DK171803B1 - Anordning ved højenergilaser - Google Patents

Description

i DK 171803 B1

Opfindelsen angår en anordning ved en højenergilaser som angivet i krav l's indledning.

Inden for højenergilaserområdet er det ønskeligt at tilvejebringe en stråle med høj energi, der, så vidt muligt 5 stråler i TEM0o_mode. Det er også ønskeligt at opnå højere ydelser. Endvidere skal det være muligt uden statstilskud at tjene penge med en sådan laser.

Ved de hidtidige lasere har det været nødvendigt at udforme disse som særkonstruktioner, idet f.eks. en 500 watt 10 laser har andre dimensioner end en 1000 watt laser, og denne igen har dimensioner, der er væsentligt forskellige fra f.eks. en 5000 watt lasers. Alle disse lasere skal udformes forskelligt med hensyn til køling, kølevandsstrømning, gasstrømning, tilførsel og bortledning af pumpeener-15 gien. Dette medfører ikke blot nødvendigheden af fremstilling af særkonstruktioner, men også at vedligeholdelsen bliver vanskelig. Det er desuden næppe muligt at gå ud fra f.eks. en 500 watt laser og senere at bringe denne op på 1000 watt. En sådan ombygning er omkostningsmæssigt ikke 20 acceptabel.

Formålet med opfindelsen er at angive en løsning, ved hjælp af hvilken man på basis af den indledningsvis nævnte laser på enkel og rationel måde under bibeholdelse af praktisk taget samtlige konstruktionselementer kan forøge 25 laserenergien flere gange.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved hjælp af de i krav l's kendetegnende del angivne ejendommeligheder. Opfindelsen beror på den erkendelse, at man kan anvende en sådan laser som grundmodul og opnå en fordobling af ener-30 gien, dersom man ifølge opfindelsen sammenkobler to grundmoduler, forøger energien til det tredobbelte, dersom man 2 DK 171803 B1 anvender tre grundmoduler osv. Man er altså i stand til ved forøgelse af antallet af en "grundcelle" at anvende det samme princip som ved eksplosionsmotorer, der jo også findes med en cylinder, to cylindre osv. Som nyt konstruk-5 tionselement skal der blot anvendes en forbindelsesflange, der i det væsentlige blot er udformet som en dobbelt hjør-nemellemflange, men uden afbøjningsspejl.

Dersom man forbinder to sådanne grundmoduler med hinanden, sparer man et afbøjningsspejl, et totalreflektionsspejl og 10 et udtagsspejl. Allerede dette medfører mange fordele med hensyn til omkostningerne, forbedring af modus, endnu enklere køling, bedre gasstrømning (idet gassen strømmer lineært gennem forbindelsesstrengen og ikke f.eks. om hjørnet) . Færre spejle betyder desuden en enklere justering.

15 Da spejlene er dyre, reduceres omkostningerne betydeligt.

Der bibeholdes en simpel og overskuelig konstruktion, selv når man sammensætter flere grundmoduler. Dette betyder, at tilføringerne, som f.eks. for elektricitet eller lignende, kan udformes væsentligt mere systematisk og ordentligt.

20 Princippet ændres ikke ved forøgelse af antallet af grundmoduler. Man behøver altså ikke foretage nye beregninger, idet alle konstruktionsdelene, herunder også turbinen, forbliver ens. Så at sige den eneste uregelmæssighed i hele systemet er blot totalreflektionsspejlet og udtagsspej-25 let. Det enkelte grundmodul er med en karakteristisk udstrækning på mindre end 1 m ved en udgangseffekt på f.eks.

500 watt meget lille.

En udformning som den i krav 2 angivne er fordelagtig, dersom man i et rum har plads i dettes længderetning.

30 En udformning som den i krav 3 angivne er fordelagtig, dersom der er tilnærmelsesvis lige megen plads i rummets bredde og længde.

DK 171803 B1 3

Ved hjælp af de i krav 4 angivne ejendommeligheder tilvejebringer man en laser med fire grundmoduler og undgår, at to af disse kun arbejder over en del af gasrørstrengene.

Krav 5 angiver byggeprincippet for fem grundmoduler.

5 De i krav 6 angivne ejendommeligheder viser, at man også kan anbringe disse grundmoduler flerdimensionalt.

I det følgende beskrives under henvisning til fig. 1-4 en i den tyske patentansøgning P 33 34 570.2 beskrevet konstruktionsenhed. Fig. 5-11 viser konstruktionen ifølge op-10 findelsen. På tegningen viser: fig. 1 en skematisk plantegning af en vandretstående laser, fig. 2 en plantegning som den i fig. 1 viste, men i større målestok, og med de inden for bordpladen anbragte dele, 15 fig. 3 et billede af laseren, set i pilretningen 3 i fig.

1/ fig. 4 et billede som det i fig. 3 viste men i større målestok, og med dele fjernet til anskueliggørelse af det indre af motorhuset og blæserflangen, samt med stiplede 20 linier antydede delstrækninger, fig. 5 sammenkoblingen af to grundmoduler ifølge opfindelsen i det væsentlige dannet ved en fordobling af fig. 1.

fig. 6 et skematisk billede for anbringelsen af tre grundmoduler, 25 fig. 7 et skematisk billede af en anden anbringelsesmåde af tre grundmoduler, 4 DK 171803 B1 fig. 8 et skematisk billede af fem grundmoduler, fig. 9 et skematisk billede til sammenkobling af 4 x 4 = 16 grundmoduler, fig. 10 et billede til anskueliggørelse af, hvorledes fire 5 grundmoduler ikke må sammenkobles, og fig. 11 et skematisk billede af det i fig. 9 viste, set fra siden, og med yderligere en fordobling ved anbringelse af grundmodulerne i to planer.

En C02-laser 11 med en udgangseffekt på 500 watt står på et 10 bord 12 og er fast forbundet med dette. Neden under bordet er der anbragt en turboradialblæser 13, der er skruet fast til undersiden af bordet 12. Det i fig. 3 og 4 viste apparat er en enhed. Det står på et ikke vist stel. Laseren har en med streg-priklinier vist strålestrækning 14. Denne 15 forløber kvadratisk. Strålelængden er 2650 mm. Strålens diameter er 10 mm, og den stråler i TEM0o~mode. Strålestrækningen 14 omfatter tre hjørnemellemflanger 16,17,18, der både optager skematisk viste 45°-spejle og fatninger 19 for gasrør. Ved det fjerde hjørne er der an-20 bragt en hjørneflange 21, der har et totalreflekterende spejl 22 og et udtagsspejl 23. I endeflangen 21 krydser strålestrækningen 14 sig selv i en vinkel på 90°. Nøjagtigt i midten mellem den første hjørnemellemflange 16 og den anden hjørnemellemflange 17 ligger der i en første gasrør-25 streng 24 en første gennemgangsflange 26, der ved begge sider har fatninger 19. Mellem gennemgangsflangen 26 og hjørnemellemflangen 16 forløber et gasrør 27, der er optaget gastæt ved begge dets ender, og mellem gennemgangsflangen 26 og hjørnemellemflangen 17 ligger der et gasrør 30 28, der er optaget gastæt i fatninger 19. Begge gasrørene 27,28 er omgivet af HF-elektroder 30. I den anden gasrør- DK 171803 B1 5 strækning 29 ligger der nøjagtigt i midten en anden gennemgangsflange 31. I den tredje gasrørstreng 32 ligger der nøjagtigt i midten en tredje gennemgangsflange 33, og i den fjerde gasrørstreng 34 ligger der en fjerde gennem-5 gangsflange 36. Gasrørstrengene forløber vinkelret på hinanden og danner, dersom man ser bort fra den ud over krydsningspunktet 37 forløbende strålestrækning, et geometrisk kvadrat. Da forholdene, hvad angår gasrørene 27,28 og elektroderne 30, er ens i strengene, behøver de ikke 10 forklares nærmere.

Diagonaler 38,39, der trækkes mellem kvadratets hjørner, har et skæringspunkt 41.

Bordet 12 danner, bortset fra de viste skrå hjørner, ligeledes et kvadrat med en kantlængde på 850 mm. Dets højde 15 er 80 mm. Det har en plan overvæg 42 og en plan undervæg 43, der hver består af en stålplade. Stålpladerne er, bortset fra ifølge opfindelsen udformede åbninger, gastætte. Bordet 12 har langs dets omkreds omkredsvægge 44, med hvilke det således dannede hulrum 46 er gastæt mod omgi-20 velserne, og som er sammensvejste med overvæggen 42 og undervæggen 43. Koaksialt med skæringspunktet 41 har undervæggen 43 et centralt hul 47. På en radius på ca. 1/3 af en halv diagonallængde har undervæggen 4 huller 48,49,51,52. Diagonalen 39 forløber gennem hullerne 49,52, 25 og diagonalen 38 forløber midt gennem hullerne 48,51. På undersiden af undervæggen 43 er en blæser 13's hus 53 fastskruet gastæt. En motor 54 har en stator 56 og en rotor 57, hvis aksel 58 har en geometrisk længdeakse 59, der går gennem skæringspunktet 41. På akslen 58 sidder et tur-30 bineløbehjul 61, der oven over dets øverste endeflade har et sugerum 62, der kommunikerer direkte med det centrale hul 47. Set i strømningsretningen findes der efter turbineløbehjulet 61 et trykrum 63 i huset 53. Trykrummet 63 6 DK 171803 B1 har opad forløbende arme 64, der kommunikerer direkte med hullerne 48-52. Fra hullet 48 udgår en første delstrækning 66, i hvilken gassen strømmer i pilretningen 67. Mellem overvæggen 42 og undervæggen 43 er skillevægge 68,69, der 5 står vinkelret på hinanden, påsvejst gastæt. Ifølge fig. 2 strækker skillevæggen 68 sig fra klokken 6 til klokken 12, og skillevæggen 69 strækker sig fra klokken 9 til klokken 3. De har overalt en afstand fra hullet 48, således at gas kan strømme uhindret ud. Ud fra skillevæggene 68,69 stræk-10 ker der sig to parallelle skillevægge 71,72, der i betydelig afstand fra hinanden forløber parallelt med diagonalen 38. I delstrækningen 66 er der anbragt en varmeveksler 73, hvis tilslutninger strækker sig gennem undervæggen 43 og ikke er vist. Overvæggen 42 har neden under hjørnemellem- 15 flangen 16 et ikke vist hul svarende til hullet 48. Dette ikke viste hul kommunikerer direkte med det indre af den gastætte hjørnemellemflange 16. Som vist ved streg-priklinier 74,76 kan gas fra delstrækningen 66 strømme ind i hjørnemellemflangen 16 og derfra ind i gasrøret 27 og 20 gasrøret 77. Da delstrækningerne 78,79,81 for så vidt er af samme konstruktion, beskrives de ikke nærmere. Som det ses, ligger delstrækningerne 78,81 nedenunder diagonalen 39, og delstrækningerne 66,79 ligger neden under diagonalen 38. Man kan også sige, at delstrækningerne 66,78,79,81 25 forløber symmetrisk stjerneformet og ens udformet. Strøm ningsretningerne er indtegnede som pile.

Parallelt med hinanden med betydelig afstand og parallelt med vinkelhalveringslinierne mellem diagonalerne 38,39 forløber der to lige skillevægge 82,83 fra det centrale 30 hul 47 og dettes omgivelsesområde i fig. 2 lodret opad.

Derved tilvejebringes en delstrækning 84 til bortledning af gas. Gassen strømmer ud af gasrørene 27,28 ind i gennemgangsflangen 26, der hertil er hul. Hen mod overvæggen 7 DK 171803 B1 42 har den et ikke vist hul, der kommunikerer med et ligeledes ikke vist direkte derunder beliggende hul i overvæggen 42. Linien 74, der symboliserer gasstrømningen, mødes i gennemgangsflangen 26 med linien 85, der symboliserer 5 yderligere en gasstrøm. Begge gasstrømme er lige store. De når gennem de ikke viste huller ind i delstrækningen 84, strømmer her gennem en varmeveksler 86 og suges gennem hullet 47 ind i sugerummet 62. På samme måde fører der fra gennemgangsflangen 31 en delstrækning 87 med deri inde-10 holdt varmeveksler hen til det centrale hul 47. En delstrækning 88 fører fra gennemgangsflangen 33 hen til det centrale hul 47, og en delstrækning 89 fører fra gennemgangsflangen 36. Skillevæggene 82,83 danner sammen med de vægge, der begrænser de andre delstrækninger, et stort 15 kors, hvis hjørner 91 ender betydeligt foran det centrale hul 47. Dette giver gode strømningsforhold, idet strømmene er symmetriske og lige store og ikke støder på hindringer og desuden føres lineært. Denne lineære føring gælder naturligvis også for de andre delstrækninger 66,78,79,81.

20 Rundt om hullerne 48,49,51,52, der danner kilder, findes der megen plads og ligeledes rundt om hullet 47, der danner en fordybning. Afstandene mellem hver delstræknings skillevægge er ens, således at den specifikke strømningsmodstand er ens.

25 Højden af den i fig. 3 viste konstruktionsgruppe er ca. 80 cm. Man behøver altså blot et volumen med en højde på 80 cm og en kvadratisk sidelængde på ca. 85 cm.

Laseren ifølge fig. 5 er dannet af to lasere ifølge fig.

1, idet den nederst til venstre viste konstruktionsenhed 30 er blevet forbundet med den øverst til højre viste identiske konstruktionsenhed ved hjælp af en forbindelsesflange 21*. Den nederst til venstre viste konstruktionsenhed mangler derfor i forhold til fig. 1 hjørnemellemflangen 8 DK 171803 B1 11', og den øverst til højre viste konstruktionsenhed har hverken et til totalreflektionen tjenende spejl 22 eller et udtagsspejl 23. Strålestrækningen er således her lineært gennemgående under en vinkel på nøjagtigt 90° i forbin-5 delsesflangen 21'. Strålen krydser sig selv i midten af forbindelsesflangen 21', hvilket imidlertid som bekendt ikke medfører konstruktive problemer eller varmeproblemer.

Dersom man vil se, hvorledes blæseren, varmevekslerne og kølegasstrækningerne er anbragte i forhold til gasrør-10 strengene, skal man blot tage fig. 2 og, som det er sket i fig. 5, sammensætte sådanne to illustrationer ved deres hjørner under anvendelse af en forbindelsesflange, hvorefter man også kan se disse konstruktive enkeltheder i en afbildning svarende til fig. 5.

15 Fig. 6 viser sammenkoblingen af tre konstruktionsenheder i modsætning til to konstruktionsenheder ifølge fig. 5. Pilen nederst til venstre i fig. 6 viser udtagningen af laserstrålen. Som man ser, skal der her anvendes syv 45°-afbøjningsspejle samt to ens forbindelsesflanger. Man kan 20 nemt tælle sig frem til de sparede afbøjningsspejle, totalref lektionsspej le og udtagsspejle.

Fig. 7 viser, at man ikke altid behøver bygge videre ud fra diagonalt over for hinanden liggende hjørner. Man kan således også bygge videre ud fra to hosliggende hjørner af 25 det første grundmodul.

Ved den i fig. 8 viste sammenkobling af fem grundmoduler kan der også gås ud fra den i fig. 6 viste sammenkoblingsmåde, idet et grundmodul hægtes på de frie hjørner af det midterste grundmodul. Som det ses, behøver det midterste 30 grundmodul overhovedet ingen 45°-afbøjningsspejle. Det er her tilstrækkeligt med fire simple gennemgangsforbindel- 9 DK 171803 B1 sesflanger. Dersom man i fig. 8 følger laserstrålen, vil det ses, at alle gasrørstrengene udnyttes til laservirkningen .

Fig. 9 viser en anordning af seksten konstruktionsenheder 5 anbragt i skakbrætmønster. Den udtagne laserstråle er vist ved en nedadvendende pil. Laserstrålen kunne dog også udtages ved et hvilket som helst andet af de yderst beliggende hjørner. Hver konstruktionsenhed er fremhævet ved hjælp af en tværskravering. Skønt man her har 4 x 4 = 16 10 konstruktionsenheder, er kun tyve 45°-afbøjningsspejle nødvendige. Dette er meget lidt i forhold til antallet af konstruktionsenheder, og det ses heraf, at der spares stadigt flere afbøjningsspejle, jo mere lukket systemet opbygges. Der skal her anvendes 21 forbindelsesflanger, der 15 imidlertid som allerede nævnt er konstruktivt enkle. Her, som også ved de andre sammenkoblinger, behøver intet spejl køles i forbindelsesflangerne, hvilket ligeledes bidrager til en enkel konstruktion. Naturligvis skal der altid ved et sted være anbragt et totalreflektionsspej 1 og et ud-20 tagsspejl.

Ifølge fig. 11 kan man også arbejde i to planer og derved fordoble effekten endnu en gang i forhold til fig. 9, uden at der skal anvendes en større grundflade. Denne fordobling er naturligvis også mulig ved enklere enheder, som 25 f.eks. ved enheden ifølge fig. 5,6,7 eller 8. Blot skal der her anvendes de med stiplede linier viste 45°-spejle, der, i stedet for som i fig. 9 at reflektere i tegningsplanet, reflekterer lodret i forhold til dette fra det ene plan til det andet. Disse koblingsspejle, der forbinder 30 disse to planer, er betegnede med 91 og 92. Som det ses, rager det nederste plans motorer 54 nedad, og det øverste plans motorer 54' rager opad. Det er jo ved grundmodulet muligt at anbringe disse i en eller anden stilling i rum- 10 DK 171803 B1 met. F.eks. behøver den i fig. 9 viste anordning ikke ubetinget at blive anbragt vandret. Den kan også være anbragt lodret som væg, og tilsvarende ville også anordningen ifølge opfindelsen så at sige danne en lodret dobbeltvæg.

5 Fig. 10 viser, hvorledes man ikke skal forbinde grundmodulerne med hinanden. Dersom man her følger strålegangen, der forløber efter sløjfen 94, vil det ses, at de gasrørstrenge, der ligger i den stiplet indtegnede sløjfe 96, ikke udnyttes. Man opnår altså langt mindre end den fir-10 dobbelte energi. Denne anbringelse ville ganske vist være hensigtsmæssig, dersom man ønskede to af hinanden uafhængige laserstråler. Man skulle da yderligere udtage laserstrålen således som vist ved den med stiplede linier indtegnende pil 97 og naturligvis der udelade 90°-spejlet og 15 også der anbringe en endeflange 21 af den i fig. 1 viste konstruktion. Man ville da få to ens laserstråler i stereoanordning.

Claims (6)

11 DK 171803 B1 Patentkrav : 5 1. C02-højenergilaser (11) med hjørnemellemflanger (16,17,18), med en endeflange (21), med i firkant mellem hjørnemellemflangerne (16,17,18) og endeflangen (21) anbragte gasrørstrenge (24,29,32,34), med et bord (12), med en blæser (13), med varmevekslere (73,86), og med kølegas-10 strækninger (66,79,81) fra og til blæseren (13) og fra og til gasrørstrengene (24,29,32,34), kendetegnet ved følgende ejendommeligheder: a) højenergilaseren (11) danner et modul, b) mindst to i det væsentlige ens moduler er forbundne 15 med hinanden, c) forbindelsen sker ved modulernes hjørner ved hjælp af en forbindelsesflange (21')/ gennem hvis indre laserstråler kan passere, og som forbinder to gasrørstrenge (29,34', henholdsvis 24,32') i forskellige moduler 20 retliniet med hinanden.

2. Laser ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mindst tre moduler er trappeforbundet med hinanden (fig. 6) .

3. Laser ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 25 mindst tre moduler er springertrækagtigt forbundne med hinanden (fig. 7).

4. Laser ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fire moduler er de tre af disse forbundne med tre hjørner af et midterste modul. 12 DK 171803 B1

5. Laser ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ved fem moduler er fire af disse forbundne med fire hjørner af et midterste modul (fig. 8).

6. Laser ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 5 modulgrupper er anbragt i flere planer.