DE4120427C2 - Entladungserregte Laservorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft entladungserregte Laservorrichtungen.

Aus der JP-2-44790 (A) ist eine entladungserregte Laservorrichtung mit einem Paar von Entladungselektroden bekannt, die sich in Richtung einer optischen Achse erstrecken, mit mehreren parallel geschalteten Ladekondensatoren, die von einer Hochspannungsversorgungsquelle aufladbar sind, zumindest einem Versteilerungskondensator, der die eine Entladungselektrode mit der anderen Entladungselektrode verbindet, und mit einer Schalteinrichtung, bei deren Betätigung die in den Ladekondensatoren gespeicherte Ladung auf den zumindest einen Versteilerungskondensator übertragen wird, wobei in der Schalteinrichtung mehrere parallel geschaltete Schalter vorgesehen sind.

Zwischen den Schaltern und der Hochspannungsversorgungsquelle sind bei der bekannten Laservorrichtung Induktivitäten vorgesehen. Mit dieser Anordnung mit den mehreren parallel geschalteten Ladekondensatoren soll die Lebensdauer der Schalter verlängert werden, verglichen mit einem Fall, bei welchem nur ein einziger Ladekondensator vorhanden ist.

Aus der GB 21 79 491 A ist eine entladungserregte Laservorrichtung bekannt, welche ein längliches Entladungsrohr aufweist, an dessen Enden jeweils eine Entladungselektrode vorgesehen ist. Das Entladungsrohr ist im Zentrum eines kreisringförmigen Kondensators angeordnet, und ebenfalls im Zentrum eines kreisringförmigen Thyratrons, so daß sich insgesamt eine koaxial-symmetrische Anordnung ergibt. Nach Aufladung des Kondensators von einer Hochspannungsversorgungsquelle wird das Steuergitter des Thyratrons mit einem Triggerimpuls versorgt, so daß das Thyratron durchschaltet und die im Kondensator gespeicherte Ladung an die Entladungselektroden angelegt und durch die in dem Entladungsrohr zwischen den Entladungselektroden auftretende Gasentladung schnell entladen wird. Im Vergleich zu Anordnungen, bei denen gespeicherte Ladung auf einen Versteilerungskondensator übertragen wird, soll hierdurch eine sich schneller aufbauende Entladung in dem Entladungsrohr erreicht werden.

In einem Artikel von Watanabe, S. et al, "High Repetition Long Pulse XeCI Laser with a Coaxial Cyramic Pulse-Forming Line", Rev. Sci. Instr., Bd. 57, Nr. 12, Dezember 1986, S. 2970-2973 wird eine entladungserregte Laservorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 bzw. im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Merkmalen beschrieben. Um bei Edelgashalogenid-Lasern verhältnismäßig lange Impulsdauern zu erzeugen, werden, sog. Impulsformungsleitungen (PFL) mit verhältnismäßig hoher Kapazität und Induktivität eingesetzt. Die Impulsformungsleitung dient als Energieübertragungseinrichtung, die spezielle Koaxialkondensatoren aufweist. Als Hochspannungsschalter ist ein Thyratron vorgesehen, um den Ladekondensator zu schalten, und über einen zusätzlichen magnetischen Schalter erfolgt dann die Umladung der im Ladekondensator gespeicherten Ladung auf die Versteilerungskondensatoren, und zwar über die Impulsformleitung mit einer bestimmten Durchlaufzeit. Als Hochspannungsschalter kann auch eine Funkenstrecke dienen.

Die DE 29 32 781 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Erzeugung schneller gepulster Kondensatorentladungen in einem Laser, wobei der Laser einen elektrischen Anregungskreis aufweist, der eingangsseitig an eine Hochspannungsquelle angeschlossen ist und ein impulserzeugendes Netzwerk umfaßt. Das Netzwerk weist eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene schnelle Hochspannungsschaltstrecke in Form einer Funkenstrecke auf, eine parallel zur Entladungsstrecke der Laserelektroden geschaltete Parallelimpedanz und erste und zweite Bandleiterkondensatoren möglichst kleiner Zuleitungsinduktivität und Eigeninduktivität zur Energiespeicherung. Der zweite Bandleiterkondensator ist entweder nach Art einer Blümlein-Schaltung geschaltet, oder nach Art eines Charge-Transfer-Kreises. Die Beläge der ersten und zweiten Bandleiterkondensatoren und ihre dazwischenliegenden dielektrischen Schichten sind im wesentlichen normal zur optischen Achse des Lasers orientiert, und in einer im wesentlichen parallel zur optischen Achse weisenden Richtung zu einem Kondensatorpaket gestapelt, und an die zugehörigen Schaltungselemente des impulserzeugenden Netzwerks angeschlossen. Zur Erzielung einer über die Laserlänge homogenen Kondensatorentladung sind die Laserelektroden und die Elektroden der zugehörigen Hochspannungsschaltstrecke mit den Belägen der Bandleiterkondensatoren so verbunden, daß in Richtung der optischen Achse des Lasers gesehen die einander benachbarten, jeweils einen ersten und einen zweiten Bandleiterkondensator bildenden Kapazitätseinheiten mit ihren Belägen und dielektrischen Schichten spiegelbildlich in Bezug auf eine zwischen den Kapazitätseinheiten gedachte, in Richtung der Achsnormalen des Lasers verlaufende Symmetrieebene angeordnet sind, wobei die einander zugewandten Beläge der benachbarten Kapazitätseinheiten auf gleichem Potential liegen, oder die einander zugewandten Beläge gleichen Potentials benachbarter Kapazitätseinheiten zu jeweils einer Kondensatorelektrode zusammengefaßt sind, deren Mittelebene mit der Symmetrieebene übereinstimmt.

Aus der DE 38 22 991 A1 ist ein Hochspannungsschalter mit mehreren in Reihe geschalteten und mit Steuerimpulsen einer Steuerschaltung synchron angesteuerten Halbleiterschaltern bekannt, wobei die Steuerschaltung mehrere Steuerleitungen zur Übertragung der Steuerimpulse zu den Halbleiterschaltern aufweist und galvanisch von den Halbleiterschaltern getrennt ist, und die Halbleiterschalter so in Gruppen zusammengefaßt sind, daß zu jeder Gruppe jeweils nur eine Steuerleitung führt.

Die Zahl der in Reihe zu schaltenden Halbleiterschalter ergibt sich aus dem Verhältnis der zulässigen Sperrspannung der verwendeten Bauelemente zu der zu schaltenden Hochspannung. Um beispielsweise einen Hochspannungsschalter für 30 kV zu realisieren, müssen unter Berücksichtigung eines ausreichenden Sicherheitsfaktors etwa 60 bis 70 MOSFETs mit einem Nominalwert von jeweils 800 V in Reihe geschaltet werden, wobei durch die vorgeschlagene Ansteuerung diese MOSFETs in sechs bis sieben Gruppen mit jeweils 10 MOSFETS unterteilt werden können, von denen jeweils 9 durch einen RC-Spannungsteiler angesteuert werden, während der jeweils auf dem niedrigsten Potential liegende MOSFET jeder Gruppe über Lichtleitkabel, eine Trägerfrequenz oder mit Nadelimpulsen von der externen Steuerschaltung angesteuert wird, so daß insgesamt nur sieben Steuerkanäle für 70 MOSFETs benötigt werden.

Die US 4,751,408 beschreibt Spannungsschaltvorrichtungen zum Schalten hoher Spannungen typischerweise im Bereich zwischen 1000 und 3000 V, unter Verwendung von MOS-Transistoren, die an sich beim Schalten höherer Spannungen als 1000 V beschädigt werden können. Hierzu wird ein Spannungsschaltelement vorgeschlagen, welches einen ersten Eingang und einen ersten Ausgang aufweist, die über eine in Vorwärtsrichtung angeordnete Diode parallelgeschaltet sind, einen Widerstand, einen Kondensator und einen Widerstand, die in Reihe geschaltet sind, sowie einen zweiten Eingang, der mit der Source eines MOSFET-Leistungstransistors verbunden ist, sowie einen zweiten Ausgang, der mit dem Drain dieses MOSFET verbunden ist, wobei der erste Eingang an das Gate des MOSFETs angeschlossen ist.

Auch die US 4,692,643 ist mit dem Problem befaßt, unter Einsatz von MOSFETs als Schaltelementen höhere Spannungen als etwa 1000 V zu schalten, obwohl MOSFETs an sich bereits bei Spannungen in der Größenordnung von etwa 1000 V beschädigt werden können.

Hierzu wird eine Halbleiterschaltvorrichtung vorgeschlagen, welche eine Reihe mit mehreren Schaltelementen (MOSFETs) aufweist, die in Reihe zwischen einen Eingang und einen Ausgang der Halbleiterschaltvorrichtung geschaltet sind, wobei eine Eingangsklemme des am nächsten am Eingang liegenden Schaltelements und eine Ausgangsklemme des am nächsten am Ausgang liegenden Schaltelements in der Reihe an den Eingang bzw. den Ausgang der Halbleiterschaltvorrichtung angeschlossen sind, und ein Steuersignal an eine Steuerklemme des am nächsten am Ausgang liegenden Schaltelements angelegt wird. Die Halbleiterschaltvorrichtung weist eine erste Anzahl an Kapazitätselementen auf, von denen jedes zwischen die Ausgangsklemme des näher am Ausgang angeordneten Schaltelements und die Steuerklemme des näher am Eingang angeordneten Schaltelements der benachbarten Schaltelemente in der Schaltelementenreihe angeschlossen ist, und ein zweites Kapazitätselement zwischen die Ausgangsklemme und die Eingangsklemme des am nächsten am Eingang liegenden Schaltelements geschaltet ist, wobei die Schaltelemente jeweils mit isolierten Gates versehen sind, und ein Konstantspannungselement zwischen eine Steuerklemme und entweder die Eingangs- oder die Ausgangsklemme zumindest jedes der Schaltelemente abgesehen von jenem angeschlossen ist, welches am nächsten am Ausgang liegt, und jedes der Konstantspannungselemente so angeordnet ist, daß es in Reihe mit den ersten und zweiten Kapazitätselementen geschaltet ist, wenn die Schaltelemente ausgeschaltet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, entladungserregte Laservorrichtungen zur Verfügung zu stellen, welche eine Entladung mit einer hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeit liefert.

Die Aufgabe wird durch entladungserregte Laservorrichtungen mit den jeweils in einem der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend im einzelnen die bei einem bekannten Hochspannungsschalter auftretenden Schwierigkeiten erläutert.

Fig. 1 stellt einen bekannten Hochspannungsschalter dar, der ein Thyratron für eine entladungserregte Gas-Laservorrichtung verwendet und der beispielsweise in dem von Lambda Physics Inc. herausgegebenen Warenkatalog EMG50E dargestellt ist. In dieser Figur bedeutet das Bezugszeichen 7 ein Thyratron, das einen Hochspannungsschalter bildet. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet Kondensatoren, die auf eine hohe Spannung aufgeladen sind und die seitlich nebeneinander in großer Zahl parallel liegen. Die Klemme des Thyratrons 7 an der Hochspannungsschalter-Seite und die Kondensatoren 4 sind mit einer Leiterplatte 10 verbunden. Ein leitender Behälter 8 zur Aufnahme des Thyratrons 7 ist mit der Niederspannungsklemme des Thyratrons 7 verbunden. Eine Kappe 9 des Behälters 8 für das Thyratron besteht aus Isolierwerkstoff, um die Isolierung zwischen den Klemmen des Thyratrons 7 aufrecht zu erhalten. Eine untere Leiterplatte 6 ist parallel an die Kondensatoren 4 angeschlossen. Versteilerungskondensatoren 15 einer Kapazitätsschiebeschaltung sind parallel in großer Anzahl zu beiden Seiten der unteren Leiterplatte 6 angeschlossen.

Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Leiterplatte, die eine Kapazitätsschiebeschleife entsprechend 4-10-7-8-17-15-6-4 bildet. Ein Paar sich gegenüberliegender Entladungselektroden 16, die sich in Richtung einer optischen Achse erstrecken, sind jeweils an der Leiterplatte 6 und der Leiterplatte 17 montiert. Der in Fig. 1 angegebene Hochspannungsschalter ist in Fig. 2 als elektrisches Schaltbild dargestellt. Diese Schaltung bildet die Kapazitätsschiebeschaltung. Jedoch zeigt die Fig. 1 nicht die Drosselspulen 13 und 14 und eine Hochspannungs-Stromversorgung 11.

Als nächstes werden die Betätigungen des Hochspannungsschalters beschrieben. Der in Fig. 1 angegebene Schalter ist dem in Fig. 2 gezeigten elektrischen Schaltbild äquivalent. In diesem Falle entspricht der Hochspannungsschalter 12 dem Thyratron 7. Die Vorgange gemäß Fig. 2 sind derart, daß eine elektrische Ladung im Ladekondensator 4 aus einer Hochspannungs-Stromversorgung 11 über die auf ladenden Drosselspulen 13 und 14 angesammelt wird, und wenn der Schalter 12 anschließend geschlossen wird, verschiebt sich die elektrische Ladung im Kondensator 4 zu dem Versteilerungskondensator 15. Wird eine elektrische Ladung im Versteilerungskondensator 15 aufgebaut, so wird die elektrische Ladung unverzüglich den Laserentladungselektroden 16 zugeführt. Somit wird gemäß Fig. 1, in welcher das Thyratron 7 dem Hochspannungsschalter 12 entspricht, die im Ladekondensator 4 vorhandene elektrische Entladung zum Versteilerungskondensator 15 über eine aus 4-10-7-8-17-15-6 gebildete Schleife verschoben, wenn die Zündung im Thyratron erfolgt. Infolgedessen steigt die Spannung zwischen den Elektroden 16 steil an, und während ein Gasdurchbruch im Entladungsraum zwischen den Elektroden auftritt, wird die Energie in den Versteilerungskondensatoren 15 in das Entladungsfeld eingebracht. Somit wird das Gas im Entladungsraum angeregt und eine stimulierte Emission erzeugt einen Laserstrahl.

Der vorstehend beschriebene bekannte Hochspannungsschalter für einen entladungserregten Laser zeigte die Schwierigkeit, daß er nicht in der Lage ist, die elektrische Ladung in einer gleichförmigen Weise zu übertragen, da die elektrische Ladung in koaxialer Form im Thyratronteil vorliegt, bedingt durch die Form des Thyratrons, selbst wenn die Ladekondensatoren parallel in Längsrichtung der Elektroden liegen, um die elektrische Ladung gleichförmig in Längsrichtung an die Elektroden zu bringen, so daß der Hochspannungsschalter die in den Ladekondensatoren angesammelte elektrische Ladung nicht in ihrer Form der Anordnung an den Versteilerungskondensator bringt, und schließlich nicht den Versteilerungskondensator gleichförmig auflädt und eine elektrische Ladung nicht gleichförmig in Längsrichtung der Elektroden dem Entladungsfeld zuführt. Daher hat die Spannung in den Versteilerungskondensatoren keine Gleichförmigkeit in Längsrichtung der Elektroden und die Entladung in Längsrichtung der Elektroden weist einen Mangel an Gleichmäßigkeit auf, so daß der Laserwirkungsgrad abfällt.

Dabei sei angemerkt, daß die Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt der Spannung zwischen den Entladungselektroden höher wird, während die Schiebegeschwindigkeit in der vorstehend aufgeführten Schiebeschleife ansteigt. Es ist bekannt, daß eine stabilere Entladung in beispielsweise einem Excimer-Laser erhalten wird, wenn der Wert von dv/dt ansteigt. Es ist daher übliche Praxis, die Ladekondensatoren 4 und die Versteilerungskondensatoren 15 parallel zur Richtung der optischen Achse relativ zu den Entladungselektroden 16 anzuordnen, wodurch ein Aufbau erhalten wird, der in maximal möglicher Weise eine Verringerung einer Streuinduktivität erzielen kann. Wird jedoch ein Thyratron als Hochspannungsschalter wie bei dem bekannten Schalter verwendet, so sammelt sich der elektrische Strom im Thyratronteil in der Schiebeschleife, und infolge dessen kann die Gesamtinduktivität der Schiebeschleife nicht auf einem Pegel unter 200 nH verringert werden (wovon 100 bis 150 nH im Thyratronteil liegen).

Da ferner ein Thyratron empfindlich auf Temperaturänderungen ist, hatte es auch Nachteile wie das Erfordernis einer Vorheizzeit beim Anfahren der Vorrichtung und die Notwendigkeit einer strengen Temperaturregelung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Hochspannungsschalters für eine entladungserregte Laservorrichtung,

Fig. 2 eine Äquivalenzschaltung zur Erläuterung des Betriebs des bekannten Hochspannungsschalters,

Fig. 3 bis 5 eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 3 eine perspektivische Ansicht, Fig. 4 eine Seitenansicht und Fig. 5 eine Vorderansicht ist,

Fig. 6 eine Konstruktionsansicht einer entladungserregten Laservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung der entladungserregten Laservorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine vertikale Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 und 11 jeweils vertikale Schnittansichten einer abgeänderten Ausführungsform der dritten Ausführung,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung der Beschreibung der Induktivität bei einer Laservorrichtung,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung zur Beschreibung der Induktivität einer Laservorrichtung,

Fig. 14 einen Teilschnitt einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15 einen Teilschnitt eines Schalters nach Fig. 14,

Fig. 16 einen Teilschnitt eines abgeänderten Ausführungsbeispiels der vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 17 einen Teilschnitt zur Erlauterung des in Fig. 16 angegebenen Schalters,

Fig. 18 eine perspektivische Ansicht einer entladungserregten Laservorrichtung, die eine plattenartige Energieübertragungseinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung verwendet,

Fig. 19 eine Darstellung einer entladungserregten Laservorrichtung, die ein Koaxialkabel verwendet,

Fig. 20(A) bis 20(C) Darstellungen einer entladungserregten Laservorrichtung, die eine koaxiale Energieübertragungseinrichtung verwendet,

Fig. 21(A) und 21(B) Darstellungen einer Vorrichtung, die eine plattenförmige Kapazität/ Energieübertragungseinrichtung verwendet,

Fig. 22 eine Schnittansicht einer Laservorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 23 eine Ansicht eines in Fig. 22 angegebenen Befestigungs-Löseelements, und

Fig. 24 und Fig. 25 jeweils Schnittansichten einer Laservorrichtung gemäß abgeänderten Ausführungsformen der sechsten Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst wird eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben. In diesen Figuren sind als Halbleiter­ schalter mehrere FETs 1 parallel mit einer Leiterplatte 5 verbunden, die auch als Wärmeabstrahlplatte für die durch die FETs 1 erzeugte Wärme dient. Die jeweiligen Leiterplatten 5, auf denen die FETs 1 in dieser Weise montiert sind, sind in Reihe geschaltet. Mehrere Ladekondensatoren 4 sind in Parallelschaltung mit einer Rückführungs-Leiterplatte 3 verbunden. Die Rück­ führungs-Leiterplatte 3 verbindet einen Schalter, der aus einer großen Anzahl FETs 1 besteht, mit den Ladekondensatoren 4.

Die Rückführungs-Leiterplatte 3 ist parallel zu und nahe bei einem Mehrfach-FET-Schalter angeordnet, der aus FETs 1 und der Leiterplatte 5 besteht, so daß es möglich ist, die Induktivität in diesem Schalterblock auf einen niedrigen Wert zu verringern. Eine Isolierschicht 2, die eine Isolierung zwischen der Rückführungs-Leiterplatte 3 und der Leiterplatte 5 bildet, spielt auch eine Rolle bei der Abgabe von Wärme aus der Leiterplatte 5, beispielsweise indem ein Kühlmittel durch die Isolierschicht fließt. Eine Leiterplatte 18 bildet eine Kapazitätsschiebeschleife, gebildet durch Ladekondensator 4 - Rückführungs-Leiterplatte 3 - (FET 1 - Leiterplatte 5 in Mehrfachstufen) - Leiterplatte 18 - Versteilerungskondensator 15 - untere Leiterplatte 6 - Ladekondensator 4. Diese Teile, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind, stellen die gleichen Teile dar.

Die vorstehend beschriebene Anordnung wird als elektrische Schaltung entsprechend Fig. 2 ausgeführt. Jedoch sind die Hochspannungsversorgungsquelle 11 und die Drosselspulen 13 und 14 in den Fig. 3 bis 5 nicht angegeben. Ferner entspricht der Hochspannungsschalter, die Schalteinrichtung 12 nach Fig. 2 dem aus FETs 1 gebildeten FET-Schaltblock, den Leiterplatten 3 und 5 und der Isolierschicht 2.

Als nächstes werden die Betriebsvorgänge der Schalteinrichtung beschrieben. Zuerst wird elektrische Ladung im Ladekondensator 4 aus der Hochspannungsversorgungsquelle 11 über die Drosselspulen 13 und 14 gesammelt. Anschließend verschiebt das Schließen der Schalteinrichtung 12 die elektrische Ladung in den Ladekondensatoren 4 zu den Versteilerungskondensatoren 15. Hat sich dabei die elektrische Ladung in den Versteilerungskondensatoren 15 angesammelt, so wird sie anschließend prompt an die Entladungselektroden 16 abgegeben.

Bei dieser Ausführungsform kann, falls die Ladekondensatoren 4 und die Versteilerungskondensatoren 15 parallel in einer Ebene in Längsrichtung der Elektroden liegen, die Schalteinrichtung 12 aus den FETs 1 in der Ebene in Längsrichtung der Entladungselektroden gebildet werden. Daher kann die Schalteinrichtung die in den Ladekondensatoren 4 angesammelte elektrische Ladung gleichmäßig zu den Versteilerungskondensatoren 15 in Längsrichtung der Entladungselektroden über die Mehrfachverbindung der Rückführungs-Leiterplatte 3, die FETs 1 und die Leiterplatten 5 überführen, indem die zahlreichen FETs 1 alle gleichmäßig eingeschaltet werden. Somit kann die Schalteinrichtung alle Versteilerungskondensatoren 15 gleichmäßig in Längsrichtung der Entladungselektroden aufladen und schließlich eine gleichförmige elektrische Ladung in Längsrichtung der Entladungselektroden 16 zuführen.

Bei der vorstehenden Ausführungsform sind Mehrstufen-FET-Schalter, wovon jeder aus den FETs 1 und der Leiterplatte 5 besteht, an beiden Seiten der Rückführungs-Leiterplatte 3 vorgesehen, jedoch können die Mehrstufen-FET-Schalter auf der inneren Seite montiert sein, wobei die Rückkopplungs-Leiterplatte an beiden Seiten derselben vorgesehen ist.

Ferner erfolgte die Beschreibung der vorstehenden Ausführungsform bezüglich einer Lasererzeugerschaltung einer Bauart mit Kapazitätsverschiebung, jedoch kann die gleiche Wirkung auch bei einer Schaltung ohne Kapazitätsverschiebung erhalten werden, bei welcher die elektrische Ladung des Ladekondensators 4 unverändert in das Entladungsfeld gebracht wird.

Ferner werden bei der vorstehenden Ausführungsform FETs verwendet, jedoch ist es noch möglich, den Hochspannungsschalter mit einem IGBT oder einem Thyristor aufzubauen, durch welchen ein größerer Strom geleitet werden kann. Ferner erzeugen eine große Anzahl parallel geschalteter Thyratrons die gleiche Wirkung.

Wie vorstehend beschrieben wurde, sind gemäß der ersten Ausführungsform eine große Anzahl Halbleiterschalter in Reihe und parallel in Längsrichtung der Entladungselektroden geschaltet, so daß die Schalteinrichtung in einer Form aufgebaut werden kann, die auf die Form des Kondensators und des Entladungsfelds abgestimmt ist. Somit kann die Schalteinrichtung die aufgenommene elektrische Energie gleichmäßig in Längsrichtung der Entladungselektroden überführen, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen Ladung im Entladungsfeld erzielt wird. Ferner kann der Aufbau der Schalt­ einrichtung die Induktivität in der Kapazitätsschiebeschaltung verringern, so daß es der Schalteinrichtung möglich ist, Impulse mit einem raschen Anstieg den Entladungselektroden zuzuführen. Somit erreicht die Schalteinrichtung mittels der beiden eben erwähnten Wirkungen eine Gleichförmigkeit in der Entladung in Längsrichtung, und erzielt eine Erhöhung des Laseroszillatorwirkungsgrads.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 beschrieben. Fig. 6 zeigt einen Aufbau einer entladungserregten Laservorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der entladungserregten Laservorrichtung. In diesen Zeichnungen bezeichnen die Bezugszeichen 21 und 211 jeweils Halbleiterschalter, nämlich Festkörperschaltelemente, die mit einer Schaltzeit von 500 Nanosekunden oder weniger arbeiten. Die Bezugszeichen 22 und 212 geben jeweils Wärmeabstrahlungsplatten an. Die Bezugszeichen 23, 213, 214, 220, und 221 bezeichnen jeweils eine Leiterplatte. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Lasergehäusekörper.

Als nächstes werden die Betriebsvorgänge der Laservorrichtung beschrieben. Die Halbleiterschalter (Festkörper-Schaltelemente) sind in Mehrfachstufen eingesetzt, um ihre Stehspannung zu erhöhen, und ferner parallel längs der Richtung einer optischen Achse zwecks Erhöhung ihrer Stromaufnahme. Der wesentliche Betrieb der Laservorrichtung ist der gleiche, wie bei der bekannten Laservorrichtung nach Fig. 1, außer daß die Schaltelemente das Thyratron der bekannten Vorrichtung ersetzt haben. Hier sind die Halbleiterschalter zu beiden Seiten einer gedachten Linie montiert, die bei Betrachtung auf einer Schnittebene senkrecht zur optischen Achse, derart gezogen ist, daß sie durch die Entladungselektroden hindurchtritt. Dabei bilden die bei dieser Anordnung erhaltenen Schiebeschleifen eine Schleife im Gegenuhrzeigersinn, die vom Ladekondensator 24 zur Leiterplatte 26 führt, darauf zur Leiterplatte 220, dann zu den Halbleiterschaltern (Festkörper-Schaltelemente) 21, dann zur Leiterplatte 23, darauf zur Leiterplatte 214, und anschließend zum Ladekondensator 24, sowie eine Uhrzeigersinn-Schleife, die vom Ladekondensator 24 zur Leiterplatte 26 führt, darauf zur Leiterplatte 221, dann zu den Halbleiterschaltern (Festkörper-Schaltelementen) 211, darauf zur Leiterplatte 213, dann zur Leiterplatte 214 und anschleißend zum Ladekondensator 24. Diese beiden Schleifen, die bezüglich des Stromflusses umgekehrt sind, wirken jeweils so, um die in ihnen vorhandene Induktivität zu annullieren. Ferner sind die Halbleiterschalter (Festkörper-Schaltelemente) verteilt in Richtung der optischen Achse angeordnet, so daß der Strom sich nicht wie im Falle des vorstehend erwähnten Thyratrons ansammelt. Infolgedessen kann die Laservorrichtung die Induktivität in den Schiebeschleifen extrem niedrig halten, und kann dabei ein hohes dv/dt erzielen und eine hohe Stabilität und Gleichmäßigkeit der Entladung erreichen. Werden beispielsweise Festkörper-Schaltelemente mit einer Schaltzeit von 40 Nanosekunden verwendet, so ist die Gesamtinduktivität in den Schleifen 100 nH oder weniger.

Bei der vorstehend aufgeführten Ausführungsform erfolgte die Beschreibung unter Bezugnahme auf eine Kapazitätsschiebeschaltung. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Art der Ausführung beschränkt, sondern kann auch eine Schaltung betreffen, bei der die elektrische Ladung des Kondensators 24 unmittelbar in ein Entladungsfeld eingebracht wird.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, werden bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung mehrere Halbleiterschalter oder Festkörper-Schaltelemente als Hochspannungsschalter verwendet, die zu beiden Seiten einer gedachten Linie liegen, die derart gezogen ist, daß sie durch die Entladungselektroden hindurchtritt, bei Betrachtung in einer Schnittansicht, die die optische Achse rechtwinklig schneidet, und die Laservorrichtung ist daher in der Lage, die Induktivität der Schiebeschleifen zu verringern und dadurch ein hohes dv/dt Verhältnis zu erzielen, wodurch die Vorrichtung eine hohe Stabilität und Gleichförmigkeit ihrer Entladung erreichen kann. Ferner benötigt die Laservorrichtung keine strenge Temperaturregelung und erzielt daher die Wirkung, daß die Verläßlichkeit der Vorrichtung dadurch erhöht ist.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben. In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 313 mehrere Schalter. Das Bezugszeichen 314 bezeichnet einen Isolator, der in Berührung mit den Schaltern 313 steht. Das Bezugszeichen 315 bezeichnet eine Leiterplatte. Das Bezugszeichen 316 bezeichnet eine Leiterplatte, die die Schalter 313 und die Ladekondensatoren 32 verbindet. Das Bezugszeichen 317 bezeichnet eine Leiterplatte, die die Leiterplatte 315 und die Schalter 313 verbindet. Das Bezugszeichen 318 bezeichnet eine gedachte Linie, die durch die Entladungselektroden 39 hindurchtritt, gesehen in einer Schnittansicht, die die optische Achse des Lasers in einem rechten Winkel schneidet. Die Schalter 313 sind auf der gedachten Linie 318 positioniert, und der durch die Schalter 313 fließende Strom fließt längs der gedachten Linie 318. Ein Schaltblock mit den Schaltern 313 liegt parallel zur Längsrichtung der Entladungselektroden 39.

Die Hochspannungsseite einer Stromversorgung ist an den oberen Teil der Schalter 313 angeschlossen, und die geerdete Seite der Stromversorgung ist an den oberen Teil der Leiterplatte 315 angeschlossen. Werden die Schalter 313 eingeschaltet, so wird eine Schiebeschleife gebildet, um die Schalter 313 mit der Leiterplatte 316, den Ladekondensatoren 32, der Leiterplatte 33, den Versteilerungskondensatoren 38, der Leiterplatte 315 und der Leiterplatte 317 zu verbinden.

Es werden nunmehr die Betriebsvorgänge der Laservorrichtung beschrieben. Die geschlossene Schleife in der Entladungs-Erregerschaltung enthält die Induktivität L, die durch den Aufbau der Schleife bestimmt ist, wobei, falls der Wert von L hoch ist, die Anstiegsgeschwindigkeit dv/dt der Spannung zwischen den Entladungselektroden (Hauptelektroden) 39 sich verringert, und eine derartige Verringerung der Anstiegsgeschwindigkeit zu einer Verringerung der Ausgangsleistung der Laservorrichtung und zu einer Verringerung ihres Betriebswirkungsgrads führt. Bei dieser Ausführungsform kann die strukturelle Induktivität L in der geschlossenen Schleife mit dem Schalterblock verringert werden, indem ein Schalterblock vorgesehen wird, der aus einer Vielzahl von Schaltern 313 besteht, die die entladene Energie in den Raum zwischen den Entladungselektroden überführen, auf einer gedachten Linie 318, die derart gezogen ist, daß sie durch die Entladungselektroden 39 hindurchtritt, bei Betrachtung in einer Schnittansicht, die die optische Achse des Lasers unter einem rechten Winkel schneidet.

Ist die Hochspannungsseite der Stromversorgung an den oberen Teil der Schalter 313 angeschlossen, und die geerdete Seite der Stromversorgung mit dem unteren Teil der Leiterplatte 315 verbunden, so werden die Ladekondensatoren 32 über eine geschlossene Schleife (11-14-4-13-11 gemäß Fig. 2) geladen, und anschließend werden die Schalter 313 eingeschaltet. Darauf beginnt sich die in den Ladekondensatoren 32 gesammelte elektrische Ladung zu den Versteilerungskondensatoren 38 zu verschieben, und der Rückflußstrom kehrt zu den Schaltern 313 von der auf Erdpotential liegenden Klemme der Versteilerungskondensatoren 38 über die Leiterplatte 315 und die Leiterplatte 317 zurück. Dabei steigt die Spannung zwischen den Entladungselektroden 39 steil an, und im Entladungsraum findet ein Gasdurchbruch statt, so daß die in den Versteilerungskondensatoren 38 aufgebaute Energie in das Entladungsfeld eingebracht wird. Infolgedessen wird das Gas im Entladungsraum angeregt, und es wird ein Laserstrahl durch stimulierte Emission erzeugt.

Befindet sich dabei die geschlossene Schleife in der Entladungs-Erregerschaltung in einer Anordnung mit einer Querschnittsfläche A und einer Tiefe l, wie in Fig. 12 angegeben, so enthält diese geschlossene Schleife den strukturellen Induktivitätsanteil L, der durch die folgende Gleichung bestimmt wird:

(worin µ₀ die Permeabilität des Vakuums ist).

Fig. 13 zeigt eine entladungserregte Laservorrichtung, die nicht von der dritten Ausführungsform erfaßt wird, bei der ein Schaltblock auf einer gedachten Linie 318 liegt, die durch die Entladungselektroden hindurchtritt. Gemäß Fig. 13 enthält die Schiebeschleife, die durch 317-313-316-32-33-38-315-317 gebildet wird, den strukturellen Induktivitätsanteil, der durch die Fläche A₂ des Teils bestimmt wird, der durch die gestrichelte diagonale Linie angegeben ist. Andererseits zeigt Fig. 9 einen Schaltblock, der auf einer gedachten Linie 318 angeordnet ist, die durch die Entladungselektroden 39 hindurchtritt, und die Fläche A₁, die die in der Schiebeschleife enthaltene strukturelle Induktivität bestimmt, ist die Fläche, die in Fig. 9 durch die gestrichelten diagonalen Linien angegeben wird. Somit ist die Fläche A₁ kleiner als die Fläche A₂, und zwar um die in Fig. 13 durch die bi-direktionalen diagonalen Linien angegebene Fläche. Somit kann bei dieser Ausführungsform, die in der Schiebeschleife enthaltene strukturelle Induktivität L verringert werden um

Dadurch kann die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung an den beiden Klemmen der Versteilerungskondensatoren 34 und die Spannung zwischen den Entladungselektroden 39 erhöht werden, und es kann dadurch ein Anstieg der Ausgangsleistung der Laservorrichtung und ein Anstieg ihres Betriebswirkungsgrads erzielt werden.

Werden die Schalter 313 gemäß Fig. 8 in einer Ausführung in Längsrichtung der Entladungselektroden 39 länger bemessen, so wird der Wert l der Fig. 12 schließlich größer, und die Größe von

kann noch weiter verringert werden.

Ferner sind bei der dritten Ausführungsform die Schalter 313 auf einer gedachten Linie 318 angeordnet, die durch die Entladungselektroden 39 hindurchtritt, und die Leiterplatte 315 liegt mittels des Isolators 314 zu beiden Seiten der Schalter 313. Jedoch ist es gemäß Fig. 10 möglich, die Leiterplatte 315 auf der gedachten Linie 318 anzuordnen und die Schalter 313 mittels des Isolators 314 an den beiden Seiten der Leiterplatte 315 vorzusehen.

Ferner sind bei der Ausführungsform nach Fig. 9 der Isolator 314 und die Leiterplatte 315 an beiden Seiten der Schalter 313 angeordnet, jedoch können der Isolator 314 und die Leiterplatte 315 nur an einer Seite der Schalter 313 liegen. Jedoch wird die Anzahl paralleler Leitungen in der Schiebeschleife in diesem Fall nur die Hälfte der Anzahl sein, die in dem Fall vorhanden ist, bei dem der Isolator 314 und die Leiterplatte 315 an beiden Seiten der Schalter 313 liegen, und die Induktivität in der Schiebeschleife wird daher zweimal so groß wie in dem Fall sein, in dem der Isolator 314 und die Leiterplatte 315 zu beiden Seiten der Schalter 313 liegen.

Ferner arbeiten infolge der Verwendung der Festkörper-Schaltelemente die Schalter 313 mit einer Schaltzeit von 500 Nanosekunden oder weniger, die Temperaturregelung und die Vorheizzeit vor Betriebsbeginn werden unnötig, die bei einer Vorrichtung, bei der ein Thyratron verwendet wird, erforderlich sind, und der Betrieb der Laservorrichtung wird vereinfacht.

Zwar sind eine Mehrzahl Schalter 313 in einer Geraden in Vertikalrichtung bei der Ausführungsform angeordnet, doch können die Schalter 313 derart vorgesehen sein, daß sie gemäß Fig. 11 eine in Horizontalrichtung verlaufende Gerade bilden, und es kann die bleiche Wirkung dabei erhalten werden.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, ist gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ein Schaltblock, der eine Mehrzahl Schalter und Leiterplatten umfaßt, auf einer gedachten Linie angeordnet, die derart gezogen ist, daß sie durch ein Paar der Entladungselektroden in einer Schnittansicht hindurchtritt, die die optische Achse des Lasers in einem rechten Winkel schneidet, so daß die Laservorrichtung eine hohe Stabilität und Gleichförmigkeit ihrer Entladung erzielt. Ferner kann bei Verwendung von Festkörper-Schaltelementen als Schalter eine verläßliche Vorrichtung erzielt werden, die keine strenge Temperaturregelung erfordert.

Es wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 17 beschrieben. In Fig. 14 bezeichnet das Bezugszeichen 41A eine Schalteranordnung, die in Blöcken gebildet wird, wobei Festkörper-Schalter M1 bis Mn in Reihe sandwichartig gestapelt sind. Fig. 15 ist eine Teilschnittansicht, die die Einzelheiten der Schalterkonstruktion angibt, und das Bezugszeichen 410 bezeichnet Kühlrippen, die zwischen den Festkörper-Schaltern M1 bis Mn gehalten werden, und die Festkörper-Schalter M1 bis Mn sind beispielsweise in einer Anordnung in Form eines rechteckförmigen Parallelepipeds gestaltet und sind mit einer Source-Klemme 411 und einer Drain-Klemme 412 auf der Vorder- und Rückseite und einer Gate-Klemme 413 auf der Seitenfläche ausgestattet. Das Bezugszeichen 414 bezeichnet eine Platte, die die Gesamtanordnung des Schalters 41A mittels einer Befestigungsschraube 415 montiert. Das Bezugszeichen 416 bezeichnet einen Sockel, das Bezugszeichen 417 bezeichnet eine Verstrebungswand, die mit Leitern 418 und 419 versehen ist, und das Bezugszeichen 420 bezeichnet eine Befestigungsschraube.

Es werden nunmehr die Betriebsvorgänge der Vorrichtung beschrieben. Eine Beschreibung der Betriebsvorgänge bezüglich einer Schaltung unterbleibt hier, da diese Vorgange die gleichen wie die aufgeführten Besonderheiten in Bezug auf den Sand der Technik sind, und die Anordnung, durch welche die Schalteranordnung 41A am Entladungsblock 46 befestigt ist, wird nachstehend beschrieben. Zunächst ist die Laservorrichtung grob in zwei Teile unterteilt, das heißt die Schalteranordnung 41A und der Entladungsblock 46 sind somit getrennt. Zur Montage wird der Sockel 416 auf den Entladungsblock 46 aufgebracht, und anschließend wird die Verstrebungswand 417 aufrecht montiert. Die Verstrebungswand 417 ist an ihrer Seite mit einem Leiter 418 ausgestattet, der für seine ausschließliche Verwendung mit der Drain-Klemme 412 zur Verfügung steht, und einem Leiter 419, der beispielsweise zur ausschließlichen Verwendung mit der Source-Klemme 411 zur Verfügung steht. Auf dem Sockel 416 wird die Schalteranordnung 41A, die durch die Kühlrippen 410 und die abwechselnd in einem sandwich-artigen Aufbau gestapelten Festkörper-Schalter M1 bis Mn gebildet wird, zur stabilen Festlegung ihrer Seite mit den vorstehenden Teilen 410a und 410b der Kühlrippen 410 verbunden, und die gesamte Schalteranordnung wird an der Verstrebungswand 417 mittels der Befestigungsschraube 420 über die Platte 414 aufgespannt. Die Schalteranordnung 41A, die in Blockform auf dem Entladungsblock 46 montiert ist, hat drahtfreie Verbindungen und ist bei einem Aufbau dem Schalteranordnung in dieser Weise starr montiert, und die Länge des Leiters hat daher kürzeste Abmessung.

Fig. 16 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der vierten erfindungsgemäßen Ausführung. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 425 eine halbzylindrische Schalttrommel aus gegossenem Aluminium, auf der die Festkörper-Schalter M1 bis Mn beispielsweise in Form eines Fächers montiert sind, und die auch als Kühlvorrichtung arbeitet. Die Oberfläche der Schalttrommel ist zur Isolierung behandelt.

Es wird nunmehr die tatsächliche Montage der Schalteranordnung 41B unter Bezugnahme auf die Fig. 17 beschrieben. Die Festkörper-Schalter M1 bis Mn, die in diesem Fall verwendet werden, haben die Form eines rechteckförmigen Parallelepipeds, und sie sind gemäß Fig. 17 radial auf der Schalttrommel 425 angeordnet. Anschließend können Source S und Drain D an den anliegenden Festkörper-Schaltern M1 bis Mn an der Schalttrommel 425 mittels Schrauben über die Kurzschlußstäbe 426 befestigt werden, um ihre elektrischen Verbindungen in Reihe miteinander zu bilden. Diese Reihen von Schaltern, die somit in Reihe an Umfang der Schalttrommel verbunden sind, werden dann parallel mit anderen Schalterreihen verbunden, die in Längsrichtung gebildet werden, und die für großen Strom bemessene Hochspannungs-Schalteranordnung 41B, die Anschlüsse in Reihe und parallel aufweist, ist somit aufgebaut. Die Source- und Drain-Klemmen, die an beiden Seiten aus der Schalteranordnung 41B herausgeführt sind, werden mit den Leitern 418 und 419 verbunden und schließlich an die Befestigungsklemmen der Ladekondensatoren (Impulserzeugerkondensator) 42 und der Versteilerungskondensatoren 43 im Entladungsblock 46 angeschlossen.

Bei der in Fig. 16 angegebenen Ausführungsform wurde die Montage der Festkörper-Schalter an der halbzylindrischen Schalttrommel 425 beschrieben, die gleichzeitige Funktionen der Kühlung und Belüftung durchführt. Jedoch ist die Schalttrommel nicht auf eine halbzylindrische Form beschränkt, sondern kann als Trapez oder in anderer Form ausgeführt sein, und braucht keinerlei Leerraum aufzuweisen, und wird dennoch die gleiche Wirkung wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform haben.

Wie vorstehend gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben wurde, werden die Festkörper-Schalter und die Kühlrippen in einem sandwichartigen Aufbau zusammengebracht, der in eine einzige Einheit integriert ist, wobei die in dieser Weise ausgebildete Schalteranordnung auf den Entladungsblock aufgebracht wird, und die Elektroden dem Schalteranordnung werden in Kontakt mit den Leitern befestigt, die auf der Verstrebungswand aufgebracht sind, die am Entladungsblock vorgesehen ist. Daher kann die Vorrichtung kompakt ausgeführt werden und die Länge der Leiter zwischen der Schalteranordnung und dem Entladungsblock kann erheblich verringert werden. Dieser Aufbau hat daher den Effekt einer Verringerung der Induktivität und einer Erhöhung des Laserwirkungsgrades infolge einer Verkürzung der Anstiegszeit des Impulsstroms.

Ferner sind gemäß der abgeänderten Ausführungsform der vierten Ausführung Festkörper-Schalter aufrecht auf einer Schalttrommel angeordnet, und die Festkörper-Schalter sind in Reihe mit Kurzschlußstäben verbunden. Die somit in Reihe verbundenen Festkörper-Schalter sind ferner in einer Mehrzahl von Reihen parallel verbunden, und die Schalttrommel wird auf den Entladungsblock aufgebracht und ist mit ihm über Leiter verbunden. Die Anordnung hat daher den gleichen Effekt, wie er durch die Anordnung der vierten Ausführungsform erhalten wird.

Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 18 beschrieben. In Fig. 18 bezeichnet das Bezugszeichen 57A eine Energieübertragungseinrichtung, nämlich ebene Platten als Leiter.

Es werden nunmehr die Betriebsvorgänge der Vorrichtung beschrieben. Eine Beschreibung des Gesamtbetriebs der Schaltung unterbleibt dabei, da dieser ebenso abläuft wie beim Stand der Technik, und die baulichen Unterschiede werden nachstehend erläutert. Gemäß Fig. 18 ist der Aufbau der Laservorrichtung unterteilt in einen Entladungsblock 56, eine Hochspannungsstromversorgung 54, und einen Schalter 51. Der Schalter 51 besteht beispielsweise aus Festkörper-Schaltern, die blockweise aufgebaut sind und eine Mehrzahl von FET(Feldeffekttransistor)-Modulen in Reihe und parallel gestapelt aufweisen, und der Schalter ist seitlich an der Hochspannungsstromversorgung 54 angeordnet. Bei der in Fig. 18 dargestellten Schaltung sind sowohl die Gruppe der Schalter (i) (ii), und (iii) und die Gruppe der Schalter (iv), (v) und (vi) mittels der Parallelanordnung der Blöcke, in denen die Schalter in Reihe in Mehrfachstufen gestapelt sind, zu einem Schalter 51 vereinigt. Dieser Schalter 51 ist nahe an der Hochspannungsversorgung 54 befestigt, und der Raum (a) zwischen dem Schalter 51 und den Ladekondensatoren (Impulserzeugerkondensatoren) 52 und die Räume (b) und (c) zwischen den Versteilerungskondensatoren 53 und der anderen Klemme des Schalters 51 sowie der Hochspannungsversorgung 54 sind mit ebenen Platten 57A als Energieübertragungseinrichtung verbunden (diesbezüglich sind (a), (b) und (c) in Fig. 18 angegeben). Mit einem in dieser Weise aufgebauten Schalter 51 wird die Induktivität beträchtlich verringert. Ferner wird die Induktivität in der Schaltung mittels der Verbindung des Schalters 51 und des Entladungsblocks 56 mit den drei ebenen Platten 57A gemäß Fig. 18 auf die Hälfte verringert. Es ist anzumerken, daß die ebenen Platten 57A nicht notwendigerweise auf drei Stück begrenzt sind, sondern es können zwei Stücke oder eine andere Stückzahl innerhalb der Zielvorstellung der Verringerung der Induktivität verwendet werden. Darüber hinaus können gemäß Fig. 19 eine Mehrzahl koaxialer Kabel 57B in Parallelschaltung anstelle der ebenen Platten 57A verwendet werden. Die Verwendung koaxialer Kabel 57B in dieser Weise führt zu einer beträchtlichen Verbesserung des Freiheitsgrads in der Anordnung des Schaltblocks 510 und des Laseroszillatorblocks 511.

Fig. 20 zeigt eine abgeänderte Ausführung der fünften Ausführungsform, wobei Fig. 20(A) eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus ist, Fig. 20(B) den Aufbau der koaxialen Energieübertragungseinrichtung 520 angibt, und Fig. 20(C) eine äquivalente Schaltung zeigt. Die koaxiale Energieübertragungseinrichtung 520 wird hergestellt, indem der Umfang eines Koaxialkabels, das aus einer Kernader 521 und einem Armierungsmetall 524 besteht, mit einem Abschirmungsleiter 522 umhüllt ist, und diese Einrichtung bildet eine Verbindung zwischen dem an der Stromversorgungsseite liegenden Kondensator 52 und dem an der Entladungselektrodenseite (Hauptelektrode) liegenden Kondensator 53. In diesem Falle führt die Energieübertragungseinrichtung 520 auch die Funktion einer Formung der Hochspannungsimpulse durch, womit der Wirkungsgrad des Lasers verbessert wird. Das Armierungsmetall 524 ist vorgesehen, um das im Laufe der Übertragung erzeugte Rauschen zu verringern. Die übliche Kapazität des Ladekondensators (Impulserzeugerkondensators) 52, der bei einem Excimer-Laser verwendet wird, liegt im Bereich von etwa 30 bis 60 Nanofarad, und es ist daher möglich, eine ausreichende Kapazität selbst mit einem Aufbau wie dem vorstehenden zu erreichen.

Fig. 21(A) stellt eine weitere abgeänderte Ausführung der fünften Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher eine plattenartige Kapazität/Energie-Übertragungseinrichtung 530 verwendet wird. In diesem Falle ist die Kapazität/Energie-Übertragungseinrichtung 530 ein Sandwichaufbau, der gebildet wird, indem ein Dielektrikum 523 in einem planaren Kontakt unter Druck mit ebenen Platten 525A und 525B, die Leiter sind, gehalten wird. Anders ausgedrückt wird das Dielektrikum 523 zwischen den ebenen Platten 525A und 525B in engster Anlage eingebracht, um ein elektrisches Feld zu bilden, und diese Elemente bilden somit zusammen einen Aufbau, der die kombinierten Funktionen eines Verbindungsleiters und des Ladekondensators (Impulserzeugerkondensator) 52 ausführt. Fig. 21(B) stellt ein Beispiel einer tatsächlichen Installation dar, wenn der Aufbau der eben beschriebenen Einrichtungen an eine Schaltung angeschlossen wird. Die Einstellung der elektrostatischen Kapazität erfolgt durch die Wahl der vertikalen und horizontalen Abmessungen.

Bei der vorstehenden Ausführungsform werden die koaxiale Energieübertragungseinrichtung 520 und die plattenförmige Kapazität/Energie-Übertragungseinrichtung 530 beschrieben, die jeweils die Funktionen des Ladekondensators (Impulserzeugerkondensator) und des Leiters verbinden, jedoch kann der Aufbau in gleicher Weise am Versteilerungskondensator 53 verwendet werden, und erzeugt die gleiche Wirkung, wie sie bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurde.

Ferner wird bei der in Fig. 19 angegebenen Ausführung ein allgemein verwendetes koaxiales Kabel mit einem dieses umhüllenden Abschirmungsleiter als koaxiale Energieübertragungseinrichtung verwendet, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Diese Einrichtung kann brauchbar realisiert werden, solange sie die Form eines kabelförmigen Aufbaus hat, bei dem die der Kernader 521 entsprechende Elektrode und die dem Armierungsmetall 524 entsprechende Elektrode mit dem Dielektrikum 523 verwendet werden, und eine derartige Einrichtung erzeugt die gleiche Wirkung wie bei der vorstehenden Ausführungsform.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird entsprechend der fünften Ausführungsform der Erfindung eine Laservorrichtung in zwei Teile unterteilt, wobei ein Teil ein Stromversorgungs/Schaltblock ist, der aus einer Hochspannungsversorgung und einem Schalter besteht, und der andere Teil ein Laser-Oszillatorblock mit einem Entladungsblock ist, und diese beiden Teile werden durch eine Energieübertragungseinrichtung verbunden, die aus ebenen Platten (Leiter), oder einer koaxialen Energieübertragungseinrichtung oder einer plattenförmigen Kapazität/Energie-Übertragungseinrichtung besteht, die als ein Schaltungsbestandteil aufgebaut ist, der die kombinierten Funktionen eines Ladekondensators (Impulserzeugerkondensators) und eines Verbindungsleiters ausführt, wobei alle diese Maßnahmen jeweils dazu ausgeführt sind, um eine Verringerung der Induktivität zu erzielen. Somit kann der hier vorgeschlagene Aufbau der Vorrichtung eine Schaltung mit kleiner Induktivität bilden, eine Verringerung der Anstiegszeit von Impulsen hoher Stromstärke erzielen, den Laserwirkungsgrad verbessern, und ebenfalls den Freiheitsgrad in der Gestaltung der Bestandteile erhöhen, und darüber hinaus erzeugt er die Wirkung, daß die Vorrichtung mit niedrigen Kosten gefertigt werden kann, da der vorgeschlagene Aufbau die kombinierten Funktionen eines Kondensatorteils und eines Leiters durchführt.

Eine sechste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 22 und 23 beschrieben. In Fig. 22 bezeichnet das Bezugszeichen 67 einen kammerartigen Sockel, der einen Entladungsblock 66 enthält, und auf dem der Festkörper-Schalter 61 montiert ist. Das Bezugszeichen 68 bezeichnet ein Trägerteil für ein Verbindungselement bzw. Löseelement, in das aus dem Festkörper-Schalter 61 herausgeführte Leiterstücke 69A und 69B eingesetzt sind. Fig. 23 zeigt den Aufbau der Einzelheiten des Trägerteils für das Verbindungs- bzw. Löseelement 68. Das Bezugszeichen 610 bezeichnet eine Kontaktfeder, die die Leiterstücke 69A und 69B unter Druck in Anlage hält, und die Bezugszeichen 611A und 611B bezeichnen Leiterstücke, die aus dem Entladungsblock 66 herausgeführt sind, und die am Trägerteil 68 befestigt sind, um mit diesem einen einheitlichen Aufbau zu bilden.

Es werden nunmehr die Betriebsvorgänge der Vorrichtung beschrieben. Eine Beschreibung der von der Laservorrichtung durchgeführten elektrischen Vorgänge unterbleibt an dieser Stelle, da derartige Vorgänge die gleichen sind wie beim Stand der Technik, und es wird nachstehend der Aufbau der Vorrichtung erläutert. Gemäß Fig. 22 sind der Festkörper-Schalter 61 und der Entladungsblock 66 getrennt, und der Festkörper-Schalter 61 ist starr am kammerartigen Sockel 67 befestigt. Zum vorliegenden Zeitpunkt sind die Leiterstücke 69A und 69B als Klemmen am unteren Ende des Festkörper-Schalters 61 vorgesehen und in die Kontaktfeder 610 am Trägerteil 68 eingesetzt. Für den Festkörper-Schalter 61, der eine hohe Spannung und einen großen Strom steuern soll, ist es von großer Bedeutung, daß er jederzeit beispielsweise bei einem Versagen oder einer Inspektion mühelos abnehmbar oder austauschbar ist. In diesem Fall erfolgen die Befestigung und das Lösen des Festkörper-Schalters 61, indem die Leiterstücke 69A und 69B, die am Festkörper-Schalter 61 vorhanden sind, in Pfeilrichtung herausgezogen werden. Die Kontaktfeder 610 stellt einen starken und festen Kontakt her, im Hinblick auf funktionelle Gründe in Verbindung mit der Leitung eines großen Stroms. Ferner wird der Festkörper-Schalter 61 am kammerartigen Sockel 67 mechanisch mit Schrauben oder dergleichen befestigt, nachdem die Leiterstücke 69A und 69B unter Druck von einer oberen Position in die Kontaktfeder 610 eingeführt werden.

Fig. 24 zeigt eine abgeänderte Ausführung der sechsten Ausführungsform der Erfindung. Das Bezugszeichen 612 bezeichnet ein Bett, das starr den kammerartigen Sockel 67 festlegt. Bei der in Fig. 24 dargestellten Anordnung liegt der Festkörper-Schalter 61 an der Seite des Entladungsblocks 66 und die Leiterstücke 69A und 69B sind an der Seite des Ladungsblocks 66 vorgesehen. Die Befestigung und das Lösen erfolgt, indem der Festkörper-Schalter 61 in Pfeilrichtung herausgezogen wird.

Fig. 25 zeigt einen Aufbau, bei dem der Festkörper-Schalter 61 in vom Entladungsblock 66 hängend gehaltener Lage unterhalb des Entladungsblocks 66 angeordnet ist. Dabei sind die Leiterstück 69A und 69B in einem Bereich unterhalb des Entladungsblocks 66 vorgesehen, und die Befestigung und das Lösen des Festkörper-Schalters 61 erfolgt, indem der Trägerteil 68 für das Befestigungs- und Löseelement in Pfeilrichtung herausgezogen wird.

Wie vorausgehend beschrieben, sind gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung das Trägerteil für das Verbindungs- bzw. Löseelement und die Leiterstücke als getrennte Anordnungen ausgebildet, wobei das Trägerteil und die Leiterstücke paarweise am Festkörper-Schalter und am Entladungsblock derart vorgesehen sind, daß sie, wenn notwendig, gelöst werden können, so daß der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufbau die Wirkung hat, daß die vorstehend erwähnten Teile mühelos zur Wartung, Inspektion, Reparatur und Austausch des Festkörper-Schalters befestigt bzw. gelöst werden können.

Claims (10)

1. Entladungserregte Laservorrichtung mit einem Paar von Entladungselektroden (16), die sich in Richtung einer optischen Achse erstrecken;
mehreren parallel geschalteten Ladekondensatoren (4), die von einer Hochspannungsversorgungsquelle (11) aufladbar sind;
zumindest einem Versteilerungskondensator (15), der die eine Entladungselektrode (16) mit der anderen Entladungselektrode (16) verbindet; und
mit einer Schalteinrichtung (12), bei deren Betätigung die in den Ladekondensatoren (4) gespeicherte Ladung auf den zumindest einen Versteilerungskondensator (15) übertragen wird; wobei
in der Schalteinrichtung (12) mehrere parallel geschaltete Schalter vorgesehen sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere parallel geschaltete Versteilerungskondensatoren (15) entlang der Längsrichtung der Entladungselektroden nebeneinander angeordnet sind und jeweils die eine Entladungselektrode (16) mit der anderen Entladungselektrode (16) verbinden,
daß die parallel geschalteten Schalter als Halbleiterschalter (1) ausgebildet sind;
und daß die Halbleiterschalter (1) auf beiden Seiten einer gedachten Ebene angeordnet sind, die durch die Entladungselektroden (16) hindurchtritt, gesehen in einem Querschnitt, bei dem die optische Achse des Lasers unter einem rechten Winkel geschnitten ist.

2. Entladungserregte Laservorrichtung mit mindestens einem Paar Entladungselektroden (216); und mindestens einem Schaltblock zur Übertragung einer elektrischen Energie zu einem zwischen den Entladungselektroden (216) liegenden Raum; dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Schaltblock eine Anzahl Halbleiterschalter (21, 211), die in Mehrfachstufen angeordnet sind, und Leiterplatten (23, 213, 214, 220, 221) enthält, wobei der mindestens eine Schaltblock auf beiden Seiten einer gedachten Ebene (318) und parallel zu dieser angeordnet ist, die durch die Entladungselektroden (216) hindurchtritt, gesehen in einem Querschnitt, bei dem die optische Achse des Lasers unter einem rechten Winkel geschnitten ist.

3. Entladungserregte Laservorrichtung mit einem Ladekondensator (42); einer Schalteranordnung (41A) zur Freigabe der im Ladekondensator (42) gespeicherten Energie, die Festkörper-Schalter (M1-Mn) sowie Kühlrippen (410) aufweist, wobei die Festkörper-Schalter (M1-Mn) und die Kühlrippen (410) abwechselnd zur Bildung eines sandwichartigen Aufbaus gestapelt sind, und wobei die Festkörper-Schalter (M1-Mn) in Reihe geschaltet sind;
einem Entladungsblock (46) zur Erzeugung eines Laserstrahls, wobei der Entladungsblock (46) als eine Anordnung ausgebildet ist, die mit der auf der Oberseite des Entladungsblocks angebrachten Schalteranordnung (41A) integriert ist; und
einer Verstrebungswand (417), die mit elektrisch leitenden Wandflächen (418, 419) versehen ist, die die Klemmen des Entladungsblocks und die Ausgangsklemmen der Schalteranordnung (41A) miteinander verbinden.

4. Entladungserregte Laservorrichtung mit einem Ladekondensator (42);
einer Schalteranordnung (41B) zur Freigabe der im Ladekondensator (42) gespeicherten Energie, die Festkörper-Schalter (M1-Mn) enthält, die aufrecht auf einer Schalttrommel (425) sitzen, wobei die Elektrodenklemmen auf der Vorder- und Rückseite der Festkörper-Schalter (M1-Mn) in Reihe miteinander über Kurzschlußstäbe (426) verbunden sind, und wobei eine Mehrzahl Reihen der in dieser Weise in Reihe verbundenen Festkörper-Schalter ferner parallel miteinander verbunden sind;
einem Entladungsblock (46) zur Erzeugung eines Laserstrahls, wobei der Entladungsblock in einer Anordnung gestaltet ist, die mit der auf einer Oberseite des Entladungsblocks befindlichen Schalteranordnung (41B) integriert ist; und
einer Anzahl elektrisch leitender Wandflächen (418, 419), die auf der Schalttrommel (425) vorgesehen sind und die die Klemmen des Entladungsblocks (46) und die Ausgangsklemmen der Schalteranordnung (41B) miteinander verbinden.

5. Entladungserregte Laservorrichtung mit einem Stromversorgungs-Schaltblock (54, 51), der eine Hochspannungsversorgung (54) und einen Schalter (51) enthält, der parallel zur Hochspannungsversorgung (54) angeschlossen ist und die Entladung der in zumindest einem Ladekondensator (52), der von der Hochspannungsversorgung (54) aufgeladen wird, gespeicherten Energie schaltet;
einem Laseroszillatorblock mit einem Entladungsblock (56), der einen Laserstrahl erzeugt, indem Energie entladen wird, die in zumindest einem Versteilerungskondensator (53) angesammelt wurde, der mit der vom zumindest einen Ladekondensator (52) gespeicherten Energie aufgeladen wird; und
einer Energieübertragungseinrichtung (57A) zur Herstellung von Verbindungen zwischen den Hochspannungsausgangsklemmen des Stromver­ sorgungs-Schaltblocks (54, 51) und den Klemmen des zumindest einen Ladekondensators (52) im Laseroszillatorblock sowie zwischen einer Erdungsklemme des Stromver­ sorgungs-Schaltblocks und einer Erdungsklemme (55) des Laseroszillatorblocks,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schalter (51) mehrere Gruppen ((i), (ii), . . . (vi)) blockweise aufgebauter Halbleiterschalter aufweist, und
die Energieübertragungseinrichtung (57A) aus mehreren ebenen Platten ((a), (b), (c)) besteht.

6. Entladungserregte Laservorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragungseinrichtung (530) als plattenförmiger Sandwichaufbau aus zwei äußeren ebenen Platten (525A, 525B), zwischen denen ein Dielektrikum (523) eingeschlossen ist, ausgebildet ist.

7. Entladungserregte Laservorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Ladekondensator (52) und/oder der zumindest eine Versteilerungskondensator (53) durch die Energieübertragungseinrichtung (530, C₁) gebildet wird.

8. Entladungserregte Laservorrichtung mit einem Stromversorgungs-Schaltblock (510), der eine Hochspannungsversorgung (54) und einen Fest­ körper-Schalter (51) enthält, der parallel zur Hochspannungsversorgung, angeschlossen ist und die Entladung der in zumindest einem Ladekondensator (52), der von der Hochspannungsversorgung (54) aufgeladen wird, gespeicherten Energie schaltet;
einem Laseroszillatorblock (511) mit einem Entladungsblock (56), der einen Laserstrahl erzeugt, indem die Energie entladen wird, die in zumindest einem Versteilerungskondensator (53) gespeichert ist, der mit der vom zumindest einen Ladekondensator (52) gespeicherten Energie geladen wird; und
einer koaxialen, mit einem Dielektrikum (523) versehenen Energieübertragungseinrichtung (520), welche den Stromversorgungs-Schaltblock (510) und den Laseroszillatorblock (511) verbindet;
dadurch gekennzeichnet, daß
die koaxiale Energieübertragungseinrichtung (520) eine Kernader (521) aufweist, welche vom Dielektrikum (523) umschlossen ist, welches von einem Armierungsmetall (524) umgeben ist, welches den Umfang des Dielektrikums (523) abdeckt; und
daß die koaxiale Energieübertragungseinrichtung den zumindest einen Ladekondensator (52) und/oder den zumindest einen Versteilerungskondensator (53) bildet.

9. Entladungserregte Laservorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxiale Energieübertragungseinrichtung (520) von einem Abschirmungsleiter (522) umhüllt ist.

10. Entladungserregte Laservorrichtung mit einem Fest­ körper-Schalter (61), der eine Entladung von in einem Ladekondensator (62) gespeicherter Energie bewirkt; und einem Entladungsblock (66), der getrennt von dem Festkörper-Schalter ausgebildet ist, und eine Laserschwingung anregt, indem beim Einschalten des Festkörper-Schalters eine Entladung gestartet wird;
gekennzeichnet durch
ein Trägerteil (68) für ein Verbindungselement bzw. Löseelement, das zwei Klemmen des Festkörper-Schalters (61) und des Entladeblocks (66) in einer Weise verbindet, die ihre freie Verbindung und ihr freies Lösen gestattet, und
ein Leiterstück (69A, 69B), das aus dem Fest­ körper-Schalter (61) herausgeführt ist, und durch eine Kontaktfeder angepreßt wird, die im Trägerteil (68) vorgesehen ist.