DE4124741C2

DE4124741C2 - Laseroszillatorschaltung mit Speicherschaltung und Magnetimpulskompressionskreis

Info

Publication number: DE4124741C2
Application number: DE4124741A
Authority: DE
Inventors: Yukio Sato; Mitsuo Inoue; Haruhiko Nagai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-02-27
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2011-07-26
Also published as: US5181217A; DE4124741A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Laseroszillatorschaltung gemäß Patentanspruch 1 und Patentanspruch 8.

Fig. 16 zeigt, wenn auch nicht im einzelnen, ein typisches Schaltbild eines im Diodenmodus arbeitenden Impulsentladungs pumpkreises einer konventionellen Laseroszillatorschaltung. Die beispielhafte Schaltung basiert auf einem Aspekt der Be schreibung in "Applied Physics Letters", Bd. 48, Nr. 23, 9. Ju ni 1986, S. 1574-1576.

Dabei umfaßt die konventionelle Impulsentladungspumpschaltung im wesentlichen ein Lasergehäuse 1, einen Spikerkondensator 6, eine Stromquelle zum Aufladen des Spikerkondensators 6 bzw. eine Spikerladestromquelle 7, einen Erhaltungskondensa tor 11 und eine Erhaltungskondensatorladestromquelle 12.

Das Lasergehäuse 1 enthält ein mit einem vorgegebenen Druck darin hermetisch eingeschlossenes Lasergas 2. Eine erste Hauptelektrode 3 und eine zweite Hauptelektrode 4 sind einan der gegenüberstehend in dieser Lasergasatmosphäre 2 angeord net, wobei eine Anregungsentladung 5 an den Hauptelektroden 3 und 4 induziert werden soll.

Der Spikerkondensator 6 ist den Hauptelektroden 3 und 4 zur Energiezufuhr parallelgeschaltet, um eine gleichförmige Anre gungsentladung 5 zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 auszu lösen, indem an sie eine steil ansteigende Impulsspannung an gelegt wird, deren Anstiegsgeschwindigkeit typischerweise 200-400 kV/µs beträgt.

Die Spikerladestromquelle 7 umfaßt eine Hochgleichspannungs quelle 8, einen Impulsladekondensator 9 und einen Schalter SW1 10.

Der Erhaltungskondensator 11 ist der Erhaltungskondensatorla destromquelle 12 und ferner über einen magnetischen Isolator 13 mit der Hauptelektrode 3 und mit der anderen Hauptelektro de 4 direkt parallelgeschaltet. Die Erhaltungskondensatorla destromquelle 12 liefert die Hauptenergie zur Erhaltung der Anregungsentladung 5, die zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 erzeugt wird. Der magnetische Isolator 13 führt die Um schaltung der im Erhaltungskondensator 11 gespeicherten Ener gie zur ersten bzw. zur zweiten Hauptelektrode 3 bzw. 4 durch.

Nachstehend wird der Betrieb der konventionellen Impulsentla dungspumpschaltung unter Bezugnahme auf Fig. 17 beschrieben. Zuerst wird der Erhaltungskondensator 11 von der Erhaltungs kondensatorladestromquelle 12 auf eine vorbestimmte Ladespan nung V_OPFN aufgeladen. Dann wird der Spikerkondensator 6 von der Spikerladestromquelle 7 aufgeladen, wobei der Impulslade kondensator 9 vorher von der Hochgleichspannungsquelle 8 auf geladen wurde, und dann der Schalter 10 eingeschaltet wurde. In diesem Zustand wird die im Impulsladekondensator 9 gespei cherte elektrische Ladung abrupt zum Spikerkondensator 6 übertragen, so daß an die erste und die zweite Hauptelektrode 3 und 4, die dem Spikerkondensator 6 parallelgeschaltet sind, eine steil ansteigende Impulsspannung angelegt wird.

Wenn die an den beiden Hauptelektroden 3 und 4 ausgebildete Spannung einen Durchbruchpegel V_b erreicht, fließt die im Spikerkondensator 6 gespeicherte elektrische Ladung in den Zwischenraum zwischen den beiden Hauptelektroden 3 und 4 in einer solchen Breite, daß die Anregungsentladung 5 ausgelöst wird. Nach kurzer Zeit wird vom Erhaltungskondensator 11 Energie zum Pumpen des Lasers injiziert, und Laserstrahlung mit der Ausgangsleistung P wird in einer zur Zeichenebene senkrechten Richtung emittiert.

Wenn unter den genannten Umständen ein Lasergas 2 in dem Be reich, in dem die Anregungsentladung 5 stattfindet, vor oder gleichzeitig mit dem Anlegen der Spannung an die beiden Haup telektroden 3 und 4 durch Röntgenstrahlen, UV-Strahlen oder UV-Laserstrahlen gleichmäßig ionisiert wird, bewirkt die An regungsentladung 5 eine gleichmäßige Entladung, die für das gewünschte Pumpen des Lasers erforderlich ist.

Nach Ablauf einer gewissen Zeitdauer seit der Auslösung der gleichförmigen Entladung zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 durch die Energie, die vorher im Spikerkondensator 6 gespei chert wurde, nimmt der magnetische Isolator 13 seinen Ein schaltzustand an. Zu diesem Zeitpunkt fließt die im Erhal tungskondensator 11 gespeicherte Energie in den Zwischenraum zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 und löst eine Laser schwingung aus.

Die Diagramme von Fig. 17 zeigen jeweils den zeitlichen Ver lauf:

a) der Spannung V_g (auf der Ordinate) an den Hauptelektroden 3 und 4,
b) des Stroms i_n (auf der Ordinate) vom Erhaltungskonden sator 11 zu den Hauptelektroden 3 und 4 und
c) der Ausgangsleistung P (auf der Ordinate) des Lasers.

Wie vorstehend beschrieben, wird durch Anlegen der steil an steigenden Impulsspannung an die beiden Hauptelektroden 3 und 4 vom Spikerkondensator 6, um die gleichförmige Anregungsent ladung 5 zu induzieren, ein Entladungswiderstand des Gases in einem Bereich zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 auf einen Wert eines quasi-stabilen Zustands reduziert. Dann wird die zum Pumpen des Lasers erforderliche Hauptenergie in den Be reich zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 vom Erhaltungskon densator 11 injiziert, dessen Wellenwiderstand gleich dem Wert des Entladungswiderstands ist. Ein derartiges Entla dungspumpsystem ist insofern vorteilhaft, als die Energie in ein Lasergas mit geringem Entladungswiderstand, wie es im Ex cimer-Laser verwendet wird, effektiv injiziert werden kann. Allgemein wird dieses Entladungspumpsystem als Spiker/Er halter-System bezeichnet.

Um im übrigen das Laserpumpen bei dieser Schaltung effektiv durchführen zu können, ist es wichtig, daß ein gleichförmiges Entladungspumpen durch Injektion der im Spikerkondensator 6 gespeicherten Energie ausgelöst wird. Eine dazu geeignete Maßnahme ist das Anlegen einer steil ansteigenden Spannung an die beiden Hauptelektroden 3 und 4, um die Entladung mit ei ner Spannung auszulösen, die in bezug auf eine Durchbruch spannung zum Zeitpunkt des Anlegens einer Gleichspannung oder einer langsam ansteigenden Gleichspannung ausreichend hoch ist.

Der Anstieg der Spannung an den Hauptelektroden 3 und 4 bei der konventionellen Schaltung ist durch die Übergangsrate der elektrischen Ladung vom Impulsladekondensator 9 zum Spiker kondensator 6 bestimmt. Diese Tatsache wird unter Bezugnahme auf das Ersatzschaltbild von Fig. 18, das der Entladungs pumpschaltung von Fig. 16 entspricht, quantitativ veranschau licht.

In dem Ersatzschaltbild ist 14 eine Streuinduktivität L1 ei ner Schleife, durch die der Interkapazitäts-Ladungsübergangs strom i_t vom Impulsladekondensastor C₃ zum Spikerkondensator C₂ durch den Schalter SW1 10 fließt. 15 ist der Leitungswi derstand R1 der Schleife des Stroms i_t; 16 ist ein äquivalen ter Schalter SWd für die Anregungsentladung 5; 17 bezeichnet eine Streuinduktivität L_d für den Umfangsbereich um die Anre gungsentladung 5, und 18 ist ein Leitungswiderstand R_d für den Umfangsbereich um die Anregungsentladung 5. 19 ist eine Streuinduktivität L_s in einer Schleife, durch die der Entla dungsstrom i_n vom Erhaltungskondensator C₁ (11) in einen Be reich der Anregungsentladung 5 fließt, und 20 ist ein Lei tungswiderstand R_s in der Schleife des Stroms i_n.

Wenn eine anfängliche Ladespannung für den Impulsladekonden sator 9 mit V₃₀ gegeben ist, ist eine mittlere Anstiegsrate (dV₂/dt)_ave der Spannung bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Ladespannung V₂ für den Spikerkondensator 6 ihren Spitzenpe gel erreicht, durch die folgende Gleichung gegeben:

Wenn c₂ = c₃ gegeben ist als:

mit c₁, c₂ und c₃ jeweils die Kapazität des Kondensators 11, 6 bzw. 9 und:

Ferner ist der Leitungswiderstand R1 ausreichend klein, um vernachlässigbar zu sein.

Wenn typische Werte wie folgt gegeben sind:

L₁ = 800 nH,
c₂ = c₃ = 6 nF,
V₃₀ = 50 kV und
V_OPFN = 10 kV,

dann erhält man (dV₂/dt)_ave = 260 kV/µs, was aber keinen aus reichend raschen Anstieg bedeutet. Um die Anstiegscharakteri stik zu verbessern, ist aus der obigen Gleichung (2) ersicht lich, daß die Verringerung der Streuinduktivität L1 in der Schleife des Stroms i_t effektiv ist:

Die vorgesehene Verringerung ist jedoch schwierig, weil sie durch die strukturelle Induktivität eines Thyratrons oder ei ner ähnlichen Schalteinrichtung begrenzt ist, die bei einer repetitiven Schwingung mit hoher Wiederholungsfrequenz von beispielsweise hundertmal pro Sekunde die Umschaltung durch führt. Außerdem besteht bei der Schaltung von Fig. 16 eine Ruheperiode einer bestimmten Dauer seit der Auslösung der Spikerentladung mit der Spannung V_b bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Strom i_n vom Erhaltungskondensator 11, der vorher auf V_OPFN aufgeladen wurde, zu fließen beginnt, wie die Dia gramme (a) und (b) von Fig. 17 zeigen. Die Ruheperiode ergibt sich aus der Erzeugung von Magnetfluß in einer Richtung, wo bei der magnetische Isolator 13 während einer Zeitdauer seit dem Einschalten des Schalters SW1 10 bis zur Auslösung der Spikerentladung in seinen Rückstellzustand gebracht ist. Um den magnetischen Isolator 13 in seinen Ein-Zustand zu brin gen, muß ein Magnetfluß erzeugt werden, dessen Richtung der jenigen des oben genannten Magnetflusses entge gengesetzt ist. Mit anderen Worten wird der Strom i_n während eines Zeitraums unterbrochen, bis der schraffierte Bereich S2, der dem schraffierten Bereich S1 äquivalent ist, in dem Diagramm (a) von V_g in Fig. 17 erreicht ist.

Die Resultate von durchgeführten Experimenten haben gezeigt, daß 1. bei Durchführung einer repetitiven Schwingung in die ser Betriebsart die Gleichförmigkeit der Spikerentladung auf grund des Vorhandenseins der Ruheperiode nicht aufrechterhal ten blieb und 2. die Ausgangsleistung bei einer Frequenz der repetitiven Schwingung von mehr als 300 Hz gesättigt oder re duziert war.

Zur Lösung dieses Problems wird eine Schaltung mit einer "Schaltbetriebsart" auf der Basis der Offenbarung in "Applied Physics Letters", Bd. 48, Nr. 23, S. 1574-1576, vorgeschlagen. Die Schaltung in dieser "Schaltbetriebsart" ist in Fig. 19 gezeigt, und ihre Signalverläufe sind in Fig. 20 gezeigt.

In Fig. 19 bezeichnet 21 eine Spiker-Umpolungsladestrom quelle, deren Polarität derjenigen der Erhaltungskondensator- Ladestromquelle 12 entgegengesetzt ist, und 22 ist eine Hoch gleichspannungsquelle entgegengesetzter Polarität, die die Spiker-Umpolungsladestromquelle 21 realisiert.

Die Schaltung von Fig. 19 ähnelt stark derjenigen von Fig. 16, unterscheidet sich aber davon 1. dadurch, daß die Lade polarität der Spiker-Umpolungsladestromquelle 21 derjenigen der Erhaltungskondensator-Ladestromquelle 12 entgegengesetzt ist und 2. in bezug auf den Anschlußpunkt der Erhaltungskon densator-Ladestromquelle 12 an die Lasereinrichtung.

Die Schaltung nach Fig. 19 soll die Laserschwingung wie folgt erzeugen: Zuerst wurde der Erhaltungskondensator 11 von der Erhaltungskondensator-Ladestromquelle 12 mit positiver Pola rität aufgeladen, und zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung am Erhaltungskondensator 11 die Ladespannung V_OPFN erreicht, wird der Spikerkondensator 6 von der Spiker-Umpolungslade stromquelle 21 mit negativer Polarität geladen. Dann wird zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung V_g an den Hauptelektro den 3 und 4 die negative Durchbruchspannung V_b erreicht, die im Spikerkondensator 6 gespeicherte Energie in den Bereich der Anregungsentladung 5 in solcher Breite injiziert, daß ei ne Spikerentladung induziert wird. Andererseits führt der ma gnetische Isolator 13 die Umschaltung um ein Produkt V. t ent sprechend dem schraffierten Bereich S3 des Diagramms (a) in Fig. 20 durch, so daß der Pumpstrom aus dem Erhaltungskonden sator 11 in den Entladungsbereich fließen kann.

Da jedoch in diesem Fall der Vorgang der negativen Aufladung des Spikerkondensators 6 in einer Richtung erfolgt, in der der magnetische Isolator 13 eingestellt ist, tritt die im "Diodenmodus" beobachtete Ruheperiode bis zum Beginn des Fließens des Erhaltungskondensatorstroms kaum auf. Wenn der Magnetkernbereich des magnetischen Isolators 13 so ausgelegt ist, daß die Ruheperiode hinreichend kurz sein kann, wird die Laserschwingung unmittelbar nach dem Fließen des Stroms vom Erhaltungskondensator 11 aufgrund des Pumpens infolge der Spikerentladung ausgelöst, und es wird eine Schwingung mit höherer Ausgangsleistung bei höherem Wirkungsgrad als im "Diodenmodus" realisiert. Im "Schaltmodus" ist die Erhal tungskondensator-Ladestromquelle deshalb an einer Stelle an geschlossen, die sich von dem vorher beschriebenen Diodenmo dus unterscheidet, um den magnetischen Isolator 13 durch den Stromfluß zum Aufladen des Erhaltungskondensators in seinen Rückstellzustand zu bringen.

Übrigens wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Spikerspannung im Schaltmodus mit der obigen Gleichung (2) unter folgenden Bedingungen berechnet:

L₁ = 800 nH,
C₂ = C₃ = 6 nF,
V₃₀ = -50 kV und
V_OPFN = 10 kV.

Dann erhält man (dV₂/dt)_ave = 390 kV/µs.

Dieser Wert ist zwar 1,5mal größer als derjenige der Schal tung im Diodenmodus, er genügt aber immer noch nicht zur Rea lisierung der gewünschten gleichförmigen Spikerentladung. Au ßerdem ist die Richtung des Stromflusses vom Spikerkondensator im Schaltmodus entgegengesetzt zu derjeni gen vom Erhaltungskondensator, was immer noch ein Hindernis in bezug auf die Realisierung einer Entladungspumpschaltung mit hohem Wirkungsgrad ist.

Mit der vorstehend beschriebenen Auslegung ist die konventio nelle Laseroszillatorschaltung insofern nachteilig, als sie 1. einen langsamen Anstieg der an den Zwischenraum zwischen den Hauptelektroden anzulegenden Spannung aufweist und 2. keine ausreichende Überspannung in bezug auf die Durchbruch spannung der langsam ansteigenden Gleichspannung anlegen kann, so daß sie 3. keine stabile und gleichförmige Anre gungsentladung auslösen kann. Ein weiterer der konventionel len Schaltung anhaftender Nachteil besteht darin, daß 4. das Vorhandensein der Ruheperiode für den magnetischen Isolator in Abhängigkeit von der Betriebsart der Schaltung manchmal unvermeidlich ist, so daß die Betriebscharakteristik der re petitiven Schwingung manchmal bei einer niedrigen Wiederho lungsfrequenz gesättigt ist.

Die vorgenannte Entladungspumpschaltung, die die eine Entladung auslösende Energie von der Injektion der Pumpenergie isoliert, bietet einen technischen Vorteil für ein Lasergas, wie es im Excimer-Laser (insbesondere dem XeCL-Laser) einge setzt wird und auf einem oberen Laserniveau kurze Lebensdauer und einen niedrigen Scheinwiderstand bei der Entladung hat, so daß ein Pumpen mit gutem Wirkungsgrad durchgeführt wird.

Die Schaltungsfunktion des genannten Entladungspumpens dient dazu, die steil ansteigende Impulsspannung an den Raum zwi schen den beiden Hauptelektroden anzulegen.

Der bei der konventionellen Schaltungsanordnung angewandte Schaltmodus ist von der Betriebsart nach der Erfindung ver schieden. Bei der konventionellen Anordnung ist die Richtung des Entladungsstroms vom Spikerkondensator entgegengesetzt zu der Richtung des Entladungsstroms vom Erhaltungskondensator am Entladungsbereich. Diese konventionelle Betriebsart ist für die Einrichtung in bezug auf die Unterhaltung einer sta bilen Entladungspumpfunktion nachteilig.

Außerdem ist es mit dem konventionellen Schaltmodus nicht möglich, eine steil ansteigende Impulsspannung an die erste und die zweite Hauptelektrode zum Durchbruchzeitpunkt anzule gen, was jedoch mit der Erfindung realisierbar ist. Wenn die steil ansteigende Impulsspannung an die Hauptelektroden ange legt werden kann, steigt die Durchbruchspannung V_b in Abhän gigkeit von der Anstiegsrate der angelegten Spannung an, und es kann eine gleichförmigere Anregungsentladung erreicht wer den.

Im übrigen genügt ein einfaches Anlegen einer steil anstei genden Impulsspannung an den Raum zwischen den Hauptelektro den noch nicht, um eine gleichförmige Entladung zu realisie ren, wie sie zum Pumpen des Lasers in der Praxis erforderlich ist. Es ist notwendig, das Lasergas in einem Bereich, in dem die Laserpumpentladung stattfindet, vor dem Anlegen der Span nung in einen schwach ionisierten Zustand zu bringen (Vorio nisationszustand (Elektronendichte N_e = 10⁶-10⁸ Elektro nen/cm³)).

Der Zeitpunkt zur Vorionisation, bevor die an die Hauptelek troden angelegte Spannung V_g die Durchbruchspannung V_b er reicht, sowie die Elektronendichte in dem Bereich, in dem die Entladung stattfinden soll, sind für das gewünschte wirksame Lasern sehr wesentlich und sollten sehr sorgfältig bestimmt werden. Wenn dies nicht der Fall ist, kann ein Selbstdurch bruch auftreten, und es wird keine Laserstrahlung erhalten.

Fig. 21 zeigt - wenn auch nicht im einzelnen und explizit - ein Schaltbild einer Schaltung gemäß einem anderen Beispiel mit einer modifizierten Stromversorgung zum Aufladen des Er haltungskondensators, wobei diese Schaltung im Bereich der konventionellen Technologie entsprechend der bereits genann ten Literaturstelle liegt ("Applied Physics Letters", Bd. 48, Nr. 23, 9. Juni 1986, S. 1574-1576).

In dieser Figur bezeichnen 31 und 32 eine erste und eine zweite Hauptelektrode, die in einem Lasergas einander gegen überstehend angeordnet sind; 33 ist ein Spikerkondensator, der dem Paar von Hauptelektroden 31 und 32 parallelgeschaltet ist; 34 ist eine Spikerladestromquelle, die den Spikerkonden sator 33 sehr schnell auf eine hohe Spannung zur Auslösung einer Entladung aufladen kann; 35 ist ein Erhaltungskondensa tor, der Energie in das Lasergas zwischen den Hauptelektroden nach Auslösung der Entladung injiziert; 36 ist eine Schalt vorrichtung wie etwa ein magnetischer Isolator, der den Spi kerkondensator 33 elektrisch gegenüber dem Erhaltungskonden sator 35 während einer bestimmten Zeit isoliert, und 37 ist eine Erhaltungskondensator-Ladestromquelle, die den Erhal tungskondensator 35 pulsierend aufladen kann. Die Erhaltungs kondensator-Ladestromquelle 37 enthält einen Ladekondensator 38 zum Aufladen des Erhaltungskondensators 35, einen Hoch spannungsschalter 39 wie etwa ein Thyratron oder dergleichen, um einen Energieübergang vom Ladekondensator 38 zum Erhal tungskondensator 35 in einer Impulsbetriebsart zu ermögli chen, und eine Ladezeitkonstanten-Einstellinduktivität 40, die die Zeitkonstante zum Laden des Erhaltungskondensators 35 einstellen kann. 41 ist eine Vorionisationsquelle, beispiels weise eine Röntgenstrahlenquelle, die das Lasergas zwischen den beiden Hauptelektroden vorionisieren kann.

Die Betriebsweise dieser Schaltung wird unter Bezugnahme auf das Diagramm von Fig. 22 erläutert. Das Diagramm zeigt die Änderung der Spannung V_g, die an die beiden Hauptelektroden anzulegen ist, über die Zeit.

Wenn der Hochspannungsschalter 39 eingeschaltet wird, wird die im Ladekondensator 38 gespeicherte Energie durch den Hochspannungsschalter 39 und die Ladezeitkonstanten- Einstellinduktivität 40 zum Erhaltungskondensator 35 und wei ter durch die Schaltvorrichtung 36 zum Spikerkondensator 33 übertragen, um die Spannung an den Hauptelektroden 31 und 32 zu erhöhen (in Periode A in Fig. 22). Die Spannung liegt je doch unter der Durchbruchspannung V_b, die an das Paar von Hauptelektroden zur Auslösung der Entladung anzulegen ist, so daß keine Entladung erzeugt wird. Wenn in diesem Stadium die Spikerladestromquelle 34 aktiviert wird, wird am Spikerkon densator 33 eine hohe Spannung ausgebildet, und wenn die Spannung an den Hauptelektroden 31 und 32 V_b übersteigt, wird eine Entladung induziert (in Periode B in Fig. 22). Wenn die Entladung induziert wird, fällt die Spannung an den Haupte lektroden 31 und 32 steil ab (in Periode C in Fig. 22).

Danach wird die Schaltvorrichtung 36 leitend gemacht, um die im Erhaltungskondensator 35 gespeicherte Energie in die be reits induzierte Entladung zu injizieren, so daß das Lasergas gepumpt wird (in Periode D in Fig. 22) und eine Laserstrah lung emittiert. Ein Modus, in dem die Polarität der Spannung des Erhaltungskondensators 35 die gleiche wie diejenige des Spikerkondensators 33 ist, wird als "magnetischer Diodenmo dus" bezeichnet.

Es ist ersichtlich, daß zur Erzielung einer höheren Lasere nergie eine größere Energie im Erhaltungskondensator 35 ge speichert werden muß. Aber die zu erzeugende Laserenergie ist durch die Durchbruchspannung V_b begrenzt, weil der oben ge nannte Erhaltungskondensator 35 auf eine unter der Durch bruchauslösespannung V_b liegende Spannung aufladbar ist.

Bei einem bestimmten Abstand d zwischen den Hauptelektroden 31 und 32 und einem bestimmten Lasergasdruck p ist die Durch bruchspannung V_b an den Hauptelektroden 31 und 32 durch die Anstiegsrate der Spannung an den Hauptelektroden 31 und 32 bestimmt. Mit anderen Worten hängt sie von der Zeitkonstanten T_c zum Aufladen des Erhaltungskondensators 35 ab. Je kleiner also die Ladezeitkonstante T_c ist, umso höher kann die Durch bruchspannung V_b gemacht werden. Auf der Basis dieser Bezie hung wurde gefunden, daß es möglich ist, durch Verkürzen der Ladezeitkonstanten T_c mehr Energie im Erhaltungskondensator 35 zu speichern und eine größere Laserenergie zu erzeugen.

Das oben erläuterte konventionelle Beispiel der Impulslaser- Entladungspumpschaltung ist so ausgelegt, daß es eine kurze Ladezeitkonstante T_c hat, um eine große Laserenergie zu er zeugen. Die Verkürzung der Ladezeitkonstanten T_c zum Laden einer höheren Energie in den Erhaltungskondensator 35 bedeu tet eine Erhöhung der Energiemenge, die durch den Hochspan nungsschalter 39 pro Zeiteinheit geht, und somit eine propor tionale Erhöhung der Beanspruchung des Hochspannungsschalters 39. Insbesondere bei einem Impulslaser mit hoher Wiederho lungsrate für industrielle Zwecke ist jedoch eine erhöhte Be anspruchung des Hochspannungsschalters 39 insofern nachtei lig, als die Ladespannung des Erhaltungskondensators und damit die Wiederholungsfrequenz dadurch eingeschränkt werden, so daß die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Lasers verringert werden, und der Hochspannungsschalter 39 selbst wird ebenfalls schneller verbraucht.

In dem Aufsatz "Ultralong optical-pulse corona preionized XeCl-Laser", Rod S. Taylor, Kurt E. Leopold, Appl. Physics, Vol. 65, No. 1, 1. January 1989, ist eine Laseroszillatorschaltung für einen optisch gepulsten Excimer-Laser beschrieben, der einen Spikerkreis und einen Erhaltungsladekreis aufweist. Beide Kreise sind durch einen magnetischen Schalter trennbar. Der magnetische Schalter ist so ausgebildet, daß er von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand umschaltet, nachdem die Spannung an den Anschlüssen des Spikerkondensators die Durch bruchspannung erreicht hat. Im Ergebnis dessen liegt eine steil ansteigende Impulsspannung über die beiden Hauptelek troden an, welche auf die elektrische Ladung von den Erhal tungskondensatoren zurückzuführen ist.

In dem Aufsatz "Pulsed CO₂ Laser Pumped by an All Solid-State Magnetic Exciter", T. Shimada, et. al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 24, No. 11, November 1985, pp. L855-L857 wird ein Laser mit einer elektrischen Anregungsschaltung vorgestellt, welche im repetitiv gepulsten Betrieb arbeitet. Als besonderer Vorteil wird hier die Verwendung eines Fest körperthyristors als Schaltelement herausgestellt. Der elek trische Anregungskreis für den Laserkopf weist dort drei Stu fen eines Magnetimpulskompressionskreises auf. Die Stufen des Magnetimpulskompressionskreises sind im sekundären Stromkreis eines Transformators angeordnet und dienen der Erhöhung der Impulsanstiegsrate.

Ferner ist aus der GB 2 204 728 A eine Laseroszillatorschal tung bekannt, bei der im Anregungskreis zum Auslösen einer Gasentladung mehrere Pulskompressionsstufen vorgesehen sind.

Ausgehend von dem aus dem Aufsatz "Ultralong optical-pulse corona preionized XeCl-Laser", R. S. Taylor, K. E. Leopold, J. Appl. Phys. Vol. 65, No. 1, 1. January 1989, bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine La seroszillatorschaltung anzugeben, welche mit einfachen Mit teln eine hohe Ausgangsleistung und einen hohen Wirkungsgrad eines damit betriebenen Excimer-Lasers gestattet, wobei auch bei höheren Anregungs-, Wiederholungsfrequenzen ein zuverläs siges Betreiben des Excimer-Lasers möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Laseroszillatorschaltung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch eine Laseroszil latorschaltung mit den Merkmalen von Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Laseroszillatorschaltung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht dabei in der Bereitstellung einer Laseroszillatorschaltung, die so ausgelegt ist, daß sie im Betrieb mit hoher Wiederholungsrate eine geringe Schwan kung der Ausgangsleistung aufweist.

Ferner besteht ein Vorteil der Erfindung in der Bereitstel lung einer Laseroszillatorschaltung mit sehr guter Laserlei stung und hoher Zuverlässigkeit auf einem hohen Laserener giepegel, indem die Beanspruchung des Hochspannungsschalters verringert und dadurch seine Verschlechterung verhindert wird.

Gemäß der Erfindung wird eine Laseroszillatorschaltung ange geben, die aufweist:
ein Lasergehäuse mit einem Lasergas;
eine erste und eine zweite Hauptelektrode, die im Gehäuse ein ander gegenüberstehend angeordnet sind;
einen Spikerkondensator, der den beiden Hauptelektroden parallelge schaltet ist;
einen Erhaltungskondensator, der über einen schaltbaren magnetischen Isolator den beiden Hauptelektroden parallelgeschaltet ist;
eine Spikerkondensator- Ladestromquelle zum Aufladen des Spikerkondensators,
und eine Erhaltungskondensator-Ladestromquelle, die den Erhaltungskon densator mit entgegengesetzter Polarität relativ zum Spiker kondensator durch die Spikerkondensator-Ladestromquelle auf lädt,
wobei zuerst der Erhaltungskondensator auf eine vorbestimmte Ladespannung und anschließend der Spikerkonden sator von der Spikerkondensator-Ladestromquelle aufgeladen wird; die Laseroszillatorschaltung ist dabei dadurch gekenn zeichnet, daß der schaltbare magnetische Isolator während des Ladens des Spikerkondensators durch die Spikerladestromquelle mit einer Polarität, die derjenigen des Erhaltungskondensa tors, der zuerst von der Erhaltungskondensator- Ladestromquelle aufgeladen wurde, entgegengesetzt ist, von seinem Ausschaltzustand in seinen Einschaltzustand umschal tet, bevor die Ladespannung an den Anschlüssen des Spikerkon densators eine Durchbruchspannung erreicht, welche die Auslö sung einer Entladung zwischen dem Paar von ersten und zweiten Hauptelektroden ermöglicht, so daß die im Erhaltungskondensa tor gespeicherte Ladung zum Spikerkondensator übertragen wird, um die Entladung zwischen den beiden Hauptelektroden mit einer der Spikerladestromquelle entgegengesetzten Polari tät auszulösen, wobei der Laseroszillator repetitiv arbeitet und die Erhaltungskondensator-Ladestromquelle wenigstens eine Stufe eines Magnetimpulskompressionskreises aufweist.

Bei dieser Laseroszillatorschaltung kann das im Gehäuse be findliche Lasergas als Gasstrom in das Gehäuse und aus dem Gehäuse strömen.

Die Kapazität des Erhaltungskondensators ist bevorzugt erheb lich größer als die des Spikerkondensators, und der Absolut wert der Spikerladespannung |V_S| ist bevorzugt nicht kleiner als das 0,6fache desjenigen der Durchbruchspannung |V_b|, und die Streuinduktivität L_s entlang der Schleife, durch die der Entladestrom des Erhaltungskondensators fließt, ist bevorzugt viel kleiner als die Streuinduktivität L₁ entlang der Schlei fe, durch die der Entladestrom des Spikerkondensators fließt.

Der magnetische Isolator ist bevorzugt so ausgelegt, daß sei ne Charakteristiken der folgenden Beziehung genügen:

(Bs + Br)S < 1/2(V_OPFN - V_b)Δt_b

mit Bs = Sättigungsmagnetflußdichte,
Br = Restmagnetflußdichte,
S = Kernquerschnittsfläche des Magnetmaterials im magnetischen Isolator,
V_OPFN = Spikerladespannung,
Vb = Selbstdurchbruchspannung und
Δt_b = Zeitverzögerung zwischen der Auslösung des entgegengesetzten Ladens des Spikerkondensators und dem Selbstdurchbruch des Lasers.

Bevorzugt weist die Schaltung eine Vorionisationsquelle zur Vorionisation des Lasergases in einem Raum zwischen den bei den Hauptelektroden auf und arbeitet bevorzugt repetitiv mit einer Wiederholungsfrequenz von wenigstens dreimal pro Sekun de.

Außerdem kann die Vorionisationsquelle bevorzugt die Vorioni sation des Lasergases nach der Auslösung des Ladevorgangs des Erhaltungskondensators und vor der Auslösung des Ladevorgangs des Spikerkondensators auslösen und die Durchbruchspannung an den beiden Hauptelektroden, die durch Anlegen eines steil an steigenden Impulses ausgebildet wird, so regeln, daß sie kon stant ist.

Aus dem vorgenannten Grund kann die Zeitkonstante zum Laden des Erhaltungskondensators bevorzugt im Bereich von 1-5 µs liegen, und der Strom für die Vorionisation kann bevorzugt 100-500 ns vor dem Auslösen des Ladevorgangs des Spikerkon densators zu fließen beginnen.

Diese Laseroszillatorschaltung kann ferner eine Einrichtung zur Steuerung des Betriebszeitpunktes der Vorionisationsquel le nach Maßgabe der Frequenz des repetitiven Betriebs aufwei sen.

Ferner kann die Laseroszillatorschaltung bevorzugt aufweisen: eine Einrichtung zum Detektieren des Betriebs des magneti schen Impulskompressionskreises bzw. Magnetimpulskompressi onskreises und zum Erzeugen eines Detektiersignals,
einen Triggersteuerkreis zur Erzeugung eines Signals, das die Spi kerkondensator-Ladestromquelle zum Laden des Spikerkondensa tors mit vorbestimmter Verzögerung nach der Erzeugung des De tektiersignals auslöst, und
eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Zeitpunkts zum Laden des Erhaltungskondensa tors nach Maßgabe des Ladezeitpunkts des Spikerkondensators.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Laseros zillatorschaltung angegeben mit: einem Lasergehäuse mit einem Lasergas; einer ersten und einer zweiten Hauptelektrode, die einander in dem Gehäuse gegenüberstehen; einem Spikerkonden sator, der den beiden Hauptelektroden parallelgeschaltet ist; einem Erhaltungskondensator, der über eine Schaltvorrichtung den beiden Hauptelektroden parallelgeschaltet ist; einer er sten Stromquelle zum Laden des Spikerkondensators; einer zweiten Stromquelle zum Laden des Erhaltungskondensators über einen Hochspannungsschalter; und einer Vorionisationsquelle zum Vorionisieren des Lasergases in einem Raum zwischen den beiden Hauptelektroden; dabei ist die Laseroszillatorschal tung dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromquelle zum Laden des Erhaltungskondensators wenigstens eine Stufe eines magnetischen Impulskompressionskreises bzw. Magnetimpulskom pressionskreises aufweist.

Bei diesem Aspekt der Erfindung kann die Polarität, mit der der Erhaltungskondensator geladen wird, mit derjenigen des Spikerkondensators identisch sein. Das Gas im Gehäuse kann als Gasstrom in das Gehäuse ein- bzw. aus dem Gehäuse aus strömen. Ferner kann diese Laseroszillatorschaltung aufwei sen: eine Einrichtung zum Detektieren des Betriebs des magne tischen Impulskompressionsschaltkreises und zum Erzeugen eines Detektiersignals, eine Triggersteuereinrichtung, der ein Signal zum Anstoßen der ersten Stromquelle zum Laden des Spikerkondensators mit einer vorbestimmten Verzögerung nach der Erzeugung des Detektiersignals liefert, und eine Steuer einrichtung zum Einstellen des Zeitpunkts zum Laden des Er haltungskondensators nach Maßgabe des Ladezeitpunkts des Spi kerkondensators.

Bei dieser gemäß der Erfindung aufgebauten Laseroszillator schaltung wird das Aufladen des Spikerkondensators durch den Schaltbetrieb des magnetischen Isolators, der in einen Kreis eingeschaltet ist, der den Erhaltungskondensator mit den Hauptelektroden verbindet, sehr schnell auf entgegengesetzte Polarität umgeschaltet, und an die Hauptelektroden wird eine Spannung mit sehr steilem Anstieg angelegt. Außerdem kann durch Parallelschalten des Vorionisators mit dem Spikerkon densator die durch die Vorionisation im Lasergehäuse erzeugte Elektronendichte in einfacher Weise und in einer einfachen Konstruktion erhöht werden.

Die Laseroszillatoreinrichtung mit dem Vorionisator kann so ausgelegt sein, daß sie nur die Vorionisation innerhalb einer bestimmten Verzögerungszeit nach der Auslösung des Ladens des Erhaltungskondensators ausführt. Je länger also die Verzöge rungsdauer ist, umso höher wird die Auslösespannung für den Selbstdurchbruch im repetitiven Betrieb. Mit anderen Worten kann viel mehr Laserpumpenergie im Erhaltungskondensator ge speichert werden. Da sie außerdem so ausgelegt sein kann, daß die Vorionisation vor dem Auslösen des Ladevorgangs des Spi kerkondensators mit entgegengesetzter Polarität ausgelöst wird, wird die Zeit bis zum Auslösen der Entladung verkürzt, und die Entladung kann bei einer bestimmten Spannung statt finden, bevor die Spannung an den Hauptelektroden die erste Spitzenspannung V_p1, erreicht.

Die Erfindung bietet also den Vorteil, daß eine Laseroszilla torschaltung mit hoher Ausgangsleistung, hoher Stabilität und gutem repetitivem Betriebsverhalten angegeben wird.

Der durch Entladung gepumpte Laseroszillator nach der Erfin dung, bei dem der magnetische Impulskompressionskreis paral lel zu dem Ladekondensator und dem Erhaltungskondensator ge schaltet ist, bietet den Vorteil, daß die Beanspruchung des Hochspannungsschalters verringert und die Zeitkonstante zum Laden des Erhaltungskondensators verkürzt wird und daß ferner eine Lasereinrichtung mit sehr gutem Betriebsverhalten, lan ger Standzeit und hoher Zuverlässigkeit realisierbar ist.

Durch Vorsehen einer Detektiereinrichtung, die den Betrieb des magnetischen Impulskompressionskreises detektiert, und des mit Verzögerung arbeitenden Triggergenerators kann ferner der Laseroszillator den Zeitpunkt zum Aufladen des Erhal tungskondensators präzise so einstellen, daß dies dem Zeit punkt zum Aufladen des Spikerkondensators entspricht. Der Vorteil liegt also darin, daß Schwankungen der Laserausgangs leistung erheblich vermindert werden.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1A ein Schaltbild einer entladungsgepumpten Laserein richtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1B ein Schaltbild einer entladungsgepumpten Laserein richtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 Diagramme, die den Betrieb der Schaltung von Fig. 1A erläutern;

Fig. 3 ein Diagramm von repetitiven Schwingungscharakteri stiken der Schaltung von Fig. 1A;

Fig. 4 ein Diagramm der Lasergasdruckabhängigkeit einer Lasereinrichtung, wobei ein Schienenspaltschalter verwendet wird;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Betriebscharakteristik des magnetischen Isolators des Ausführungsbeispiels von Fig. 1A zeigt;

Fig. 6 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem magnetischen Impulskompres sionskreis und einer Erhaltungskondensator-Lade stromquelle;

Fig. 7 Diagramme, die den Betrieb der Schaltung nach Fig. 6 verdeutlichen;

Fig. 8 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einem zweistufigen magnetischen Impulskompres sionskreis gemäß der Erfindung;

Fig. 9 ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels mit magnetischem Impulskompressionskreis und einem Spannungsumpolungskreis gemäß der Erfindung;

Fig. 10 Diagramme, die den Betrieb der Schaltung von Fig. 9 verdeutlichen;

Fig. 11 bis 15 jeweils ein Schaltbild eines weiteren Ausführungs beispiels, das eine Modifikation des Ausführungs beispiels von Fig. 6 ist;

Fig. 16 ein Schaltbild eines Beispiels der konventionellen entladungsgepumpten Lasereinrichtung;

Fig. 17 Diagramme, die den Betrieb der Schaltung von Fig. 16 verdeutlichen;

Fig. 18 ein Ersatzschaltbild der Einrichtung von Fig. 16;

Fig. 19 ein Schaltbild eines weiteren Beispiels der konven tionellen entladungsgepumpten Lasereinrichtung;

Fig. 20 Diagramme, die den Betrieb der Schaltung von Fig. 19 zeigen;

Fig. 21 ein Schaltbild der konventionellen entladungsge pumpten Lasereinrichtung mit einer Vorrichtung zur Vorionisation des Lasergases und einer modifizier ten Erhaltungskondensator-Ladestromquelle; und

Fig. 22 ein Diagramm, das den Betrieb der Schaltung von Fig. 21 verdeutlicht.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im folgenden anhand der Fig. 1A und 1B zwei Ausführungsbeispiele von aus dem Stand der Technik bekannten Laseroszillatorschaltungen beschrieben, bevor die eigentliche Erfindung erläutert wird.

Beispiel 1

Die Schaltung von Fig. 1A gemäß dem Stand der Technik gleicht stark der Schaltung mit konventionellem Schaltmodus nach Fig. 19, und gleiche bzw. äquivalente Teile sind mit den gleichen Symbolen bzw. Bezugszeichen versehen. 23 bezeichnet zusätz lich die Richtung des Lasergasstroms. Die Schaltung unter scheidet sich aber von der bekannten Schaltung zumindest be züglich der Betriebscharakteristik des magnetischen Isolators 13. Die Betriebscharakteristiken der Einrichtung von Fig. 1A werden unter Bezugnahme auf die Diagramme von Fig. 2 erläu tert.

Nachstehend wird der Betrieb der Schaltung dieses Beispiels beschrieben. Der Erhaltungskondensator 11 ist zuerst von der Erhaltungskondensator-Ladestromquelle 12 auf eine vorbestimm te Ladespannung V_OPFN aufgeladen worden. Dann wird der Spiker kondensator 6 von der ihn mit entgegengesetzter Polarität aufladenden Spikerladestromquelle 21 aufgeladen. In diesem Fall ist die Polarität der an den Bereich zwischen den Haup telektroden 3 und 4 anzulegenden Spannung V_g negativ, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist. Wenn dieser Ladezustand aufrechterhal ten wird, erhöht sich die Spannung V_g weiter in negativer Richtung, wie die Strichlinienkurve in Fig. 2(a) zeigt, und wenn sie die hypothetische Durchbruchspannung V_b erreichen würde, sollte die Anregungsentladung 5 ausgelöst worden sein. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedoch der ma gnetische Isolator 13 so ausgelegt, daß er zu einem Zeitpunkt (Umschaltpunkt) einschaltet, zu dem die Spannung V_g den Pegel V_s erreicht, der ausreichend kleiner als die Spannung V_b ist und zeitlich ausreichend weit vorher erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt fließt die im Erhaltungskon densator 11 gespeicherte Ladung in einem Zug in den Spiker kondensator 6, und der Spikerkondensator 6 wird sehr schnell mit derselben Polarität wie der Erhaltungskondensator 11 auf geladen. Dann wird zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung den Pegel V_b1 erreicht, der einen größeren Absolutwert als die Durchbruchspannung V_b in negativer Richtung hat, eine gleichförmige Anregungsentladung 5 ausgelöst. Zu diesem Zeit punkt fließt die im Erhaltungskondensator 11 gespeicherte La dung in den Hauptentladungsbereich zur Durchführung einer La serschwingung.

Im übrigen ist der Anstieg der Spannung im Laufe des Aufla dens des Spikerkondensators 6 im Einschaltzustand des magne tischen Isolators 13 in dem Ersatzschaltbild von Fig. 18 ver anschaulicht. In diesem Fall ist der Leitungswiderstand R_s in der Schleife, durch die der Strom i_n fließt, vernachlässigt, weil er ausreichend klein ist. Aus dem gleichen Grund wird auch der Einfluß der den Spikerkondensator entgegengesetzt aufladenden Ladestromquelle 21 vernachlässigt. Zusätzlich wird angenommen, daß c₁ << c₂ ist, was allgemein in einem Schal tungssystem mit Spiker/Erhaltungskondensator der Fall ist.

Unter den obigen Bedingungen ist die mittlere Spannungsan stiegsrate, bis der Spikerkondensator seine Spitzenspannung in der Schaltung erreicht, durch die folgende Gleichung wie dergegeben:

(dV₂/dt)_ave = (1/π) . 2(V_OPFN - V_s) . (L_s . C₂)^-1/2 (3).

Indem man die Variablen in der obigen Gleichung durch die folgenden typischen Werte ersetzt:

V_OPFN = 10 kV
V_s = -20 kV
L_s = -40 nH und
c₂ = 6 nF

wird die Rate (dV₂/dt)_ave = 1230 kV/µs erhalten.

Dieser Wert ist angenähert dreimal so groß wie derjenige, der mit derselben Formel mit der im Schaltmodus arbeitenden kon ventionellen Schaltung erreicht wird.

Der Hauptgrund für den sehr schnellen Spannungsanstieg liegt darin, daß die Induktivität L_s auf einen Wert begrenzt ist, der kleiner als L₁ ist, was aus einem Vergleich der Gleichung (3) mit der Gleichung (2) hervorgeht. Infolgedessen wird an den Bereich zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 eine Span nung mit sehr schnellem Anstieg angelegt, und es wird eine stabilere und gleichmäßigere Anregungsentladung erhalten. Au ßerdem wird bei gleicher Ladeenergiemenge eine höhere Aus gangsleistung und ein höherer Wirkungsgrad sowie eine gute Reproduzierbarkeit der Laserschwingung erreicht.

Nachstehend werden die Resultate von Experimenten beschrie ben, die die Überlegenheit dieser Betriebsart (nachstehend als "Polaritätsumkehrmodus" bezeichnet) gegenüber den anderen Betriebsarten (Schaltmodus) beweisen.

Das Diagramm von Fig. 3 faßt die Ausgangscharakteristiken bei der repetitiven Schwingung unter den gleichen Betriebsbedin gungen sowohl im Schalt- als auch im Polaritätsumkehrmodus zusammen. Wie daraus ersichtlich ist, beginnt die Ausgangs leistung im Schaltmodus abzunehmen, wenn die Wiederholungs frequenz 300 Hz übersteigt, wie auch in der vorhergehenden Beschreibung des Standes der Technik erläutert wurde, wogegen im Polaritätsumkehrmodus eine im wesentlichen lineare Erhö hung der Ausgangsleistung bis zu 500 Hz beobachtet wird. Es wird davon ausgegangen, daß dies auf der unterschiedlichen Gleichmäßigkeit der Spikerentladungen sowie auf dem Vorhan densein der Ruheperiode in dem vom Erhaltungskondensator ge lieferten Anregungsstrom basiert und in der Hauptsache auf den Unterschied der Anstiegsraten der Spannungen zurückgeht, die zum Zeitpunkt der Auslösung der Spikerentladung anliegen.

Das Diagramm von Fig. 4 faßt ein Ergebnis des Experiments zu sammen. Dabei ist die Ausgangskennlinie einer Schaltung ge zeigt, die anstelle des magnetischen Isolators einen Schie nenspaltschalter im Einzelimpulsbetrieb verwendet. Im Fall des Schienenspaltschalters ist es möglich, entweder den Schaltmodus oder den Polaritätsumkehrmodus durch einfaches Ändern des Drucks des Arbeitsgases zu wählen. Wie das Dia gramm zeigt, wird eine Erhöhung der Ausgangsleistung von ca. 20% mit dem Polaritätsumkehrmodus gegenüber dem Schaltmodus erreicht. Es wird angenommen, daß der Grund für diesen Unter schied auf der unterschiedlichen Gleichförmigkeit der Spike rentladungen basiert, und zwar hauptsächlich wegen der Unter schiede der Anstiegsgeschwindigkeiten der Spannungen, die zum Zeitpunkt der Auslösung der Spikerentladung anliegen. Ein weiterer möglicher Grund kann sein, daß im Polaritätsumkehr modus eine effektivere Spikerentladung realisierbar ist, und zwar, weil im Schaltmodus die Richtung des vom Spikerkonden sator zugeführten Stroms relativ zu derjenigen vom Erhal tungskondensator entgegengesetzt ist, während im Polari tätsumkehrmodus beide gleich sind.

Wie ferner aus der obigen Gleichung (3) ersichtlich ist, sollte die Ladespannung V_S des Spikerkondensators 6 unmittel bar vor dem Schalten des magnetischen Isolators 13 bevorzugt einen großen Absolutwert haben, um dadurch den Anstieg der Spannung an den Hauptelektroden zu verbessern, und die La despannung V_S zu diesem Zeitpunkt sollte den folgenden Wert haben:

|V_S| ≧ 0,6. |V_b| ,

um einen stabilen Betrieb durchführen zu können.

Das Diagramm von Fig. 5 zeigt die zeitliche Abhängigkeit der an die Hauptelektroden 3 und 4 angelegten Spannung V_g bei Verwendung des magnetischen Isolators 13. In der Anfangsphase wird der Spikerkondensator 6 ebenfalls von der Erhaltungskon densator-Ladestromquelle 12 bis auf V_OPFN aufgeladen. Auch in diesem Zustand ist es möglich, den Spikerkondensator von der Spikerpolaritätsumkehr-Ladestromquelle 21 in negativer Rich tung aufladen zu lassen. Der magnetische Isolator 13 ist so ausgelegt, daß er zu einem Zeitpunkt gesättigt ist, zu dem die Spannung V_g den Pegel V_S für die hypothetische Durch bruchspannung V_b in negativer Richtung erreicht. Mit anderen Worten sind die Sättigungsmagnetflußdichte B_S, eine Restma gnetflußdichte B_r und eine Kernquerschnittsfläche S des Ma gnetmaterials im magnetischen Isolator so gewählt, daß der Magnetfluß des Magnetmaterials im magnetischen Isolator zu einem Zeitpunkt gesättigt ist, zu dem er einen durch den schraffierten Bereich bezeichneten Integrationswert B er reicht.

Wenn also eine Zeitdauer Δt_S als die Zeitdauer von der Auslö sung der Spikerpolaritätsumkehr-Ladestromquelle 21 bis zu ei nem Zeitpunkt, zu dem die Spannung der Stromquelle den Pegel V_S erreicht, angenommen wird, ist der schraffierte Bereich B durch die folgende Gleichung repräsentiert:

(B_S + B_r)S = 1/2(V_OPFN - V_s)Δt_S,

wobei dieser Bereich kleiner als die Fläche eines ähnlichen Dreiecks mit verlängerter Grundlinie Δt_S ist, die bis zu ei nem Zeitpunkt erforderlich wäre, zu dem die Spannung die hy pothetische Durchbruchspannung V_b erreicht haben sollte, und zwar:

(B_S + B_r)S = 1/2(V_OPFN - V_b)Δt_b.

Daher sollte der magnetische Isolator so ausgelegt sein, daß er der folgenden Beziehung genügt:

(B_S + B_r)S < 1/2(V_OPFN - V_b)Δt_b.

In der Schaltung von Fig. 1B, die ein weiteres Beispiel gemäß dem Stand der Technik zeigt, ist eine gesonderte Vorionisati onsquelle 29 vorgesehen, um die Funktionsweise der vorherge henden Beispiele zu verbessern.

Die Grundkonstruktion sowie die Funktionsweise der Schaltung von Fig. 1B entsprechen der Schaltung der Fig. 1A mit der Ausnahme, daß zur Vorionisation die gesonderte Stromversor gung 29 vorgesehen ist.

In diesem Fall wird jedoch zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung V_g zwischen den Hauptelektroden 3 und 4a nach dem Laden des Erhaltungskondensators 11 durch dessen Ladestrom quelle 11 ausreichend angestiegen ist, die Stromquelle 29 für die Vorionisation aktiviert und führt eine Spannung an die zweite Hauptelektrode 4a und die Hilfselektrode 25. Dann be ginnt aufgrund des Anlegens der Spannung ein Vorionisations strom i_p1 zu fließen und induziert eine Koronaentladung zwi schen den Öffnungen in der Hauptelektrode 4a und entlang der Oberfläche eines dielektrischen Körpers 24. Durch diese "Oberflächen-Koronaentladung" nimmt das Lasergas in der La serzone, in der die Anregungsentladung 5 stattfindet, einen schwach ionisierten Zustand an. In einer Phase, in der sich die Vorionisation beträchtlich ausbildet, erreicht die Span nung V_g zwischen den Hauptelektroden 3 und 4a den Pegel V_OPFN, der gleich der vorbestimmten Ladespannung des Erhaltungskon densators 11 ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spikerlade stromversorgung 21 aktiviert und beginnt mit der Aufladung des Spikerkondensators 6 mit umgekehrter Polarität. Wenn die Spannung V_g den Pegel V_S erreicht, dessen Polarität V_OPFN ent gegengesetzt ist, wird der magnetische Isolator 13 aktiviert und ermöglicht einen schnellen Ladungsübergang vom Erhal tungskondensator 11 zum Spikerkondensator 6. Durch diesen La dungsübergang wird an den Raum zwischen den Hauptelektroden 3 und 4a eine sehr schnelle Impulsspannung angelegt, wodurch zuverlässig eine Entladung mit einer Spannung V_b1 nahe der ersten Spitzenspannung V_p1 ausgelöst wird, und zwar deshalb, weil die Vorionisation des eingeschlossenen Gases bereits während des Aufladens des Erhaltungskondensators 11 begonnen hatte und die Elektronenvervielfachung mit einem bestimmten Grad räumlicher Gleichförmigkeit bis zu dieser Ladespannung bereits ausgebildet wurde. Die Anregungsentladung 5 zu diesem Zeitpunkt ist eine gleichförmige und stabile Entladung und kann eine Laserschwingung mit hohem Wirkungsgrad realisieren, weil die Entladung unter gleichmäßiger Vorionisation und aus reichender Überspannung ausgelöst wird. Da die Vorionisation ferner in einer Phase stattfindet, in der die Ladespannung des Erhaltungskondensators 11 einer vorbestimmten Spannung V_OPFN angenähert ist, kann auch im repetitiven Betrieb eine Spannung mit einer Tendenz zum Selbstdurchbruch in gewissem Umfang auf einem hohen Pegel gehalten werden.

Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Strom i_P1 für die Vorionisation zu fließen beginnt, und dem Zeitpunkt, zu dem der Spikerkondensator 6 mit entgegengesetzter Polari tät aufgeladen wird, wird mit Δt_PI angenommen. Der Optimal wert von Δt_PI kann Null sein oder bevorzugt nahe Null liegen, und zwar im Hinblick auf die Unterdrückung des Selbstdurch bruchs, indem ein möglichst hoher Wert der Ladespannung V_OPFN erzielt und eine möglichst hohe Ausgangsleistung des Lasers realisiert wird. Im Gegensatz dazu ist die Vorgabe einer Ver zögerungszeit bestimmter Dauer zum zuverlässigen Auslösen der Entladung zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung den ersten Spitzenwert V_p1 nach dem Schaltvorgang bei V_S erreicht, uner läßlich. Der Erhaltungskondensator 11 muß zwar mit einer Zeitkonstanten von 1-5 µs im repetitiven Betrieb aufgeladen werden; es wurde aber gefunden, daß für den XeC1-Laser im Hinblick auf Ausgangsleistung und Stabilität ein optimaler Wert von Δt_PI zu diesem Zeitpunkt irgendwo zwischen 100 und 500 ns liegt.

Beispiel 2

Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Impulslaser-Entladungspumpschaltung. Dabei sind Teile und Komponenten, die dem konventionellen Beispiel von Fig. 21 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und wer den nicht erneut beschrieben. Bei dieser Schaltung bezeichnet 45 allgemein einen magnetischen Impulskompressionskreis mit einer sättigungsfähigen Drossel 42 und einem Kondensator 43. In der Erhaltungskondensator-Ladestromquelle 37 ist eine La dezeitkonstanten-Einstellinduktivität 44 vorgesehen, um die Ladezeitkonstante des Ladekondensators 43 vorzugeben. Ferner ist eine Vorionisationsquelle bzw. -einrichtung 41 zur Vorio nisation des Lasergases in dem Raum zwischen den beiden Hauptelektroden 31, 32 vorgesehen.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Schaltung von Fig. 6 beschrieben. In den Diagrammen von Fig. 7 bezeichnen das Im pulsdiagramm (a) eine Änderung der Spannung, die zwischen ei nem Paar von Hauptelektroden 31 und 32 anzulegen ist, und das Impulsdiagramm (b) eine über die Zeit auftretende Änderung der Spannung am Kondensator 43 dieses magnetischen Impulskom pressionskreises.

Wenn der Hochspannungsschalter 39 einschaltet, wird die im Ladekondensator 38 gespeicherte Energie zuerst zum Kondensa tor 43 des magnetischen Impulskompressionskreises überführt, und zwar durch den Hochspannungsschalter 39 und die Entla dungszeitkonstanten-Einstellinduktivität 44, und wird dort gespeichert (Periode E in Fig. 7(a) und Fig. 7(b)). Dabei kann die Beanspruchung des Hochspannungsschalters 39 ausrei chend stark reduziert werden, indem der Kondensator 43 dieses magnetischen Impulskompressionskreises 45 langsam nach Maßga be der Leistungsfähigkeit des Hochspannungsschalters 39, die durch die Entladezeitkonstanten-Einstellinduktivität 44 be stimmt ist, geladen wird.

In der Schaltungsanordnung dieses Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 ist die sättigungsfähige Drossel 42 des magnetischen Impulskompressionskreises 45 bereits vorher so eingestellt worden, daß sie einen Schaltvorgang zu einem Zeitpunkt durch führt, zu dem die gesamte im Ladekondensator 38 gespeicherte Energie auf den Kondensator 43 dieses magnetischen Impulskom pressionskreises 45 übergeht. Durch diese Einstellung wird die im Kondensator 43 des magnetischen Impulskompressions kreises 45 gespeicherte Energie zum Erhaltungskondensator 35 über die sättigungsfähige Drossel 42 des magnetischen Impuls kompressionskreises 45 und die Ladezeitkonstanten-Einstell induktivität 40 übertragen, und gleichzeitig geht auch die Energie vom Ladekondensator 38 auf den Spikerkondensator 33 über, wodurch die Spannung an den Hauptelektroden 31 und 32 erhöht wird (in der Periode A von Fig. 7). Eine Obergrenze der Spannung ist durch die Entladungsauslösespannung V_b an den Hauptelektroden 31 und 32 bestimmt.

Je kürzer die Zeitkonstante T_c zum Laden des Erhaltungskon densators 35 ist, umso höher wird die Entladungsauslösespan nung V_b, wie in bezug auf den Stand der Technik nach Fig. 21 bereits erläutert wurde.

Bei diesem Aspekt der Erfindung ist der magnetische Impuls kompressionskreis 45 zwischen dem Ladekondensator 38 und dem Erhaltungskondensator 35 vorgesehen. Daher kann die Ladezeit konstante T_c um mehrere Bruchteile der Zeitdauer verkürzt werden, die zum Ladungsübergang vom Ladekondensator 38 auf den Kondensator 43 benötigt wird, ohne daß die Beanspruchung des Hochspannungsschalters 39 erhöht wird. Somit kann die Durchbruchspannung V_b ausreichend hoch gemacht werden, so daß der Erhaltungskondensator 35 mehr Energie speichern kann.

Anschließend wird am Spikerkondensator 33 durch die Spikerla destromquelle 34 eine hohe Spannung induziert, so daß sich zwischen den Hauptelektroden 31 und 32 eine Entladung ausbil det, wenn die Spannung an den Hauptelektroden den Pegel V_b übersteigt (Periode B von Fig. 7). Wenn sich die Entladung ausbildet, fällt die Spannung an den Hauptelektroden 31 und 32 abrupt ab (Periode C von Fig. 7), und dann wird der magne tische Isolator 36 eingeschaltet. Dadurch wird die im Erhal tungskondensator 35 gespeicherte große Energiemenge durch den magnetischen Isolator 36 in die erzeugte Entladung injiziert, so daß das Lasergas angeregt (Periode D von Fig. 7) und eine hohe Laserenergie erzeugt wird.

Beispiel 3

Eine wichtige weitere Ausführungsform ist eine Einrichtung mit "Polaritätsumkehrmodus" nach den Fig. 9 und 10, wobei die Polarität der Ladespannung des Erhaltungskondensators 35 zu derjenigen des Spikerkondensators 33 entgegengesetzt ist, was im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen "Dioden-Modus" steht, der unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 von Beispiel 2 er läutert wurde.

Bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 sind die Teile und Komponenten, die Fig. 6 entsprechen, mit den gleichen Bezugs zeichen versehen und werden nicht mehr beschrieben. 46 be zeichnet einen Spannungspolaritätsumkehrkreis.

Nachstehend wird die Funktionsweise dieser Schaltungsanord nung unter Bezugnahme auf die Diagramme der Fig. 10 beschrie ben, wobei das Impulsdiagramm 10(a) Spannungsänderungen an den Hauptelektroden 31 und 32 und das Impulsdiagramm 10(b) die Spannungsänderung des Kondensators 43 des magnetischen Impulskompressionskreises zeigt. Wenn der Hochspannungsschal ter 39 eingeschaltet wird, geht die im Ladekondensator 38 ge speicherte Energie auf den Kondensator 43 des magnetischen Impulskompressionskreises 45 durch den Hochspannungsschalter 39 und den Spannungspolaritätsumkehrkreis 46 über und wird darin gespeichert, obwohl die Polarität der Spannung positiv ist (Periode E von Fig. 10). Wenn dann die gesamte im Lade kondensator 38 gespeicherte Energie auf den Kondensator 43 für den magnetischen Impulskompressionskreis übergegangen ist, geht die gespeicherte Energie durch die sättigungsfähige Drossel 42 des magnetischen Impulskompressionskreises 45 und die Schalteinrichtung 36 auf den Erhaltungskondensator 35 und durch die sättigungsfähige Drossel 42 des magnetischen Im pulskompressionskreises auf den Spikerkondensator 33 über, wodurch die Spannung an den Hauptelektroden 31 und 32 an steigt (Periode A von Fig. 10).

Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Aufladen des Erhaltungskondensa tors 35 beendet ist, tritt eine bestimmte Spannung an beiden Enden des Spikerkondensators 33 auf. Der Spikerkondensator 33 hat entgegengesetzte Polarität zu der Ladespannung des Erhal tungskondensators 35 von der Spikerladestromquelle 34. Gleichzeitig erfolgt durch Sättigung des magnetischen Isola tors 36 ein plötzlicher Übergang der Ladung vom Erhaltungs kondensator 35 zum Spikerkondensator 33. Dadurch wird am Spi kerkondensator 33 eine hohe Spannung induziert, und wenn die Spannung an den Hauptelektroden den Pegel V_b übersteigt, ent wickelt sich eine Entladung zwischen den Hauptelektroden 31 und 32 (Periode B von Fig. 10). Wenn sich die Entladung aus bildet, wird die im Erhaltungskondensator 35 gespeicherte Energie durch die Schalteinrichtung 36 in die ausgebildete Entladung injiziert, wodurch das Lasergas angeregt wird (Pe riode D von Fig. 10) und einen Laserstrahl emittiert. Der Spannungspolaritätsumkehrkreis 46 bei diesem Ausführungsbei spiel hat nicht nur die Funktion, die Beanspruchung des Hoch spannungsschalters zu vermindern, sondern auch dessen Ver schlechterung zu verhindern, weil die sättigungsfähige Drossel 42 des magnetischen Impulskompressionskreises 46 das Anlegen der an den Hauptelektroden 31 und 32 sich ausbilden den hohen Spannung direkt an den Hochspannungsschalter 39 verhindern kann.

Beispiel 4

Wie bereits beschrieben, wird der Vorgang des Aufladens des Erhaltungskondensators 35 durch den Sättigungszustand der sättigungsfähigen Drossel 42 des magnetischen Impulskompres sionskreises ausgelöst. Die Bedingungen für den Sättigungszu stand der sättigungsfähigen Drossel sind durch das Produkt aus der an die sättigungsfähige Drossel anzulegenden Spannung und der Zeit bestimmt, wobei dieses Produkt dem Integral der Spannung V_i(t) am Kondensator 43 des magnetischen Impulskom pressionskreises mit der Zeit, d. h. dem schraffierten Be reich unter der Kurve (b) in Fig. 7, entspricht. Es ist daher schwierig, den Zeitpunkt der Ladungsbeendigung für den Erhal tungskondensator 35 dem Betriebszeitpunkt der Spikerlade stromquelle 34 zuzuordnen, weil der Zeitpunkt des Sättigungs zustands der sättigungsfähigen Drossel 42 des magnetischen Impulskompressionskreises sich mit der Spannung ändert.

Das Schaltbild von Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel, das diese Schwierigkeit überwinden soll, und zeigt ein Schal tungsbetriebszeitpunkt-Steuersystem. Entsprechende Komponen ten und Teile wie im ersten Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und die im vorhergehenden Beispiel gegebene Beschreibung gilt sinngemäß. Gegenüber dem Beispiel nach Fig. 9 weist dieses Beispiel die folgenden Un terschiede und Merkmale auf. 47 bezeichnet ein Spannungsmeß instrument, das den Sättigungs/Nichtsättigungszustand der sättigungsfähigen Drossel 42 des magnetischen Impulskompres sionskreises detektiert, und 48 ist ein verzögerter Trigger generator. Der Triggergenerator 48 erzeugt ein Triggersignal zur Aktivierung der Spikerladestromquelle 34 nach Eingang des Detektiersignals, das von einer Verzögerung bestimmter Dauer gefolgt ist.

Da bei dieser Schaltung der Vorgang des Ladens des Erhal tungskondensators 35 durch den Kondensator 43 des magneti schen Impulskompressionskreises durch den Sättigungszustand der sättigungsfähigen Drossel 42 des Impulskompressionskrei ses ausgelöst wird, fällt die Spannung am Kondensator 43 des magnetischen Impulskompressionskreises ab, und der Spannungs abfall wird vom Spannungsmeßinstrument 47 detektiert, und dann wird die Spikerladestromquelle 34 aufgrund des Meßergeb nisses aktiviert. Da die Zeitkonstante T_c zum Laden des Er haltungskondensators 35 durch die Induktivität 40 zur Vorgabe der Ladezeitkonstanten festgelegt ist, kann der Zeitpunkt der Ladungsbeendigung des Erhaltungskondensators 35 exakt auf den Aktivierungszeitpunkt der Spikerladestromquelle 34 einge stellt werden.

Beispiel 5

Im vorhergehenden Beispiel 4 dient ein Spannungsmeßgerät zum Messen des Sättigungs/Nichtsättigungszustands der sättigungs fähigen Drossel 42 des magnetischen Impulskompressionskrei ses; selbstverständlich wird der gleiche Vorteil erzielt, wenn die Spannung am Erhaltungskondensator 35 gemessen wird (Fig. 12).

Beispiel 6

In einer modifizierten Schaltungsanordnung gemäß Fig. 14 wird ein Strommeßgerät 49 verwendet, um den Sättigungs/Nichtsätti gungszustand der sättigungsfähigen Drossel 42 des magneti schen Impulskompressionskreises 45 zu messen.

Beispiel 7

In einer anderen modifizierten Schaltungsanordnung nach Fig. 13 ist an der sättigungsfähigen Drossel 42 des magnetischen Impulskompressionskreises eine Sekundärwicklung 42a vorgese hen, und die Spannung an der Sekundärwicklung wird gemessen, um den Sättigungs/Nichtsättigungszustand zu detektieren. Als Sekundärwicklung kann dabei eine ursprünglich in der sätti gungsfähigen Drossel 42 des magnetischen Impulskompressions kreises vorgesehene Rückstellwicklung abgewandelt werden.

Beispiel 8

Die Entladungsauslösespannung ändert sich im übrigen mit der Wiederholungsfrequenz im repetitiven Impulslaser. Wenn daher der Laser ungeachtet der Wiederholungsfrequenz unter den gleichen Betriebsbedingungen arbeitet, wird die Entladung in stabil, und die Änderung der Laserausgangsleistung wird somit unerwünscht groß.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 15 ist ein Steuersystem zur Lösung des vorgenannten Problems vorgesehen, wobei die durch den bereits erwähnten verzögerten Triggergenerator 48 vorgegebene Verzögerungszeit zu einer Funktion der Wiederho lungsfrequenz gemacht und die Verzögerungszeit nach Maßgabe der Wiederholungsfrequenz gewählt wird. Die hier definierte Verzögerungszeit ist ein Intervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Hochspannungsschalter einschaltet, und dem Zeitpunkt, zu dem die Spikerladestromquelle 34 aktiviert wird.

Zusätzlich zu der Schaltung nach Fig. 11 sind in der Schal tung nach Fig. 15 zu diesem Zweck ein Frequenzmesser 50 und ein mit dem verzögerten Triggergenerator 48 gekoppelter Ver zögerungssteuerkreis 51 vorgesehen. Dem Frequenzmesser 50 wird ein weiterer Triggerimpuls zugeführt, der ebenfalls den Hochspannungsschalter 39 aktiviert, und er zählt die Trig gerimpulse und erzeugt auf der Basis des Zählwerts ein Steu ersignal für den Verzögerungssteuerkreis 51. Der Verzöge rungssteuerkreis 51 berechnet eine geeignete Verzögerungszeit auf der Basis der vorher darin gespeicherten Informationen und liefert einen Verzögerungszeitbefehl an den Triggergene rator 48. Der Triggergenerator 48 wird aufgrund des Signals vom Spannungsmeßgerät 47 als Bezugszeitpunkt wirksam und er zeugt ein Triggersignal zur Aktivierung der Spikerladestrom quelle 34 nach Ablauf der geeigneten Verzögerungszeit, die in dem vom Verzögerungssteuerkreis 51 zugeführten Befehl enthal ten ist.

Durch das Vorsehen dieser Einrichtungen wird die Laseraus gangsleistung stabiler, und es wird ein repetitiver Impulsla ser hoher Zuverlässigkeit realisiert.

Beispiel 9

Die vorstehenden Ausführungsbeispiele zeigen Schaltungsanord nungen mit nur einer Stufe des magnetischen Impulskompressi onskreises 45; es kann aber auch ein magnetischer Vielstufen- Impulskompressionskreis vorgesehen sein, um die Ladezeitkon stante zu verkürzen, wie Fig. 8 zeigt.

Claims

1. Laseroszillatorschaltung, umfassend:
ein mit einem Lasergas gefülltes Lasergehäuse,
eine erste und eine zweite Hauptelektrode (31, 32), die in dem Gehäuse einander gegenüberstehend angeordnet sind,
einen Spikerkondensator (33), der den beiden Hauptelektroden (31, 32) parallelgeschaltet ist,
einen Erhaltungskondensator (35), der den beiden Hauptelektroden (31, 32) über einen schaltbaren magnetischen Isolator (36) parallelgeschaltet ist,
eine Spikerkondensator-Ladestromquelle (34) zum Aufladen des Spikerkondensators (33) und
eine Erhaltungskondensator-Ladestromquelle (37), die den Er haltungskondensator (35) mit einer Polarität auflädt, die der Aufladung des Spikerkondensators (33) durch die Spikerkon densator-Ladestromquelle (34) entgegengesetzt ist, wobei zuerst der Erhaltungskondensator (35) auf eine vorbestimmte Ladespannung (V_OPFN) und anschließend der Spikerkondensator (33) von der Spikerkondensator-Ladestromquelle (34) aufgeladen wird,dadurch gekennzeichnet,
daß der schaltbare magnetische Isolator (36) derart ausgebil det ist, daß er während des Ladens des Spikerkondensators (33) durch die Spikerkondensator-Ladestromquelle (34) mit einer Polarität, die derjenigen des von der Erhaltungskondensator- Ladestromquelle (37) aufgeladenen Erhaltungskondensators (35) entgegengesetzt ist, vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand umschaltet, bevor die Ladespannung (V_S) an den Anschlüssen des Spikerkondensators (33) eine Durchbruchspannung (V_b) erreicht, die die Auslösung einer Entladung zwischen dem Paar von ersten und zweiten Hauptelektroden (31, 32) ermöglicht, so daß die im Erhaltungskondensator (35) gespeicherte Ladung zum Spikerkon densator (33) übertragen wird, um die Entladung zwischen den neiden Hauptelektroden (31, 32) mit einer Polarität zu bewirken, die derjenigen der Spikerkondensator-Ladestromquelle (34) entgegengesetzt ist, wobei der Laser-Oszillator repetitiv arbeitet und die Erhaltungskondensator-Ladestromquelle wenigstens eine Stufe eines Magnetimpulskompressionskreises aufweist.

2. Laseroszillatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert der Spikerladespannung (|V_S|) im Umschalt zeitpunkt nicht weniger als das 0,6-fache der Durchbruchspan nung (|V_b|) beträgt und daß die Streuinduktivität (L_S) entlang der Schleife, durch die der Entladungsstrom des Erhaltungskonden sators (35) fließt, wesentlich kleiner als die Streuindukti vität (L₁) entlang der Schleife ist, durch die der Entladungs strom des Spikerkondensators (33) fließt.

3. Laseroszillatorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schaltbare magnetische Isolator (36) so ausgelegt ist, daß seine Charakteristik der folgenden Beziehung genügt:
(Bs + Br)S < ½(V_OPFN - V_b)Δt_b
mit Bs = Sättigungsmagnetflußdichte,
Br = Restmagnetflußdichte,
S = Kernquerschnittsfläche des Magnetmaterials im magnetischen Isolator,
V_OPFN = Erhaltungsladespannung,
V_b = inhärente Durchbruchspannung und
Δt_b = zeitliche Verzögerung zwischen dem Auslösen der umgekehrten Spikeraufladung und dem inhärenten Durchbruch des Lasers.

4. Laseroszillatorschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei weiterhin eine Vorionisationsquelle (41) zur Vorionisa tion des Lasergases in einem Raum zwischen den beiden Haupt elektroden (31, 32) vorgesehen ist und die Laseroszillator schaltung im repetitiven Betrieb mit einer Wiederholungsfre quenz von wenigstens dreimal pro Sekunde arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorionisationsquelle (41) die Vorionisation des Lasergases nach der Auslösung des Ladevorganges des Erhal tungskondensators (35) und vor der Auslösung des Ladevorganges des Spikerkondensators (33) auslöst, und daß die durch das Anlegen eines steil ansteigenden Impulses sich ausbildende Durchbruchsspannung (V_b) an den beiden Hauptelektroden (31, 32) auf einen Konstantwert geregelt wird.

5. Laseroszillatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante zum Aufladen des Erhaltungskondensators (35) im Bereich von 1-5 µs liegt und der Strom für die Vorionisation 100-500 ns vor dem Auslösen des Ladevorganges des Spikerkondensators (33) ausgelöst wird.

6. Laseroszillatorschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die den Betriebszeitpunkt der Vorionisationsquelle (41) nach Maßgabe der Frequenz des repetitiven Betriebes steuert.

7. Laseroszillatorschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Detektieren des Betriebes des Magnet impulskompressionskreises und zum Erzeugen eines Detektier signals,
einen Triggersteuerkreis, der ein Signal zum Auslösen der Spikerkondensator-Ladestromquelle (34) zum Aufladen des Spikerkondensators (33) mit einer vorbestimmten Verzögerung nach der Erzeugung des Detektiersignals erzeugt, und
eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Zeitpunktes zum Auf laden des Erhaltungskondensators (35) nach Maßgabe des Lade zeitpunktes des Spikerkondensators (33).

8. Laseroszillatorschaltung, umfassend:
ein Lasergehäuse, das mit einem Lasergas gefüllt ist,
eine erste und eine zweite Hauptelektrode (31, 32), die einander gegenüberstehend im Gehäuse angeordnet sind,
einen Spiker kondensator (33), der den beiden Hauptelektroden (31, 32) parallelgeschaltet ist,
einen Erhaltungskondensator (35), der den beiden Hauptelektroden über eine Schaltvorrichtung (36) parallelgeschaltet ist,
eine erste Stromquelle (34) zum Aufladen des Spikerkondensa tors,
eine zweite Stromquelle (37) zum Aufladen des Erhaltungskon densators über einen Hochspannungsschalter (39) und
eine Vorionisationsquelle (41) zur Vorionisation des Lasergases in einem Raum zwischen den beiden Hauptelektroden (31, 32),
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromquelle (37) zum Laden des Erhaltungskon densators (35) wenigstens eine Stufe eines Magnetimpulskom pressionskreises (45) aufweist.

9. Laseroszillatorschaltung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (47) zum Detektieren des Betriebes des Magnetimpulskompressionskreises (45) und zum Erzeugen eines Detektiersignals,
eine Triggersteuereinrichtung (48) zum Er zeugen eines Signals zum Auslösen der ersten Stromquelle (34) zum Aufladen des Spikerkondensators (33) mit einer vorbe stimmten Verzögerung nach Erzeugung des Detektiersignals und
eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Ladezeitpunktes für den Erhaltungskondensator (35) nach Maßgabe des Ladezeit punktes des Spikerkondensators (33).

10. Laseroszillatorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasergas als Gasstrom durch das Lasergehäuse geleitet wird.