DE4122431A1

DE4122431A1 - Vorrichtung zum zuenden einer induktiv angeregten, elektrodenlosen gasentladungslampe

Info

Publication number: DE4122431A1
Application number: DE19914122431
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr Ing Offermanns
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1991-07-06
Filing date: 1991-07-06
Publication date: 1993-01-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine von einer Spule induktiv angeregte, elektrodenlose Gasentladungslampe mit einem annularen Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem Material, welches eine ionisierbare Substanz zur Plasmabildung enthält, wie beispielsweise bekannt aus USP 42 40 010. Das annulare Entladungsgefäß bildet ein zylindrisches Rohr in dem ein Laserstab aufgenommen sein kann im Falle, daß die Gasentladungslampe als Pumplichtquelle für einen Laser verwendet wird.

Pumplichtquellen für Festkörper-Laser (z. B. Nd-YAG) werden z. Zt. noch vorwiegend mit langgestreckten Gasentladungslampen (z. B. Xe- oder Kr- Blitzlampen) realisiert. Ein entscheidender Nachteil dabei ist die sehr begrenzte Lebensdauer dieser Lampen, bedingt durch abgesputtertes Elektrodenmaterial und mechanische Zerstörung im Bereich der Elektrodeneinschmelzungen. Deshalb besteht das Bedürfnis nach elektrodenlosen Pumplampensystemen mit annularer Struktur die induktiv mit Hochfrequenzenergie gespeist werden, wie aus dem oben angegebenen Stand der Technik bekannt ist.

Bei der Entwicklung induktiver Lampensysteme ergibt sich das generell vom Betrieb induktiv angeregter HF-Gasentladungen bekannte Problem, daß die an der Spule zur Verfügung stehenden elektrischen Feldstärken (vorwiegend das elektrische Feld in axialer Richtung) nicht ausreichen, um die vorwiegend verwendeten Gase (z. B.: Xenon oder Krypton im Druckbereich von ca. 1-5 bar Kaltdruck) zu ionisieren und damit die Gasentladung zu zünden, die dann durch das vom Magnetfeld in der Spule induzierte azimutale elektrische Feld mit Energie gespeist wird. Bisher mußten solche Lampen entweder mit relativ niedrigem Druck betrieben werden, was in einem schlechteren Wirkungsgrad des Lasers resultiert, oder die Lampen mußten durch externe Hilfsmittel (z. B. Tesla-Transformator) gezündet werden, und im Falle des Pulsbetriebs mußte das Verlöschen der Entladung in den Pulspausen durch einen Haltestrom verhindert werden. Es handelte sich also um Maßnahmen, die den Wirkungsgrad verschlechtern und/oder teuer zu realisieren sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise die Zündung einer Gasentladung in einer induktiv gespeisten annularen Lampe zu erreichen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens ein dünner metallischer Leiter, welcher mit einem Ende der Spule elektrisch leitend verbunden ist, durch das zylindrische Rohr des annularen Entladungsgefäßes in Richtung auf das andere Ende der Spule geführt ist, und davon galvanisch getrennt ist. Dadurch entsteht zwischen dem metallischen Leiter und dem davon galvanisch getrennten Spulenende ein sehr starkes elektrisches Feld, welches den Gasraum im Entladungsgefäß durchsetzt und so die Ionisation des Gases und damit die Zündung der Entladung bewirken kann. Der metallische Leiter kann aufgebaut sein aus einem dünnen Leiter oder aus einem System von dünnen Leitern.

Während des Betriebs der Entladungslampe ist der dünne metallische Leiter wirkungslos, da die Kapazität zu gering ist, um eine nennenswerte Energieeinkopplung in das Plasma zu bewirken. Außerdem kann die radiale Schichtdicke des Gasraums im Entladungsgefäß leicht so groß gewählt werden, daß aufgrund des Skineffektes im Plasma das zylindrische Rohr frei vom Feld der Spule ist, wodurch die Felder der Spule und der dünnen metallischen Leiter entkoppelt sind. Bei Laseranwendung ist im zylindrischen Rohr ein Laserstab aufgenommen.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im ungezündeten Zustand der Gasentladungslampe bei Anlegen einer HF-Spannung an die Spule automatisch ein hohes elektrisches Feld zwischen dem dünnen metallischen Leiter und einem Ende der Spule entsteht, wodurch die Gasentladung automatisch gezündet wird, während die Vorrichtung im Betrieb der Entladung nahezu wirkungslos ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer Gasentladungslampe gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung gegeben, worin

Fig. 1 eine Seitenansicht einen induktiv angeregten Gasentladungslampe ist, und

Fig. 2 ein Durchschnitt der Lampe von Fig. 1 ist.

In die Fig. 1 und 2 ist in eine Hochfrequenzspule 1 ein annulares Entladungsgefäß 5 eingebracht, das bevorzugt aus Quarz als lichtdurchlässigem Material gefertigt ist und das mit einer plasmabildenden Gasfüllung als ionisierbare Substanz gefüllt ist, beispielsweise mit 3 bar Krypton. In dem zylindrischen Rohr des Entladungsgefäßes befindet sich ein zylindrischer Laserstab 4, z. B. aus Nd-YAG. Durch den Zwischenraum 2 zwischen Laserstab 4 und Entladungsgefäß 5 wird ein nichtleitendes Kühlmittel, z. B. deionisiertes Wasser, gepumpt, wodurch sowohl der Laserstab 4 als auch das innere Rohr des Entladungsgefäßes 5 gekühlt werden. Zur Kühlung der Außenseite des Entladungsgefäßes 5 und der Spule 1 fließt auch im Außenbereich ein Kühlmittelstrom (Kühlmittel ist nicht gezeichnet).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zündung der Gasentladung 3 im Entladungsgefäß 5 besteht aus einem System von dünnen metallischen Leitern 6, von denen einer oder mehrere am Umfang verteilt, sich durch den Zwischenraum 2 erstrecken und über die Verbindung 7 mit einem Ende der Spule elektrisch leitend verbunden sind. Die dünnen metallischen Leiter 6 sind durch das zylindrischen Rohr des Entladungsgefäß 5 in Richtung auf das andere Ende der Spule geführt und davon galvanisch getrennt. Vorteilhafterweise sind die Leiter 6 so dünn ausgeführt, daß sie den Durchtritt des Lichtes aus dem Plasma 3 in den Laserstab 4 nicht wesentlich behindern. Als mögliche Ausführungsform können die Leiter 6 als dünne, auf das Entladungsgefäß 5 aufgedampfte Metallstreifen realisiert sein.

Claims

1. Elektrodenlosen Gasentladungslampe, die von einer Spule induktiv angeregt wird, mit einem annularen Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem Material, welches eine ionisierbare Substanz zur Plasmabildung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein dünner metallischer Leiter, welcher mit einem Ende der Spule elektrisch leitend verbunden ist, durch das zylindrische Rohr des annularen Entladungsgefäßes in Richtung auf das andere Ende geführt ist, und davon galvanisch getrennt ist.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne metallische Leiter aus einem Draht besteht.

4. Gasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet; daß der dünne metallische Leiter auf die Wand des Entladungsgefäßes aufgedampft ist.

5. Hochfrequenzspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne metallische Leiter aus einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht besteht, die auf das Entladungsgefäß aufgebracht ist.

6. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne metallische Leiter als ein oder mehrere am Umfang verteilte paraxiale Streifen oder Drähte ausgeführt ist.

7. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich im inneren Rohr des annularen Entladungsgefäßes als beleuchtetes Objekt ein Laserstab befindet.

8. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne metallische Leiter bei Erwärmung mit Hilfe eines Bimetallstreifens von der Wand des Entladungsgefäßes wegbewegbar ist.