DE69300160T2

DE69300160T2 - Gas-Laser-Vorrichtung.

Info

Publication number: DE69300160T2
Application number: DE69300160T
Authority: DE
Inventors: Takaaki Murata; Hideyuki Shinonaga; Hirokatsu Suzuki; Tohru Tamagawa; Kiyohisa Terai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: US5408490A; EP0564205B1; DE69300160D1; EP0564205A1; KR930020781A; KR960009300B1; TW228618B

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gaslaservorrichtung, welche Laserlicht dadurch erzeugt oder verstärkt, daß eine Hochfrequenzspannung an Elektroden angelegt wird, um eine Entladung zu erzielen und spezieller auf eine Gaslaservorrichtung, die so gestaltet ist, daß sie durch Verwendung eines Dielektrikums die Energiedichte zwischen den Elektroden einheitlich macht.

Beschreibung der bekannten Technik

Fig. 18 zeigt eine Skizze der Gestaltung einer konventionellen Querstrom-Gaslaservorrichtung. In Fig. 18 ist ein Paar dielektrischer Elektroden 1 gezeigt, die einander gegenüber angeordnet sind und eine Zwischenschicht für den Entladungsspalt 2 bilden, durch welchen Lasergas in der Richtung zirkuliert, die durch den Pfeil A angegeben ist. Die dielektrischen Elektroden 1 werden dadurch hergestellt, daß man einen Elektrodenteil 3, welcher eine längliche Gestalt in der Richtung hat, die senkrecht zum Lasergasstrom liegt (der Richtung senkrecht zur Oberfläche der Seite) mit einer dielektrischen Schale 4 überzieht. Wenn eine Hochfrequenzspannung von einer Hochfrequenz-Energiequelle 5 an die Elektrodenteile 3 in einer Querstrom-Gaslaservorrichtung angelegt wird, die auf diese Weise hergestellt ist, dann wird das Lasergas, das durch den Entladungsspalt 2 strömt, angeregt, und Laserlicht wird in der Richtung senkrecht zur Oberfläche der Seite dadurch erzeugt, daß für einen Resonator in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Seite gesorgt wird, obwohl dies hier nicht dargestellt ist. In diesem Fall macht das Vorhandensein der dielektrischen Schale 4 um den Elektrodenteil 3 herum die Energiedichte in dem Entladungsspalt einheitlich, gestattet eine homogene Entladung und ergibt eine stabile abgegebene Laserleistung.
Es ist notwendig, die Frequenz der an die Elektrodenteile 3 angelegten Hochfrequenzspannung auf mindestens 700 Hz zu steigern, wenn die Laserschwingung effektiver gemacht werden soll. Jedoch gibt es Probleme insofern, als dann, wenn die Ausgangsfrequenz der Hochfrequenz-Energiequelle 5 erhöht wird, die Entladung in unnötiger Weise wegen der kapazitiven Koppelung über die dielektrische Schale 4, die den Elektrodenteil 3 bedeckt, zu beiden Seiten des Elektrodenteils 3 gestreut wird, und das Ergebnis ist, daß es schwierig ist, den Gütegrad der Laserschwingung zu verbessern, selbst obwohl die Ausgangsfrequenz der Hochfrequenz-Energiequelle 5 erhöht worden ist.
Weiterhin gibt es in manchen Fällen auch insofern Probleme, als der Laserschwingungs-Gütegrad vollkommen entgegen dem reduziert wird, welcher ursprünglich beabsichtigt war.
EP-A-0309826 offenbart einen durch Hochfrequenz erregten Hochleistungs-Gaslaser mit einem Entladungskanal, der dielektrische Wände hat, deren Innenseiten mit Elektroden in der Form von Metallkernen versehen sind, die gegenüber der Entladung durch ein Dielektrikum abgeschirmt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine Gaslaservorrichtung zu sorgen, welche in der Lage ist, den Gütegrad der Laserschwingung durch Verwendung einer dielektrischen Elektrode zu verbessern.
Diese und weitere Aufgaben dieser Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert sind, können dadurch erzielt werden, daß man für eine Gaslaservorrichtung sorgt, welche eine Hochfrequenz-Energiequelle für das Erzeugen einer Hochfrequenz-Ausgabespannung und ein Paar Elektroden umfaßt, die als Zwischenschicht für einen Entladungsspalt dienen, durch welchen Lasergas zirkuliert. Das Elektrodenpaar ist mit der Hochfrequenz-Energiequelle verbunden, um die Hochfrequenz-Ausgabespannung an die Elektroden anzulegen, um eine Entladung in dem Entladungsspalt zu erzielen und dadurch Laserlicht zu erzeugen. Jede Elektrode besteht aus einem Elektrodenteil, einer kapazitiven Koppelung als Streufluß- Steuerungsteil, die an beiden Seiten des Elektrodenteils vorgesehen ist und einer dielektrischen Schale. Die dielektrische Schale umgibt Bereiche des Elektrodenteils und des kapazitiven Koppelungs-Steuerungsteils, der dem Entladungsspalt gegenüberliegt, wodurch die Entladung zwischen den dielektrischen Schalen eines Paars der Elektroden stattfindet. Die Dielektrizitätskonstante des kapazitiven Koppelungs-Steuerungsteils ist niedriger, als die der dielektrischen Schale.
Wenn eine hochfrequente Spannung an die Elektrodenteile in einem Paar dielektrischer Elektroden angelegt wird, dann wird Laserlicht durch Anregung des Lasergases erzeugt, das in dem Entladungsspalt zwischen diesen dielektrischen Elektroden zirkuliert. In diesem Fall wird die Energiedichte in dem Entladungsspalt einheitlich gemacht, weil es dielektrische Schalen um die Elektrodenteile herum gibt. Weiterhin wird, weil es die kapazitive Koppelung steuernde Teile mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante als derjenigen der Schalen auf beiden Seiten der Elektrodenteile gibt, die Entladung gegenüber einer Streuung zu beiden Seiten der Elektrodenteile selbst dann gesteuert, wenn eine hochfrequente Spannung an die Elektrodenteile angelegt wird, mit dem Ergebnis, daß der Gütegrad der Laserschwingung verbessert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Man erhält leicht eine vollständige Einschätzung der Erfindung und vieler der damit zusammenhängenden Vorteile, und diese wird besser verstanden, wenn man sich auf die folgende Beschreibung bezieht, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, bei welchen:
Fig. 1 eine Ansicht ist, die einen Querschnittsaufbau einer Querstrom-Gaslaservorrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar Elektroden, teilweise geschnitten, bei der Ausführungsform von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ein Schema ist, das ein Ergebnis der Berechnung der Verteilung des Entladungsstroms während der Entladungsoperation bei der Ausführungsform von Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 ein Schema ist, das die Veränderung des Streuflußstroms I&sub1; mit der Breite W, den Räumen d&sub1; und d&sub2; zeigt;
Fig. 5 ein Schema ist, das die Beziehung des berechneten Streuflußstroms I&sub1; zur Breite W, den Räumen d&sub1; und d&sub2; zeigt;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar Elektroden, teilweise geschnitten, bei einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar Elektroden, teilweise geschnitten, bei einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar Elektroden, teilweise geschnitten, bei einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht des mittleren Teils einer der Elektroden der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar Elektroden, teilweise geschnitten, bei einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar Elektroden, teilweise geschnitten, bei einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 12 eine Ansicht ist, die einen Querschnittsaufbau einer Querstrom-Gaslaservorrichtung entsprechend einer siebenten und einer achten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht ist, die ein Paar Elektroden, teilweise geschnitten, bei der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform zeigt;
Fig. 14 eine Ansicht ist, die Einzelheiten eines Querschnitts einer der in Fig. 13 gezeigten Elektroden zeigt;
Fig. 15 eine in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht des mittleren Teils einer der Elektroden einer neunten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 16 eine Ansicht ist, die einen Querschnittsaufbau einer Querstrom-Gaslaservorrichtung entsprechend einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 17 eine Ansicht ist, die einen seitlichen Querschnitt einer der Elektroden (nur die rechte Hälfte davon wird gezeigt) und die Verteilung des Entladungsstroms während der Entladungsoperation zeigt, den man durch Berechnung bei der Ausführungsform von Fig. 16 erhält; und
Fig. 18 eine quergeschnittene Seitenansicht eines Paars Elektroden einer konventionellen Querstrom-Gaslaservorrichtung ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Jetzt sollen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszahlen identische oder entsprechende Teile bei den verschiedenen Ansichten bezeichnen, die Ausführungsformen nachstehend beschrieben werden.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Querschnittsaufbau einer sogenannten Querstrom- Gaslaservorrichtung, bei welcher der Gasstrom senkrecht zur optischen Achse des Ausgangs verläuft. In Fig. 1 ist eine erste dielektrische Elektrode 12 in der Mitte der Oberseite einer Kammer 11, welche einen rechteckigen Querschnitt hat, so angeordnet, daß sie der Innenseite der Kammer 11 gegenüberliegt, und in diesem Fall ist die Unterseite der ersten dielektrischen Elektrode 12 so angeordnet, dar eine ebene Form in derselben Ebene wie der der Innenseite der Kammer 11 gebildet wird.
Eine zweite dielektrische Elektrode 13, welche ein Paar mit der ersten dielektrischen Elektrode 12 bildet, ist in der Mitte innerhalb der Kammer 11 untergebracht und ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, daß es einen Entladungsspalt 14 zwischen den beiden dielektrischen Elektroden 12 und 13 gibt, wenn sie so plaziert worden ist. In diesem Fall ist die zweite dielektrische Elektrode 13 so angeordnet, daß sie durch Auflagermittel 15 und 16 getragen wird, wobei ihre Oberseite parallel zur Unterseite der ersten dielektrischen Elektrode 12 verläuft, und sie hat eine ebene Gestalt in derselben Ebene, wie die Auflagerelemente 15 und 16. I&sub1;Ein Gebläse 17 für das Zirkulieren des Lasergases und ein Wärmetauscher 18 für das Kühlen des Lasergases sind am unteren Teil auf der Innenseite der Kammer 11 untergebracht. Das Lasergas ist unter einem Druck von ungefähr 65 Torr (1 Torr = 133,32 Pascal) innerhalb der Kammer hermetisch eingeschlossen und wird in der Richtung des Pfeils 8 mit Hilfe des Gebläses 17 zirkuliert und wird durch den Wärmetauscher 18 gekühlt, nachdem es durch den Entladungsspalt 14 geströmt ist.
Die tatsächliche Gestaltung der ersten dielektrischen Elektrode 12 und der zweiten dielektrischen Elektrode 13 wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Es wird nachstehend nur die erste dielektrische Elektrode 12 erklärt, weil sie dieselbe Gestalt haben, und die Erklärung der zweiten Elektrode 13 wird weggelassen, wobei identische Bezugszahlen jenen Teilen gegeben sind, welche mit denen der ersten dielektrischen Elektrode identisch sind.
Bei der Herstellung wird die erste dielektrische Elektrode 12 aus einem Elektrodenteil 12a mit rechteckigem Querschnitt aufgebaut, welche in einer länglichen Form in der Richtung senkrecht zum Strom des vorstehend erwähnten Lasergases ausgebildet ist und eine rechteckige behälterförmige dielektrische (z.B. Keramik-) Schale 12b hat, die so vorgesehen ist, daß sie den Elektrodenteil 12a umhüllt. In diesem Fall werden drei Räume, die sich in einer Richtung senkrecht zum Lasergasstrom erstrecken, aneinander in der Schale 12b dadurch gebildet, daß die Innenseite mit Unterteilungswänden 12c und 12d versehen wird. Der Elektrodenteil 12a ist im mittleren Raum vorgesehen, so daß der linke und der rechte Raum als Steuerteile für eine kapazitive Koppelung 12e und 12f mit einer Dielektrizitätskonstante vorgesehen sind, die jeweils niedriger als die der Schale 12b ist.
Darüber hinaus sind die Räume, die die die kapazitive Koppelung steuernden Teile 12e, 12f, 13e und 13f bilden, so gestaltet, daß die Dielektrizitätskonstanten extrem niedrig sind, indem man diese mit der Atmosphäre verbindet, wobei man ein isolierendes Gas auf der Innenseite abdichtet oder die Innenseite mit der Lasergasatmosphäre verbindet.
Weiterhin wird, wie in Fig. 1 gezeigt, dann, wenn eine hochfrequente Spannung von einer Hochfrequenz-Energiequelle 19 an die Elektrodenteile 12a und 13a der ersten dielektrischen Elektrode 12 und der zweiten dielektrischen Elektrode 13 angelegt wird, das Lasergas, das durch den Entladungsspalt 14 fließt, angeregt, und das Laserlicht 20 wird in einer Richtung senkrecht zu der Seite erzeugt. In diesem Fall wird, weil es die dielektrischen Schalen 12b und 13b um die Elektrodenteile 12a und 13a herum gibt, die Energiedichte in dem Entladungsspalt 14 einheitlich gemacht, und man kann deshalb eine stabile Laserausgangsleistung erreichen.
In diesem Fall wird, weil eine Konfiguration angenommen worden ist, bei welcher es die die kapazitive Koppelung steuernden Teile 12e, 12f und 13e, 13f mit einer extrem niedrigen Dielektrizitätskonstante auf beiden Seiten der Elektrodenteile 12a und 13a gibt, eine unnötige Streuung der Entladung zu beiden Seiten der Elektrodenteile 12a und 13a selbst unter solchen Umständen gesteuert, in denen eine hochfrequente Spannung wie vorstehend beschrieben angelegt worden ist. Das Ergebnis ist, daß unnötige Entladungsverluste gesteuert werden können und deshalb keine Nachteile auftreten, wenn die Ausgangsfrequenz der Hochfrequenz- Energiequelle 19 wesentlich erhöht worden ist, und dadurch kann der Gütegrad der Laserschwingung verbessert werden.
Es gibt mehrere Gründe, warum die Entladung in dem Entladungsspalt 14 instabil sein kann, aber es ist klar, daß einer davon der partielle Anstieg in der Temperatur der Laserzwischenräume ist, was eine Hauptursache für die Instabilität der Entladung ist. Diese ist als thermische Instabilität bekannt und ergibt sich aus der Tatsache, daß die Elektronendichte stark diskrepanten Schwankungen unterliegt, da die Lasergasdichte partiellen Schwankungen unterliegt, wenn die Temperatur ansteigt. Deshalb wird, wenn eine partielle Stockung beim Lasergasstrom in dem Entladungsspalt 14 auftritt, die Lasergastemperatur örtlich durch den Entladungseingang in diesem Bereich erhöht wird, wobei die Elektronendichte großen Schwankungen infolge der anschließenden Schwankungen bei der Lasergasdichte unterliegt und die Entladung in dem Entladungsspalt 14 unstabil wird und gelegentlich sogar eine sogenannte Fadenbildung auftritt.
Bei der vorstehenden Ausführungsform ist eine Konfiguration angenommen worden, bei welcher die Unterseite der ersten dielektrischen Elektrode 12 und die Oberseite der zweiten dielektrischen Elektrode 13, welches wie gesagt die Flächen sind, die dem Entladungsspalt 14 in den Schalen 12b und 13b gegenüberstehen, eine ebene Gestalt haben, die dem Lasergasstrom in diesem Entladungsspalt 14 folgt. Deshalb strömt das Lasergas ohne Unstetigkeiten in dem Entladungsspalt 14, es gibt kein Risiko, daß eine partielle Stockung des Lasergasstroms eingeleitet wird, mit dem Ergebnis, daß die Entladungsstabilität verbessert wird und daß der Gütegrad der Laserschwingung diesbezüglich ebenfalls verbessert werden kann.
Generell kann man, wie für die Berechnung des elektrischen Feldes, nur das statische elektrische Feld eben vor dem Beginn der Entladung erfassen. Um die Dimension des effektiven die kapazitive Koppelung steuernden Teils zu erhalten, haben wir es möglich gemacht, die Verteilung des Entladungsstroms während der Entladungsoperation zu berechnen. Typische Beispiele für das Berechnungsergebnis werden in Fig. 3 gezeigt. Bei Fig. 3 wird der Querschnittsaufbau des rechten halben Teils der ersten dielektrischen Elektrode 12 gezeigt und ist 12a der Elektrodenteil, ist 12f der Steuerungsteil für die kapazitive Koppelung und ist 12h das Dielektrikum der Schale 12b. In Fig. 3 wird die Verteilung des Entladungsstroms I derart gezeigt, daß die Länge des Segments, das sich von der Oberfläche des Dielektrikums 12h, die dem Entladungsspalt gegenüberliegt, den Betrag des Entladungsstroms I darstellt.
Fig. 3(a) zeigt den Fall, wo das Steuerungsteil für die kapazitive Koppelung nicht vorgesehen ist. Es ist selbstverständlich, daß das Segment, das die Stromverteilung repräsentiert, nicht nur unter dem Elektrodenteil 12a vorhanden ist, sondern auch beträchtlich in der seitlichen Richtung davon nach außen streut.
Fig. 3(b) und 3(c) zeigen die Fälle, wo die Steuerungsteile für die kapazitive Koppelung 12f mit einem rechteckigen beziehungsweise einem runden Querschnitt vorgesehen sind. Bei Fig. 3(b) sind die Randteile der Steuereinrichtung für die kapazitive Koppelung 12f so hergestellt, daß sie eine gekrümmte Oberfläche mit einer geeigneten Krümmung als Folge des Problems der Festigkeit der Konstruktion des Teils 12f haben. Bei Fig. 3(b) und 3(c) ist zu verstehen, daß als Ergebnis der Bereitstellung des die kapazitive Koppelung steuernden Teils 12f in der Elektrode die Stromverteilung an der Oberfläche, die dem Entladungsspalt gegenüberliegt, unmittelbar unter dem die kapazitive Koppelung steuernden Teil 12f in bemerkenswerter Weise reduziert ist.
Die Dimensionen des effektiven Steuerungsteils für die kapazitive Koppelung 12f kann man durch das neu durch uns entwickelte Verfahren der Berechnung des elektrischen Feldes erhalten. I&sub1;Die Parameter der Dimensionen sind wie folgt definiert:
d&sub1; ist ein Raum zwischen dem Steuerungsteil für die kapazitive Koppelung 12f und der Oberfläche des Dielektrikums 12h, die dem Entladungsspalt gegenüberliegt, W ist eine Breite des die kapazitive Koppelung steuernden Teils 12f, und d2 ist ein Raum zwischen dem die kapazitive Koppelung steuernden Teil 12f und der gegenüberliegenden Oberfläche, die dem Entladungsspalt gegenüberliegt. Für die wertmäßige Bestimmung der Stromsteuerung wird ein Strom I&sub1; benutzt, welches ein Strom an einer Stelle in einem Abstand von 15 mm von dem Elektrodenteil 12a ist. Der Strom I&sub1; wird als das Verhältnis zum Strom in der Mitte des Elektrodenteils 12a ausgedrückt. Der Streustrom innerhalb eines Ortes, welcher einen Abstand von dem Elektrodenteil 12a um eine Länge hat, die dem Radius des tatsächlich verwendeten Laserstrahls vergleichbar ist, kann zu dem Laserstrahl konvertiert werden.
Der Wert von 15 mm wird verwendet, weil der Streustrom an dem vorstehend beschriebenen Ort zulässig ist.
Fig. 4 zeigt die Änderung des berechneten Streustroms I&sub1; mit der Breite W, den Räumen d&sub1; und d&sub2;. Bei dem Fall ohne das die kapazitive Koppelung steuernden Teil beträgt der Streustrom ungefähr 16 %, wobei die Breite W gleich Null ist. Die Werte für die Breite W, die Räume d&sub1; und d&sub2; werden da berechnet, wo der Streustrom I&sub1; unter 10 % ist, welches der Wert ist, der für die praktische Nutzung zulässig ist. Ein Berechnungsergebnis wird in Fig. 5 gezeigt. Man erhält eine Näherungsgleichung, die die Grafik von Fig. 4 ausdrückt, und dies ist die folgende Gleichung (1).
d&sub1;-11≤-(25-2xd&sub2;)/W...(1)
Dementsprechend ist der die kapazitive Koppelung steuernde Teil 12f mit den Dimensionen zu versehen, die die Gleichung (1) befriedigen.
Bei dieser Berechnung wird angenommen, daß Aluminiumoxid, welches generell keramisch ist, als Dielektrikum verwendet wird und daß die Dielektrizitätskonstante &epsi;&sub1; des Aluminiumoxids gleich 10 ist. Und es wird angenommen, daß der die kapazitive Koppelung steuernde Teil 12f mit einem Gas gefüllt ist und die Dielektrizitätskonstante &epsi;&sub2; des Gases gleich 1 ist. In dem Fall, in dem ein anderes Material verwendet wird, ist es notwendig, die rechte Seite der Gleichung (1) mit dem Faktor &epsi;&sub2;/&epsi;&sub1; x 10 in etwa zu multiplizieren. Darüber hinaus erhält man die Gleichung (1) in dem Fall, in dem der Raum d zwischen dem Elektrodenteil 12a und der Oberfläche des Dielektrikums 12h, die dem Entladungsspalt gegenüberliegt, 5 mm beträgt. Für den Fall, daß der Raum d (mm) nicht 5 mm beträgt, ist es notwendig, die rechte Seite der Gleichung (1) mit d/5 zu multiplizieren.
Außerdem wird das wie vorstehend beschrieben erzeugte Laserlicht 20 unter Verwendung eines reflektierenden Spiegels, welcher nicht abgebildet ist, in einen Resonanzzustand gebracht. Wenn es notwendig ist, die Breite des Entladungsspalts 14 groß zu machen, wie beispielsweise dann, wenn der optische Weg in dem Resonator für das Laserlicht 20 in der Form eines U gebildet wird oder wenn er in der Form des Buchstaben Z gebildet wird, dann kann dieser wie in Fig. 6 angeordnet werden, welche eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es können nämlich die breiten Dimensionen der Elektrodenteile 12a und 13a der dielektrischen Elektroden 12 und 13 so angeordnet werden, daß man einen Zustand erhält, der mit dem optischen Weg des Laserlichts 20 in dem Resonator übereinstimmt.
Weiterhin kann, wenn die Breite des Entladungsspalts 14 auf diese Weise groß gemacht werden muß, wie bei Fig. 7, welche eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, eine Konfiguration angenommen werden, bei der die Elektrodenteile 12a und 13a entsprechend dem optischen Weg des Laserlichts 20 zweigeteilt sind. In diesem Fall kann eine Konfiguration angenommen werden, bei welcher verstärkende Trennwände 12g (nur auf der Seite der ersten dielektrischen Elektrode 12 abgebildet) ebenfalls zwischen den unterteilten Elektroden-teilen vorgesehen sind.
Fig. 8 und Fig. 9 zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und nur jene Teile, welche von der ersten Ausführungsform verschieden sind, werden in der nachfolgenden Erklärung diskutiert.
Bei Fig. 8 haben eine erste dielektrische Elektrode 21 und eine zweite dielektrische Elektrode 22, die einander gegenüber und so angeordnet sind, daß dazwischen der Entladungsspalt 14 untergebracht ist, dieselbe Gestalt und haben Schalen 21a und 22a, die wie ein rechteckiger Behälter gestaltet ist, der in länglicher Form in der Richtung senkrecht zum Lasergasstrom ausgebildet ist. Diese Schalen 21a und 22a sind aus einem Dielektrikum, wie beispielsweise Keramik hergestellt, und es sind drei Räume, welche sich in einer Richtung senkrecht zum Lasergasstrom erstrecken, dadurch in jeder aneinandergrenzend ausgebildet, daß die Innenseiten derselben durch Trennwände 21b, 21c und 22b und 22c unterteilt sind. In diesem Fall sind die Räume in der Mitte als Elektrodenaufnahmekammern 21e und 22e ausgebildet, die vorgesehen sind, um Elektrodenteile 21d und 22d mit kreisförmigem Querschnitt unterzubringen, und die Räume rechts und links sind als Steuerteile für die kapazitive Koppelung 21f, 21g und 22f und 22g mit niedrigeren Dielektrizätskonstanten, als denjenigen der Schalen 21a beziehungsweise 22a angeordnet. Darüberhinaus ist die Anordnung derart, daß die Dielektrizitätskonstante dadurch extrem niedrig ist, daß man diese Steuerteile für die kapazitive Koppelung 21f und 21g und 22f und 22g mit der Atmosphäre verbindet, wobei man das Gas auf der Innenseite abdichtet oder die Innenseite mit der Lasergasatmosphäre verbindet. Wasser C wird beispielsweise als strömendes Kühlmedium innerhalb der die Elektroden aufnehmenden Kammern 21e und 22e benutzt.
Nachstehend wird eine Erklärung für die tatsächliche Konfiguration der die Elektroden aufnehmenden Kammer 21e auf der Seite der ersten dielektrischen Elektrode 21 und die damit verbundenen Teile unter Bezugnahme auf Fig. 9 gegeben. Außerdem wird die Konfiguration der zweiten dielektrischen Elektrode 22 nicht erklärt, weil sie grundlegend dieselbe, wie die erste dielektrische Elektrode 21 ist, und wenn es sich als notwendig erweist, die zweite dielektrische Elektrode 22 zu erwähnen, dann werden dieselben Bezugsnummern zitiert.
Fig. 9 ist eine in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht der in Fig. 5 gezeigten ersten dielektrischen Elektrode 21. Um sie herzustellen, werden, siehe Fig. 9, Öffnungen 23 und 24, die zu der die Elektrode aufnehmenden Kammer 21e zeigen, in jedem Oberseitenbereich in Richtung auf beide Ränder von Schale 21a hin gebildet. Die die Elektrode aufnehmende Kammer 21e wird durch Einfügen von Harzdichtungselementen 25 und 26 durch diese Öffnungen 23 und 24 befestigt. In diesem Fall ist die Öffnung 23, die an einer Kante (der rechten Kante in der Figur) der Schale 21a angeordnet ist, mit einer verhältnismäßig langen Dimension zwischen den Kanten ausgebildet, wodurch eine angrenzende Luftkammer 27 über das abdichtende Element 25 und die die Elektrode aufnehmende Kammer 21e in der Schale 21a gebildet wird. Außerdem ist diese Luftkammer 27 mit der Atmosphäre verbunden.
Weiterhin ist eine Ausflußöffnung 25a, die mit der Innenseite der die Elektrode aufnehmenden Kammer 21e verbunden ist, in dem abdichtenden Element 25 ausgebildet, und eine Einflußöffnung 26a, die in ähnlicher Weise mit der Innenseite der die Elektrode aufnehmenden Kammer 21e verbunden ist, ist in dem abdichtenden Element 26 ausgebildet. Das Wasser C (siehe Fig. 5) fließt über die Einflußöffnung 26a und die Ausflußöffnung 25a im Innern der die Elektrode aufnehmenden Kammer 21e.
Der Elektrodenteil 21d ist mit einem Raum zwischen der Innenwand der die Elektrode aufnehmenden Kammer 21e versehen, wobei er über eine Vielzahl von Distanzstücken aus Silikongummi 28 aufgelagert ist, die in Abständen im Innern der die Elektrode aufnehmenden Kammer 21e angebracht sind, so daß das Wasser C durch den Bereich darum fließen kann.
Ein Anschluß 21h, welcher einen dünnen Stab bildet, ist so ausgeführt, daß er untrennbar verbunden an einem Ende des Elektrodenteils 21d vorsteht, und dieser Anschluß 21h geht durch das abdichtende Element 25 wasserdicht hindurch und steht in die Luftkammer 27 hinein vor. Weiterhin ist eine Harz-Anschlußbefestigung 29 an dem Ende der Schale 21a befestigt, und der Anschluß 21h ist über den Drahtleiter 30 mit einem Relaisanschluß 29a an der Anschlußbefestigung 29 verbunden. Außerdem ist der Relaisanschluß 29a mit der Hochfrequenz-Energiequelle verbunden.
Weil die auf diese Weise aufgebaute Ausführungsform die kapazitive Koppelung steuernde Teile 21f, 21g und 22f und 22g mit extrem niedrigen Dielektrizitätskonstanten auf beiden Seiten der Elektrodenteile 21d und 22d hat, kann der Gütegrad der Laserschwingung in derselben Weise verbessert werden, wie bei der ersten vorstehend angeführten Ausführungsform. Außerdem gibt es bei dieser Ausführungsform das Wasser C um die Elektrodenteile 21d und 22d herum, wobei Wasser generell eine verhältnismäßig hohe Dielektrizitätskonstante von ungefähr 80 hat, und deshalb ist es angemessen, daß erwartet werden kann, daß diese Ausführungsform den Effekt hat, die Energiedichte einheitlich zu machen.
Bei dieser Ausführungsform werden Anstiege bei der Temperatur der Elektrodenteile 21d und 22d durch das Wasser C gesteuert, das durch die Innenseite der die Elektrode aufnehmenden Kammern 21e und 22e fließt. Deshalb ist es möglich, zu verhüten, daß eine Verwerfung zwischen den Elektrodenteilen 21d und 22d und den Schalen 21a und 22a bei den dielektrischen Elektroden 21 und 22 als Folge der verschiedenen Wärmeausdehungskoeffizienten der beiden auftritt. Infolgedessen besteht keine Gefahr, daß eine Rißbildung oder dergleichen in dem Teil ausgelöst wird, der aus den die Elektrode aufnehmenden Kammern 21e und 22e der Elektrodenteile 21d und 22d (des abdichtenden Elements 25 bei dieser Ausführungsform) herausführt, und eine Wasserleckage oder eine unnötige Entladung, die durch eine Rißbildung bei diesem Teil verursacht wird, nicht ausgelöst wird.
Weiterhin ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Anordnung angenommen worden, bei welcher die Luftkammern 27 angrenzend an die die Elektrode unterbringenden Kammern über das abdichtende Element 25 in den Schalen 21a und 22a gebildet werden, und der Anschluß 21h der Elektrodenteile 21d und 22d steht innerhalb der Luftkammer 27 vor. Deshalb kann die statische Erdungskapazität des Anschlußteils 21h reduziert werden, und es kann verhütet werden, daß eine abnormale Entladung in dem Anschluß 21h, welche bei einer scharfen Gestalt unvermeidlich ist, wodurch leicht eine Konzentration des elektrischen Feldes auftritt, von Anfang an auftritt. Darüber hinaus ist in diesem Fall der Anschluß 21h, der innerhalb der Luftkammer 27 vorsteht, mit dem Drahtleiter 30 für die Energiequelle innerhalb der Luftkammer 27 verbunden, und deshalb kann die statische Erdungskapazität reduziert und kann eine abnormale Entladung in diesem Teil verhütet werden.
Fig. 10 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und diese wird nur unter Bezugnahme auf diejenigen Teile beschrieben, welche von der vorstehend diskutierten ersten Ausführungsform verschieden sind.
Bei Fig. 10 haben die erste dielektrische Elektrode 31 und die zweite dielektrische Elektrode 32, welche einander gegenüber so angeordnet sind, daß dazwischen der Entladungsspalt 14 liegt, dieselbe Gestalt und haben Schalen 31a und 32a, die wie ein rechteckiger Behälter gestaltet sind, der mit einer länglichen Form in der Richtung senkrecht zum Lasergasstrom ausgebildet ist. Diese Schalen 31a und 32a sind aus einem Dielektrikum, wie beispielsweise Keramik, hergestellt, und es sind auch röhrenförmige Elektrodenteile 31c und 32c vorgesehen, die sich in einer Richtung senkrecht zum Lasergasstrom in den ihnen gegenüberliegenden inneren Wänden 31b und 32b erstrecken. Außerdem sind die Elektrodenteile 31c und 32c an den Innenwänden 31b und 32b, beispielsweise durch Löten, befestigt.
Die um die Elektrodenteile 31c und 32c herum in den Schalen 31a und 32a gebildeten Räume sind mit der Atmosphäre verbunden, so daß sie als Steuerteile für eine kapazitive Koppelung 31d und 32d mit extrem niedrigen Dielektrizitätskonstanten funktionieren. Weiterhin fließt das Wasser, das als Kühlmedium wirkt, innerhalb der Elektrodenteile 31c und 32c.
Die auf diese Weise angeordnete Ausführungsform hat auch eine Konfiguration mit die kapazitive Koppelung steuernden Teilen 31d und 32d mit extrem niedrigen Dielektrizitätskonstanten um die Elektrodenteile 31c und 32c herum, und deshalb kann der Gütegrad der Laserschwingung in derselben Weise verbessert werden, wie bei der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform. Der Temperaturanstieg in den Elektrodenteilen 31c und 32c kann durch das Wasser gesteuert werden, das durch die Innenseite fließt, so daß keine Gefahr besteht, daß eine unerwartete Verwerfung eingeleitet wird, ähnlich wie bei der vorstehend erwähnten vierten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform können insbesondere die Elektrodenteile 31c und 32c auch als Leiter für das Wasser verwendet werden, welches das Kühlmedium ist, und die Gesamtkonfiguration kann vereinfacht werden.
Darüber hinaus kann bei der vorstehend angeführten fünften Ausführungsform dann, wenn die Gefahr besteht, daß die Operation, auch die Elektrodenteile 31c und 32c zu befestigen, schwierig ist, eine Konfiguration angenommen werden, bei welcher die Schalen 31a und 32a entsprechend in behälterförmige Haupteinheiten 31e und 32e und in Deckel 31f und 32f wie in Fig. 11 unterteilt werden, welche eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend angegebenen verschiedenen Ausführungsformen begrenzt, und es kann beispielsweise eine Anordnung unter Verwendung eines anderen Kühlmediums als Wasser verwendet werden, und es können auch verschiedene Modifikationen verwendet werden, vorausgesetzt, sie weichen nicht von dem inhaltlichen Sinn der Erfindung ab.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Fig. 12 zeigt eine siebente Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sie zeigt den Querschnittsaufbau einer Querstrom-Gaslaservorrichtung, bei welcher der Gasstrom senkrecht zur optischen Ausgangsachse liegt. In Fig. 12 ist eine erste dielektrische Elektrode 37 innerhalb einer Kammer 36 in der Mitte der Oberseite der Kammer 36 angeordnet, welche einen rechteckigen Querschnitt hat.
Eine zweite dielektrische Elektrode 38, die mit der ersten dielektrischen Elektrode 37 ein Paar bildet, ist in der Mitte der Kammer 36 angeordnet, und die beiden dielektrischen Elektroden 37 und 38 sind so angeordnet, daß sie den Entladungsspalt 39 umschließen, wenn die dielektrische Elektrode 38 in diesen Zustand gebracht worden ist. In diesem Fall ist die Oberseite der zweiten dielektrischen Elektrode 38 so ausgebildet, daß sie parallel zur Unterseite der ersten dielektrischen Elektrode 37 verläuft.
Ein Gebläse 40 für die Zirkulation von Lasergas und ein Wärmetauscher 41 für das Kühlen dieses Lasergases sind unten in der Kammer 36 untergebracht. Das Lasergas wird in der Richtung des Pfeils B durch das Gebläse 40 zur Zirkulation gebracht und wird durch den Wärmetauscher 41 gekühlt, nachdem es durch das Entladungsgebiet geströmt ist.
Die tatsächliche Gestaltung der ersten dielektrischen Elektrode 37 und der zweiten dielektrischen Elektrode 38 wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 und Fig. 14 beschrieben. Weil sie aber dieselbe Konfiguration haben, wird nachstehend nur die erste dielektrische Elektrode 37 beschrieben, und die Beschreibung der zweiten dielektrischen Elektrode 38 wird weggelassen, wobei identische Bezugskennzeichen Teilen gegeben werden, die identisch mit jenen der ersten dielektrischen Elektrode 37 sind.
Zur Herstellung wird die erste dielektrische Elektrode 37 aus einem Elektrodenteil 37a mit rechteckigem Querschnitt, der in länglicher Gestalt in einer Richtung senkrecht zum Fluß des Lasergases gebildet wird und aus einer Schale 37b aufgebaut, die aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist, welcher ein Dielektrikum ist, die so vorgesehen ist, daß sie diesen Elektrodenteil 37a mit Ausnahme der Oberseite desselben umhüllt. In diesem Fall wird die Schale 37b angrenzend an den Elektrodenteil 37a mit Hilfe von Trennwänden 37c und 37d und dadurch gebildet, daß der Elektrodenteil 37a in der Mitte vorgesehen ist, wobei der linke und der rechte Raum als Steuerteil für eine kapazitive Koppelung 37e und 37f mit niedrigeren Dielektrizitätskonstanten als der der Schale 37b hergestellt sind.
Fig. 14 zeigt einen Querschnitt der ersten dielektrischen Elektrode 37 stärker detailliert. Die Elektrode 37a umfaßt eine Metallelektrode 42, einen leitfähigen Gummi 43, welcher eine leitfähige Substanz ist und einen isolierenden Gummi 44, welcher eine isolierende Substanz ist. Wasser 45, das als Kühlmedium wirkt, fließt in der Metallelektrode 42. Der leitfähige Gummi 43 wird benutzt, um die Schale 37b und die Metallelektrode 42 hermetisch miteinander verbunden zu halten. Der isolierende Gummi 44 spielt die Rolle einer Schwächung des elektrischen Feldes der Metallelektrode 42. Hier kann, obwohl das Wasser 45, das als Kühlmedium in der Metallelektrode 42 fließt, ein kühlender Teil, durch welchen ein Kühlmedium fließt, in Kontakt mit der Metallelektrode oder dicht bei der Metallelektrode angeordnet werden. Darüberhinaus kann die Metallelektrode 42 direkt mit der Schale 37b ohne Verwendung des leitfähigen Guinmis 43 verbunden sein. Weiterhin befriedigt in Fig. 14 die Beziehung zwischen der Dicke ΔX&sub1; des Dielektrikums unter dem Elektrodenteil 37a und der Dicke ΔX&sub2; des Dielektrikums unter den Räumen 37e und 37f die Gleichung ΔX&sub1; ≥ ΔX&sub2;.
Die Funktionsweise der Ausführungsform wird nachstehend beschrieben.
Wie in Fig. 12 gezeigt, wird dann, wenn eine hochfrequente Spannung von einer Hochfrequenz-Energiequelle 46 zwischen den Elektrodenteilen 37a und 38a einer ersten dielektrischen Elektrode 37 und einer zweiten dielektrischen Elektrode 38 angelegt wird, das Lasergas, das durch den Entladungsspalt 39 fließt, angeregt, und es wird Laserlicht in einer Richtung senkrecht zu der Seite durch einen Resonator erzeugt, der in einer Richtung senkrecht zu der Seite angeordnet ist und welcher nicht abgebildet ist. Hier gibt es dielektrische Schalen 37b und 38b um die Elektrodenteile 37a und 38a herum, und deshalb wird eine einheitliche Hochfrequenzentladung in dem Entladungsspalt 39 erreicht, wodurch man eine stabilisierte Laser-Ausgangsleistung erreicht.
In diesem Fall gibt es die kapazitive Koppelung steuernde Teile 37e und 37f und 38e und 38f mit extrem niedrigen Dielektrizitätskonstanten auf beiden Seiten der Elektrodenteile 37a und 38a, und die Dicke ΔX&sub1; des Dielektrikums unter den Elektrodenteilen 37a und 38a ist größer als die Dicke ΔX&sub2; des Dielektrikums unter den Räumen 37e und 37f. Deshalb wird die Entladung so gesteuert, daß sie nicht in unnötiger Weise zu beiden Seiten der Elektrodenteile 37a und 38a gestreut wird, selbst dann nicht, wenn eine hochfrequente Spannung wie vorstehend beschrieben angelegt wird. In diesem Fall unterdrückt die Bedingung der Befriedigung der Gleichung ΔX&sub1; ≥ ΔX&sub2; die unnötige Streuung effektiver.
Das Ergebnis ist, daß weil Verluste, die durch unnötige Entladung verursacht werden, gesteuert werden, die Ausgangsfrequenz aus der Hochfrequenz-Energiequelle 46 auf mindestens 700 kHz erhöht werden kann, wodurch eine Verbesserung beim Gütegrad der Laserschwingung möglich wird.
Weiterhin können, weil die den Entladungsflächen gegenüberliegende Seite der Elektrodenteile 37a und 38a nicht von einem Dielektrikum umgeben ist, die Spannungen, welche sich infolge der Entladungs-Lichtbogenbildung in diesem Bereich konzentrieren, beseitigt werden, und die Zuverlässigkeit der dielektrischen Elektrode wird verbessert. Die Entladungsspaltseite ist von einem Dielektrikum umgeben, aber die der Entladungsseite gegenüberliegende Seite ist nicht von einem Dielektrikum umgeben, so daß es den Vorteil gibt, daß die Herstellung der Elektrodenteile 37a und 38a leichter gemacht wird.
Ein Kühlkanal, durch welchen Wasser 45, das als Kühlmedium dient, fließt, ist innerhalb der Metallelektrode 42 vorgesehen, so daß der Anstieg der Temperatur bei den Elektrodenteilen 37a und 38a gesteuert wird, und deshalb kann verhindert werden, daß eine Verwerfung zwischen den Elektrodenteilen 37a und 38a und den Schalen 37b und 38b bei den dielektrischen Elektroden 37 und 38 als Folge der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden auftritt.
Die Räume, welche die die kapazitive Koppelung steuernden Teile 37e, 37f, 38e und 38f bilden, sind mit der Atmosphäre verbunden, wobei ein isolierendes Gas auf der Innenseite abgedichtet ist oder die Innenseite mit der Lasergasatmosphäre verbunden ist oder sind in den Zustand eines sehr niedrigen Vakuums gebracht, wo es nicht wahrscheinlich ist, daß eine Entladung zu einer Lichtbogenbildung führt, so daß es auch möglich ist, die Dielektrizitätskonstante bei diesem Teil zu reduzieren.
Die Dielektrizitätskonstante der Räume, welche die die kapazitive Koppelung steuernden Teile 37e, 37f, 38e und 38f bilden, ist niedrig. Dies bedeutet, daß ein dielektrischer Durchschlag in den die kapazitive Koppelung steuernden Teilen vermieden und die Entladungsstreuung gesteuert werden kann.
Eine achte Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 12, 13 und 14 erklärt. Bei dieser Ausführungsform bringt das Gebläse 40 das Lasergas mit einem Druck P zur Zirkulation und kühlt ein Wärmetauscher 41 dieses Lasergas. Das isolierende Gas Stickstoff ist unter einem Druck Pi in den Räumen abgedichtet, welche die die kapazitive Koppelung steuernden Teile 37e, 37f, 38e und 38f bilden.
Die Beziehung zwischen dem Gasdruck P des Lasergases und dem Gasdruck Pi des isolierenden Gases befriedigt die Gleichung Pi ≥ P.
Entsprechend dieser Ausführungsform kann durch Abdichten des isolierenden Gases in dem Raum die Dielektrizitätskonstante in diesem Teil reduziert werden, wodurch eine geeignete Reduzierung bei der kapazitiven Koppelung über den Raum ermöglicht wird und man die Entladungsstreuung steuern kann.
Weiterhin befriedigt die Beziehung zwischen dem Druck Pi des isolierenden Gases und dem Gasdruck P in der Laservorrichtung die Bedingung Pi ≥ P, und deshalb kann ein dielektrischer Durchschlag in dem die kapazitive Koppelung steuernden Teil in dem Raum vermieden werden und wird die Entladungsstreuung effektiver ohne abnormale Entladung in dem Raum gesteuert.
Weiterhin können Luft, Lasergas und dergleichen zusätzlich zu dem Stickstoff als isolierendes Gas verwendet werden. Wenn Lasergas als isolierendes Gas verwendet wird, dann gibt es selbst dann keine Probleme bei der Laserschwingung, wenn das isolierende Gas aus dem Raum heraus leckt.
Nun soll eine neunte Ausführungsform dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Ein Querschnittsaufbau einer Querstrom-Gaslaservorrichtung entsprechend dieser Ausführungsform ist dieselbe, wie die in Fig. 12 gezeigte siebente Ausführungsform. Die Erklärung wird dadurch abgekürzt, daß dieselben Bezugszahlen jenen Teilen angehängt werden, welche mit der siebenten Ausführungsform identisch sind.
Fig. 15 ist eine in Längsrichtung geschnittene Seitenansicht des mittleren Teils von Fig. 14 und zeigt einen detaillierten Schnitt in Längsrichtung der ersten dielektrischen Elektrode 37 der in Fig. 12 gezeigten Gaslaservorrichtung.
Die erste dielektrische Elektrode 37 ist mit einem Leitungsdrahtteil 47 ungefähr in mittlerer Lage in der Längsrichtung derselben, einer Wassereinflußöffnung 48a für die Zuführung von Wasser 45 als Kühlmedium zu der Metallelektrode und mit einem in Längsrichtung verlaufenden die kapazitive Koppelung steuernden Teil 49a versehen. Der Leitungsdrahtteil 47 ist vorgesehen, um eine hochfrequente Spannung von der Hochfrequenz-Energiequelle 46 an die Metallelektrode 42 anzulegen, die mit dem isolierenden Gummi 44 beschichtet ist. Die Dielektrizitätskonstante des in Längsrichtung verlaufenden die kapazitive Koppelung steuernden Teils 49a ist niedriger als die der Schale 37b. Ein Deckel 50a ist an der Endposition der Schale 37b in der Längsrichtung befestigt, um zu bewirken, daß der Druck in den die kapazitive Koppelung steuernden Teilen 37e und 37f konstant ist. Innerhalb von Deckel 50a ist eine Gaszuführungsbohrung 51a vorgesehen, um Gas von außen zuzuführen. Obwohl nicht in Fig. 15 abgebildet, ist der linke Teil von dem Drahtleiterteil 47 der ersten dielektrischen Elektrode 37 in gleicher Weise aufgebaut, wie der rechte Seitenteil davon. Eine Wasserausflußöffnung 48b, ein in Längsrichtung verlaufender die kapazitive Koppelung steuernder Teil 49b, ein Deckel 50b und eine Gaszuführungsbohrung 51b sind im linken Teil der ersten dielektrischen Elektrode 37a vorgesehen. Die Funktionsweise und die Vorzüge des linken Teils der Elektrode 37a sind dieselben, wie jene des rechten Teils davon, so daß der letztere nachstehend beschrieben werden soll.
Bei dieser Ausführungsform ist auf der rechten Seite des isolierenden Gummis 44 der in Längsrichtung verlaufende die kapazitive Koppelung steuernde Teil 49a vorgesehen, welcher mit Lasergas gefüllt ist. Da die Dielektrizitätskonstante des Lasergases 1 ist, wird die Entladung gegenüber einer Streuung in der Längsrichtung in derselben Weise gesteuert, wie in der seitlichen Richtung bei der siebenten Ausführungsform. Desgleichen kann die Kapazität zwischen dem Anschlußteil der Metallelektrode 42 in der Längsrichtung und der Laserkammer reduziert werden. Dies bedeutet, daß die potentialfreie Kapazität reduziert wird und die hochfrequente Abgabeenergie dem Entladungsteil zugeführt werden kann. Der Isolationsabstand beim Hochfrequenzbereich kann reduziert werden. Der Isolationsabstand beim Hochfrequenzbereich ist nämlich Σdi/&epsi;i, wobei di eine tatsächliche Länge von Material i und &epsi;i die Dielektrizitätskonstante des Materials i ist.
Der Einfachheit halber wird, wenn es drei Materialien zwischen der Metallelektrode 42 (mit der Spannung V) und der Laserkammer (mit der Spannung 0) gibt, welche der isolierende Gummi 44, der längsverlaufende die kapazitive Koppelung steuernde Teil 49a und das Lasergas sind, die Spannung V&sub0; der Kante der ersten dielektrischen Elektrode 37 wie folgt gezeigt:
wobei d&sub1;, d&sub2;, d&sub3; und &epsi;&sub1;, &epsi;&sub2;, &epsi;&sub3; der Abstand und die Dielektrizitätskonstante des isolierenden Gurnmis 44, des in Längsrichtung verlaufenden die kapazitive Koppelung steuernden Teils 49a, beziehungsweise des Lasergases sind. Da die Abstände d&sub1; und d&sub2; beziehungsweise die Dielektrizitätskonstanten &epsi;&sub1; und &epsi;&sub3; definitive Werte sind, kann der Abstand d&sub3; auf einen kleineren Wert gesetzt werden, wenn die Dielektrizitätskonstante &epsi;&sub2; von einem niedrigeren Wert gewählt wird, weil die Spannung V&sub0; niedriger als die Durchschlagspannung Vbreak sein sollte.
Deshalb kann der Isolationsabstand zwischen der Kante der ersten dielektrischen Elektrode 37 und der Laserkammer im Hochfrequenzbereich reduziert werden, wenn das Material mit der niedrigeren Dielektrizitätskonstanten bei dem längsverlaufenden die kapazitive Koppelung steuernden Teil 49a verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Bereich des isolierenden Gummis 44 mit einer Dielektrizitätskonstanten von 3,5 reduziert und wird der Bereich des Lasergases mit einer Dielektrizitätskonstanten von 1 erhöht. Hier ist die Dielektrizitätskonstante derselben kleiner als 10, welches die Dielektrizitätskonstante der Schale 37b ist.
Bei dieser Ausführungsform ist das Lasergas in den längsverlaufenden die kapazitive Koppelung steuernden Teil 49a gefüllt. Doch es kann stattdessen ein isolierendes Gas eingefüllt sein, wie es in den die kapazitive Koppelung steuernden Teil 37e bei der siebenten Ausführungsform gefüllt ist.
Nun soll eine zehnte Ausführungsform dieser Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 16 und 17 beschrieben werden. Ein Querschnittsaufbau einer Querstrom-Gaslaservorrichtung entsprechend dieser Ausführungsform ist derselbe, wie der in Fig. 12 gezeigte der siebenten Ausführungsform, mit der Ausnahme der Gestaltung der Elektroden. Die Erklärung wird dadurch abgekürzt, daß dieselben Bezugsnummern jenen Teilen gegeben werden, welche mit der siebenten Ausführungsform identisch sind.
Fig. 16 zeigt den Querschnittsaufbau einer Querstrom-Gaslaservorrichtung entsprechend dieser Ausführungsform, bei welcher der Gasstrom senkrecht zur optischen Ausgangsachse verläuft. In Fig. 16 ist eine erste dielektrische Elektrode 52 im Innern der Kammer 36 in der Mitte der Oberseite der Kammer 36 angeordnet. Eine zweite dielektrische Elektrode 53, die mit der ersten dielektrischen Elektrode 52 ein Paar bildet, ist in der Mitte der Kammer 36 angeordnet. Die beiden dielektrischen Elektroden 52 und 53 sind so angeordnet, daß sie dazwischen den Entladungsspalt 39 einschließen. In diesem Fall ist die Oberseite der zweiten dielektrischen Elektrode 53 so ausgebildet, daß sie parallel zur Unterseite der ersten dielektrischen Elektrode 52 verläuft. Das Gebläse 40 für das Zirkulieren des Lasergases und der Wärmetauscher 41 für das Kühlen des Lasergases sind unten in der Kammer 36 angeordnet.
Die ersten und die zweite dielektrische Elektrode 52 und 53 bestehen aus Elektrodenteilen 52a und 53a beziehungsweise Schalen 52b und 53b. Weil sie dieselbe Konfiguration haben, wird nachstehend nur die erste dielektrische Elektrode 52 beschrieben.
Fig. 17 zeigt einen Querschnitt der ersten dielektrischen Elektrode 52 (es wird nur die rechte Hälfte davon gezeigt) und die Verteilung des Entladungsstroms während der Entladung, die durch Berechnung erhalten worden ist.
Die erste dielektrische Elektrode 52 besteht aus dem Elektrodenteil 52a und der Schale 52b, die aus Glas, Keramik und so weiter hergestellt ist. Der Elektrodenteil 52a besteht aus einer Metallelektrode 54, einem Isolator 55, der beispielsweise aus isolierendem Gummi hergestellt ist, der die Metallelektrode 54 bedeckt und einem die kapazitive Koppelung steuernden Teil 56a, der nicht mit einem Dielektrikum überzogen ist. Die Metallelektrode ist derart angeordnet, daß Wasser 55 als Kühlmedium in der Metallelektrode 54 fließt.
Die erste dielektrische Elektrode 52 hat eine symmetrische Konfiguration, so daß ein die kapazitive Koppelung steuernder Teil 56b (nicht abgebildet) an der linken Seite des Isolators 55 angeordnet ist. Im Nachstehenden wird nur der rechte Teil der ersten dielektrischen Elektrode 52 beschrieben. Da sich der Isolator 55 in der Atmosphäre des Lasergases befindet, ist er so gestaltet, daß das in der Figur gezeigte elektrische Raumfeld kleiner als das elektrische Entladungsfeld ist, um so ein Durchschlagen des die kapazitive Koppelung steuernden Teils 56a zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist der Isolator 55 mit einem das elektrische Feld kippenden Bereich versehen, um das elektrische Raumfeld zu kippen. In diesem Fall ist es notwendig, daß die gekrümmte Oberfläche mit einer Krümmung versehen ist, die einen Radius von mehr als 5 mm hat.
Die Verteilung des Entladungsstroms I entsprechend dieser Ausführungsform wird in Fig. 17 gezeigt. Die Ausführungsform wird genau wie in Fig. 3 dargestellt. Es wird angenommen, daß die Breite W&sub0; der Metallelektrode 24 20 mm beträgt, daß die Tiefe W&sub1; des Isolators 55 10 mm beträgt, daß die Höhe des Isolators 55 20 mm beträgt, daß die Dielektrizitätskonstante des Isolators 55 3,5 ist und daß der Krümmungsradius des Kippbereichs des elektrischen Feldes 7 mm ist. In diesem Fall ist der Streu-Entladungsstrom I&sub1; an einem Ort in einer Entfernung von 17 mm von der rechten Kante der Metallelektrode 54 ungefähr 3 % des maximalen Stromwertes. Das elektrische Raumfeld E ist niedriger als das elektrische Durchschlagsfeld in diesem Fall, so daß der Durchschlag nicht an dem die kapazitive Koppelung steuernden Teil 56a auftritt.
Wenn man den Laser-Abnahme-Gütegrad berücksichtigt, dann ist es notwendig, daß ein Umfang der Entladung an der Stelle, wo das Laserlicht abgenommen wird, so festgelegt wird, daß der Streustrom I&sub1; an der Stelle kleiner als 10 % ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Fall beträgt der Streustrom I&sub1; ungefähr 10 %, wenn die Breite W&sub1; 10 mm ist. Um das Laserlicht mit hohem Gütegrad abzunehmen, ist es notwendig, daß die stromaufliegende Kante, wo das Laserlicht abgenommen wird, mindestens an der stromab liegenden Kante der Metallelektrode 54 liegt. In dem Fall, in dem der Laserstrahl mit einem Strahlradius von 20 mm abgenommen wird, entspricht diese Bedingung derjenigen, daß die Mitte des Laserstrahls um 20 mm stromab von der Mitte der Entladung gebracht wird und daß die Breite W&sub1; des Isolators 55 20 mm beträgt. In diesem Fall werden CO&sub2;-Moleküle, die in dem Bereich stromauf von dem Laserstrahl erregt werden, durch den Lasergasstrom zum Laserstrahlbereich transportiert werden, wodurch nicht viel Verlust auftritt.
Dementsprechend wird festgelegt, daß die Breite W&sub1; des Isolators 55 nicht größer als 20 mm ist und daß die Breite W&sub0; + 2 x W&sub1; nicht größer als 60 mm ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der die kapazitive Koppelung steuernde Teil 56a in der Richtung des Lasergasstroms vorgesehen, wobei der die kapazitive Koppelung steuernde Teil mit derselben Konfiguration dieser Ausführungsform auch in der Längsrichtung der Metallelektrode 54 vorgesehen sein kann. In diesem Fall kann die Ausdehnung in der Längsrichtung der Entladung gesteuert werden, und es können die Breite der Metallelektrode 54 in der Längsrichtung und die Kapazität zwischen dem Laserbehälter und so weiter reduziert werden. Und es kann auch der Isolationsabstand im Hochfrequenzbereich reduziert werden.
Es wird aus der vorstehenden Erklärung deutlich, daß die vorstehende Erfindung in der Lage ist, für einen Gaslaser zu sorgen, bei welchem mindestens ein Paar dielektrische Elektroden, wobei eine dielektrische Schale um die Elektrodenteile herum da vorgesehen ist, wo eine hochfrequente Spannung angelegt wird, so angeordnet ist, daß sie den Entladungsspalt einschließen, wodurch die Entladung gegenüber einer Streuung zu beiden Seiten der Elektrodenteile selbst dann gesteuert wird, wenn eine hochfrequente Spannung an die Elektrodenteile angelegt wird, indem eine Konfiguration angenommen wird, bei welcher ein die kapazitive Koppelung steuernder Teil mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstanten auf beiden Seiten der Elektrodenteile bei der dielektrischen Elektrode vorgesehen ist. Deshalb kann der Gütegrad der Laserschwingung verbessert werden, selbst obwohl eine dielektrische Elektrode verwendet wird.
Offensichtlich sind im Licht der vorstehenden Lehren zahlreiche Modifikationen und Veränderungen möglich. Es ist deshalb selbstverständlich, daß innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche die Erfindung auch in anderer Weise praktiziert werden kann, als speziell hierin beschrieben.

Claims

1. Gaslaservorrichtung mit:

einer Hochfrequenz-Leistungsquelle (19) zum Erzeugen einer Hochfrequenz-Ausgabespannung; und

einem Paar von Elektroden (12, 13), welche so angeordnet sind, um einen Entladungszwischenraum als Zwischenschicht zu bilden, durch den Lasergas zirkuliert;

wobei das Paar von Elektroden mit der Hochfrequenz-Leistungsquelle verbunden ist, um die Hochfrequenz-Ausgabespannung über den Elektroden anzulegen, um eine Entladung in dem Entladungszwischenraum zu bewirken, um dadurch Laserlicht (20) zu erzeugen;

wobei jede der Elektroden ein Elektrodenteil (12a, 13a), ein Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung (12e, 12f; 13e, 13f), das auf beiden Seiten des Elektrodenteils vorgesehen ist, und eine dielektrische Schale (12b) aufweist;

wobei die dielektrische Schale Bereiche des Elektrodenteils und des Teils zur Steuerung der kapazitiven Kopplung umgibt, die dem Entladungszwischenraum zugewandt sind, wodurch die Entladung zwischen den dielektrischen Schalen des Elektrodenpaars auftritt; und

wobei die Dielektrizitätskonstante des Teils zur Steuerung der kapazitiven Kopplung niedriger als die der dielektrischen Schale ist.

2. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

die dielektrische Schale einen aus einem Dielektrikum mit rechtwinkligem Querschnitt hergestellten Behälter aufweist; der Behälter eine Unterteilungswand aufweist, um einen In- nenraum des Behälters in einen ersten Raum und einen zweiten Raum auf zuteilen, die sich beide in einer Richtung senkrecht zum Fluß des Lasergases erstrecken;

das Elektrodenteil in dem ersten Raum vorgesehen ist; und

der Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung aus dem zweiten Raum gebildet wird.

3. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 2, wobei:

das Elektrodenteil eine Metallelektrode und Kühlmittel zum Durchstrom von Kühlmedium aufweist, um die Metallelektrode in dem ersten Raum zu kühlen.

4. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 3, wobei: der Behälter eine Luftkammer an einer Endposition in seiner Längsrichtung aufweist;

die Luftkammer durch ein Dichtungsteil mit dem ersten Raum verbunden ist; und

ein Ende der Metallelektrode in dem ersten Raum durch das Dichtungsteil hindurch zu der Luftkammer geführt ist und mit einem Leitungsdraht verbunden ist, welcher mit der Hochfrequenz-Leistungsquelle verbunden ist.

5. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

die dielektrische Schale einen aus einem Dielektrikum mit rechtwinkligem Querschnitt hergestellten Behälter aufweist:

das Elektrodenteil eine röhrenförmige Metallelektrode an einer Innenwand des Behälters aufweist, die dem Entladungszwischenraum zugewandt ist;

das Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung aus einem um das Elektrodenteil herum liegenden Raum in dem Behälter gebildet ist; und

das Elektrodenteil ein Kühlmittel zum Durchstrom von Kühlmedium aufweist, um die röhrenförmige Metallelektrode innerhalb der röhrenförmigen Metallelektrode zu kühlen.

6. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

die dielektrische Schale eine Gestaltung hat, in der eine dem Entladungszwischenraum zugewandte Oberfläche eine ebene Form hat, die dem Fluß des Lasergases in dem Entladungszwischenraum folgt.

7. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Elektrode eine Gestaltung hat, die die folgende Beziehung erfüllt:

d&sub1; - 11 ≤ - (25 - 2 x d2)/W

wobei W die Breite des Teils zur Steuerung der kapazitiven Kopplung ist, dl der Abstand zwischen dem Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung und einer Oberfläche der dem Entladungszwischenraum zugewandten dielektrischen Schale ist und d2 der Abstand zwischen dem Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung und einer gegenüberliegenden Oberfläche der dem Entladungszwischenraum zugewandten dieleketrischen Schale ist.

8. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

das Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung aus einem Paar von Räumen gebildet ist, von denen jeder von der dielektrischen Schale umschlossen ist; und

das Elektrodenteil zwischen diesem Paar von Räumen angeordnet ist, und dessen dem Entladungszwischenraum zugewandte Oberfläche von der dielektrischen Schale umgeben ist.

9. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 8, wobei:

der Elektrodenteil eine Metallelektrode und Kühlmittel zum Durchfluß von Kühlmedium aufweist, um die Metallelekrode zu kühlen.

10. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 8, wobei:

ein Isoliergas in das Paar von Räumen gefüllt ist oder deren Inneres mit der Lasergasatmosphäre verbunden ist.

11. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 10, wobei:

ein Druck Pi des Isoliergases nicht kleiner ist als der Druck P des Lasergases.

12. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

das Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung auf beiden Seiten des Elektrodenteils sowohl in Querrichtung als auch in Längsrichtung des Elektrodenteils vorgesehen ist.

13. Gaslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

die Elektrode eine von einem Isolator umgebene Metallelektrode aufweist, wobei die Metallelektrode dem Entladungszwischenraum durch die dielektrische Schale zugewandt ist;

ein Paar von Räumen auf beiden Seiten des Elektrodenteils vorgesehen ist, wobei jeder dem Entladungszwischenraum durch die dielektrische Schale zugewandt ist; und

der Teil zur Steuerung der kapazitiven Kopplung aus diesen Räumen gebildet wird.