ fasern sind.

19. Rekombinationslaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (18) eine in Richtung der Fläche, in welcher sie sich erstreckt, mit einem Feldformer (64) berandete Trägerplatte (28) aufweist.

20. Rekombinationslaser nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldformer (64) ein Wulst ist.

21. Rekombinationslaser nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (18) eine Nach­ schubführung (84a, b) und einen in dieser beweglichen Faserkörper (80) zur Erneuerung der das Rekombinations­ laserplasma (44) bildenden Fasern (38) umfaßt.

22. Rekombinationslaser nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Abschnitt des Wulsts (74a) der nachzuführende unverbrauchte Faserkörper (80) speicherbar ist.

23. Rekombinationslaser nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Plasmabildung verbrauchte Faserkörper (80) in einem zweiten Abschnitt des Wulsts (74b) speicherbar ist.