DE4400345C2 - Vorrichtung für die Reinigung von Lasergas - Google Patents
Vorrichtung für die Reinigung von LasergasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Reinigung von
Lasergas in einem Gasentladungslaser.
Gasentladungslaser, insbesondere sogenannte Excimerlaser
(einschließlich Exciplexlaser) weisen eine mit Lasergas
gefüllte Laserkammer auf, in der zwei Elektroden üblicherweise
parallel zur optischen Achse eines Laser-Resonators angeordnet
sind. Diese Elektroden dienen der sogenannten Hauptentladung
des Lasers. Zwischen ihnen wird also die Gasentladung gezündet.
Um eine effektive Anregung des Lasergases für die Gasentladung
zu erreichen, wird dieses vor dem Einsetzen der Hauptladung
einer Vorionisierung unterworfen. Auch die Vorionisierung wird
häufig mittels gesonderter Elektroden durchgeführt, zwischen
denen ein Funke gezündet wird.
Arbeitsgasmischungen für Excimerlaser (genauer: Exciplexlaser)
enthalten neben Edelgasen auch eine Halogenkomponente oder
einen Hologendonor, wie F₂, NF₃, HCl etc. Bei einem Gesamtdruck
von 1,5 bis 10 bar beträgt die Halogenkonzentration 0,1 bis
0,5%. Diese Gasmischung wird zwischen die zwei langgestreckten
parallelen Hauptentladungselektroden gebracht und der Hochspan
nungsentladung ausgesetzt. Um Laserimpulse hoher Energie zu
erzeugen, sind bei der Hochspannungsentladung sehr hohe Strom
dichten von typischerweise 10³ A/cm², Leistungsdichten von
10⁶ W/cm³ und thermischen Elektronenenergien im Bereich von
1 eV erforderlich. Die gesamte Entladungseinheit unterliegt
daher einer sehr starken Beanspruchung.
Die Abtragung von Elektrodenmaterial während des Betriebs wird
üblicherweise als "Elektrodenabbrand" bezeichnet. Die physikali
schen und chemischen Ursachen des Elektrodenabbrandes sind
vielfältig und zum Teil auch noch nicht vollständig verstanden.
Insbesondere treten, je nach Art des Lasergases und der Entla
dung, Zerstäubungserscheinungen ("sputtern") und auch chemische
Reaktionen auf, die durch das Entladungsplasma verursacht sind.
Die vom Elektrodenabbrand herrührenden Produkte können sowohl
in Form von Partikeln als auch als flüchtige Metallhalogenide
auftreten. Die Partikel führen zu Staubablagerungen, was
insbesondere im Bereich der Laseroptik unerwünscht ist. Flüchti
ge Metallhalogenide können aufgrund von durch die Laserstrah
lung selbst erzeugten photochemischen Prozessen zu Metallfilmen
auf den optischen Komponenten des Lasers führen, was ebenfalls
die Funktion des Lasers stark beeinträchtigt.
Zur Entfernung von das Lasergas verunreinigenden Teilchen hat
man im Stand der Technik bereits sogenannte elektrostatische
Staubabscheider eingesetzt.
In LUEGER, Lexikon der Technik, Band 9, Seite 41, Deutsche
Verlagsanstalt Stuttgart 1968, werden ein Magnetabscheider zur
Reinigung von Schlamm, ein Magnetdurchlauffilter für die
Reinigung von Schmierflüssigkeit und ein Magneteinsetzfilter
zur Reinigung von Flüssigkeiten beschrieben.
Die DE 30 05 158 C2 beschreibt ein Sammlerelement für einen
Magnetabscheider, bei dem ferromagnetische Kugeln in ein Metall
eingekapselt werden, das gegen Salpetersäure widerstandsfähig
ist.
Die DE 35 03 691 A1 beschreibt einen sogenannten Magnet-Aktiva
tor zur magnetischen Aktivierung eines vorbeiströmenden Brenn-
oder Kraftstoffes.
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, eine Vorrichtung für die
Reinigung von Lasergas zu schaffen, die einfach aufgebaut ist,
nachträglich ohne größeren Aufwand an einem Laser installierbar
ist und schädliche Teilchen wirksam aus dem Lasergas entfernt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Reinigung des Lasergases beruht auf der
Erkenntnis, daß bei einer Vielzahl von Elektrodenmaterialien
die durch Abbrand entstehenden Teilchen magnetische Eigenschaf
ten haben, aufgrund derer sie im Magnetfeld eine Kraft erfah
ren, so daß sie aus dem Lasergas entfernbar sind. Dies gilt
insbesondere für Elektroden, die Nickel oder Nickelverbindungen
enthalten.
Zur Erzeugung des Magnetfeldes kommen Permanentmagnete oder
auch Elektromagnete in Betracht. Die Magnete können in einfa
cher Weise außerhalb der Laserkammer und auch eventuell gegebe
ner Leitungen, in denen das Lasergas strömt, angeordnet werden,
da das erzeugte Magnetfeld durch die Wandung hindurch in den
Raum eintritt, in dem das Lasergas enthalten ist. Insbesondere
durch Keramik-, Kunststoff- und Aluminiumwände tritt das
Magnetfeld hindurch.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch einen Gasentladungslaser mit Vor
richtungen zum Reinigen des Lasergases und
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß Fig. 1
entlang der Linie I-II.
Gemäß Fig. 1 wird in bekannter Weise in der Kammer 10 eines
Excimerlasers zwischen zwei Elektroden 12, 14 eine Gasentladung
16 gezündet. Aufgrund der Gasentladung entstehen in der Kammer
Teilchen, unter anderem auch solche, die aufgrund ihrer magneti
schen Eigenschaften in einem Magnetfeld eine Kraft erfahren.
Die Teilchen können z. B. durch sogenanntes Sputtern (Zerstäuben)
im Wege des sogenannten Elektrodenabbrandes von den Elektroden
12, 14 abgetragen worden sein. Beim in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel strömt das Lasergas kontinuierlich durch
ein Rohr 18 entsprechend dem Pfeil 20. Das Rohr weist eine
Verzweigung 22 auf, der eine Pumpe 24 nachgeschaltet ist. Das
Lasergas wird mittels der Pumpe 24 in Bezug auf die Laserkammer
10 zirkuliert, was durch den Pfeil 26 in Fig. 1 angedeutet ist.
Am Strömungsweg des Lasergases durch das Rohr 18 sind Ringe 28,
30 angeordnet, mit denen Magnetfelder im Inneren des Rohres 18
erzeugt werden. Das Rohr 18 ist also aus einem Material, das
einen Durchgriff eines Magnetfeldes gestattet, z. B. Keramik,
Kunststoff, Aluminium etc.
Der erste Magnet-Ring 28 ist zwischen der Gasentladung 16 und
der Abzweigung 22 angeordnet, so daß zirkulierendes Lasergas
den Ring 28 passiert, wobei aufgrund des Magnetfeldes im
Inneren des Ringes 28 Teilchen aus dem Lasergas entfernt und in
Richtung auf die Wände der Leitung bewegt werden. An den Wänden
können gegebenenfalls Fallen für die Teilchen angeordnet
werden. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich, da die
anfallenden Teilchenmengen auch ohne besondere Maßnahmen an den
Wänden hängenbleiben, so sie nach langen Betriebszeiten durch
Reinigung entfernt werden können.
Ein weiterer Ring 30 mit Magneten ist vor einem Fenster 32 der
Laserkammer 10 angeordnet, so daß Teilchen auf dem Wege zum
Fenster 32, welches gegen eine Verschmutzung besonders ge
schützt werden soll, abgefangen werden.
Durch die periodischen Gasentladungen 16 werden im Lasergas
Druckwellen erzeugt, welche die Staubteilchen in der durch den
Pfeil 20 angegebenen Richtung fördern. Die Teilchen werden so
mit auf die Magnetfelder erzeugenden Ringe 28, 30 zubewegt und
dort abgefangen, bevor sie sich an den optischen Komponenten
des Resonators niederschlagen können.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie I-II der Fig. 1
durch den Magnet-Ring 28. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind
eine Vielzahl von Permanentmagneten außen um das Rohr 18 herum
angeordnet, so daß im Inneren des Rohres 18 ein inhomogenes
Magnetfeld entsteht. Die einzelnen Magnete N, S, . . . sind
ringförmig konzentrisch um die optische Achse 36 des Resonators
herum angeordnet. Aufgrund ihrer Anordnung außerhalb der
Laserkammer und der gasführenden Teile, brauchen die Magnete
nicht vor den aggressiven Lasergasen geschützt zu werden.
Es können Permanentmagnete und/oder Elektromagnete zur Erzeu
gung der Magnetfelder eingesetzt werden.
Zum Beispiel können Permanentmagnete in ein geeignetes Mate
rial, wie Aluminium oder Kunststoff (z. B. PVC) eingegossen oder
geklebt werden, so daß sie in Form eines zweigeteilten Ringes
in einfacher Weise montierbar sind. Es ist auch möglich, bisher
nicht mit derartigen Reinigungsvorrichtungen ausgerüstete Laser
nachträglich ohne großen Aufwand mit solchen Reinigungsvorrich
tungen zu versehen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel zirkuliert das Lasergas
durch die Laserkammer 10. Diese Zirkulation ist nicht unbedingt
notwendig für die Anwendung der erfindungsgemäßen Reinigung
mittels Magnetfeldern. Die durch die Gasentladung erzeugten
Druckwellen 34 reichen für sich auch schon aus, um die Teilchen
zu den Magnetfeldern zu bewegen.
Claims (3)
1. Vorrichtung zum Reinigen von Lasergas in einem Gasentladungs
laser, der eine Gasentladungskammer (10) mit einem Gasentladungs
bereich (16) und entfernt davon Spiegel oder Fenster (32)
aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Magnetfeld, welches das Lasergas durchsetzt, magnetische
und/oder magnetisierbare Teilchen daraus entfernt, wobei die
das Magnetfeld erzeugende Einrichtung (28, 30) außerhalb eines
das Lasergas umschließenden Rohrs (18) und zwischen dem Gasentla
dungsbereich (16) und dem Spiegel oder Fenster (32) des Gasentla
dungslasers angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich das Lasergas relativ zum Magnetfeld bewegt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Magnete (28, 30) ringförmig (N, S, N . . .) um das das
Lasergas umschließende Rohr (18) angeordnet sind.
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