-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Gasentladungslaser, insbesondere
Excimerlaser, und insbesondere eine Entladungseinheit für einen
Excimerlaser, in der eine Hochspannung zu zwei Entladungselektroden
geliefert wird.
-
Excimerlaser
stellen Laserstrahlung mit hoher Intensität im Ultraviolettspektralbereich
bereit. Dies macht sie zu wichtigen Werkzeugen insbesondere für medizinische
und chirurgische Anwendungen sowie andere industrielle Anwendungen.
-
Excimerlaser
sind Gasentladungslaser, die ein seltenes Gas wie z.B. Argon und
ein Halogenidgas wie z.B. Fluor (beispielsweise AF-Excimerlaser) oder
ein Gas, das ein Halogenid (beispielsweise F2) enthält, als
Lasergas verwenden.
-
Im
allgemeinen wird in einem Excimerlaser ein Gasgemisch, das die aktive
Komponente und andere Gase enthält,
stetig zu einem Entladungsspalt zwischen einem Paar von langgestreckten
Elektroden innerhalb der Laserröhre
mittels eines Gebläses oder
dergleichen geliefert. Eine zwischen die zwei Elektroden angelegte
Hochspannung verursacht eine Gasentladung in dem Entladungsspalt,
durch die von der aktiven Komponente kurzlebige Moleküle mit angeregtem
Zustand erzeugt werden, deren Dissoziation Ultraviolettstrahlung
erzeugt, die die Laserstrahlung bildet. Um die Homogenität der Gasentladung
zu erhöhen,
wird in derzeitigen Excimerlasern eine Vorionisation des Lasergases
durch Vorionisationseinrichtungen verwendet. Da das verwendete Lasergas
sich regenerieren muß,
bevor es wiederverwendet werden kann, werden Excimerlaser im allgemeinen
in einer gepulsten Betriebart betrieben, in der das Gebläse stetig
das Lasergas im Entladungsspalt austauscht.
-
Die
Entladungselektroden eines Excimerlasers befinden sich gewöhnlich innerhalb
der Laseröhre.
-
Das
Gehäuse
eines Excimerlasers besteht im allgemeinen aus einer Metallröhre mit Öffnungen in
einer zylindrischen Wand auf deren Oberseite. Die offene Oberseite
ist mit einer Isolationsplatte bedeckt. Die Metallröhre und
eine der Entladungselektroden sind geerdet. Eine Hochspannung wird
an die zweite Entladungselektrode über einen HV-Kanal angelegt,
der sich durch die Isolationsplatte erstreckt.
-
Die
Breite des Entladungsspalts zwischen den zwei Elektroden muß sehr genau
eingestellt werden, um eine homogene Gasentladung im Entladungsspalt
zu erzielen.
-
Die
optische Achse des Laserstrahls wird durch die Anordnung der zwei
entgegengesetzten Elektroden gebildet. Die Elektroden in der Laserröhre müssen der
Länge nach
und senkrecht zur optischen Achse eingestellt werden. Dies muß sehr genau durchgeführt werden,
um einen Überschlag
zwischen den Elektroden zu vermeiden und um heiße Punkte im Excimerlaser-Strahlprofil
zu vermeiden.
-
Derzeitige
Excimerlaser werden konstruiert, indem zuerst eine Laserröhre bereitgestellt
wird, und dann werden die meisten der Teile, die den Laser bilden,
in der Röhre
einzeln montiert. Insbesondere besteht die Laserröhre gewöhnlich aus
zwei Teilen, z.B. einem Hauptteil und einer Abdeckung. Eine Entladungselektrode
wird am Hauptteil der Laserröhre montiert
und die andere Entladungselektrode wird an der Abdeckung montiert.
Danach werden der Hauptteil und die Abdeckung verbunden, um die
Laserröhre
zu schließen.
Folglich werden die Entladungselektroden zusammengefügt, um den
Entladungsspalt zwischen ihnen zu erzeugen. Die Genauigkeit des Entladungsspalts
ist durch die Genauigkeit der Verbindung zwischen dem Hauptteil
und der Abdeckung der Laserröhre
bestimmt. Dies macht eine korrekte Einstellung der Entladungselektroden
relativ zueinander schwierig.
-
Eine
solche Anordnung ist beispielsweise im US-Patent 5 771 258 erläutert.
-
In
anderen, flexibleren Anordnungen können die Elektroden in der
vormontierten Röhre
zueinander eingestellt werden. Dies wird gewöhnlich durch ein Meßinstrument
durchgeführt,
das von beiden Seiten der vormontierten Laserröhre zwischen den Elektroden
angeordnet wird.
-
Aus
FR 2 698 496 ist eine Laserentladungseinheit bekannt, in der auf
einem Träger
wie einer langgestreckten Elektrodenplatte eine erste und eine zweite
Elektrode montiert werden, die mit den jeweiligen Phasen einer Hochspannungs-Leistungsversorgung
verbunden sind. Die Elektroden bauten mit der langgestreckten Elektrodenplatte
eine freie, herstellbare Einheit auf, die in einer Öffnung im
Gehäuse der
entleerten Röhre
eines Gaslasers montiert werden kann, wobei der Träger ein
Teil des durch die Röhre
gebildeten Gehäuses
ist.
-
Eine
solche Laserentladungseinheit für
einen Gaslaser und insbesondere für einen Excimerlaser ist leicht
zu handhaben und dennoch leistungsstark. Ferner ermöglicht sie
eine genaue und dennoch leichte Einstellung der Entladungselektrode,
um einen genauen und gleichmäßigen, homogenen
Entladungsspalt zu bilden.
-
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserentladungseinheit
mit so wenig Halterungselementen wie möglich für die Montage der Einheit bereitzustellen,
um die Kosten und das Gewicht zu verringern. Es ist eine weitere
Aufgabe der Erfindung, die Größe irgendeines
Zugangs zu verringern, der innerhalb des Gehäuses eines Lasers vorgesehen
werden muß und
der mit einer Abdeckung abgedichtet werden muß, um die innere Gasatmosphäre der Laserentladungskammerv
on der äußeren Atmosphäre zu trennen.
-
Die
obigen und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch eine modulare,
voreinstellbare Gaslaserentladungseinheit erreicht, die vormontiert wird
und voreinstellbar ist, bevor die Entladungseinheit in der Laserröhre montiert
wird. Die Aufgaben werden insbesondere durch eine Laserentladungseinheit
mit einer langgestreckten Elektrodenplatte und einer langgestreckten
Hochspannungselektrode, einer langgestreckten Erdelektrode und einem
Isolator erreicht, wobei sowohl die Hochspannungselektrode als auch
die Erdelektrode an der Elektrodenplatte montiert sind und der Isolator
die Hochspannungselektrode von der Elektrodenplatte elektrisch isoliert. Dadurch
werden die Hochspannungselektrode und eine Erdelektrode so montiert,
daß sie
in einem Abstand voneinander angeordnet werden, so daß sie eine
beabstandete Beziehung zueinander aufweisen würden.
-
Durch
Montieren der beiden, der Hochspannungselektrode und der Erdelektrode,
an der Elektrodenplatte werden die Elektrodenplatte und die Elektroden
zu einer modularen Entladungseinheit ausgebildet. Dies bedeutet,
daß der
Gasentladungsspalt unabhängig
von der Montage der Entladungseinheit in der Laserröhre eingestellt
werden kann.
-
Ferner
erstreckt sich mindestens ein Hochspannungskanal durch die Elektrodenplatte,
um eine Hochspannung zur Hochspannungselektrode zu liefern. Der
Hochspannungskanal umfaßt
einen leitenden Kern, der mit den Hochspannungselektroden verbunden
ist, und einen Isolator zum elektrischen Isolieren des Hochspannungskerns
und der Elektrode von der Elektrodenplatte. Ein röhrenförmiger, langgestreckter
Isolator wird vorzugsweise zum Isolieren des Hochspannungskerns
von der Elektrodenplatte verwendet.
-
Die
erfindungsgemäße Laserentladungseinheit
ist in Anspruch 1 definiert.
-
Somit
umfaßt
die erfindungsgemäße Laserentladungseinheit
vorzugsweise als Hochspannungskanäle eine Vielzahl von wellenleiterartigen
koaxialen Kanälen,
die sich durch die Elektrodenplatte erstrecken und jeweils einen
zentralen leitenden Kern und ein Isolatorelement, das vorzugsweise
aus einem Keramikmaterial besteht, das den Kern von der Elektrodenplatte
elektrisch isoliert, umfassen. Die Hochspannungselektrode ist mit
den Kernen der Kanäle
elektrisch verbunden und die Erdelektrode ist mit der Elektrodenplatte
elektrisch verbunden. Durch die koaxialen Kanäle sind alle zuverlässig elektrisch voneinander
isoliert.
-
Es
ist bevorzugt, daß die
Kanäle
in die Elektrodenplatte jeweils mit einer festgelegten Toleranz zwischen
dem Isolatorelement und dem jeweiligen Loch in der Elektrodenplatte,
durch das der jeweilige Kanal eingefügt wird, eingefügt werden.
Folglich werden die Kanäle
fest in einer festgelegten Position gehalten. Gemäß einer
Alternative der Erfindung kann diese Befestigung nur durch Befestigungselemente wie
z.B. Bolzen oder Schrauben oder eine Röhre erreicht werden, durch
die der jeweilige Kanal in seinem Loch in einer festen Position
gehalten wird.
-
Vorzugsweise
ist eine gasdichte Abdichtung zwischen den Kanälen und der Elektrodenplatte
vorgesehen. Alternativ kann eine Dichtung außerhalb der Laserröhre beispielsweise
am Ende der Kanäle vorgesehen
sein. Aus praktischen Gründen
weisen die Löcher
in der Elektrodenplatte und die Kanäle vorzugsweise einen runden
Querschnitt auf. In diesem Fall sind die gasdichten Abdichtungen
ringförmig.
Die Löcher
können
genauso gut einen quadratischen, einen rechteckigen, einen ovalen,
einen länglichen
oder irgendeinen anderen Querschnitt aufweisen. Die Kanäle und die
gasdichten Abdichtungen hätten
dann eine entsprechende Form. Ringförmige Dichtungen haben jedoch
den Vorteil, daß sie
leichter herzustellen und zu handhaben, zuverlässiger sind und ferner preiswerter
als beispielsweise rechteckige Dichtungen sind. Andererseits ist
es bevorzugt, daß eine
Metalldichtung verwendet wird, da Metalldichtungen gegen Korrosion
durch das aggressive Lasergas und die Laserstrahlung beständiger sind.
Wenn in diesem Fall eine ringförmige
Dichtung verwendet wird, kann eine kommerzielle Metalldichtung verwendet
werden.
-
Die
Laserentladungseinheit umfaßt
ferner vorzugsweise eine Hülse,
die den Kern und den Isolator jedes Kanals umschließt. Jede
Hülse umfaßt ein inneres
Ende, das durch die Elektrodenplatte abgestützt ist, und ein äußeres freies
Ende. Jeder Kern umfaßt
vorzugsweise ein inneres Ende, das mit der Hochspannungselektrode
verbunden ist, und ein äußeres freies
Gewindeende, das sich über
das freie Ende der Hülse
hinauserstreckt. Eine Mutter oder eine andere Festspanneinrichtung
kann auf das Gewindeende geschraubt werden, wodurch die Hülse gegen
die Elektrodenplatte gedrückt
wird und der Kern durch Ziehen desselben festgespannt wird. Wie Fachleute
erkennen werden, ist jegliche andere Konstruktion zum Befestigen
des Kanals an der Elektrode über
den Kern oder über
das Isolatorelement ebenso möglich.
Vorzugsweise wird eine Schraube, die ein Gewinde an beiden ihrer
Enden umfaßt,
wie z.B. ein Gewindebolzen, verwendet, um das innere Ende des Kerns
mit der Hochspannungselektrode zu verbinden.
-
Der
Kern und der Isolator jedes Kanals sind vorzugsweise relativ zueinander
fixiert. Dies kann beispielsweise bewerkstelligt werden, indem das
innere Ende jedes Kerns mit einem Absatz versehen wird, der durch
den gespannten Kern gegen den Isolator gedrückt wird. Eine Dichtung ist
vorzugsweise zwischen dem Absatz von jedem Kern und dem entsprechenden
Keramikisolator vorgesehen. Aber es ist auch möglich, daß der Kern eine Aussparung
umfaßt,
in die ein am Isolator vorgesehener Absatz eingesetzt wird. Alternativ
können
der Kern und der Isolator relativ zueinander durch irgendeine andere
Konstruktion fixiert werden.
-
Das
Isolatorelement kann mittels des gespannten Kerns über den
Absatz am inneren Ende des Kerns und einen Absatz am Isolatorelement
gegen die Elektrodenplatte gedrückt
werden. Vorzugsweise ist eine Dichtung zwischen dem Isolatorabsatz und
der Elektrodenplatte vorgesehen.
-
Ein
Dichtungsring umgibt vorzugsweise auch jede Hülse. Der Dichtungsring sollte
an seinem äußeren Umfang
einen Flansch aufweisen, der durch einen äußeren Rand eines Lochs in der
Röhre,
durch das der jeweilige Kanal eingesetzt wird, abgestützt wird.
Die Elektrodenplatte kann auch mit einem Ringabsatz versehen sein,
der an einem inneren Rand der Röhre
abgestützt
ist. Der Dichtungsring und die Elektrodenplatte können dann
beispielsweise durch Schrauben verbunden werden. Eine Dichtung ist
vorzugsweise zwischen dem Elektrodenplattenabsatz und dem inneren
Rand der Röhre
vorgesehen.
-
Die
Erdelektrode wird vorzugsweise durch die Elektrodenplatte getragen
oder ist an dieser montiert. Vorzugsweise werden eine Vielzahl von
Strömungsführungen
für diesen
Zweck verwendet. Die Strömungsführungen
bestehen vorzugsweise aus Metallblechen, die sich zwischen der Elektrode
und der Erdelektrode in einer zur Längsachse der Elektroden senkrechten
Ebene erstrecken. Die Strömungsführungen
umfassen typischerweise einen oberen Flansch, einen unteren Flansch
und einen zentralen Strömungsführungsteil,
der den oberen Flansch mit dem unteren Flansch einteilig verbindet.
Der obere und der untere Flansch erstrecken sich senkrecht zueinander
und zum zentralen Strömungsführungsteil. Der
obere Flansch ist an einer Seitenfläche der Elektrodenplatte befestigt
und der untere Flansch ist an einer unteren Fläche der Erdelektrode befestigt.
Vorzugsweise ist der zentrale Strömungsführungsteil aerodynamisch profiliert,
um den Strömungswiderstand und
Turbulenzen zu minimieren, um eine im wesentlichen laminare Gasströmung zwischen
den Strömungsführungen
aufrechtzuerhalten.
-
Der
zentrale Strömungsführungsteil
der Strömungsführungen
ist vorzugsweise in der Ebene, die sich senkrecht zur Längsachse
der Elektroden erstreckt, gekrümmt
oder abgewinkelt, um die Erdelektrode und die Elektrodenplatte zu
verbinden, ohne den Gasentladungsspalt zu kreuzen.
-
Alternativ
zur Verwendung von Strömungsführungen
kann die Erdelektrode an der Elektrodenplatte über zwei Metallbleche montiert
werden, die jeweils die Erdelektrode und die Elektrodenplatte an
ihren Längsenden
verbinden. Die Metallbleche würden sich
senkrecht zur Längsachse
der Elektroden erstrecken. Jedes Blech würde ein Loch auf der Höhe des Gasentladungsspalts
umfassen, um einem Laserstrahl, der im Gasentladungsspalt erzeugt
wird, zu ermöglichen,
den Entladungsspalt an einem Längsende
der Elektroden zu verlassen.
-
Die
bevorzugte Entladungseinheit umfaßt ferner ein Paar von Standard-Korona-Vorionisationseinrichtungen,
das heißt
ein Paar von langgestreckten, zylindrischen Vorionisationseinrichtungen mit
einem leitenden Kern und einem umgebenden röhrenförmigen Isolator. Die Vorionisationseinrichtungen
erstrecken sich im wesentlichen parallel entlang entgegengesetzter
Seiten der Elektrode. Der Isolator der Vorionisationseinrichtungen
kann TEFLON® oder
ein beliebiger geeigneter Isolator sein, er ist jedoch vorzugsweise
ein Keramikmaterial. Er kann auch ein Fluoridmaterial sein. Alternativ
kann eine beliebige andere Art von bekannter Vorionisationseinrichtung
verwendet werden. Die Vorionisationseinrichtungen sind nicht notwendig,
damit die Entladungseinheit funktioniert. Tatsächlich waren Excimerlaser vor
der Erfindung von Vorionisationseinrichtungen bekannt. Die Vorionisation
macht jedoch die Gasentladung zwischen der Hochspannungselektrode
und der Erdelektrode homogener und somit zuverlässiger.
-
Die
Vorionisationseinrichtungen vom Koronatyp können unmittelbar benachbart
zur Hochspannungselektrode, vorzugsweise an den entgegengesetzten
Längskanten
der Hochspannungselektrodenfläche,
die der Erdelektrode zugewandt ist, montiert werden.
-
Eine
Schattenplatte kann zwischen dem Gasentladungsspalt und dem Isolator
zum Schutz des Isolators gegen die vom Gasentladungsspalt ausgestrahlte
Laserstrahlung und gegen Licht von den Vorionisationseinrichtungen
montiert werden.
-
Die
Gesamtkonstruktion des Lasers ist derart, daß zumindest die langgestreckte
Elektrodenplatte, die langgestreckte Hochspannungselektrode und
die langgestreckte Erdelektrode eine vormontierte und voreinstellbare
Entladungseinheit vom Modultyp bilden. Es ist bevorzugt, daß die vormontierte
Entladungseinheit vom Modultyp ferner die Hochspannungskanäle, die
Schattenplatte und die Korona-Vorionisationseinrichtungen umfaßt. Die
Entladungseinheit kann als ganzes an der Laserröhre montiert und von dieser
abgenommen werden. Dies stellt verschiedene Vorteile bereit. Ein
Vorteil besteht darin, daß der
Gasentladungsspalt zwischen der Hochspannungselektrode und der Erdelektrode
eingestellt werden kann, bevor die Entladungseinheit in der Laserröhre montiert
wird, was eine genaue Einstellung des Gasentladungsspalts erleichtert.
Ferner kann die Montage des Lasers in einer effizienteren Weise durchgeführt werden.
-
Das
Lasergas kann im Fall eines Excimerlasers ein beliebiges Excimerlasergas,
wie z.B. KrF, ArF, XeF, XeBr, HgBr, HgCl, XeCl, HCl, F2 und
dergleichen, oder im Fall irgendeines anderen Gasentladungslasers
ein beliebiges Lasergas sein.
-
Neben
dem Lasergas wird ein Puffergas, das ein Gemisch aus Helium, Neon
und/oder Argon umfaßt,
vorzugsweise in der Röhre
vorgesehen.
-
Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute
aus der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
zusammen mit den Zeichnungen ersichtlich.
-
1 ist
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Excimerlasers
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
2 ist
eine Querschnittsansicht des Excimerlasers in 1 entlang
der Linie 2-2;
-
3a zeigt
eine Seitenansicht einer Entladungseinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
3b zeigt
eine Vorderansicht der Entladungseinheit von 3a;
-
3b zeigt
eine Draufsicht auf die Entladungseinheit von 3a;
-
4 zeigt
einen detaillierten Querschnitt der Entladungseinheit gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargelegt.
-
Die 1 und 2 zeigen
einen Excimerlaser 100 mit einer Röhre 101, einer Entladungseinheit 102,
einer Zirkulationseinrichtung 201 und einem laseroptischen
System 103.
-
Die
Zirkulationseinrichtung 201 ist wahlfrei und kann beispielsweise
ein Gebläse
oder irgendeine andere Einrichtung zum Zirkulieren von Lasergasen
in Gaslasern umfassen.
-
Die
Entladungseinheit 102 ist in der Röhre 101 montiert und
umfaßt
eine Hochspannungselektrode 104 und eine Erdelektrode 105.
Die Hochspannungselektrode 104 und die Erdelektrode 105 sind voneinander
beabstandet, wodurch ein Gasentladungsspalt 106 festgelegt
wird. Eine Hochspannung wird an die Hochspannungselektrode 104 über eine Vielzahl
von Hochspannungskanälen 107 angelegt, die
die Hochspannungselektrode 104 tragen. Jeder Hochspannungskanal 107 umfaßt einen
leitenden Kern 108 und ein Isolatorelement 110,
das um den leitenden Kern 108 angeordnet ist. Jeder Hochspannungskanal 107 ist
unter Verwendung einer geeigneten Befestigungseinrichtung an der
Hochspannungselektrode befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird ein Stiftbolzen 112 mit Doppelgewinde verwendet, um
die Elektrode 104 an jedem leitenden Kern 108 jedes
Kanals 107 zu befestigen.
-
Ferner
ist die Entladungseinheit 102 mit einer langgestreckten
Elektrodenplatte 111 versehen. Die Elektrodenplatte 111 umfaßt Löcher, durch
die sich die Hochspannungskanäle 107 so
erstrecken, daß sie
mit der Hochspannungselektrode 104 verbunden sind. Jeder
Hochspannungskanal 107 ist an der Elektrodenplatte 111 durch
eine Befestigungseinrichtung wie z.B. Schrauben 113 befestigt.
Fachleute werden jedoch erkennen, daß eine beliebige geeignete
Befestigungseinrichtung verwendet werden kann, um die Kanäle 107 an
der Elektrodenplatte 111 zu befestigen.
-
Die
Isolatorelemente 110 bestehen vorzugsweise aus einem Keramikmaterial.
Wahlweise können
sie jedoch aus anderen Isolationsmaterialien bestehen, einschließlich beispielsweise
eines Fluoridmaterials. Sie weisen eine Form auf, die sich in Richtung
der Hochspannungselektrode 104 konisch aufweitet, und umfassen
eine gerippte Oberfläche,
um einen Weg, der sich entlang der Oberfläche erstreckt, zu vergrößern, um
einen Oberflächenüberschlag
zwischen der Hochspannungselektrode 104 und der geerdeten
Elektrodenplatte 111 zu vermeiden.
-
Wie
vorstehend angemerkt, können
die Isolatorelemente 110 aus einem Fluoridisolatormaterial bestehen.
Diese Materialien weisen den Nachteil auf, daß sie relativ teuer sind. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist jedoch nur eine kleine Menge an Isolatormaterial
erforderlich. Folglich ist die Verwendung von Fluoridisolatormaterialien
in der vorliegenden Erfindung erschwinglich.
-
Wie
in 2 dargestellt, umfaßt die Entladungseinheit 102 vorzugsweise
auch eine Schattenplatte 210, die zwischen dem Gasentladungsspalt 106 und
dem Isolatorelement 110 zum Schutz des Isolatorelements 110 gegen
die Korrosionswirkung des Lasergases und der Laserstrahlung angeordnet ist.
Die Schattenplatte 210 besteht vorzugsweise aus einem Metall
wie z.B. Aluminium.
-
Der
Excimerlaser 100 ist vorzugsweise ein gepulster Argonfluorid-
(ArF) Excimerlaser mit einer Wellenlänge von etwa 193 Nanometern.
Dies bedeutet, daß Argonfluoridgas
zum Erzeugen eines Laserstrahls verwendet wird. Wie jedoch Fachleute
erkennen werden, kann ein beliebiges der bekannten Excimerlasergase
in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
-
Durch
Anlegen eines Hochspannungsimpulses in der Größenordnung von 20 kV an die
Hochspannungselektrode 104 erzeugen das Lasergas (z.B.
Argonfluoridgas) und zusätzlich
Helium- und/oder Argongas als Puffergas im Entladungsspalt 106 einen
Laserstrahl, der durch das laseroptische System mit einem vorderen
optischen System 103 und einem hinteren optischen System 120 emittiert wird.
-
Der
Laser
100 umfaßt
typischerweise ferner ein vorderes optisches Element
116,
durch das der Laserstrahl emittiert. Das optische Element
116 kann beispielsweise
in einem optischen System
103 vorgesehen sein, das eine
einstellbare Halterungseinrichtung
117 zum Einstellen der
Position des optischen Elements
116 in Bezug auf die Röhre
101 umfaßt. Das
hintere laseroptische System
120 umfaßt ebenso ein optisches Element
116 (nicht
dargestellt) und eine Einstelleinrichtung
117. Das optische
Element
116 des hinteren laseroptischen Systems
120 umfaßt jedoch
vielmehr einen vollständig
reflektierenden Spiegel als einen teilweise reflektierenden Spiegel.
Wie Fachleute erkennen werden, können das
vordere und das hintere optische Element
116 auch direkt
in den Stirnwänden
der Laserröhre
101 montiert
werden. Alternativ können
sie an einstellbaren Halterungsstützen montiert werden, die von
der Laserröhre
101 separat
sind, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Ein geeignetes laseroptisches
System und eine geeignete einstellbare Halterungseinrichtung zur
Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung als vorderes
und hinteres optisches System
103,
120 sind in
den Patentveröffentlichungen
US 6493375 B und
EP 1130698 beschrieben.
Die Details dieser Anmeldungen sind vorstehend bereitgestellt.
-
2 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 des in
1 gezeigten
Excimerlasers
100. Wie in
2 zu sehen
ist, umfaßt
der Excimerlaser
100 vorzugsweise ferner eine Zirkulationseinrichtung
112 wie
z.B. ein Gebläse
zum Zirkulieren des Excimerlasergases durch den Entladungsspalt
106 und
eine wahlweise Entstaubungseinheit
202 zum Entstauben der
Gasströmung
durch die Röhre
101.
Die Entstaubungseinheit umfaßt
Hochspannungsdrähte
203,
die durch einen U-förmigen
Kanal
204, der sich entlang der Röhre
101 erstreckt,
voneinander getrennt sind. Ferner sind vorzugsweise zwei Führungsplatten
205,
die in der Längsrichtung der
Röhre
101 langgestreckt
sind, zum Führen
der Gasströmung
durch den Entladungsspalt
106 und eines Teils eines solchen
Gases in die Entstaubungseinheit
202 vorgesehen. Nach dem
Verlassen der Entstaubungseinheit
202 kehrt das Gas zum
Gebläse
201 zurück, damit
es erneut durch den Laser
101 zirkuliert wird. Eine ausführliche
Beschreibung einer geeigneten Entstaubungseinheit
202 zur
Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist in einem
gleichzeitig eingereichten Patent
US 6603790
B vorgesehen. Die Details dieser Anmeldung sind vorstehend
bereitgestellt.
-
Die
Erdelektrode 105 wird vorzugsweise durch die Elektrodenplatte 111 über eine
Vielzahl von Strömungsführungen 209,
auf die später
erneut Bezug genommen wird, getragen oder ist an dieser montiert.
-
Benachbart
zur Hochspannungselektrode 104 sind zwei Vorionisationseinrichtungen 206 vorgesehen,
die zum Vorionisieren des Lasergases dienen, um eine größere Homogenität der Gasentladung
im Entladungsspalt 106 sicherzustellen.
-
Die
Vorionisationseinrichtungen 206 sind vorzugsweise Vorionisationseinrichtungen
vom Koronatyp und erstrecken sich im wesentlichen parallel zur Hochspannungselektrode.
Die Vorionisationseinrichtungen 206 weisen eine koaxiale
Form zu einem leitenden Kern 207 auf, der von einem röhrenförmigen Isolator 208 umgeben
ist.
-
Die
Vorionisationseinrichtungen vom Koronatyp können unmittelbar benachbart
zur Hochspannungselektrode montiert werden. Insbesondere, wie in 2 gezeigt,
sollten die Vorionisationseinrichtungen vom Koronatyp an den entgegengesetzten
Kanten der Hochspannungselektrode montiert werden, so daß sie benachbart
zur Elektrodenfläche
der Hochspannungselektrode, die der Erdelektrode zugewandt ist,
angeordnet sind.
-
Obwohl
Vorionisationseinrichtungen vom Koronatyp zur Verwendung als Vorionisationseinrichtungen 206 in
Verbindung mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, werden
Fachleute erkennen, daß beliebige
der auf dem Fachgebiet bekannten Vorionisationseinrichtungen verwendet
werden können. Ferner
kann der Isolator der Vorionisationseinrichtungen TEFLON® oder
irgendein geeigneter Isolator sein, aber er ist vorzugsweise ein
Keramikmaterial. Er kann auch ein Fluoridmaterial sein. Alternativ
kann eine beliebige andere Art von bekannter Vorionisationseinrichtung
verwendet werden. Die Vorionisationseinrichtungen sind nicht notwendig,
damit die Entladungseinheit funktioniert. Tatsächlich waren Excimerlaser vor
der Erfindung von Vorionisationseinrichtungen bekannt. Die Vorionisation
macht jedoch die Gasentladung zwischen der Hochspannungselektrode
und der Erdelektrode homogener und somit zuverlässiger.
-
Mit
Bezug auf die 3a und 3c umfaßt die Entladungseinheit 102 drei
koaxiale wellenleiterartige Hochspannungskanäle 107, die sich durch
Löcher
in der Elektrodenplatte 111 erstrecken. Die Kanäle 107 sind
voneinander beabstandet angeordnet. Die Löcher und die Kanäle 107 weisen
einen kreisförmigen
Querschnitt auf, wie aus 3c zu
sehen ist. Jeder der drei Kanäle 107 ist
in das jeweilige Loch in der Elektrodenplatte 111 mit einer
festgelegten Toleranz zwischen dem Isolatorelement und dem Loch eingesetzt.
Wie Fachleute erkennen werden, hängt die
Anzahl der in einem speziellen Gaslaser 100 verwendeten
Kanäle
von der Gesamtlänge
des Lasers ab.
-
Die
Erdelektrode 105 wird vorzugsweise durch die Elektrodenplatte 111 getragen
oder ist an dieser montiert. Wie in 2 und 3a am
besten zu sehen ist, werden vorzugsweise eine Vielzahl von Strömungsführungen 209 für diesen
Zweck verwendet.
-
Die
Strömungsführungen 209 bestehen
vorzugsweise aus Metallblechen, die sich zwischen der Elektrodenplatte
und der Erdelektrode in einer zur Längsachse der Elektroden 104, 105 senkrechten Ebene
erstrecken. Die Strömungsführungsplatten 209 umfassen
jeweils einen oberen Flansch 301, einen unteren Flansch 303 und
einen zentralen Strömungsführungsteil 302,
der den oberen Flansch 301 mit dem unteren Flansch 303 einteilig
verbindet. Der obere und der untere Flansch 301, 303 erstrecken sich
senkrecht zueinander und zum zentralen Strömungsführungsteil 302. Der
obere Flansch 301 ist an einer Seitenfläche 305 der Elektrodenplatte 111 befestigt
und der untere Flansch 303 ist an einer unteren Fläche 304 der
Erdelektrode 105 befestigt. Der zentrale Strömungsführungsteil 302 ist
vorzugsweise aerodynamisch profiliert, um den Strömungswiderstand
und Turbulenzen zu minimieren, um eine im wesentlichen laminare
Gasströmung
zwischen den Strömungsführungen
aufrechtzuerhalten.
-
Der
untere Flansch 303 umfaßt vorzugsweise ein längliches
Loch 306 (nur am Teil der Strömungsführungsplatten 209 gezeigt).
Das Loch 306 ist in einer zur Längsachse der langgestreckten
Erdelektrode 105 senkrechten Richtung länglich. Eine Schraube oder
eine andere Befestigungseinrichtung 307 ist durch das Loch 306 in
ein entsprechendes Gewindeloch 308 eingesetzt, das in der
Erdelektrode 105 vorgesehen ist. Das längliche Loch 306 ermöglicht Einstellungen
der Erdelektrode 105 bezüglich der Hochspannungselektrode 104 im
wesentlichen in der durch den Doppelkopfpfeil 320 in 3c angegebenen
Richtung.
-
Der
obere Flansch 301 umfaßt
vorzugsweise ein längliches
Loch 309. Das Loch 309 ist in einer zur Längsachse
der Elektrodenplatte 111 senkrechten Richtung länglich.
Eine Schraube oder eine andere Befestigungseinrichtung 310 ist
durch das Loch 309 in ein entsprechendes Gewindeloch 311 eingesetzt, das
in der Hochspannungselektrode 104 vorgesehen ist. Das längliche
Loch 309 ermöglicht
eine Einstellung der Erdelektrode 105 bezüglich der
Hochspannungselektrode 104 im wesentlichen in der durch
den Doppelkopfpfeil 322 in 3a angegebenen
Richtung.
-
4 zeigt
einen Querschnitt der Entladungseinheit 102 gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Insbesondere zeigt 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht
der in 2 gezeigten Entladungseinheit. Der Blickwinkel ist
derselbe wie in 3b.
-
Jeder
Hochspannungskanal 107 der Laserentladungseinheit 102 umfaßt vorzugsweise
ferner eine Hülse 401,
die den Kern 108 und den Isolator 110 umschließt. Die
Hülse 401 weist
ein inneres Ende 402, das durch die Elektrodenplatte 111 abgestützt ist,
und ein äußeres freies
Ende 403 auf. Der Kern 108 weist ein inneres Ende 404,
das mit der Hochspannungselektrode 104 verbunden ist, und
ein äußeres freies
Gewindeende 405, das sich über das freie Ende 403 der
Hülse 401 hinauserstreckt,
auf. Eine Mutter 406 kann auf das Gewindeende 405 geschraubt
werden, wie in 3c und 4 gezeigt, wodurch
die Hülse 401 gegen
die Elektrodenplatte 111 gedrückt wird und der Kern 108 durch
Ziehen desselben festgespannt wird. Vorzugsweise wird eine Zwischenlagscheibe 450 zwischen
die Mutter 406 und den Isolator 110 eingefügt, um die
durch die Mutter 406 auf den Isolator 110 aufgebrachten
Spannungen gleichmäßig zu verteilen.
Ein Gewindestiftbolzen 112 wird verwendet, um das innere
Ende 404 des Kerns 108 mit der Hochspannungselektrode 104 zu
verbinden.
-
Das
innere Ende 404 des Kerns 108 ist mit einem Kernringabsatz 408 versehen,
der gegen das Keramikisolatorelement 110 gedrückt wird,
wenn der Kern 108 unter Spannung gesetzt wird. Eine Dichtung 409 ist
vorzugsweise zwischen dem Ringabsatz 408 und dem Keramikisolatorelement 110 vorgesehen.
-
Es
wird auch veranlaßt,
daß das
Keramikisolatorelement 110 durch den gespannten Kern 108 über den
Kernringabsatz 408 am inneren Ende 404 des Kerns 108 gegen
die Elektrodenplatte 111 gedrückt wird. Vorzugsweise ist
ein Ringabsatz 410 am Isolatorelement 110 vorgesehen
und eine weitere Dichtung 411 ist zwischen dem keramischen
Isolatorringabsatz 410 und der Elektrodenplatte 111 vorgesehen.
-
Um
eine zusätzliche
Abdichtung vorzusehen, umgibt ein Dichtungsring 412 (siehe
auch 2 und 3c) vorzugsweise jede Hülse 401.
Der Dichtungsring 412 kann so konstruiert sein, daß er einen Flansch 413 an
seinem äußeren Umfang
aufweist. Der Flansch 413 ist so bemessen, daß er durch
einen äußeren Rand 414 der
Löcher 150 in
der Röhre 101, durch
die die jeweiligen Kanäle 107 eingesetzt
sind, abgestützt
wird. Die Elektrodenplatte 111 ist dann vorzugsweise mit
einem Ringabsatz 417 versehen, der einem inneren Rand 415 der
Röhre 101 zugewandt
ist. Eine Metalldichtung 416 ist vorzugsweise zwischen
den Absatz 417 und den Rand 415 eingefügt. Wenn
der Ring 412 und die Elektrodenplatte 111 durch
Schrauben 113 verbunden sind, ist folglich eine gasdichte
Abdichtung zwischen dem Absatz 417 und dem inneren Rand 415 der
Röhre 101 vorgesehen.
-
Alle
Dichtungen 409, 411 und 416 sind im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ringförmige
Metalldichtungen.