EP0411001A1 - Te-type gas laser with an excitation circuit and with a multichannel pseudo-spark switch - Google Patents

Te-type gas laser with an excitation circuit and with a multichannel pseudo-spark switch

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Publication number
EP0411001A1
EP0411001A1 EP89904768A EP89904768A EP0411001A1 EP 0411001 A1 EP0411001 A1 EP 0411001A1 EP 89904768 A EP89904768 A EP 89904768A EP 89904768 A EP89904768 A EP 89904768A EP 0411001 A1 EP0411001 A1 EP 0411001A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch
laser
vip
anode
excitation circuit
Prior art date
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Ceased
Application number
EP89904768A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Volker BRÜCKNER
Willi Bette
Dirk Friede
Hans-Jürgen CIRKEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0411001A1 publication Critical patent/EP0411001A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited

Definitions

  • the invention relates to an excitation circuit for gas lasers, which operate according to the TE principle, for generating a homogeneous glow discharge in the gas space of a laser chamber between the laser electrodes, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to the use of such an excitation circuit in accordance with patent claims 10 and 11.
  • An excitation circuit as described in the preamble of claim 1, is known from EP-PS 0 024 576 and DE-PS 29 32 781, where there are exemplary embodiments for the pulse-generating network in the form of LC inversion or charge Transfer circuits are explained.
  • the generic excitation circuit is of particular importance for Exci er lasers.
  • at least one fast high-voltage switching element is required in the excitation circuit, which can generate a high-voltage pulse at the laser electrodes by switching a high current.
  • peak and reverse currents occur, which - if one wants to exceed the conventional powers and repetition rates with excimer lasers - may lie outside the specifications of commercial switching elements, such as thyratrons.
  • two thyratrons have already been connected in parallel in the laser excitation circuit in order to be able to switch the high currents.
  • the invention is based on the object, starting from the generic excitation circuit for gas lasers which work according to the TE principle, in particular for excimer lasers, to design the excitation circuit in such a way that the problems outlined above, which were previously associated with the fast high-voltage switch, are solved , and for this purpose an advantageous arrangement of a high-voltage switch, which is superior to the previously known generic excitation circuits in terms of current carrying capacity, current rise rate and repetition rate, can be specified in the excitation circuit.
  • the object is achieved in an excitation circuit for gas lasers according to the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part of claim 1.
  • Advantageous further developments are specified in subclaims 2 to 11.
  • the invention also relates to the use of the multi-channel pseudo-spark switch (VIP switch) as a separate structural unit which is accommodated within a shielded housing and via potential connections, for example in the form of high-current cables with high-current plug connections and / or the like. Chen, is connected to the anode and the ground potential of an electrical high-voltage pulse circuit to be triggered.
  • VIP switch multi-channel pseudo-spark switch
  • the excitation circuit preferably refers to a so-called three-dimensional arrangement of the network capacitors, in which the stacking direction of their coatings is essentially parallel to the optical axis of the laser and in which a cooled liquid dielectric, in particular chemically pure water, is used ( hence the name "water capacitor”)
  • the invention can also advantageously be used for so-called flat laser arrangements in LC inversion, charge transfer or inversion charge transfer circuits in which the network capacitors with their coatings and in between dielectric layers run in planes which lie essentially parallel to the optical axis of the laser, and accordingly the stacking direction of the coatings is oriented approximately normal to the optical axis.
  • FIG. 1 shows a complete laser system in a block diagram which contains the excitation circuit according to the invention including VIP switches;
  • FIG. 3 u. 4 an excitation circuit in which the pulse-generating network is designed as an LC inversion circuit, as in the illustration in FIGS. 1 and 2, namely FIG. 3 the circuit diagram and FIG. 4 the transposition of the circuit diagram into a three-dimensional one Network capacitor arrangement;
  • FIG. 5 u. 6 an excitation circuit whose pulse-generating network is implemented in a charge transfer circuit, 5 shows the circuit diagram as such and FIG. 6 shows the transposition of the circuit diagram according to FIG. 5 into a three-dimensional network capacitor arrangement;
  • FIG. 7 the circuit diagram as such
  • FIG. 8 the transposition of the circuit diagram according to FIG. 7 into a three-dimensional network capacitor arrangement. 4, 6 and 8 each show a top view of the plate pack of the network capacitor, the coatings of which are to be imagined as extending into the plane of the paper;
  • FIG. 9 shows a perspective illustration of the three-dimensional arrangement of the network capacitors in the form of a so-called water condenser (containing chemically pure water as a dielectric and the condenser coverings as rigid, spaced-apart metal plates), with a high-voltage switching unit on one long side and with the laser chamber, this structurally combined with a pre-ionization device on the other long side, schematically partly in section;
  • a water condenser containing chemically pure water as a dielectric and the condenser coverings as rigid, spaced-apart metal plates
  • FIG. 10 shows a cross section according to the section plane X-X from FIG. 9 through the high-voltage switching unit, from which a single pseudo-spark switch (P switch) of the VIP switch arrangement can be seen in more detail;
  • P switch pseudo-spark switch
  • FIG. 11 is a partial longitudinal section unit and.
  • FIG. 12 shows a somewhat different representation from FIG. 11, but also in a partial longitudinal section, a second embodiment of the VIP switch arrangement, in which the individual switch anodes are electrically separated from one another;
  • FIG. 13 shows a modified embodiment of the electrode arrangement in a partial cross section along the sectional plane XIII-XIII from FIG. 12 with the electrode spacing increasing towards the center of the electrodes of the respective individual pseudo spark switch lying opposite one another;
  • the excitation circuit shown in FIG. 1 includes the laser chamber LK (also referred to as a laser head) and the pulse-generating network PEN 1, which is based on an LC inversion circuit, also referred to as a * Blümlein circuit.
  • the excitation circuit further comprises at least a fast Hoch ⁇ voltage switch S on, by whose activation or ignition via the pulse-generating network PEN 1 high-voltage pulses at the laser electrodes e ,, e 2 are generated.
  • the Hochwoods ⁇ switch S is designed as a multi-channel pseudo-spark switch leads, abbreviated in the following as VIP switch, which consists of a multiplicity of parallel pseudo-spark switches which are simultaneously ignited, hereinafter abbreviated as P-switch.
  • a pre-ionization device 7 preferably designed as an X-ray pre-treatment device, is provided, which is used for the pre-ionization of the gas space 100 of the laser chamber LK before the high-voltage pulse applied to the laser electrodes E, E 2 , the ignition threshold of the laser glow discharge reached.
  • the pulserzeu de network PEN 1 comprises at least first and second network capacitors C ⁇ , C s and associated replacement inductances L ⁇ , of the excitation circuit. The latter result in particular from the self-inductance of the VIP switch S of the laser chamber LK, the supply lines PS1 and PSO and the network capacitors C ⁇ C ⁇ .
  • PS 1 we mean the potential rail lying at high voltage potential or connected to this potential or its sections (accessories), under PS 0 the earth potential rail or sections thereof. Accordingly, B means the earth potential.
  • the charging unit AE transforms the energy provided by the public network to the electrotechnical requirements of the pulse-generating network PEN 1, which feeds the high-pressure glow discharge to excite the laser gas.
  • the voltage across the electrodes E, the laser chamber LK rises and the gas discharge path breaks shortly before the ignition point X-ray pre-ionization device 7 reaches a sufficient number of charge carriers between the laser electrodes E- ,, E 2 provided via the closed gas circuit with cooler 8, blower 9 and gas dosing and cleaning device 10 and the connecting gas circuit lines 101, Exchange of the laser gas between the electrodes E,, E 2 , preferably perpendicular to the optical axis 0-0 of the laser (see FIG.
  • the design of the gas circuit 101 with its components 8 to 10 must ensure a homogeneous gas flow between the laser electrodes and an adequate exchange rate within the volume of the gas space 100.
  • the fan 9 maintains the corresponding mass throughput in the event of a pressure drop in the gas circuit caused by the flow.
  • the device 10 ensures a predetermined composition of the laser gas and removes contaminants from the gas circuit 101 resulting from the laser operation.
  • the entire laser system is controlled and monitored by sensors and actuators on the individual components by an electronic control unit SE.
  • the control unit SE is designed as a terminal that the external specification of individual operating data of the laser, such as Pulse energy and repetition rate allowed via a central computer.
  • the control unit SE controls the charging unit AE, the pulse-generating network PEN 1, the laser chamber LK, the pre-ionization unit 7 and the gas circuit 101, as symbolized by arrows.
  • FIG. 2 schematically shows the component of a charger AE 1 and, in somewhat more detail, a pulse charging device AE 2, which together result in the charging unit AE according to FIG. 1.
  • the high-voltage charger AE 1 which works on a purely capacitive load, charges the capacitor C z to the desired voltage between two discharges.
  • L. is a further inductance in the longitudinal branch between the pulse charging device AE 2 and the pulse generating network PEN 1.
  • the ". Igniting the switching S L and S is carried out by the electronic control unit SE and can be controlled to within nanoseconds.
  • the elektro ⁇ African control unit SE also triggers the ignition pulse at the right time for the pre-ionization 7 in.
  • the switch S. is shown as thyratron; it can preferably also be designed as a VIP switch in the same way as switch S; however, the pulse charging device is not part of the subject of the invention.
  • Fig. 3 the pulse generating network PEN 1 according to Fig. 1 and 2 of the excitation circuit is drawn out again.
  • the transverse branches referred to, with Q, a first transverse branch, including the first network capacitor C ⁇ , with Q 2 the second shunt arm, containing the laser chamber LK and a series of substitute inductances L ⁇ and with Q, a third shunt arm, which contains the impedance L, which has a high resistance compared to the resistance of the laser electrode path E, -E 2 in the case of glow discharge is, but is otherwise so low that a charging current for charging the second network capacitor C ⁇ can flow through it and, moreover, after the glow discharge of the laser has ended, any potentials on the laser electrodes can be discharged, so that the excitation circuit for the the next charging and transferring process for generating the next laser pulse is prepared, the capacitance C. lies in the L ang
  • the first and second network capacitors C s , C ⁇ with their coatings 1 to 4 - these are in FIG. 4, since they are partial coatings, with 1/1, 4 / 4, 2/3 - and their intervening dielectric layers d, in the present case a liquid dielectric, in particular chemically pure water, is preferably used, running essentially normal to the optical axis 0-0 of the laser chamber LK and essentially parallel to the optical axis the laser chamber are stacked to form a kind of capacitor pack K Q and are connected within the pulse-generating network PEN 1.
  • 3 and 4 relate or symbolize, as mentioned, an LC inversion or Blümlein circuit. In this circuit as well as in the circuits to be explained according to FIGS.
  • a first type of coatings 1 and the one laser electrode E 2 and the one pole S 2 of the VIP switch S are at ground potential B.
  • a second type of coating of the network capacitors C s , C ⁇ namely the coatings 2, 3 or (FIG. 3) the coatings 2/3 and the other pole S, of the high-voltage switch or VIP switch S are in the charged state State of the pulse generating network PEN 1 and with the VIP switch S open to high voltage potential HV or anode potential.
  • the VIP switch S is shown with a simplified switching symbol, in FIG. 1 and FIG. 2, however, with a switching system bol, which looks similar to an electron tube.
  • This symbol was chosen because a pseudo radio switch, whether as a single pseudo radio switch (P switch) or in the form of the multiple pseudo radio switch (VIP switch) used here, has one or more cathode-anode sections, the cathode shielding hatches or grids, auxiliary electrodes and trigger electrodes are respectively assigned. All these auxiliary functions have been summarized in a simplified manner by the representation of a grid surrounding the cathodes.
  • the interrupted representation indicates that the VIP switch can be formed from a more or less large number of P switches.
  • the coatings of the two network capacitors C, and C are denoted by 1 1 , 2 ', 3 1 and 4'.
  • the network capacitor C. located in the transverse branch Q 1 is connected to the one covering 31 of the network capacitor C ⁇ located in the longitudinal branch PS 1, which facing away from the high-voltage or VIP switch S. is.
  • the first type of coatings which have a laser electrode and one pole of the VIP switch S, which are at ground potential B, are 1 'and 1' / l 1 , E 2 and S 2 .
  • the second type of coating of the network capacitors and the other pole of the VIP switch which are in the charged state of the pulse-generating network PEN 2 and with the switch S open at high potential HV, are 4 1 and 4 '/ 4' and S ,.
  • the third type of coating of the network capacitors, and the other laser electrode in which one has to differentiate between the three basic states I, II and III, are 2 ', 3' and 2 '/ 3 l and E ⁇ .
  • the third exemplary embodiment of the excitation circuit with the associated pulse-generating network PEN 3 according to FIGS. 7 and 8 is an inversion charge transfer circuit (ICT circuit). This is explained in more detail in DE-OS 33 23 614. For this reason, this circuit is only to be described here to the extent that it is necessary to understand the invention.
  • This circuit can be regarded as an extended LC inversion circuit according to FIG. 3, which is why the same switching elements and similar coverings are also provided with the same reference symbols.
  • the fourth shunt arm Q with the network capacitor C The transposition into the spatial arrangement from FIG. 7 to FIG. 8 shows that the covering combination 1-6 corresponds to the partial coverings 1/6, the covering combination 2-3 corresponds to the partial coverings 2/3 and the covering combination 4- 5 the partial coverings 4/5.
  • the pads 1 and 6 (or the partial pads 1/6), the laser electrode E 2 and the pole S 2 of the VIP switch S (first type of pads or electrodes) are again at ground potential.
  • the second type of pads or electrodes which are thus in the charged state of the pulse-generating network PEN 3 and when the VIP switch S is open at high voltage potential HV, are the pads 2 and 3 or ⁇ the partial pads 2/3 and the pole S. , the VIP counter.
  • the third type of coatings and the other laser electrode, the potential of which depends on three basic states of the pulse-generating network PEN 3, are 4 and 5 (or the partial coatings 4/5) and the laser electrode E-.
  • the middle part of the laser system according to FIG. F ⁇ can contain one of the three three-dimensional network capacitor arrangements according to FIGS. 4, 6 or 8.
  • a closer look reveals that the partial coatings 4/4, 2/3 and 1/1, which follow each other in the laser axis direction 0-0, belong to a pulse-generating network PEN 1 in an LC inversion circuit (FIG. 3).
  • the wall 102 of the laser chamber LK has openings 103 which are optimized from the point of view of flow technology and which enable a homogeneous, rapid gas exchange between the electrodes E 1 , E 2 with the lowest possible pressure drop in the laser chamber LK.
  • Breakthroughs 103 run the current returns from the electrode E 2, which is transparent for X-ray light here, to the pulse-generating network, and additional potential shields (not shown in more detail) are introduced in the webs 104, which prevent the formation of gliding sparks caused by the massive counterelectrode E, go out, prevent on the walls 102 of the housing of the laser chamber LK.
  • the three-dimensional network capacitor Kg in this case its partial coatings 4/4, is connected directly to the solid electrode E-.
  • the partial coverings 4/4, 2/3, 1/1 are solid plates made of corrosion-resistant steel.
  • a liquid dielectric preferably chemically pure water, is preferably used as the dielectric d (this has been omitted in FIGS. 6 and 8 for the sake of simplicity), hence the name “water condenser”.
  • the partial coverings 2/3 carrying the anode potential are connected to the ancden pole S-, the VIP switch S via corresponding connecting lugs, the cathode of which is at ground potential B, to which the metallic rectangular housing with its walls 105 is also connected.
  • the pulse-generating network integrated in the water capacitor K Q spans a large number of partial capacitors connected in parallel with water as the dielectric.
  • water is ideal as a self-healing dielectric for the construction of low-inductance, pulse-generating networks with high energy storage capacity.
  • the partial capacitors of the pulse-generating network represent a large number of inductively decoupled plate capacitors with bifilar current paths.
  • the VIP switch S is arranged on the long side of the water condenser Kg opposite the laser chamber LK.
  • the water conveyed in the circuit via a water treatment section (not shown) is removed via suitable removal openings 106 (cf. arrow f,) and processed through appropriate openings 107 in the bottom wall and supplied again cooled.
  • the laser chamber LK is flowed through or flowed across, see direction arrow f 2 for the gas flow.
  • the preionization device 7 is preferably an X-ray preionization device (7 in FIGS. 1 and 2), although other preionization devices are also fundamentally suitable.
  • 9 shows, as an example, an elongated X-ray pre-ionization device 7 placed on the outer longitudinal side of the laser chamber LK, with an elongated X-ray tube, which has a razor-sharp cold cathode 7.1, to which each is connected via insulated leads 7.2 short high voltage pulses of negative polarity are applied.
  • the anode 7.3 coated with a heavy metal, for example gold, is designed as a transmission anode and is at ground potential.
  • the cutting edge of the cold cathode 7.1 preferably
  • FIG. 10 and 11 show a first exemplary embodiment of the VIP switch S. It can be seen from FIG. 11 that the electrode pairs A / K, each consisting of anode 12 and cathode 13 with pairs of opposite electrode bores 12.1, 13.1, form one A plurality or a plurality of individual pseudo-spark switches (P switches) 11 which are electrically connected in parallel belong to one another (FIG. 11). These P switches 11 of the VIP switch S (ten P switches are shown in FIG. 8; 15, 20 or more of them can be used) are spatially aligned with one another parallel to the optical axis 0-0 of the laser or laser-axis-parallel-lined up (see FIG.
  • the cathodes 13 (not shown in FIGS. 10 and 11) are connected to the ground potential d of the pulse-generating network, that is to say they are connected to the metallic housing 105 of the water condenser K Q.
  • the anodes 12 of each P-switch 11 are distributed over the axial length of the condenser package or water condenser K Q to the second type of coating of the network capacitors and thus to the high anode potential HV of the pulse-generating network. Furthermore, as shown in FIG.
  • the electrodes 12 and 13 including the so-called cathode cone 23, the first auxiliary electrode 24 (FIG. 10), the second auxiliary electrode 21 and the trigger electrode 22 are within a common one Multiple pseudo-spark chamber (VIP chamber) 20 is housed, the housing 20.0 (cf. also FIG. 9) of which is attached with a long side to a corresponding long side of the part of the housing walls 105 of the gas laser containing the capacitor package K Q .
  • the trigger space 200 forms part of the trig electrode 22 of the VIP chamber 20.
  • the housing 20.0 of the VIP chamber 20 is formed by a cross-shaped U-shaped part made of high-voltage-resistant insulating material 20.0a, a plate-shaped metallic part 20.0b and one Z-shaped flank section 20.0c cut in current as current return to the cathode.
  • This metallic, Z-shaped, on both longitudinal sides of the housing 20.0 extending flank part 20.0c consists of the two cross-sectionally Z-shaped (wall part 201) and L-shaped (wall part 202) wall parts 201, 202, which are bolted by screws screwed together in a large-area contact (the screw bolt is only indicated in the right part of FIG. 10); the associated through bore 203 and the associated shank bore 204 with an internal thread are shown.
  • the flanges of the L-shaped wall parts 202 are screwed tightly to the switch insulating plate 205 with their flanges.
  • the latter has the cross section of an inverted U with a central extension 205.1 on its U-legs 205.2, 205.3 remote Page.
  • the extension 205.1 forms an insulating and sealing bushing for the bolt-shaped current-carrying parts 206 which are at anode potential, at one end of which the anode potential rail 32 is screwed in contact-making manner and at the other end which faces the water capacitor, the plates which carry the anode potential or partial coverings 2/3 of the water condenser, for example by means of contacting tabs, are screwed on (contact screws 207).
  • the mechanical and sealing connection of the wall part 202 to the wall 105 of the water condenser K n takes place by means of corresponding through bores 208 in the wall part 202; 209 in the flanges 205.2, 205.3; in the latter embedded metallic, threaded holes 210; Threaded blind holes 211 in the metallic wall 105 and corresponding connecting bolts 212, 213.
  • the rails 210 are reinforcing rails for the switch insulating plate 205, as shown in the right part of FIG. 10, where the flange of the wall part 202 is by means of the screw bolt anchored in the rail 211 is pulled sealingly against the counter flange 205.3.
  • the bolts 212 are inserted into the bores 209 and threaded blind holes 211.
  • the current-carrying and potential connection from the wall part 202 or 201 to the wall 105 is made by wide, flexible current strips made of copper braid, into which the current measurement shunts are also inserted and which are connected by means of current connection bolts which are screwed into the threaded holes 204 or into the rails 210 will be connected (not shown).
  • these current strips are screwed in contacting manner on the metallic wall 105 of the water condenser (likewise not shown).
  • 37 also designates an anode holder insulation designed as a molded body, with 38 another insulating body which carries the cathode molded body 130 and, together with the anode holder 30 and the anode holder insulation 37, the partial chambers 39 of the VIP Chamber 20 limited (Fig. 10).
  • all anodes are metallically connected to one another; they are housed in a metallic anode holder 30, which are connected via potential connecting bolts 31 to a potential rail 32 of the pulse-generating network.
  • the partial coatings 2/3 of the capacitor packet K Q (only shown in detail in FIG.
  • 10 and 11 which are connected to the anode potential rail 32 and the current-carrying parts 206 in a metallically conductive manner. 10 and 11 also serve to produce a defined inductance, so that the VIP switch S, which is very low-inductance, can be adapted to the requirements of such a pulse-generating network, which has a higher inductance of the High voltage switch required.
  • the longer potential connection bolts 31 shown in FIGS. 10 and 11 can be dispensed with, and the entire VIP switch is substantially shorter - seen transversely to the laser axis direction 0-0. 10 can also be used to explain the second exemplary embodiment of the VIP switch according to FIGS. 12 to 14, if one thinks away the long potential connection bolts 31, so the VIP switch with the pulse-generating network PEN1 in a stronger way Dimensions is integrated, ie the
  • the VIP switch S according to FIG. 12 also has a parallel connection of many individual pseudo-spark gaps 11, the anode 12 of each P switch 11 being insulated from all other anodes 12 and being able to be controlled separately.
  • the cathode 13, on the other hand, is common to all pairs of electrodes A / K or all P-switch channels.
  • the separate, metallic anodes 12 are seated 1 in a common insulating body, the anode holder 14. In this 12 slots 15 are incorporated between the metallic anode inserts.
  • Anode holder 14 is separated from cathode 13 by an insulating body, main insulator 16, and is held by it at a distance a1 from cathode 13.
  • the VIP switch S is filled with an ionizable low-pressure gas filling of the pressure p. Voltage is applied to the anode 12 and cathode 13, so that the resulting gas discharge can be located 10 on the left branch of the Paschen curve 10.
  • the VIP switch S is provided with a cathode rear space 17 which is common to all P switches 11 and extends across all these P switches and which is separated by the cathode
  • the 15 hat 23 is formed from metal.
  • the latter has first openings 18 and second openings 19, which enable the main discharge to be ignited.
  • a DC pre-discharge burns as pre-ionization of the trigger space 200 (cf. also FIG. 10) between the second auxiliary electrode 21 and the trigger electrode 22,
  • the elongated shaped body 130 which is common to all P switches 11 and is approximately rectangular in plan for the individual cathodes 13 is provided with electrode bores for the spark channels of the individual P switches 11. This electrode
  • the shaped body 130 is provided with projections 26 with which it fits into corresponding recesses 25 of the anode holder 14 immersed, so that in the longitudinal and transverse direction a visual connection of the VIP chamber 20 to the adjacent Isolierstoff ⁇ parts of the anode holder 14 and the anode holder 14 fix the main insulator 16 is interrupted.
  • the section according to FIG. 13 shows that of the mutually facing surfaces of the cathode 13 and the anode 12 of the respective P switch 11 or of the entire VIP switch S, at least the electrode surfaces of one polarity compared to a plane-parallel electrode arrangement A / K with the electrode spacing aL (FIG. 12) are enlarged by their special shape in their distance a to the opposite electrode surfaces of the other polarity.
  • the surfaces of the anodes 12 and the adjacent anode holder parts and / or the opposite surfaces of the cathode 13 — viewed in the longitudinal direction of the VIP chamber 20 — have a concave channel contour 35a (anode part) or 35k (cathode part), the greatest electrode spacing being in the area of the electrode bores 12.1 and 13.1.
  • the wall parts of the electrode bores 12.1, 13.1 which are directly exposed to the pseudo-spark are preferably provided with a protective lining (anode or cathode inserts 12.2, 13.2). , consisting of a metal or a metal alloy with a high melting point and high sputter resistance.
  • a preferred embodiment consists in the fact that in the anode inserts 12.2 the anode bore 12.1 of a first internal width w- an expanded anode bore 12.3 increased internal width w 2 , which follows forms a pseudo-spark subchamber for each P switch 11.
  • This embodiment therefore preferably applies to the representations according to FIGS. 10 to 14, although not recognizable there.
  • This design results in a reduced anode power loss and a faster reduction in the circuit resistance when the switch is closed.
  • the termination of the cathode cap 23 (FIG. 12) in the direction of the trigger space 20 can consist of a perforated sheet or of a " metallic grid.
  • the second auxiliary electrode 21 either has a slot extending over all P switches 11 or else Individual holes 19, with slots or individual holes lying in the axes of the electrode pairs A / K.
  • FIG. 14 shows a more detailed illustration of the individual anode arrangement compared to FIG. 12.
  • Special bolts 33 are inserted sealingly in the anode holder 14, see O-ring 33.1, shown for the first bolt in the bolt row.
  • the insert bodies 12.2, which have the anode bores 12.1, are screwed into these bolts, which are hollow at their ends and thus limit the partial spark chambers 12.4.
  • the heads 33.2 of the special bolts 33 are with a
  • Polygonal 33.3 equipped.
  • the heads 33.2 of the pads of the capacitor pack K Q carrying the anode potential are connected in a suitable, electrically conductive manner.
  • the recesses 33.3 for the internal polygon could also have an internal thread into which a contact cap screw is screwed, which has an angled portion 34 at the end of the covering 2/3 (in the case of using an LC inversion circuit according to FIG. 3 ) penetrates in one eye.
  • the designation of the network capacitor coverings in FIG. 14 would correspondingly be different if a pulse-generating network PEN 2 according to FIG. 5 or such a PEN 3 according to FIG. 7 were used as a basis.
  • the current distribution via the channels of the VIP switch S is predetermined by separate discharge circuits and cannot fluctuate statistically, which leads to an increased service life.
  • the single anode design according to the invention reduces the requirements for trigger precision. In this way, further measures that extend the service life, which would simultaneously have a negative effect on the trigger precision, can be carried out in the switch and trigger part.
  • Fig. 13 measures according to claim 7 that the largest distance a 'between the second anode 12 and cathode 13 of the VIP-switch, and thus the position ensures the lowest withstand voltage in the field of Elektroden ⁇ holes 12.1, 13.1 is located. Any incorrect discharges that may occur there cannot do any damage,
  • the special shape of the bores in anode 12 and 12 described with reference to FIG Cathode 13 serves to reduce the power loss deposited in the switch.
  • the area around the electrode bores 12.1, 13.1 on the mutually facing sides of the anode 12 and cathode 13 is the area of the greatest possible damage to the electrodes in pseudo spark switches.
  • a particularly discharge-resistant material is to be used, e.g. a tungsten alloy.
  • the dash-dotted lines 36 with the intersections 11 mark the position of P switches in perspective and schematic, if not only an escape of P switches is used to form a VIP switch, but several parallel escapes 11-1 11 etc.
  • the intrinsic and connection inductances from the series connection of the capacitors C and C 2 on the one hand and that of the latter parallel-connected third capacitor network C j on the other hand are each small, preferably by about one order of magnitude smaller, based on the Adjust ⁇ inductance L ⁇ in the branch of the laser electrodes e ,, e. 2
  • the advantage of the illustrated embodiment of the network capacitors as so-called stripline capacitors, as described, for example, in US Pat. No. 4,573,160 in a so-called planar and so-called three-dimensional arrangement), consists in particular in the extremely low self-inductance.
  • the equivalent inductance of the network capacitors is relatively very small compared to the equivalent inductances of the lines and other circuit elements (lasers, high-voltage switches, etc.).
  • the network capacitors C s , C ⁇ , C, etc. described in the embodiment as so-called band conductor capacitors differ from a so-called trans ission line. It is characteristic of these that they are possible over their length evenly distributed capacitance and inductivity covering.
  • the coatings run transversely to the optical axis of the laser that is structurally combined with them and are electrically connected to the continuous TE laser electrode.
  • Such a capacitor arrangement does not represent a transmission line, because in it the inductance of the pulse-generating network is practically concentrated in the laser head; the capacitor arrangement has a practically negligible inductance coating, as mentioned.
  • the capacitance must therefore be localized precisely, specifically to the individual network capacitor units, which are repeated in a regular sequence.
  • the dielectric is preferably a liquid (chemically pure water for example, hence the name water condenser), but solids are also suitable as a dielectric, for example ceramic.

Abstract

Un circuit d'excitation pour lasers à gaz fonctionnant selon le principe de la décharge partielle sert à générer une décharge lumineuse homogène sous haute pression dans la cavité de gaz d'une chambre laser, entre les électrodes laser. Le commutateur rapide de haute tension du réseau générateur d'impulsions constitue un commutateur à pseudo-étincelle à canaux multiples (commutateur VIP-S) et il est de préférence intégré dans le laser. Il se compose d'une pluralité de sections individuelles à pseudo-étincelle (commutateurs P 11) connectées en parallèle, l'anode (12) de chaque commutateur P individuel (11) étant isolée de toutes les autres anodes (12) et pouvant ainsi être commandée séparément. La cathode (13), par contre, est commune à tous les commutateurs P individuels (11). Les anodes métalliques séparées (12) sont logées dans un corps isolant commun, le support d'anodes (14), dans lequel sont ménagées des fentes (15) entre les points d'insertion des anodes métalliques. Le support d'anodes (14) est séparé de la cathode (13) par un corps isolant, l'isolateur principal (16), qui le maintient écarté d'une distance (d) de la cathode. L'ensemble du commutateur VIP (S) est rempli d'un gaz ionisable de remplissage sous basse pression à la pression (p). On applique une tension à l'anode (12) et à la cathode (13) de façon à positionner la décharge de gaz qui en résulte sur la branche gauche de la courbe de Paschen. On peut également utiliser le commutateur VIP du circuit d'excitation comme un module séparé de déclenchement d'un circuit électrique d'impulsions de haute tension, de même que pour des agencements laser dits planaires.An excitation circuit for gas lasers operating on the partial discharge principle serves to generate a homogeneous light discharge under high pressure in the gas cavity of a laser chamber between the laser electrodes. The high voltage quick switch of the pulse generator network constitutes a multi-channel pseudo-spark switch (VIP-S switch) and is preferably integrated in the laser. It consists of a plurality of individual pseudo-spark sections (P switches 11) connected in parallel, the anode (12) of each individual P switch (11) being isolated from all other anodes (12) and thus being able to be ordered separately. The cathode (13), on the other hand, is common to all the individual P switches (11). The separate metal anodes (12) are housed in a common insulating body, the anode holder (14), in which slots (15) are formed between the insertion points of the metal anodes. The anode support (14) is separated from the cathode (13) by an insulating body, the main insulator (16), which keeps it spaced a distance (d) from the cathode. The VIP switch assembly (S) is filled with ionisable low pressure filling gas at pressure (p). A voltage is applied to the anode (12) and to the cathode (13) so as to position the resulting gas discharge on the left branch of the Paschen curve. It is also possible to use the VIP switch of the excitation circuit as a separate module for triggering an electrical circuit of high voltage pulses, as well as for so-called planar laser arrangements.

Description

Anregungskreis für Gaslaser mit einem Vielkanal-Pseudofunken- Schalter und Verwendung des Anregungskreises Excitation circuit for gas lasers with a multi-channel pseudo-spark switch and use of the excitation circuit
Die Erfindung bezieht sich auf einen Anregungskreis für Gas- laser, die nach dem TE-Prinzip arbeiten, zur Erzeugung einer homogenen Glimmentladung im Gasraum einer Laserkammer zwischen den Laser-Elektroden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an excitation circuit for gas lasers, which operate according to the TE principle, for generating a homogeneous glow discharge in the gas space of a laser chamber between the laser electrodes, according to the preamble of claim 1.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Verwendung eines solchen Anregungskreis gemäß den Patentansprüchen 10 und 11.The invention also relates to the use of such an excitation circuit in accordance with patent claims 10 and 11.
Ein Anregungskreis, wie er im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist, ist durch die EP-PS 0 024 576 bzw. die DE-PS 29 32 781 bekannt, wobei dort Ausführungsbeispiele für das pulserzeugende Netzwerk in Form von LC-Inversions- oder Charge- Transfer-Schaltungen erläutert sind.An excitation circuit, as described in the preamble of claim 1, is known from EP-PS 0 024 576 and DE-PS 29 32 781, where there are exemplary embodiments for the pulse-generating network in the form of LC inversion or charge Transfer circuits are explained.
Durch die DE-OS 33 23 614 ist weiterhin ein gattungsgemäßer Anregungskreis bekannt, bei welchem darüberhinaus ein puls- erzeugendes Netzwerk mit einer Inversions-Charge-Transfer- Schaltung (ICT-Schaltung) erläutert ist und zusätzlich zu den Ausführungsbeispielen mit einer dreidimensionalen Anordnung der Beläge der Netzwerk-Kondensatoren auch Beispiele mit einer sog. ebenen Anordnung dargestellt sind. Im erstgenannten Falle ist die Stapelrichtung der Netzwerk-Kondensator-Beläge parallel zur optischen Achse des Lasers gerichtet, im zweit¬ genannten Falle verläuft die Ausdehnungsrichtung der Netzwerk- Kondensator-Beläge parallel zur optischen Achse des Lasers, wobei der Kondensatorstapel im Vergleich zur erstgenannten Anordnung in der Anzahl seiner Beläge bzw. Teilbeläge beschränkt ist, weil andernfalls wegen der Länge der erforderlichen Zulei¬ tungen eine zu hohe Induktivität in Kauf genommen werden müßte. Gleichwohl ist diese Bauform für kleinere Laserleistungeπ sinnvoll. Der gattungsgemäße Anregungskreis hat besondere Bedeutung für Exci er-Laser. Für diese Art von Lasern ist im Anregungskreis mindestens ein schnelles Hochspannungsschaltelement notwendig, welches durch Schalten eines hohen Stromes einen Hochspannungs- impuls an den Laser-Elektroden entstehen läßt. Dabei treten Spitzen- und Umkehrströme auf, die - will man die bisher gän¬ gigen Leistungen und Wiederholraten bei Excimer-Lasern über¬ schreiten - außerhalb der Spezifikationen kommerzieller Schalt¬ elemente, wie z.B. Thyratrons, liegen können. Man hat deshalb schon im Laser-Anregungskreis zwei Thyratrons parallel geschal¬ tet, um die hohen Ströme schalten zu können. Jedoch ergeben sich dabei Probleme im Bezug auf die gleichmäßige Belastung der Thyratrons. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem gattungsgemäßen Anregungskreis für Gaslaser, die nach dem TE-Prinzip arbeiten, insbesondere für Excimer-Laser, den Anregungskreis so auszubilden, daß sich die aufgezeigten Probleme, die mit dem schnellen Hochspannungsschalter bisher verbunden waren, lösen lassen, und hierzu sich eine in den Anregungskreis einfügende vorteilhafte Anordnung eines Hoch- spannungsschalters anzugeben, welcher in Bezug auf Strombelast¬ barkeit, Stromanstiegsgeschwindigkeit und Wiederholrate den bisher bekannten gattungsgemäßen Anregungskreisen, überlegen ist.From DE-OS 33 23 614 a generic excitation circuit is also known, in which a pulse-generating network with an inversion charge transfer circuit (ICT circuit) is also explained and in addition to the embodiments with a three-dimensional arrangement of the pads the network capacitors are also shown examples with a so-called flat arrangement. In the former case, the stacking direction of the network capacitor plates is directed parallel to the optical axis of the laser, in the second case the direction of expansion of the network capacitor plates is parallel to the optical axis of the laser, the capacitor stack compared to the first-mentioned arrangement in the number of its coverings or partial coverings is limited, because otherwise the inductance would have to be accepted because of the length of the required leads. Nevertheless, this design is useful for smaller laser powers. The generic excitation circuit is of particular importance for Exci er lasers. For this type of laser, at least one fast high-voltage switching element is required in the excitation circuit, which can generate a high-voltage pulse at the laser electrodes by switching a high current. In this case, peak and reverse currents occur, which - if one wants to exceed the conventional powers and repetition rates with excimer lasers - may lie outside the specifications of commercial switching elements, such as thyratrons. For this reason, two thyratrons have already been connected in parallel in the laser excitation circuit in order to be able to switch the high currents. However, there are problems with the uniform loading of the thyratrons. The invention is based on the object, starting from the generic excitation circuit for gas lasers which work according to the TE principle, in particular for excimer lasers, to design the excitation circuit in such a way that the problems outlined above, which were previously associated with the fast high-voltage switch, are solved , and for this purpose an advantageous arrangement of a high-voltage switch, which is superior to the previously known generic excitation circuits in terms of current carrying capacity, current rise rate and repetition rate, can be specified in the excitation circuit.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Anregungs¬ kreis für Gaslaser gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben.According to the invention, the object is achieved in an excitation circuit for gas lasers according to the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments are specified in subclaims 2 to 11.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile siϊnd vor allem darin zu sehen, daß die Leistung der gattungsgemäßen Gaslaser, insbe¬ sondere handelt es sich dabei um Excimer-Laser, nun wesentlich gesteigert werden kann. Es können nun unter den Randbedingungen der niederohmigen, kurzzeitigen Hochdruck-Glimmentladung die Anforderungen an das Schaltelement in Spitzenstromstärke, Stromanstiegsgeschwindigkeit, Umkehrstromstärke und Spannungs¬ festigkeit erfüllt werden. Charakteristisch für den sog. Pseudo- funken sind ein schneller Spannungszusammenbruch in zwei ns bisThe advantages which can be achieved with the invention can be seen above all in the fact that the power of the generic gas lasers, in particular excimer lasers, can now be significantly increased. It can now under the boundary conditions the low-resistance, short-term high-pressure glow discharge meets the requirements for the switching element in terms of peak current strength, current rise speed, reverse current strength and dielectric strength. The so-called pseudo spark is characterized by a rapid voltage breakdown in two ns to
50 ns, ein gleichzeitig erreichbarer geringer Jitter im ns-Bereich, eine hohe Stromanstiegsgeschwindigkeit von 10 12 A/S und mehr und die hohen erzielbaren Stromdichten von 5 x 1050 ns, a simultaneously achievable low jitter in the ns range, a high current rise rate of 10 12 A / S and more and the high achievable current densities of 5 x 10
A/cm - neben diesen Daten,die sich direkt aus der Pseudofunken- physik ableiten, sind jedoch Eigenschaften von ausschlaggeben¬ der technischer Bedeutung zu nennen. Die Entladung des Pseudo- funken verläuft in der Achse von Lochbohrungen der Elektroden, und die beschleunigten positiven und negativen Ladungsträger der Entladung verteilen sich - bei entsprechender konstruktiver Auslegung des Schalters - auf großvolumige Räume hinter den Elektroden. Diese Entladungsgeometrie vermeidet Erosions- und Sputter-Prozesse, die die Lebensdauer von Thyratrons und Funkenstrecken bei hoher Belastung extrem begrenzen. Der Pseudofunkenschalter läßt eine 100 %-ige Stromumkehr zu, und die Polarität des Schalters ist frei wählbar. Vorteilhaft wirken sich die geringe Trigger-Energie und der große Arbeits¬ bereich der Niederdruckentladung bezüglich p, d (Druck, Abstand) aus. Der kompakte Aufbau - im Entladungsraum befin¬ den sich keine Bau- und Abstandsvolumen benötigenden Hilfselek- troden und -Gitter - läßt eine extrem niedrige, konstruktions¬ bedingte Eigeninduktivität für das Schaltelement zu und ermöglicht in einem pulserzeugenden Netzwerk vergleichsweise hohe Stromanstiegsgeschwindigkeiten.A / cm - in addition to these data, which are derived directly from the pseudo-spark physics, however, properties of crucial technical importance are to be mentioned. The discharge of the pseudo-spark runs in the axis of the boreholes of the electrodes, and the accelerated positive and negative charge carriers of the discharge are distributed over large-volume spaces behind the electrodes - provided the switch is designed accordingly. This discharge geometry avoids erosion and sputtering processes, which extremely limit the life of thyratrons and spark gaps under high loads. The pseudo radio switch allows 100% current reversal and the polarity of the switch can be freely selected. The low trigger energy and the large working range of the low-pressure discharge with respect to p, d (pressure, distance) have an advantageous effect. The compact structure - there are no auxiliary electrodes and grids in the discharge space that do not require any construction and spacing volume - allows an extremely low, construction-related self-inductance for the switching element and enables comparatively high current rise speeds in a pulse-generating network.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des Viel- kanalpseudofunken-Schalters (VIP-Schalters) als separate Bau¬ einheit, welche innerhalb eines abgeschirmten Gehäuses unterge¬ bracht und über Potentialverbindungen, z.B. in Form von Hoch¬ stromkabeln mit Hochstromsteckverbindungen und/oder derglei- chen, mit dem Anoden- und dem Massepotential einer zu triggεrn- den elektrischen Hochspannuπgs-I pulsschaltuπg verbunden ist. Wenn auch der Anregungskreis sich bevorzugt auf eine sog. drei¬ dimensionale Anordnung der Netzwerk-Kondensatoren bezieht, bei welcher die Stapelrichtung ihrer Beläge im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Lasers verläuft und bei welcher ein gekühltes flüssiges Dielektrikum, insbesondere chemisch reines Wasser verwendet wird (daher die Bezeichnung "Wasserkondensator"), so ist die Erfindung mit Vorteil auch verwendbar für sog. ebene Laseranordnungen in LC-Inversions-, Charge-Transfer oder Inversions-Charge-Transfer-Schaltungen, bei welchen die Netzwerk-Kondensatoren mit ihren Belägen und dazwischenliegenden dielektrischen Schichten in Ebenen verlau¬ fen, welche im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Lasers liegen, und demgemäß die Stapelrichtung der Beläge etwa normal zur optischen Achse gerichtet ist.The invention also relates to the use of the multi-channel pseudo-spark switch (VIP switch) as a separate structural unit which is accommodated within a shielded housing and via potential connections, for example in the form of high-current cables with high-current plug connections and / or the like. Chen, is connected to the anode and the ground potential of an electrical high-voltage pulse circuit to be triggered. Even if the excitation circuit preferably refers to a so-called three-dimensional arrangement of the network capacitors, in which the stacking direction of their coatings is essentially parallel to the optical axis of the laser and in which a cooled liquid dielectric, in particular chemically pure water, is used ( hence the name "water capacitor"), the invention can also advantageously be used for so-called flat laser arrangements in LC inversion, charge transfer or inversion charge transfer circuits in which the network capacitors with their coatings and in between dielectric layers run in planes which lie essentially parallel to the optical axis of the laser, and accordingly the stacking direction of the coatings is oriented approximately normal to the optical axis.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung mehrere Ausführungs¬ beispiele der Erfindung und diese selbst noch näher erläutert. Darin zeigt in schematischer, vereinfachter Darstellung:In the following, several exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the drawing, and these themselves are explained in more detail. It shows in a schematic, simplified representation:
Fig. 1 Ein Laser-Gesamtsystem in einem Blockschaltbild, welches den Anregungskreis nach der Erfindung ein¬ schließlich VIP-Schalter enthält;1 shows a complete laser system in a block diagram which contains the excitation circuit according to the invention including VIP switches;
Fig. 2 den Anregungskreis mit der Systemkomponente "Pulsauf- ladevorrichtung" , etwas detaillierter dargestellt;2 shows the excitation circuit with the system component “pulse charging device”, shown in somewhat more detail;
Fig. 3 u. 4 einen Anregungskreis, bei welchem das pulserzeu¬ gende Netzwerk so wie bei der Darstellung in Fig. 1 und Fig.2 als LC-Inversionsschaltung ausgebildet ist, und zwar Fig. 3 das Schaltbild und Fig. 4 die Transposition des Schaltbildes in eine dreidimensioh le Netzwerk-Kon¬ densatoranordnung;Fig. 3 u. 4 an excitation circuit in which the pulse-generating network is designed as an LC inversion circuit, as in the illustration in FIGS. 1 and 2, namely FIG. 3 the circuit diagram and FIG. 4 the transposition of the circuit diagram into a three-dimensional one Network capacitor arrangement;
Fig. 5 u. 6 einen Anregungskreis, dessen pulserzeugendes Netzwerk in Charge-Transfer-Schaltung ausgeführt ist, und zwar Fig. 5 das Schaltbild als solches und Fig. 6 die Transposition des Schaltbildes nach Fig. 5 in eine dreidimensionale Netzwerk-Kondensator-Anordnung;Fig. 5 u. 6 an excitation circuit whose pulse-generating network is implemented in a charge transfer circuit, 5 shows the circuit diagram as such and FIG. 6 shows the transposition of the circuit diagram according to FIG. 5 into a three-dimensional network capacitor arrangement;
Fig. 7 u. 8 einen Anregungskreis mit einem pulserzeugendenFig. 7 u. 8 an excitation circuit with a pulse generating
Netzwerk, welchem eine ICT-Schaltung zugrundeliegt (ICT = Inversions-Charge-Transfer-Schaltung), und zwar Fig. 7 das Schaltbild als solches und Fig. 8 die Transposition des Schaltbildes nach Fig. 7 in eine dreidimensionale Netzwerk-Kondensator-Anordnung. In Fig. 4, 6 und 8 ist jeweils eine Draufsicht auf das Plattenpaket des Netzwerk- Kondensators dargestellt, dessen Beläge als sich in die Papierebene hineinerstreckend vorzustellen sind;Network which is based on an ICT circuit (ICT = inversion charge transfer circuit), namely FIG. 7 the circuit diagram as such and FIG. 8 the transposition of the circuit diagram according to FIG. 7 into a three-dimensional network capacitor arrangement. 4, 6 and 8 each show a top view of the plate pack of the network capacitor, the coatings of which are to be imagined as extending into the plane of the paper;
Fig. 9 in perspektivischer Darstellung die dreidimensionale Anordung der Netzwerk-Kondensatoren in der Ausführung eines sog. Wasserkondensators (enthaltend chemisch reines Wasser als Dielektrikum und die Kondensator¬ beläge als starre, zueinander beabstandete Metallplat- ten), mit einer Hochspannungsschalteinheit an der einen Längsseite und mit der Laserkammer, diese baulich vereinigt mit einer Vorionisierungs-Einrichtung, an der anderen Längsseite, schematisch zum Teil im Schnitt;9 shows a perspective illustration of the three-dimensional arrangement of the network capacitors in the form of a so-called water condenser (containing chemically pure water as a dielectric and the condenser coverings as rigid, spaced-apart metal plates), with a high-voltage switching unit on one long side and with the laser chamber, this structurally combined with a pre-ionization device on the other long side, schematically partly in section;
Fig. 10 einen Querschnitt gemäß der Schnittebene X-X aus Fig. 9 durch die Hochspannungsschalteinheit, woraus ein einzelner Pseudofunken-Schalter (P-Schalter) der VIP-Schalter-Anordnung näher erkennbar ist;FIG. 10 shows a cross section according to the section plane X-X from FIG. 9 through the high-voltage switching unit, from which a single pseudo-spark switch (P switch) of the VIP switch arrangement can be seen in more detail;
Fig. 11 einen Teil-Längsschnitt durch die Hochspannungsschalt¬ einheit und den angrenzenden Wasserkon'densator nach Fig. 6 gemäß der Schnittebene XI-XI, wobei Fig. 11 und Fig. 10 eine erste Ausführungsform des VIP-Schalters darstellen, bei der die anodeπseitigen Elektroden der Einzelpseudofunkenschalter durch eine gemeinsame Potentialschiene miteinander verbunden sind; Fig. 12 in einer im Vergleich zu Fig. 11 etwas geänderten Dar¬ stellung, im übrigen jedoch auch in einem Teil-Längs¬ schnitt, eine zweite Ausführungsform der VlP-Schalter- anordnung, bei welcher die einzelnen Schalteranoden elektrisch voneinander separiert sind;Figure 11 is a partial longitudinal section unit and. By Hochspannungsschalt¬ the adjacent Wasserkon 'capacitor of FIG. 6 according to the sectional plane XI-XI, Fig. 11 and Fig. 10 illustrate a first embodiment of the VIP-switch, wherein the anodeπseitigen Electrodes of the individual pseudo radio switches are connected to one another by a common potential rail; FIG. 12 shows a somewhat different representation from FIG. 11, but also in a partial longitudinal section, a second embodiment of the VIP switch arrangement, in which the individual switch anodes are electrically separated from one another;
Fig. 13 eine abgewandelte Ausführung der Elektroden-Anordnung in einem Teil-Querschnitt nach der Schnittebene XIII- XIII aus Fig. 12 mit sich zum Zentrum der einander gegen- überliegenden Elektroden des jeweiligen Einzel-Pseudo- funkenschalters vergrößerndem Elektrodenabstand;13 shows a modified embodiment of the electrode arrangement in a partial cross section along the sectional plane XIII-XIII from FIG. 12 with the electrode spacing increasing towards the center of the electrodes of the respective individual pseudo spark switch lying opposite one another;
Fig. 14 in einer der Fig. 12 entsprechenden Darstellung14 in a representation corresponding to FIG. 12
(Teil-Längsschnitt) eine etwas detailliertere Darstel- lung einer Ausführung nach Fig. 12 und(Partial longitudinal section) a somewhat more detailed representation of an embodiment according to FIGS. 12 and
Fig. 15 die Einzelheit XV aus Fig. 11, vergrößert.15 shows the detail XV from FIG. 11, enlarged.
Zu dem in Fig. 1 dargestellten Anregungskreis gehört die Laser- kammer LK (auch als Laserkopf bezeichnet) und das pulserzeugen¬ de Netzwerk PEN 1, dem eine LC-Inversionsschaltung, auch als * Blümlein-Schaltung bezeichnet, zugrundeliegt. Der Anregungs¬ kreis ist für Gaslaser bestimmt, die nach dem TE-Prinzip arbei¬ ten (TE = transversally excited) und dient zur Erzeugung einer homogenen Glimmentladung im Gasraum 100 einer Laserkammer LK zwischen den Laser-Elektroden E-,, E2- Innerhalb der genannten Laserkammer LK stehen sich wenigstens zwei Laser-Elektroden E,, E2 mit Abstand gegenüber und erstrecken sich mit ihren Elektrodenflächen parallel zur optischen Achse 0-0 der Laser- kammer und weisen bevorzugt einen in dieser Richtung ausge¬ dehnten Vollquerschnitt auf (aus Fig. 6 näher"ersichtlich) . Der Anregungskreis weist weiterhin mindestens einen schnellen Hoch¬ spannungsschalter S auf, durch dessen Aktivierung bzw. Zündung über das pulserzeugende Netzwerk PEN 1 Hochspannungsimpulse an den Laser-Elektroden E,, E2 erzeugbar sind. Der Hochspannungs¬ schalter S ist als ein Vielkanalpseudofunken-Schalter ausge- führt, abgekürzt im folgenden als VIP-Schalter bezeichnet, de aus einer Vielzahl von zueinander parallelgeschalteten und gl zeitig gezündeten Einzelpseudofunken-Schaltern, im folgenden abgekürzt als P-Schalter bezeichnet, besteht. Weiterhin ist eine Vorionisierungs-Einrichtung 7, bevorzugt als Röntgenvori sierungs-Einrichtung ausgeführt, vorgesehen, welche zur Vorio sierung des Gasraumes 100 der Laserkammer LK dient, bevor der die Laser-Elektroden E-,, E2 angelegte Hochspannungsimpuls die Zündschwelle der Laser-Glimmentladung erreicht. Das pulserzeu de Netzwerk PEN 1 umfaßt wenigstens erste und zweite Netzwerk Kondensatoren Cκ, Cs und zugehörige Ersatzinduktivitäten Lκ, des Anregungskreises. Letztere ergeben sich insbesondere aus der Eigeninduktivität des VIP-Schalters S der Laserkammer LK, der Zuleitungen PS1 und PSO und der Netzwerk-Kondensatoren Cκ Cς. Diese Ersatzinduktivitäten müßten bei der Bemessung des pulserzeugenden Netzwerkes berücksichtigt werden; sie können auch mit diskreten Induktivitäten vereinigt sein, wenn der We der Ersatzinduktivitäten nicht groß genug ist. Unter PS 1 wir die auf Hochspannungspotential liegende bzw. an dieses Potent angeschlossenen Potentialschiene bzw. deren Teilstücke (Zulei gen) verstanden, unter PS 0 die Erdpotentialschiene bzw. Teil stücke davon. Demgemäß bedeutet B das Erdpotential.The excitation circuit shown in FIG. 1 includes the laser chamber LK (also referred to as a laser head) and the pulse-generating network PEN 1, which is based on an LC inversion circuit, also referred to as a * Blümlein circuit. The excitation circuit is intended for gas lasers which operate according to the TE principle (TE = transversally excited) and is used to generate a homogeneous glow discharge in the gas space 100 of a laser chamber LK between the laser electrodes E 1 , E 2 - Inside At least two laser electrodes E, E 2 are at a distance from said laser chamber LK and extend with their electrode surfaces parallel to the optical axis 0-0 of the laser chamber and preferably have a full cross section which extends in this direction Fig. 6 closer "seen). the excitation circuit further comprises at least a fast Hoch¬ voltage switch S on, by whose activation or ignition via the pulse-generating network PEN 1 high-voltage pulses at the laser electrodes e ,, e 2 are generated. the Hochspannungs¬ switch S is designed as a multi-channel pseudo-spark switch leads, abbreviated in the following as VIP switch, which consists of a multiplicity of parallel pseudo-spark switches which are simultaneously ignited, hereinafter abbreviated as P-switch. Furthermore, a pre-ionization device 7, preferably designed as an X-ray pre-treatment device, is provided, which is used for the pre-ionization of the gas space 100 of the laser chamber LK before the high-voltage pulse applied to the laser electrodes E, E 2 , the ignition threshold of the laser glow discharge reached. The pulserzeu de network PEN 1 comprises at least first and second network capacitors C κ , C s and associated replacement inductances L κ , of the excitation circuit. The latter result in particular from the self-inductance of the VIP switch S of the laser chamber LK, the supply lines PS1 and PSO and the network capacitors C κ C ς . These substitute inductors would have to be taken into account when dimensioning the pulse-generating network; they can also be combined with discrete inductors if the value of the replacement inductors is not large enough. Under PS 1 we mean the potential rail lying at high voltage potential or connected to this potential or its sections (accessories), under PS 0 the earth potential rail or sections thereof. Accordingly, B means the earth potential.
Die Aufladeeinheit AE transformiert die vom öffentlichen Netz bereitgestellte Energie auf die elektrotechnischen Erfordernis se des pulserzeugenden Netzwerks PEN 1, welches die Hochdruck glimmentladung zur Anregung des Lasergases speist. Nach Schlie des VIP-Schalters S steigt die Spannung über den Elektroden E, der Laserkammer LK an und die Gasentladungsstrecke bricht durc nachdem kurz vor Erreichen des Zündzeitpunktes die Röntgenvor- ionisierungs-Einrichtung 7 eine ausreichende Anzahl von Ladung trägern zwischen den Laser-Elektroden E-, , E2 bereitgestellt ha Über den geschlossenen Gaskreislauf mit Kühler 8, Gebläse 9 un Gas-Dosierungs- und Reinigungseinrichtung 10 sowie die verbiπ- denden Gaskreislauf-leitungen 101 erfolgt ein schneller Aus- tausch des Lasergases zwischen den Elektroden E, , E2, und zwar bevorzugt senkrecht zur optischen Achse 0-0 des Lasers (vgl. Fig. 6), wobei die durch die Entladung eingebrachte Verlust¬ wärme über den Kühler 8 abgeführt wird. Die Auslegung des Gas- kreislaufes 101 mit seinen Komponenten 8 bis 10 muß eine homo¬ gene Gasstrδmung zwischen den Laser-Elektroden und eine ausrei¬ chende Austauschrate innerhalb des Volumens des Gasraumes 100 gewährleisten. Den entsprechenden Massendurchsatz bei dem durch die Strömung hervorgerufenen Druckabfall im Gaskreislauf hält das Gebläse 9 aufrecht. Die Einrichtung 10 sorgt für eine vor¬ gegebene Zusammensetzung des Lasergases und entfernt vom Laser¬ betrieb herrührende Verunreinigungen aus dem Gaskreislauf 101.The charging unit AE transforms the energy provided by the public network to the electrotechnical requirements of the pulse-generating network PEN 1, which feeds the high-pressure glow discharge to excite the laser gas. After closing the VIP switch S, the voltage across the electrodes E, the laser chamber LK rises and the gas discharge path breaks shortly before the ignition point X-ray pre-ionization device 7 reaches a sufficient number of charge carriers between the laser electrodes E- ,, E 2 provided via the closed gas circuit with cooler 8, blower 9 and gas dosing and cleaning device 10 and the connecting gas circuit lines 101, Exchange of the laser gas between the electrodes E,, E 2 , preferably perpendicular to the optical axis 0-0 of the laser (see FIG. 6), the heat loss introduced by the discharge being dissipated via the cooler 8. The design of the gas circuit 101 with its components 8 to 10 must ensure a homogeneous gas flow between the laser electrodes and an adequate exchange rate within the volume of the gas space 100. The fan 9 maintains the corresponding mass throughput in the event of a pressure drop in the gas circuit caused by the flow. The device 10 ensures a predetermined composition of the laser gas and removes contaminants from the gas circuit 101 resulting from the laser operation.
Das gesamte Lasersystem wird über Sensoren und Stellglieder an den Einzelkomponenten durch eine elektronische Steuereinheit SE geregelt und überwacht. Darüberhinaus ist die Steuereinheit SE als Terminal ausgebildet, das die externe Vorgabe von einzelnen Betriebsdaten des Lasers, wie z.B. Pulsenergie und Wiederhol¬ rate über einen Zentralrechner erlaubt. Die Steuereinheit SE steuert die Aufladeeinheit AE, das pulserzeugende Netzwerk PEN 1, die Laserkammer LK, die Vorionisierungs-Einheit 7 und den Gaskreislauf 101, wie es durch Pfeile symbolisiert ist.The entire laser system is controlled and monitored by sensors and actuators on the individual components by an electronic control unit SE. In addition, the control unit SE is designed as a terminal that the external specification of individual operating data of the laser, such as Pulse energy and repetition rate allowed via a central computer. The control unit SE controls the charging unit AE, the pulse-generating network PEN 1, the laser chamber LK, the pre-ionization unit 7 and the gas circuit 101, as symbolized by arrows.
Fig. 2 zeigt schematisch die Komponente eines Ladegerätes AE 1 und etwas detaillierter eine Pulsaufladevorrichtung AE 2, wel¬ che zusammen die Aufladeeinheit AE nach Fig. 1 ergeben. Das Hochspannungsladegerät AE 1, das auf eine rein kapazitive Last arbeitet, lädt zwischen zwei Entladungen den Kondensator Cz auf die Sollspannung auf. Mit L. ist eine weitere Induktivität im Längszweig zwischen der Pulsaufladevorrichtung AE 2 und dem pulserzeugenden Netzwerk PEN 1 bezeichnet. Das". Zünden der Schalte SL und S erfolgt durch die elektronische Steuereinheit SE und kann bis auf Nanosekunden genau geregelt werden. Die elektro¬ nische Steuereinheit SE löst auch zum richtigen Zeitpunkt den Zündimpuls für die Vorionisierung 7 aus. Der Schalter S. ist als Thyratron dargestellt; er kann bevorzugt auch als ein VIP-Schalter genauso wie der Schalter S ausgeführt sein; die Pulsaufladevorrichtung gehört indessen nicht zum Gegenstand der Erfindung.FIG. 2 schematically shows the component of a charger AE 1 and, in somewhat more detail, a pulse charging device AE 2, which together result in the charging unit AE according to FIG. 1. The high-voltage charger AE 1, which works on a purely capacitive load, charges the capacitor C z to the desired voltage between two discharges. L. is a further inductance in the longitudinal branch between the pulse charging device AE 2 and the pulse generating network PEN 1. The ". Igniting the switching S L and S is carried out by the electronic control unit SE and can be controlled to within nanoseconds. The elektro¬ African control unit SE also triggers the ignition pulse at the right time for the pre-ionization 7 in. The switch S. is shown as thyratron; it can preferably also be designed as a VIP switch in the same way as switch S; however, the pulse charging device is not part of the subject of the invention.
In Fig. 3 ist das pulserzeugende Netzwerk PEN 1 nach Fig. 1 und 2 des Anregungskreises noch einmal herausgezeichnet. Zusätzlich zur auf Hochspannungspotential HV liegenden (oberen) • Potentialschiene PS 1 und der auf Erdpotential liegenden (untere Potentialschiene PS 0 sind die Querzweige bezeichnet, und zwar mit Q-, ein erster Querzweig, enthaltend den ersten Netzwerk- Kondensator Cς, mit Q2 der zweite Querzweig, enthaltend die Laserkammer LK und eine dazu in Reihe liegende Ersatzinduktivitä Lκ und mit Q, ein dritter Querzweig, welcher die Impedanz L, ent hält, welche hochohmig im Vergleich zum Widerstand der Laser- Elektrodenstrecke E,-E2 bei Glimmentladung ist, aber im übrigen so niederohmig ist, daß über sie ein Ladestrom zur Aufladung des zweiten Netzwerk-Kondensators Cκ fließen kann und im übrigen nach beendeter Glimmentladung des Lasers eine Entladung etwaiger an den LaserElektroden liegender Potentiale erfolgen kann, so daß der Anregungskreis für den nächsten Lade- und Umladevorgang zur Erzeugung des nächsten Laser-Pulses vorberei¬ tet ist. Die Kapazität C. liegt im Längszweig, ebenso wie die Induktivität Ls. Die Beläge der beiden Netzwerk-Kondensatoren sind, wie dargestellt, fortlaufend mit 1, 2 (Cs) und 3, 4 (C bezeichnet.In Fig. 3 the pulse generating network PEN 1 according to Fig. 1 and 2 of the excitation circuit is drawn out again. In addition to the lying at high voltage HV (upper) • potential rail PS 1 and the (at ground potential lower potential rail PS 0, the transverse branches referred to, with Q, a first transverse branch, including the first network capacitor C ς, with Q 2 the second shunt arm, containing the laser chamber LK and a series of substitute inductances L κ and with Q, a third shunt arm, which contains the impedance L, which has a high resistance compared to the resistance of the laser electrode path E, -E 2 in the case of glow discharge is, but is otherwise so low that a charging current for charging the second network capacitor C κ can flow through it and, moreover, after the glow discharge of the laser has ended, any potentials on the laser electrodes can be discharged, so that the excitation circuit for the the next charging and transferring process for generating the next laser pulse is prepared, the capacitance C. lies in the L angular branch, as well as the inductance L s . The coatings of the two network capacitors are, as shown, continuously designated 1, 2 (C s ) and 3, 4 (C).
Man erkennt aus Fig. 4, daß der erste und der zweite Netzwerk- Kondensator Cs, Cκ mit ihren Belägen 1 bis 4 - diese sind in Fig. 4, da es sich dort um Teilbeläge handelt, mit 1/1, 4/4, 2/3 bezeichnet - und ihren dazwischenliegenden dielektrischen Schichten d, im vorliegenden Fall wird bevorzugt ein flüssiges Dielektrikum, insbesondere chemisch reines Wasser, verwendet, im wesentlichen normal zur optischen Achse 0-0 der Laserkammer LK verlaufen und im wesentlichen parallel zur optischen Achse der Laserkammer zu einer Art Kondensatorpaket KQ gestapelt und innerhalb des pulserzeugenden Netzwerkes PEN 1 angeschlossen sind. Fig. 3 und 4 betreffen bzw. symbolisieren, wie gesagt, eine LC-Inversions- bzw. Blümlein-Schaltung. Bei dieser Schal- tung wie auch bei den noch zu erläuternden Schaltungen nach Fig. 5 bis Fig. 8 liegen eine erste Art von Belägen 1 und die eine Laser-Elektrode E2 sowie der eine Pol S2 des VIP-Schalters S auf Massepotential B. Eine zweite Art von Belägen der Netzwer Kondensatoren Cs, Cκ, nämlich die Beläge 2, 3 bzw. (Fig. 3) die Beläge 2/3 und der andere Pol S, des Hochspannungsschalters bzw. VIP-Schalters S liegen im aufgeladenen Zustand des pulserz genden Netzwerkes PEN 1 und bei geöffnetem VIP-Schalter S auf Hochspannungspotential HV bzw. Anodenpotential.It can be seen from FIG. 4 that the first and second network capacitors C s , C κ with their coatings 1 to 4 - these are in FIG. 4, since they are partial coatings, with 1/1, 4 / 4, 2/3 - and their intervening dielectric layers d, in the present case a liquid dielectric, in particular chemically pure water, is preferably used, running essentially normal to the optical axis 0-0 of the laser chamber LK and essentially parallel to the optical axis the laser chamber are stacked to form a kind of capacitor pack K Q and are connected within the pulse-generating network PEN 1. 3 and 4 relate or symbolize, as mentioned, an LC inversion or Blümlein circuit. In this circuit as well as in the circuits to be explained according to FIGS. 5 to 8, a first type of coatings 1 and the one laser electrode E 2 and the one pole S 2 of the VIP switch S are at ground potential B. A second type of coating of the network capacitors C s , C κ , namely the coatings 2, 3 or (FIG. 3) the coatings 2/3 and the other pole S, of the high-voltage switch or VIP switch S are in the charged state State of the pulse generating network PEN 1 and with the VIP switch S open to high voltage potential HV or anode potential.
Charakteristisch für das pulserzeugende Netzwerk PEN 1 nach Fig. 3 (und für diejenigen PEN 2 und PEN 3 nach Fig. 5 bis 8) ist weiterhin, daß das Potential einer dritten Art von Belägen der Netzwerk-Kondensatoren, nämlich dasjenige des Belags 4 (Fig. 3) bzw. die Teilbeläge 4/4 (Fig. 4) und ferner das Potential der anderen Laser-Elektrode E, von drei Grundzu¬ ständen des pulserzeugenden Netzwerkes PEN 1 abhängt:It is also characteristic of the pulse-generating network PEN 1 according to FIG. 3 (and for those PEN 2 and PEN 3 according to FIGS. 5 to 8) that the potential of a third type of coating of the network capacitors, namely that of the coating 4 (FIG 3) or the partial coatings 4/4 (FIG. 4) and also the potential of the other laser electrode E, depends on three basic states of the pulse-generating network PEN 1:
I im entladenen Zustand des pulserzeugenden Netzwerkes und II im geladenen Zustand des pulserzeugenden Netzwerkes bei noch geöffnetem Hochspannungs- bzw. VIP-Schalter S liegen diese dritte Art von Belägen (4 bzw. 4/4) der Netzwerk- Kondensatoren sowie die andere Laser-Elektrode E-, über die Impedanz L. auf Massepotential. III Dagegen wird auf die genannte dritte Art von Belägen 4 bzw. 4/4 sowie die andere Laser-Elektrode E, während der durch Schließen des VIP-Schalters S eingeleitete Kommutie¬ rungsphase - bezogen auf das Potential der gegenüberliegen¬ den einen Laser-Elektrode E2 - ein Hochspannungsimpuls UHS ^ * dt kommutiert, der die Laser-Elektroden-Strecke E - E2 zum Zünden der Hochdruck-Glimmentladung veranlaßt und mit seiner Energie diese Entladung speist. In der vorbeschriebenen Schaltung nach Fig. 3 und 4wie auch in den im folgenden beschriebenen Schaltungen nach Fig. 5 bis Fig. ist der VIP-Schalter S mit einem vereinfachten Schaltsymbol dargestellt, in Fig. 1 und Fig. 2 dagegen mit einem Schalt- sy bol, welches ähnlich aussieht wie eine Elektronenröhre. Dieses Symbol wurde gewählt, weil auch ein Pseudofunkenschal- ter, sei es als Einzel-Pseudofunkenschalter (P-Schalter) oder in der Form des hier verwendeten Vielfach-Pseudofunkenschalters (VIP-Schalter) eine oder mehrere Kathoden-Anodenstrecken auf- weist wobei den Kathoden jeweils Abschirmhütchen bzw. -Gitter, Hilfselektroden und Trigger-Elektroden zugeordnet sind. All diese Hilfsfunktionen wurden vereinfachend durch die Darstel¬ lung eines die Kathoden jeweils umgebenden Gitters zusammen¬ gefaßt. Die unterbrochene Darstellung deutet an, daß der VIP- Schalter aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von P-Schaltern gebildet werden kann.I in the discharged state of the pulse-generating network and II in the charged state of the pulse-generating network with the high-voltage or VIP switch S still open, are these third types of deposits (4 or 4/4) of the network capacitors and the other laser electrode E-, via the impedance L. to ground potential. III On the other hand, the third type of coverings 4 or 4/4 and the other laser electrode E mentioned during the commutation phase initiated by closing the VIP switch S - based on the potential of the opposite one laser electrode E 2 - a high-voltage pulse U HS ^ * dt commutates, which causes the laser electrode path E - E 2 to ignite the high-pressure glow discharge and feeds this discharge with its energy. 3 and 4, as well as in the circuits described in the following according to FIG. 5 to FIG. 4, the VIP switch S is shown with a simplified switching symbol, in FIG. 1 and FIG. 2, however, with a switching system bol, which looks similar to an electron tube. This symbol was chosen because a pseudo radio switch, whether as a single pseudo radio switch (P switch) or in the form of the multiple pseudo radio switch (VIP switch) used here, has one or more cathode-anode sections, the cathode shielding hatches or grids, auxiliary electrodes and trigger electrodes are respectively assigned. All these auxiliary functions have been summarized in a simplified manner by the representation of a grid surrounding the cathodes. The interrupted representation indicates that the VIP switch can be formed from a more or less large number of P switches.
Bei der Charge-Transfer-Schaltung des pulserzeugendeπ Netzwerks PEN 2 nach Fig. 5 und Fig. 6 sind die Beläge der beiden Netz- werk-Kondensatoren C, und C mit l1, 2', 31 und 4' bezeich¬ net. Im Unterschied zur Schaltung nach Fig. 3 ist der im Querzweig Q, liegende Netzwerk-Kondensator C. an den einen Belag 31 des im Längszweig PS 1 liegenden Netzwerk-Kondensators Cκ angeschlossen, welcher dem Hochspannungs- bzw. VIP-Schalter S abgewandt ist. Durch einen Vergleich von Fig. 5 und Fig. 6 kann man leicht feststellen, daß die Teilbeläge 1 ' /l ' dem Belag 1' entsprechen, die Teilbeläge 2'/3' eine Kombination der Beläge 21 und 31 darstellen und der Teilbelag 4'/4' dem Belag 41 entspricht. Die erste Art von Belägen, die eine Laser-Elektro- de sowie der eine Pol des VIP-Schalters S, welche auf Masse¬ potential B liegen, sind 1' bzw. l'/l1, E2 sowie S2. Die zweite Art der Beläge der Netzwerk-Kondensatoren und der andere Pol des VIP-Schalters, welche im aufgeladenen Zustand des puls¬ erzeugenden Netzwerkes PEN 2 und bei geöffnetem Schalter S auf hochliegendem Potential HV liegen, sind 41 bzw. 4'/4' und S,. Die dritte Art von Belägen der Netzwerk-Kondensatoren, und die andere Laser-Elektrode, bei denen man die drei Grund¬ zustände I, II und III unterscheiden muß, sind 2', 3' bzw. 2'/3l und Eχ.In the charge transfer circuit of the pulse-generating network PEN 2 according to FIGS. 5 and 6, the coatings of the two network capacitors C, and C are denoted by 1 1 , 2 ', 3 1 and 4'. In contrast to the circuit according to FIG. 3, the network capacitor C. located in the transverse branch Q 1 is connected to the one covering 31 of the network capacitor C κ located in the longitudinal branch PS 1, which facing away from the high-voltage or VIP switch S. is. By comparing FIGS. 5 and 6, it can easily be determined that the partial coverings 1 '/ 1' correspond to the cover 1 ', the partial coverings 2' / 3 'represent a combination of the coverings 2 1 and 3 1 and the partial cover 4 '/ 4' corresponds to the covering 4 1 . The first type of coatings, which have a laser electrode and one pole of the VIP switch S, which are at ground potential B, are 1 'and 1' / l 1 , E 2 and S 2 . The second type of coating of the network capacitors and the other pole of the VIP switch, which are in the charged state of the pulse-generating network PEN 2 and with the switch S open at high potential HV, are 4 1 and 4 '/ 4' and S ,. The third type of coating of the network capacitors, and the other laser electrode, in which one has to differentiate between the three basic states I, II and III, are 2 ', 3' and 2 '/ 3 l and E χ .
Beim dritten Ausführungsbeispiel des Anregungskreises mit zu¬ gehörigem pulserzeugenden Netzwerk PEN 3 nach Fig. 7 und 8 handelt es sich um eine Inversions-Charge-Transfer-Schaltung (ICT-Schaltung) . Diese ist in der DE-OS 33 23 614 näher erläu¬ tert. Deshalb soll auch diese Schaltung hier nur soweit beschrie- ben werden, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Man kann diese Schaltung als eine erweiterte LC-Inversions- schaltung nach Fig. 3 betrachten, deshalb sind gleiche Schalt¬ elemente und gleichartige Beläge auch mit den gleichen Bezugs¬ zeichen versehen. Hinzugekommen ist der vierte Querzweig Q mit dem Netzwerk-Kondensator C, . Die Transposition in die räumliche Anordnung von Fig. 7 nach Fig. 8 zeigt, daß der Belag-Kombination 1-6 die Teilbeläge 1/6 entsprechen, der Belag-Kombination 2-3 die Teilbeläge 2/3 und der Belag-Kombination 4-5 die Teilbeläge 4/5. Auf Massepotential liegen wieder die Beläge 1 und 6 (bzw. die Teilbeläge 1/6), die Laser-Elektrode E2 sowie der Pol S2 des VIP-Schalters S (erste Art von Belägen bzw. Elektroden). Die zweite Art von Belägen bzw. Elektroden, welche also im auf¬ geladenen Zustand des pulserzeugenden Netzwerkes PEN 3 und bei geöffnetem VIP-Schalter S auf Hochspannungspotential HV liegen, sind die Beläge 2 und 3 bzwβ die Teilbeläge 2/3 und der Pol S, des VIP-Schalters. Die dritte Art von Belägen und die andere Laser-Elektrode, deren Potential von drei Grundzuständen des pulserzeugenden Netzwerkes PEN 3 abhängt, sind 4 und 5 (bzw. die Teilbeläge 4/5) und die Laser-Elektrode E-,.The third exemplary embodiment of the excitation circuit with the associated pulse-generating network PEN 3 according to FIGS. 7 and 8 is an inversion charge transfer circuit (ICT circuit). This is explained in more detail in DE-OS 33 23 614. For this reason, this circuit is only to be described here to the extent that it is necessary to understand the invention. This circuit can be regarded as an extended LC inversion circuit according to FIG. 3, which is why the same switching elements and similar coverings are also provided with the same reference symbols. The fourth shunt arm Q with the network capacitor C,. The transposition into the spatial arrangement from FIG. 7 to FIG. 8 shows that the covering combination 1-6 corresponds to the partial coverings 1/6, the covering combination 2-3 corresponds to the partial coverings 2/3 and the covering combination 4- 5 the partial coverings 4/5. The pads 1 and 6 (or the partial pads 1/6), the laser electrode E 2 and the pole S 2 of the VIP switch S (first type of pads or electrodes) are again at ground potential. The second type of pads or electrodes, which are thus in the charged state of the pulse-generating network PEN 3 and when the VIP switch S is open at high voltage potential HV, are the pads 2 and 3 or β the partial pads 2/3 and the pole S. , the VIP counter. The third type of coatings and the other laser electrode, the potential of which depends on three basic states of the pulse-generating network PEN 3, are 4 and 5 (or the partial coatings 4/5) and the laser electrode E-.
Der mittlere Teil des Lasersystems nach Fig. F~ kann eine der drei dreidimensionalen Netzwerk-Kondensator-Anordnungen nach den Fig. 4, 6 oder 8 enthalten. Bei genauerem Hinsehen erkennt man, daß hier die Teilbeläge 4/4, 2/3 und 1/1, welche in Laser- achsrichtung 0-0 aufeinanderfolgen, zu einem pulserzeugenden Netzwerk PEN 1 in LC-Inversionsschaltung gehören (Fig. 3). Im einzelnen weist die Wandung 102 der Laserkammer LK nach strömungstechnischen Gesichtspunkten optimierte Durchbrüche 103 auf, die einen homogenen, schnellen Gasaustausch zwischen den Elektroden E-,, E2 bei möglichst geringem Druckabfall in der Laserkammer LK ermöglichen. In den Stegen 104 zwischen denThe middle part of the laser system according to FIG. F ~ can contain one of the three three-dimensional network capacitor arrangements according to FIGS. 4, 6 or 8. A closer look reveals that the partial coatings 4/4, 2/3 and 1/1, which follow each other in the laser axis direction 0-0, belong to a pulse-generating network PEN 1 in an LC inversion circuit (FIG. 3). Specifically, the wall 102 of the laser chamber LK has openings 103 which are optimized from the point of view of flow technology and which enable a homogeneous, rapid gas exchange between the electrodes E 1 , E 2 with the lowest possible pressure drop in the laser chamber LK. In the webs 104 between the
Durchbrüchen 103 verlaufen die Stromrückführungen von der hier für Röntgenlicht transparenten Elektrode E2 zum pulserzeugenden Netzwerk, und es sind in den Stegen 104 zusätzlich Potential¬ abschirmungen (nicht näher dargestellt) eingebracht, welche die Ausbildung von Gleitfunken, welche von der massiven Gegenelektro de E, ausgehen, auf den Wandungen 102 des Gehäuses der Laser¬ kammer LK verhindern. Direkt mit der Massivelektrode E-, ist der dreidimensionale Netzwerk-Kondensator Kg, in diesem Falle dessen Teilbeläge 4/4, verbunden. Die Teilbeläge 4/4, 2/3, 1/1 (davon sind nur drei ersichtlich, es sind jedoch eine Vielzahl dieser Teilbeläge parallel zur Laserachsrichtung 0-0 aneinander¬ gereiht zu denken) sind massive Platten aus korrosionsbeständi¬ gem Stahl. Als Dielektrikum d (dieses wurde der Einfachheit hal¬ ber in Fig. 6 und Fig. 8 weggelassen) wird bevorzugt ein flüssi- ges Dielektrikum, vorzugsweise chemisch reines Wasser, verwen¬ det, daher die Bezeichnung "Wasserkondensator". Die das Anoden- Potential führende Teilbeläge 2/3 sind über entsprechende Anschlußlaschen mit dem Ancdenpol S-, des VIP-Schalters S ver¬ bunden, dessen Kathode liegt auf Massepotential B, an das auch das metallische rechteckige Gehäuse mit seinen Wandungen 105 angeschlossen ist. Das in den Wasserkondensator KQ integrierte pulserzeugende Netzwerk spannt eine große Anzahl parallel¬ geschalteter Teilkondensatoren mit Wasser als Dielektrikum auf. Wasser eignet sich als selbstheilendes Dielektrikum wegen sei- ner hohen Dielektrizitätskonstanten von = 80 und seiner hohen Durchschlagsfeldstärke von mehr als 100 kV/cπrhervorragend für den Aufbau niederinduktiver, pulserzeugender Netzwerke mit hohem Energiespeichervermögen. Die Teilkondensatoren des puls¬ erzeugenden Netzwerkes stellen eine große Anzahl von induktiv entkoppelten Plattenkondensatoreπ mit bifilaren Strompfadeπ dar. Wie man sieht ist der VIP-Schalter S auf der der Laserkammer LK gegenüberliegenden Längsseite des Wasserkondensators Kg angeord¬ net. Das im Kreislauf über eine (nicht dargestellte) Wasser¬ aufbereitungsstrecke geförderte Wasser wird über geeignete Entnahmeöffnungen 106 entnommen (vgl. Pfeil f,) und durch ent¬ sprechende Öffnungen 107 in der Bodenwand aufbereitet und ge¬ kühlt wieder zugeführt. Die Laserkammer LK ist quer durchströmt bzw. angeströmt, siehe Richtungspfeil f2 für den Gasfluß. Die Vorionisierungs-Einrichtung 7 ist bevorzugt eine Röntgen-Vor- ionisierungs-Einrichtung (7 in Fig. 1 und 2), wenngleich auch andere Vorionisierungs-Einrichtungen grundsätzlich geeignet sind. In Fig. 9 ist als Beispiel eine langgestreckte auf die äußere Längsseite der Laserkammer LK aufgesetzte Röntgen-Vor- ionisierungs-Einrichtung 7 dargestellt, mit einer langgestreck- ten Röntgenröhre, die eine messerscharfe Kaltkathode 7.1 auf¬ weist, an welche über isolierte Zuführungen 7.2 jeweils kurze Hochspannungsimpulse negativer Polarität angelegt werden. Die mit einem Schwermetall, z.B. Gold, beschichtete Anode 7.3 ist als Durchstrahlanode ausgeführt und liegt auf Erdpotential. Die beim Aufschlagen der Elektronen auf diese Durchstrahlanode 7.3- ausgelösten Röntgenstrahlen durchdringen diese und die für das Röntgenlicht transparente Laser-Elektrode E2. Die Schneide der Kaltkathode 7.1 besteht bevorzugt aus Tantal.Breakthroughs 103 run the current returns from the electrode E 2, which is transparent for X-ray light here, to the pulse-generating network, and additional potential shields (not shown in more detail) are introduced in the webs 104, which prevent the formation of gliding sparks caused by the massive counterelectrode E, go out, prevent on the walls 102 of the housing of the laser chamber LK. The three-dimensional network capacitor Kg, in this case its partial coatings 4/4, is connected directly to the solid electrode E-. The partial coverings 4/4, 2/3, 1/1 (only three of which can be seen, but a large number of these partial coverings are to be considered in a row parallel to the laser axis direction 0-0) are solid plates made of corrosion-resistant steel. A liquid dielectric, preferably chemically pure water, is preferably used as the dielectric d (this has been omitted in FIGS. 6 and 8 for the sake of simplicity), hence the name “water condenser”. The partial coverings 2/3 carrying the anode potential are connected to the ancden pole S-, the VIP switch S via corresponding connecting lugs, the cathode of which is at ground potential B, to which the metallic rectangular housing with its walls 105 is also connected. The pulse-generating network integrated in the water capacitor K Q spans a large number of partial capacitors connected in parallel with water as the dielectric. Because of its high dielectric constant of = 80 and its high breakdown field strength of more than 100 kV / cπr, water is ideal as a self-healing dielectric for the construction of low-inductance, pulse-generating networks with high energy storage capacity. The partial capacitors of the pulse-generating network represent a large number of inductively decoupled plate capacitors with bifilar current paths. As can be seen, the VIP switch S is arranged on the long side of the water condenser Kg opposite the laser chamber LK. The water conveyed in the circuit via a water treatment section (not shown) is removed via suitable removal openings 106 (cf. arrow f,) and processed through appropriate openings 107 in the bottom wall and supplied again cooled. The laser chamber LK is flowed through or flowed across, see direction arrow f 2 for the gas flow. The preionization device 7 is preferably an X-ray preionization device (7 in FIGS. 1 and 2), although other preionization devices are also fundamentally suitable. 9 shows, as an example, an elongated X-ray pre-ionization device 7 placed on the outer longitudinal side of the laser chamber LK, with an elongated X-ray tube, which has a razor-sharp cold cathode 7.1, to which each is connected via insulated leads 7.2 short high voltage pulses of negative polarity are applied. The anode 7.3 coated with a heavy metal, for example gold, is designed as a transmission anode and is at ground potential. The X-rays triggered when the electrons hit the transmission anode 7.3- penetrate it and the laser electrode E 2, which is transparent to the X-ray light. The cutting edge of the cold cathode 7.1 preferably consists of tantalum.
Fig. 10 und 11 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des VIP- Schalters S. Man erkennt aus Fig. 11, daß die Elektrodenpaare A/K, bestehend jeweils aus Anode 12 und Kathode 13 mit paarweise ein¬ ander gegenüberliegenden Elektrodenbohrungen 12.1, 13.1, zu einer Mehrzahl oder Vielzahl einander elektrisch parallelgeschalteter Einzel-Pseudofunken-Schalter (P-Schalter) 11 gehören (Fig. 11). Diese P-Schalter 11 des VIP-Schalters S (dargestellt sind in Fig. 8 zehn P-Schalter; es können davon 15, 20 oder mehr ver¬ wendet sein) liegen räumlich zueinander in einer Flucht parallel zur optischen Achse 0-0 des Lasers bzw. Laser-achsparallel- anein- andergereiht (vgl. hierzu Fig. 9), so daß die Längsachse des VIP- Schalters S auch parallel zur Stapelrichtung der Beläge bzw. Teilbeläge 4/4, 2/3 und 1/1 der Netzwerk-Kondensatoren bzw. des Wasserkondensators KQ orientiert ist. Die Kathoden 13 sind (aus Fig. 10 und 11 nicht ersichtlich) an das Massepotential d pulserzeugenden Netzwerkes angeschlossen, d.h. mit dem metalli Gehäuse 105 des Wasserkondensators KQ verbunden. Die Anoden 12 jedes P-Schalters 11 sind über die axiale Länge des Kondensato paketes bzw. Wasserkondensators KQ verteilt an die zweite Art der Beläge der Netzwerk-Kondensatoren und damit an das hoch¬ liegende Anodenpotential HV des pulserzeugenden Netzwerkes ang schlössen. Weiterhin sind, wie es Fig. 11 in Verbindung mit Fi zeigt, die Elektroden 12 und 13 einschließlich des sog. Kathod hütchens 23, der ersten Hilfselektrode 24 (Fig. 10), der zweit Hilfselektrode 21 und der Trigger-Elektrode 22 innerhalb einer gemeinsamen Vielfach-Pseudofunkenkammer (VIP-Kammer) 20 unter- gebracht, deren Gehäuse 20.0 (vgl. auch Fig. 9) mit einer Läng seite an einer entsprechenden Längsseite der das Kondensator¬ paket KQ enthaltenden Partie der Gehäusewandungen 105 des Gas¬ lasers angebracht ist. Der Triggerraum 200 bildet ein zur Trig elektrode 22 gehörendes Teilvolumen der VIP-Kammer 20.Das Gehä se 20.0 der VIP-Kammer 20 wird gebildet durch einen im Quersch U-förmigen Teil aus hochspannungsfestem Isoliermaterial 20.0a, einem plattenförmigen metallischen Teil 20.0b und einem im Que schnitt Z-förmigen Flankenteil 20.0c als Stromrückführung zur Kathode. Dieser metallische, Z-förmige, sich an beiden Längs- Seiten des Gehäuses 20.0 erstreckende Flankenteil 20.0c besteh aus den beiden im Querschnitt Z-förmigen (Wandteil 201) bzw. L förmigen (Wandteil 202) Wandteilen 201, 202, die mittels Schrau benbolzen miteinander großflächig-kontaktgebend verschraubt si (der Schraubenbolzen ist im rechten Teil der Fig. 10 nur ange- deutet); dargestellt sind die zugehörige Durchgangsbohrung 203 und die zugehörige Sachlochbohrung 204 mit Innengewinde.10 and 11 show a first exemplary embodiment of the VIP switch S. It can be seen from FIG. 11 that the electrode pairs A / K, each consisting of anode 12 and cathode 13 with pairs of opposite electrode bores 12.1, 13.1, form one A plurality or a plurality of individual pseudo-spark switches (P switches) 11 which are electrically connected in parallel belong to one another (FIG. 11). These P switches 11 of the VIP switch S (ten P switches are shown in FIG. 8; 15, 20 or more of them can be used) are spatially aligned with one another parallel to the optical axis 0-0 of the laser or laser-axis-parallel-lined up (see FIG. 9) so that the longitudinal axis of the VIP switch S also parallel to the stacking direction of the coverings or Partial coverings 4/4, 2/3 and 1/1 of the network capacitors or the water condenser K Q is oriented. The cathodes 13 (not shown in FIGS. 10 and 11) are connected to the ground potential d of the pulse-generating network, that is to say they are connected to the metallic housing 105 of the water condenser K Q. The anodes 12 of each P-switch 11 are distributed over the axial length of the condenser package or water condenser K Q to the second type of coating of the network capacitors and thus to the high anode potential HV of the pulse-generating network. Furthermore, as shown in FIG. 11 in connection with Fi, the electrodes 12 and 13 including the so-called cathode cone 23, the first auxiliary electrode 24 (FIG. 10), the second auxiliary electrode 21 and the trigger electrode 22 are within a common one Multiple pseudo-spark chamber (VIP chamber) 20 is housed, the housing 20.0 (cf. also FIG. 9) of which is attached with a long side to a corresponding long side of the part of the housing walls 105 of the gas laser containing the capacitor package K Q . The trigger space 200 forms part of the trig electrode 22 of the VIP chamber 20. The housing 20.0 of the VIP chamber 20 is formed by a cross-shaped U-shaped part made of high-voltage-resistant insulating material 20.0a, a plate-shaped metallic part 20.0b and one Z-shaped flank section 20.0c cut in current as current return to the cathode. This metallic, Z-shaped, on both longitudinal sides of the housing 20.0 extending flank part 20.0c consists of the two cross-sectionally Z-shaped (wall part 201) and L-shaped (wall part 202) wall parts 201, 202, which are bolted by screws screwed together in a large-area contact (the screw bolt is only indicated in the right part of FIG. 10); the associated through bore 203 and the associated shank bore 204 with an internal thread are shown.
Die L-förmigen Wandteile 202 sind mit ihren Flanschen an der Schalter-Isolierplatte 205 dichtend festgeschraubt. Letztere hat den Querschnitt eines umgekehrten U mit einem mittigen Fort satz 205.1 auf ihrer den U-Schenkeln 205.2, 205.3 abgelegenen Seite. Der Fortsatz 205.1 bildet eine isolierende und dichtende Durchführung für die auf Anodenpotential liegenden bolzenförmi- gen Stromführungsteile 206, an deren einen Ende die Anoden-Poten¬ tialschiene 32 kontaktgebend festgeschraubt ist und an deren anderen, dem Wasserkondensator zugewandten Ende die das Anoden¬ potential führenden Platten bzw. Teilbeläge 2/3 des Wasserkon¬ densators, z.B. mittels kontaktgebender Laschen, angeschraubt sind (Kontaktschrauben 207). Die mechanische und dichtende Ver¬ bindung des Wandteils 202 mit der Wandung 105 des Wasserkonden- sators Kn erfolgt mittels entsprechender Durchgangsbohrungen 208 im Wandteil 202; 209 in den Flanschen 205.2, 205.3; in letzteren eingelagerter metallischer, mit Gewindebohrungen versehener Schienen 210; Gewinde-Sacklöchern 211 in der metallischen Wan¬ dung 105 und entsprechender Verbindungsbolzen 212, 213. Die Schienen 210 sind Armierungsschienen für die Schalter-Isolier- platte 205, wie es der rechte Teil der Fig. 10 zeigt, wo der Flansch des Wandteils 202 mittels der in der Schiene 211 ver¬ ankerten Schraubenbolzen dichtend gegen den Gegenflansch 205.3 gezogen ist. Zur dichtenden Verspannung der Schalter-Isolier- platte 205 gegen die Wandung 105 werfen die Bolzen 212 (im rechten Teil der FIG 10 dargestellt) in die Bohrungen 209 und Gewindesacklöcher 211 eingefügt. Die stromführende und Poten¬ tialverbindung vom Wandteil 202 bzw.201 zur Wandung 105 erfolgt durch breite, flexible Strombänder aus Kupferlitze, in welche auch die-Strommeß-Shunts eingefügt werden und welche mittels Stromanschlußbolzen, die in die Gewindebohrungen 204 oder in die Schienen 210 eingeschraubt werden (nicht dargestellt), angeschlossen werden. Entsprechend werden diese Strombänder kontaktierend an der metallischen Wandung 105 des Wasserkonden- sators verschraubt (gleichfalls nicht dargestellt).The flanges of the L-shaped wall parts 202 are screwed tightly to the switch insulating plate 205 with their flanges. The latter has the cross section of an inverted U with a central extension 205.1 on its U-legs 205.2, 205.3 remote Page. The extension 205.1 forms an insulating and sealing bushing for the bolt-shaped current-carrying parts 206 which are at anode potential, at one end of which the anode potential rail 32 is screwed in contact-making manner and at the other end which faces the water capacitor, the plates which carry the anode potential or partial coverings 2/3 of the water condenser, for example by means of contacting tabs, are screwed on (contact screws 207). The mechanical and sealing connection of the wall part 202 to the wall 105 of the water condenser K n takes place by means of corresponding through bores 208 in the wall part 202; 209 in the flanges 205.2, 205.3; in the latter embedded metallic, threaded holes 210; Threaded blind holes 211 in the metallic wall 105 and corresponding connecting bolts 212, 213. The rails 210 are reinforcing rails for the switch insulating plate 205, as shown in the right part of FIG. 10, where the flange of the wall part 202 is by means of the screw bolt anchored in the rail 211 is pulled sealingly against the counter flange 205.3. For the sealing bracing of the switch insulating plate 205 against the wall 105, the bolts 212 (shown in the right part of FIG. 10) are inserted into the bores 209 and threaded blind holes 211. The current-carrying and potential connection from the wall part 202 or 201 to the wall 105 is made by wide, flexible current strips made of copper braid, into which the current measurement shunts are also inserted and which are connected by means of current connection bolts which are screwed into the threaded holes 204 or into the rails 210 will be connected (not shown). Correspondingly, these current strips are screwed in contacting manner on the metallic wall 105 of the water condenser (likewise not shown).
Mit 37 ist in Fig. 10 noch eine als Formkörper ausgebildete Anodenhalter-Isolierung bezeichnet, mit 38 ein weiterer Isolier¬ körper, der den Kathoden-Formkörper 130 trägt und zusammen mit dem Anodenhalter 30 sowie der Anodenhalter-Isolierung 37 die Teilkammern 39 der VIP-Kammer 20 begrenzt (Fig. 10). Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 und 11 sind alle Anoden miteinander metallisch verbunden; sie sind in einem metallische Anodenhalter 30 untergebracht, welcher über Potentialverbindungs bolzen 31 an eine Potentialschiene 32 des pulserzeugenden Netzwerkes angeschlossen sind. Es handelt sich im Falle der LC-Inversionsschaltung als pulserzeugendes Netzwerk um die Teilbeläge 2/3 des Kondensatoraketes KQ (in Fig. 11 nur im Ausschnitt dargestellt), welche mit der Anoden-Potentialschiene 32 und den Stromführungsteilen 206 metallisch leitend verbunden sind. Die Potentialverbindungsbolzen 31 dienen im Ausführungs¬ beispiel nach Fig. 10 und 11 zugleich zur Herstellung einer definierten Induktivität, so daß der VIP-Schalter S, welcher sehr niederinduktiv ist, an die Erfordernisse eines solchen pulserzeugenden Netzwerkes angepaßt werden kann, welches eine höhere Induktivität des Hochspannungsschalters erfordert.In FIG. 10, 37 also designates an anode holder insulation designed as a molded body, with 38 another insulating body which carries the cathode molded body 130 and, together with the anode holder 30 and the anode holder insulation 37, the partial chambers 39 of the VIP Chamber 20 limited (Fig. 10). In the exemplary embodiment according to FIGS. 10 and 11, all anodes are metallically connected to one another; they are housed in a metallic anode holder 30, which are connected via potential connecting bolts 31 to a potential rail 32 of the pulse-generating network. In the case of the LC inversion circuit as a pulse-generating network, the partial coatings 2/3 of the capacitor packet K Q (only shown in detail in FIG. 11), which are connected to the anode potential rail 32 and the current-carrying parts 206 in a metallically conductive manner. 10 and 11 also serve to produce a defined inductance, so that the VIP switch S, which is very low-inductance, can be adapted to the requirements of such a pulse-generating network, which has a higher inductance of the High voltage switch required.
Verwendet man pulserzeugende Netzwerke, wo dies nicht erforder¬ lich ist, so können die in Fig. 10 und 11 dargestellten längeren Potentialverbindungsbolzen 31 entfallen, und der gesamte VIP-Schalter baut - quer zur Laserachsrichtung 0-0 gesehen - wesentlich kürzer. Die Darstellung nach Fig. 10 kann also auch mit zu Erläuterung des zweiten Ausführungsbeispiels des VIP-Schalters nach den Figuren 12 bis 14 herangezogen werden, wenn man sich die langen Potentialverbindungsbolzen 31 wegdenkt, wobei also der VIP-Schalter mit dem pulserzeugenden Netzwerk PEN1 in stärkerem Maße integriert ist, d.h. dieIf pulse-generating networks are used where this is not necessary, the longer potential connection bolts 31 shown in FIGS. 10 and 11 can be dispensed with, and the entire VIP switch is substantially shorter - seen transversely to the laser axis direction 0-0. 10 can also be used to explain the second exemplary embodiment of the VIP switch according to FIGS. 12 to 14, if one thinks away the long potential connection bolts 31, so the VIP switch with the pulse-generating network PEN1 in a stronger way Dimensions is integrated, ie the
Einzelanoden 12 sind gewissermaßen mit den wesentlich kürzeren Stromverbindungsbolzen 33 verschmolzen (FIG 12) oder zumindest zu einer leicht montierbaren Anoden-Bolzen-Einheit 12.2-33 vereinigt (FIG 14).Individual anodes 12 are, as it were, fused with the much shorter power connection bolts 33 (FIG. 12) or at least combined to form an easily assembled anode-bolt unit 12.2-33 (FIG. 14).
Auch der VIP-Schalter S nach Fig. 12 weist eine Parallelschal¬ tung vieler Einzel-Pseudofunkenstrecken 11 auf, wobei die Anode 12 jedes P-Schalters 11 von allen anderen Anoden 12 isoliert ist und separat angesteuert werden kann. Die Kathode 13 ist dagegen allen Elektrodenpaaren A/K bzw. allen P-Schalter-Ka- nälen gemeinsam. Die separaten, metallischen Anoden 12 sitzen 1 in einem gemeinsamen Isolierkörper, dem Anodenhalter 14. In diesem sind zwischen den metallischen Anodeneinsätzen 12 Schlit¬ ze 15 eingearbeitet. Der. Anodenhalter 14 ist durch einen Iso¬ lierkörper, den Hauptisolator 16, von der Kathode 13 getrennt 5 und wird durch ihn auf einen Abstand al von der Kathode 13 gehalten. Der VIP-Schalter S ist mit einer ionisierbaren Niederdruckgasfüllung des Druckes p gefüllt. An Anode 12 und Kathode 13 wird jeweils Spannung gelegt, so daß die entstehende Gasentladung auf dem linken Ast der Paschenkurve anzusiedeln 10 ist.The VIP switch S according to FIG. 12 also has a parallel connection of many individual pseudo-spark gaps 11, the anode 12 of each P switch 11 being insulated from all other anodes 12 and being able to be controlled separately. The cathode 13, on the other hand, is common to all pairs of electrodes A / K or all P-switch channels. The separate, metallic anodes 12 are seated 1 in a common insulating body, the anode holder 14. In this 12 slots 15 are incorporated between the metallic anode inserts. The. Anode holder 14 is separated from cathode 13 by an insulating body, main insulator 16, and is held by it at a distance a1 from cathode 13. The VIP switch S is filled with an ionizable low-pressure gas filling of the pressure p. Voltage is applied to the anode 12 and cathode 13, so that the resulting gas discharge can be located 10 on the left branch of the Paschen curve 10.
Der VIP-Schalter S ist mit einem für alle P-Schalter 11 gemein¬ samen und sich über alle diese P-Schalter hinweg erstreckenden Kathoden-Hinterraum 17 versehen, welcher durch das Kathoden-The VIP switch S is provided with a cathode rear space 17 which is common to all P switches 11 and extends across all these P switches and which is separated by the cathode
15 hütchen 23 aus Metall gebildet wird. Letzteres hat erste Öffnun¬ gen 18 und zweite Öffnungen 19, welche das Zünden der Haupt¬ entladung ermöglichen. Eine Gleichstrom-Vorentladung brennt als Vorionisierung des Trigger-Raumes 200 (vgl. auch Fig. 10) zwi¬ schen der zweiten Hilfselektrode 21 und der Trigger-Elektrode 22,15 hat 23 is formed from metal. The latter has first openings 18 and second openings 19, which enable the main discharge to be ignited. A DC pre-discharge burns as pre-ionization of the trigger space 200 (cf. also FIG. 10) between the second auxiliary electrode 21 and the trigger electrode 22,
2.0 die sich in der Längsausdehnung über alle Entladekanäle hinweg erstrecken. Mittels eines Schaltpulses, der eine Trigger-Ent¬ ladung von der" Trigger-Elektrode 22 zum Kathodenhütchen 23 durch die zweite Hilfselektrode 21 hindurch initiiert, wird die Zündung eingeleitet. An die erste Hilfselektrode 24, die sich2.0 which extend in the longitudinal direction across all discharge channels. By means of a switching pulse, a trigger Ent charge from the "trigger electrode 22 initiates to the cathode cap 23 by the second auxiliary electrode 21 therethrough, is introduced ignition. At the first auxiliary electrode 24 which extends
25 ebenfalls über alle P-Schalter 11 erstreckt, wird ein Blockier¬ potential angelegt. Der allen P-Schaltern 11 gemeinsame, lang¬ gestreckte, im Grundriß etwa rechteckige Formkörper 130 für die einzelnen Kathoden 13 ist mit Elektrodenbohrungen für die Fun¬ kenkanäle der einzelnen P-Schalter 11 versehen. Diese Elektroden-25 also extends across all P switches 11, a blocking potential is applied. The elongated shaped body 130 which is common to all P switches 11 and is approximately rectangular in plan for the individual cathodes 13 is provided with electrode bores for the spark channels of the individual P switches 11. This electrode
30 bohrungen werden (mit den einzelnen Einsätzen für die Kathoden 13, siehe Fig. 10 und 11) versehen oder bildeϊτ- selbst die Funkenkanäle, wenn der Kathodenformkörper selbst aus einer aus¬ reichend funken- und plasmabeständigen Metallegierung gefertigt ist. Ah seinen Enden (Fig. 12) sowie an seinen Seitenflanken30 bores are provided (with the individual inserts for the cathodes 13, see FIGS. 10 and 11) or even form the spark channels if the shaped cathode body itself is made from a sufficiently spark and plasma-resistant metal alloy. Ah its ends (Fig. 12) and on its side flanks
35 (Fig. 10) ist der Formkörper 130 mit Vorsprüngen 26 versehen, mit denen er in entsprechende Rücksprünge 25 des Anodenhalters 14 eintaucht, so daß in Längs- und Querrichtung eine Sicht¬ verbindung der VIP-Kammer 20 zu den angrenzenden Isolierstoff¬ partien des Anodenhalters 14 und des den Anodenhalter 14 fixiere den Hauptisolators 16 unterbrochen ist.35 (FIG. 10), the shaped body 130 is provided with projections 26 with which it fits into corresponding recesses 25 of the anode holder 14 immersed, so that in the longitudinal and transverse direction a visual connection of the VIP chamber 20 to the adjacent Isolierstoff¬ parts of the anode holder 14 and the anode holder 14 fix the main insulator 16 is interrupted.
Der Schnitt nach Fig. 13 zeigt, daß von den einander zugekehr¬ ten Flächen der Kathode 13 und der Anode 12 des jeweiligen P- Schalters 11 bzw. des gesamten VIP-Schalters S wenigstens die Elektrodenflächen der einen Polarität im Vergleich zu einer planparallelen Elektrodenanordnung A/K mit dem Elektrodenab¬ stand a-L (Fig. 12) durch besondere Formgebung in ihrem Abstand a zu den gegenüberliegenden Elektrodenflächen der anderen Polari¬ tät vergrößert sind. Bevorzugt weisen hierzu die Flächen der Ano den 12 und die angrenzenden Anodenhalterpartien und/oder die ge- genüberliegenden Flächen der Kathode 13 - in Längsrichtung der VIP-Kammer 20 gesehen - eine konkave Rinnenkontur 35a (Anodenpar tie) bzw. 35k (Kathodenpartie) auf, wobei sich der größte Elektr denabstand im Bereich der Elektrodenbohrungen 12.1 bzw. 13.1 er¬ gibt. Wie man es aus Fig. 10 und 11 sowie aus der noch zu erläu- ternden Fig. 14 erkennt, sind bevorzugt die dem Pseudofunken un¬ mittelbar ausgesetzten Wandpartien der Elektrodenbohrungen 12.1, 13.1 mit einem Schutzfutter (Anoden- bzw. Kathodeneinsätze 12.2, 13.2), bestehend aus einem Metall oder einer Metallegierung mit hohem Schmelzpunkt und hoher Sputterfestigkeit, ausgekleidet.The section according to FIG. 13 shows that of the mutually facing surfaces of the cathode 13 and the anode 12 of the respective P switch 11 or of the entire VIP switch S, at least the electrode surfaces of one polarity compared to a plane-parallel electrode arrangement A / K with the electrode spacing aL (FIG. 12) are enlarged by their special shape in their distance a to the opposite electrode surfaces of the other polarity. For this purpose, the surfaces of the anodes 12 and the adjacent anode holder parts and / or the opposite surfaces of the cathode 13 — viewed in the longitudinal direction of the VIP chamber 20 — have a concave channel contour 35a (anode part) or 35k (cathode part), the greatest electrode spacing being in the area of the electrode bores 12.1 and 13.1. As can be seen from FIGS. 10 and 11 and from FIG. 14 to be explained, the wall parts of the electrode bores 12.1, 13.1 which are directly exposed to the pseudo-spark are preferably provided with a protective lining (anode or cathode inserts 12.2, 13.2). , consisting of a metal or a metal alloy with a high melting point and high sputter resistance.
Weiterhin besteht - wie es die Einzelheit XV nach Fig. 15 zeigt eine bevorzugte Ausführung darin, daß sich in den Anodeneinsät¬ zen 12.2 jeweils an die Anodenbohrung 12.1 einer ersten lichten Weite w-^ eine erweiterte Anodenbohrung 12.3 vergrößerter lichter Weite w2 anschließt, welche für jeden P-Schalter 11 eine Pseudo- funken-Teilkammer bildet. Diese Ausführung trifft also bevorzugt für die Darstellungen nach Fig. 10 bis 14 zu, obgleich dort nicht erkennbar. Aufgrund dieser Ausbildung ergibt sich eine verringerte Anodenverlustleistung und eine schnellere Verringeru des Stromkreiswiderstandes bei "Schließen des Schalters". Die Kathodeneinsätze sind bevorzugt gleichartig ausgebildet, siehe erweiterte Kathodenbohrung 13.3 und daraus sich ergebende ver¬ größerte lichte Weite w^ > w,, wobei die zu 13.1 gehörende lichte Weite w, = w,.Furthermore, as the detail XV according to FIG. 15 shows, a preferred embodiment consists in the fact that in the anode inserts 12.2 the anode bore 12.1 of a first internal width w- an expanded anode bore 12.3 increased internal width w 2 , which follows forms a pseudo-spark subchamber for each P switch 11. This embodiment therefore preferably applies to the representations according to FIGS. 10 to 14, although not recognizable there. This design results in a reduced anode power loss and a faster reduction in the circuit resistance when the switch is closed. The cathode inserts are preferably of the same design, see widened cathode bore 13.3 and the resulting increased clear width w ^> w ,, where the clear width w, = w, belonging to 13.1.
Der Abschluß des Kathodenhütchens 23 (Fig. 12) in Richtung Trigger-Raum 20 kann aus einem gelochten Blech oder aus" einem metallischen Gitter bestehen. Die zweite Hilfselektrode 21 weist entweder einen sich über alle P-Schalter 11 hinweg er¬ streckenden Schlitz oder aber Einzellöcher 19 auf, wobei Schlitz bzw. Einzellöcher in den Achsen der Elektrodenpaare A/K liegen.The termination of the cathode cap 23 (FIG. 12) in the direction of the trigger space 20 can consist of a perforated sheet or of a " metallic grid. The second auxiliary electrode 21 either has a slot extending over all P switches 11 or else Individual holes 19, with slots or individual holes lying in the axes of the electrode pairs A / K.
Fig. 14 zeigt eine im Vergleich zu Fig. 12 detailliertere Dar¬ stellung der Einzelanodenanordnung. In den Anodenhalter 14 sind Spezialbolzen 33 dichtend eingesetzt, siehe O-Ring 33.1, darge¬ stellt beim ersten Bolzen der Bolzenreihe. In diese Bolzen, welche an ihren Enden jeweils hohl sind und so die Teilfunken¬ kammern 12.4 begrenzen, sind die Einsatzkörper 12.2, welche die Anodenbohrungen 12.1 aufweisen, eingeschraubt. Die Köpfe 33.2 der Spezialbolzen 33 sind als Inbusschrauben mit einemFIG. 14 shows a more detailed illustration of the individual anode arrangement compared to FIG. 12. Special bolts 33 are inserted sealingly in the anode holder 14, see O-ring 33.1, shown for the first bolt in the bolt row. The insert bodies 12.2, which have the anode bores 12.1, are screwed into these bolts, which are hollow at their ends and thus limit the partial spark chambers 12.4. The heads 33.2 of the special bolts 33 are with a
Innenmehrkant 33.3 ausgestattet. Mit den Köpfen 33.2 sind die das Anodenpotential führenden Beläge des Kondensatorpaketes KQ auf geeignete Weise elektrisch leitend verbunden. Z.B. könnten die Aussparungen 33.3 für den Innenmehrkant auch ein Innen- gewinde aufweisen, in welches eine Kontakt-Kopfschraube ein¬ geschraubt wird, welche eine Abwinklung 34 am Ende des Belages 2/3 (im Falle der Verwendung einer LC-Inversionsschaltung nach Fig. 3) in einem Auge durchdringt. Die Bezeichnung der Netzwerk- Kondensator-Beläge in Fig. 14 wäre sinngemäß anders, wenn ein pulserzeugendes Netzwerk PEN 2 nach Fig. 5 oder ein solches PEN 3 nach Fig. 7 zugrundegelegt würde. Auch für "ciie Ausbildung der Anoden- und Kathodeneinsätze 12.2, 13.2 kann bevorzugt die Ausführung nach Fig. 15 gewählt werden, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 14 nicht enthalten ist. Die Vorteile, welche sich aus der Einzelanodenanordnung nach Fig. 12 bis 14 unter Berücksichtigung von Fig. 10 ergeben, sind insbesondere die folgenden:Polygonal 33.3 equipped. The heads 33.2 of the pads of the capacitor pack K Q carrying the anode potential are connected in a suitable, electrically conductive manner. For example, the recesses 33.3 for the internal polygon could also have an internal thread into which a contact cap screw is screwed, which has an angled portion 34 at the end of the covering 2/3 (in the case of using an LC inversion circuit according to FIG. 3 ) penetrates in one eye. The designation of the network capacitor coverings in FIG. 14 would correspondingly be different if a pulse-generating network PEN 2 according to FIG. 5 or such a PEN 3 according to FIG. 7 were used as a basis. Can also for "CIIE formation of the anode and cathode inserts 12.2, 13.2 15 be selected preferably, the embodiment of FIG., That is not included for reasons of clarity in FIG. 14. The advantages which result from the individual anode arrangement according to FIGS. 12 to 14, taking into account FIG. 10, are in particular the following:
- Entkopplung der Schaltkanäle, d.h., es ist möglich, voneinan¬ der unabhängige Entladekreise zu schalten. Aufgrund der gemeinsamen Triggerung ist es trotzdem möglich, dies mit sehr guter zeitlicher Präzision zu tun.Decoupling of the switching channels, i.e. it is possible to switch independent discharge circuits. Because of the shared triggering, it is still possible to do this with very good timing precision.
- Durch separierte Entladekreise wird die Stromverteilung über die Kanäle des VIP-Schalters S vorgegeben und kann nicht statistisch schwanken, was zu einer erhöhten Lebensdauer führt.The current distribution via the channels of the VIP switch S is predetermined by separate discharge circuits and cannot fluctuate statistically, which leads to an increased service life.
- Die Einzelanodenausbildung nach der Erfindung reduziert die Anforderungen an die Triggerpräzision. So werden weitere, die Lebensdauer verlängernde Maßnahmen, die sich gleichzeitig negativ auf die Triggerpräzision auswirken würden, im Schalter- und Triggerteil durchführbar.- The single anode design according to the invention reduces the requirements for trigger precision. In this way, further measures that extend the service life, which would simultaneously have a negative effect on the trigger precision, can be carried out in the switch and trigger part.
Die Funktion eines Einzel-Pseudofunkenschalters bzw. P-Schalters ist im Prinzip in der DE-PS 28 04 393 beschrieben. Weiterentwicklungen eines solchen Pseudofunkenschalters werden beschrieben in einer Veröffentlichung von G. Mechtersheimer, R. Kohler, T. Lasser und R. Meyer in J.Phys.E 19 (1986) 466 bis 470 in einer weiteren Arbeit von G. Mechtersheimer und R. Kohler in J.Phys. E 20 (1987) 270. bis 273 und schließlich einemThe function of a single pseudo-radio switch or P switch is described in principle in DE-PS 28 04 393. Further developments of such a pseudo radio switch are described in a publication by G. Mechtersheimer, R. Kohler, T. Lasser and R. Meyer in J.Phys.E 19 (1986) 466 to 470 in a further work by G. Mechtersheimer and R. Kohler in J.Phys. E 20 (1987) 270th to 273 and finally one
Conference Paper von E. Boggasch, H. Riege und V. Brückner, Proc. of the 5th IEEE pulsed power conf., Arlington, June 1985, 820 bis 823.Conference paper by E. Boggasch, H. Riege and V. Brückner, Proc. of the 5th IEEE pulsed power conf., Arlington, June 1985, 820 to 823.
Durch die in Fig. 13 dargestellten Maßnahmen nach Anspruch 7 wird sichergestellt, daß der größte Abstand a"2. zwischen Anode 12 und Kathode 13 des VIP-Schalters und damit die Stelle der geringsten Spannungsfestigkeit im Bereich der Elektroden¬ bohrungen 12.1, 13.1 liegt. Dort können eventuell auftretende Fehlentladungeπ keinen Schaden anrichten. Die anhand von Fig. 15 beschriebene spezielle Form der Bohrungen in Anode 12 und Kathode 13 dient der Reduzierung der im Schalter deponierten Verlustleistung. Erfahrungsgemäß ist der Bereich um die Elektrodenbohrungen 12.1, 13.1 an den einander zugewandten Seiten von Anode 12 und Kathode 13 bei Pseudofunkenschaltern der Bereich der möglichen größten Schädigung der Elektroden.By illustrated in Fig. 13 measures according to claim 7 that the largest distance a 'between the second anode 12 and cathode 13 of the VIP-switch, and thus the position ensures the lowest withstand voltage in the field of Elektroden¬ holes 12.1, 13.1 is located. Any incorrect discharges that may occur there cannot do any damage, The special shape of the bores in anode 12 and 12 described with reference to FIG Cathode 13 serves to reduce the power loss deposited in the switch. Experience has shown that the area around the electrode bores 12.1, 13.1 on the mutually facing sides of the anode 12 and cathode 13 is the area of the greatest possible damage to the electrodes in pseudo spark switches.
Deshalb ist dort, wie im Anspruch 8 beschrieben, ein besonders entladungsfestes Material einzusetzen, z.B. eine Wolframlegie¬ rung.Therefore, as described in claim 8, a particularly discharge-resistant material is to be used, e.g. a tungsten alloy.
Die strichpunktierten Linien 36 mit den Schnittpunkten 11 markie¬ ren perspektivisch-schematisch die Lage von P-Schaltern, wenn nicht nur eine Flucht von P-Schaltern zur Ausbildung eines VIP- Schalters verwendet wird, sondern mehrere parallele Fluchten 11-1 11 usw.The dash-dotted lines 36 with the intersections 11 mark the position of P switches in perspective and schematic, if not only an escape of P switches is used to form a VIP switch, but several parallel escapes 11-1 11 etc.
Es sei noch erwähnt, daß bei der- sogenannten ICT-Schaltung nach Fig. 7 und ihrer Transposition in eine dreidimensionale Kondensa¬ toranordnung nach Fig. 8 die Eigen- und Anschlußinduktivitäten aus der Reihenschaltung der Kondensatoren C, und C2 einerseits und diejenige des dazu parallel geschalteten dritten Netzwerk- Kondensators C-j andererseits jeweils klein, vorzugsweise um etwa eine Größenordnung kleiner sind, bezogen auf die Ersatz¬ induktivität Lκ im Zweig der Laser-Elektroden E-,, E2. Der Vorteil der dargestellten Ausführungsform der Netzwerk-Kondensatoren als sogenannte Bandleiter-Kondensatoren, wie sie z.B. in der US-A-4 573 160 (in sogenannter ebener und sogenannter dreidimen¬ sionaler Anordnung) beschrieben sind, besteht insbesondere in der ausgesprochen niedrigen Eigeninduktivität. Mit anderen Worten Die Ersatzinduktivität der Netzwerk-Kondensatoren ist im Ver¬ gleich zu den Ersatzinduktivitäten der Leitungen und übrigen Schaltungselemente (Laser, Hochspannungsschalter usw.) relativ sehr klein. Die beschriebenen Netzwerk-Kondensatoren Cs, Cκ, C, usw. in der Ausführung als sogenannte Bandleiter-Kondensatoren unterscheiden sich von einer sogenannten trans ission line. Für diese ist charakteristisch, daß sie einen über ihre Länge möglich gleichmäßig verteilten Kapazitäts- und Iπduktivitätsbelag aufweist. In der Ausführung als Bandleiter-Kondensator verlaufen die Beläge quer zur optischen Achse des mit ihnen baulich ver¬ einigten Lasers und sind mit den durchgehenden TE-Laserelektrode elektrisch verschaltet. Eine solche Kondensator-Anordnung stellt keine transmission line dar, denn bei ihr ist die Induktivität des pulserzeugenden Netzwerkes praktisch im Laserkopf konzen¬ triert; die Kondensator-Anordnung weist einen praktisch vernach¬ lässigbaren Induktivitätsbelag auf, wie erwähnt. Die Kapazität ist also genau zu lokalisieren, und zwar auf die einzelnen Netz¬ werk-Kondensatoreinheiten, welche sich in regelmäßiger Folge wiederholen. Das Dielektrikum ist bevorzugt eine Flüssigkeit (chemisch reines Wasser zum Beispiel, daher der Name Wasser¬ kondensator), aber auch Feststoffe sind als Dielektrikum geeig- net, z.B. Keramik. It should also be mentioned that in the so-called ICT circuit according to FIG. 7 and its transposition into a three-dimensional capacitor arrangement according to FIG. 8, the intrinsic and connection inductances from the series connection of the capacitors C and C 2 on the one hand and that of the latter parallel-connected third capacitor network C j on the other hand are each small, preferably by about one order of magnitude smaller, based on the Ersatz¬ inductance L κ in the branch of the laser electrodes e ,, e. 2 The advantage of the illustrated embodiment of the network capacitors as so-called stripline capacitors, as described, for example, in US Pat. No. 4,573,160 (in a so-called planar and so-called three-dimensional arrangement), consists in particular in the extremely low self-inductance. In other words, the equivalent inductance of the network capacitors is relatively very small compared to the equivalent inductances of the lines and other circuit elements (lasers, high-voltage switches, etc.). The network capacitors C s , C κ , C, etc. described in the embodiment as so-called band conductor capacitors differ from a so-called trans ission line. It is characteristic of these that they are possible over their length evenly distributed capacitance and inductivity covering. In the embodiment as a strip conductor capacitor, the coatings run transversely to the optical axis of the laser that is structurally combined with them and are electrically connected to the continuous TE laser electrode. Such a capacitor arrangement does not represent a transmission line, because in it the inductance of the pulse-generating network is practically concentrated in the laser head; the capacitor arrangement has a practically negligible inductance coating, as mentioned. The capacitance must therefore be localized precisely, specifically to the individual network capacitor units, which are repeated in a regular sequence. The dielectric is preferably a liquid (chemically pure water for example, hence the name water condenser), but solids are also suitable as a dielectric, for example ceramic.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Anregungskreis für Gaslaser, die nach dem TE-Prinzip arbei¬ ten, zur Erzeugung einer homogenen Glimmentladung im Gasraum einer Laserkammer zwischen den Laser-Elektroden: dabei weist der Anregungskreis die folgenden Systemkomponenten auf:1. Excitation circuit for gas lasers, which work according to the TE principle, for generating a homogeneous glow discharge in the gas space of a laser chamber between the laser electrodes: the excitation circuit has the following system components:
A) Die genannte Laserkammer, innerhalb welcher wenigstens zwei der besagten Laser-Elektroden (E, , E2) mit Abstand einander gegenüberstehen, sich mit ihren Elektrodenflächen parallel zur optischen Achse (0-0) der Laserkammer (LK) erstrecken und bevorzugt einen in dieser Richtung ausgedehnten Vollquerschnitt aufweisen;A) Said laser chamber, within which at least two of said laser electrodes (E,, E 2 ) are at a distance from one another, extend with their electrode surfaces parallel to the optical axis (0-0) of the laser chamber (LK) and preferably one in have an extended full cross-section in this direction;
B) mindestens einen schnellen Hochspannungsschalter, durch dessen Aktivierung bzw. Zündung über ein pulserzeugendes Netzwerk Hochspannungsimpulse an den Laser-Elektroden erzeugbar sind;B) at least one fast high-voltage switch, the activation or ignition of which can generate high-voltage pulses on the laser electrodes via a pulse-generating network;
C) Mittel zur Vorionisierung des Gasraumes der Laserkammer, bevor der an die Laser-Elektroden angelegte Hochspannungs¬ impuls die Zündschwelle der Laser-Glimmentladung erreicht, undC) means for pre-ionizing the gas space of the laser chamber before the high-voltage pulse applied to the laser electrodes reaches the ignition threshold of the laser glow discharge, and
D) das genannte pulserzeugende Netzwerk, umfassend wenigstens erste und zweite Netzwerk-Kondensatoren (C , Cς) und zugehörige Ersatzinduktivitäten (Lκ, Ls) des Anregungskrei¬ ses, die sich insbesondere aus der Eigeninduktivität erge¬ ben, die Hochspannungsschalter, Laserkammer, die Zuleitun- gen und die Bandleiter-Kondensatoren aufweisen,D) said pulse-generating network, comprising at least first and second network capacitors (C, C ς ) and associated replacement inductances (L κ , L s ) of the excitation circuit, which result in particular from the self-inductance, the high-voltage switches, laser chamber which have supply lines and the stripline capacitors,
E) wobei die mindestens ersten und zweiten Netzwerk-Kondensato¬ ren mit ihren Belägen und ihren dazwischenliegenden dielek¬ trischen Schichten im wesentlichen parallel zur optischen Achse der Laserkammer zu einem Kondensatorpaket aneinander- gereiht und innerhalb des pulserzeugenden Netzwerks ange¬ schlossen sind, g e k e n n z e i c h n e. t durch die Verwendung einesE) wherein the at least first and second network capacitors with their coatings and their intervening dielectric layers essentially parallel to the optical axis of the laser chamber to form a capacitor pack. lined up and connected within the pulse generating network, marked. t by using a
Vielkanalpseudofunken-Schalters (VIP-Schalters) mit den folgenden Merkmalen:Multi-channel pseudo-radio switch (VIP switch) with the following features:
a) Die Elektrodenpaare (A/K) mit den paarweise einander gegenüberliegenden Elektrodenbohrungen der Vielzahl einander elektrisch parallel geschalteter Einzelpseudofunken-Schalter (P-Schalter) des VIP-Schalters (S) liegen räumlich zueinander in einer Flucht laserachsparallel aneinandergereiht, so daß die Längsachse des VIP-Schalters auch parallel zur Richtung d Aneinanderreihung der Netzwerk-Kondensatoren (Cs, C^, C. ) orientiert ist,a) The electrode pairs (A / K) with the pair of mutually opposite electrode bores of the large number of individual pseudo-spark switches (P switches) of the VIP switch (S) which are electrically connected in parallel are spatially aligned with one another in a laser-parallel alignment, so that the longitudinal axis of the VIP switch is also oriented parallel to the direction d stringing together the network capacitors (C s , C ^, C.),
b) die Kathoden jedes P-Schalters (11) sind an das Massepoteπtia (B) des pulserzeugenden Netzwerkes angeschlossen;b) the cathodes of each P switch (11) are connected to the ground potential (B) of the pulse-generating network;
c) die Anoden (12) jedes P-Schalters sind über die axiale Länge Kondensatorreihe (KQ) verteilt an die zweite Art der Beläge der Netzwerk-Kondensatoren und damit an das hochliegende Anod potential des pulserzeugenden Netzwerkes (PEN1, PEN2, PEN3) a geschlossen undc) the anodes (12) of each P switch are distributed over the axial length of the capacitor array (K Q ) to the second type of coating of the network capacitors and thus to the high anodic potential of the pulse-generating network (PEN1, PEN2, PEN3) a closed and
d) die Elektroden (12, 13) sowie die Hilfs- und Triggerelektrode (21, 22, 24) des VIP-Schalters (S) sind innerhalb einer gemeinsamen Vielfach-Pseudofunkenkammer (20) (VIP-Kammer) untergebracht, deren Gehäuse mit einer Längsseite an eine entsprechende Längsseite der die Kondensatorreihe (KQ) enthaltenden Gehäusepartie des Gaslasers angebracht ist.d) the electrodes (12, 13) and the auxiliary and trigger electrode (21, 22, 24) of the VIP switch (S) are housed within a common multiple pseudo-spark chamber (20) (VIP chamber), the housing of which with a Long side is attached to a corresponding long side of the housing section of the gas laser containing the capacitor series (K Q ).
2. Anregungskreis nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Anoden (12) der einzelnen P-Schalter (11) gegeneinander elektrisch isoliert an das Anoden- potential des pulserzeugenden Netzwerkes angeschlossen sind. 2. Excitation circuit according to claim 1, dadurchge ¬ indicates that the anodes (12) of the individual P switches (11) are electrically insulated from one another to the anode potential of the pulse-generating network.
3. Anregungskreis nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i h n e t , daß die separaten Anoden (12) jedes einzelnen P-Schalters (11) als metallische Anodeneiπsätze gegeneinander elektrisch isoliert in einem gemeinsamen Anodenhalter (14) aus entladungsresistentem Isolierstoff sitzen.3. excitation circuit according to claim 2, d a d u r c h g e k e n e z e i h n t that the separate anodes (12) of each individual P-switch (11) as metallic Anodeeneiπätze electrically insulated from each other in a common anode holder (14) made of discharge-resistant insulating material.
4. Anregungskreis nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Oberflächenvergrδßerung im Anodenhalter (14) auf dessen der VIP-Kammer (20) zugewandten Seite zwischen den Anodeneinsätzen Schlitze (15) angeordnet sind.4. excitation circuit according to claim 3, d a d u r c h g e k e n e z e i c h n e t that for surface enlargement in the anode holder (14) on the side facing the VIP chamber (20) between the anode inserts slots (15) are arranged.
5. Anregungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein allen P-Schaltern (11) gemeinsamer langgestreckter, im Grundriß etwa rechteckiger Kathodenformkörper (130) des VIP-Schalters (S) mit Elektrodenbohrungen für die Funkenkanäle der einzelnen P-Schalter versehen ist und an seinen Enden sowie an seinen Seitenflanken mit Vorsprüngen (26) in entsprechende Rücksprünge (25) des5. Excitation circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that an all P switches (11) common elongated, approximately rectangular shaped cathode body (130) of the VIP switch (S) with electrode holes for the spark channels of the individual P switches is provided and at its ends and on its side flanks with projections (26) in corresponding recesses (25) of the
Anodenhalters (30, 14) eintaucht, so daß in Längs- und Querrich¬ tung eine Sichtverbindung der VIP-Kammer (20) zu den angrenzen¬ den Metallpartien oder Isolierstoffpartien des Anodenhalters (30 bzw. 14) und eines den Anodenhalter fixierenden Haupt- isolators (16) unterbrochen ist.Anode holder (30, 14) is immersed, so that in the longitudinal and transverse direction a line of sight of the VIP chamber (20) to the adjacent metal parts or insulating material parts of the anode holder (30 or 14) and a main insulator fixing the anode holder (16) is interrupted.
6. Anregungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß von den einander zugekehrten Elektrodenflächen des VIP-Schalters (S) wenigstens die Elektrodenflächen der einen Polarität (35a bzw.6. excitation circuit according to one of claims 1 to 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that of the facing electrode surfaces of the VIP switch (S) at least the electrode surfaces of a polarity (35 a or
35k) im Vergleich zu einer planparallelen Elektrodenanordnung durch besondere Formgebung in ihrem Abstand (a2) zu den gegenüberliegenden Elektrodenflächen der anderen Polarität vergrößert sind. 35k) are enlarged in comparison to a plane-parallel electrode arrangement by special shaping in their distance (a2) to the opposite electrode surfaces of the other polarity.
7. Aπregungskreis nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anoden¬ flächen und die angrenzenden Anodenhalterpartien (35a) und/oder die gegenüberliegenden Kathodenflächen (35k) des VIP-Schalters ( - in Längsrichtung der VIP-Kammer (20) gesehen - eine konkave Rinnenkontur aufweisen, wobei sich der größte Elektrodenabstand (a2) im Bereich der Elektrodenbohrungen (12.1, 13.1) ergibt.7. excitation circuit according to claim 6, characterized in that the anode surfaces and the adjacent anode holder portions (35a) and / or the opposite cathode surfaces (35k) of the VIP switch (- seen in the longitudinal direction of the VIP chamber (20) - a concave channel contour The greatest electrode distance (a2) results in the area of the electrode bores (12.1, 13.1).
8. Anregungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die dem Pseudofunken unmittelbar ausgesetzten Wandpartien der Elek¬ trodenbohrungen als Schutzfutter Anoden- und/oder Kathoden¬ einsätze, bestehend aus einem Metall oder einer Metall-Legie¬ rung mit hohem Schmelzpunkt und hoher Sputterfestigkeit, aufweisen.8. Excitation circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the wall parts of the electrode bores directly exposed to the pseudo-spark as anode and / or cathode inserts as protective lining, consisting of a metal or a metal alloy with a high melting point and high sputter resistance.
9. Anregungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich an den Anodeneinsätzen jeweils an die Anodenbohrung (12.1) einer ersten lichten Weite (w^) eine erweiterte Anodenbohrung (12.3) vergrößerter lichter Weite (w2) anschließt, welche für jeden P-Schalter eine Pseudofunken-Teilkammer bildet.9. excitation circuit according to any one of claims 1 to 8, characterized in that an anode hole (12.3) enlarged clear width (w 2 ) adjoins the anode bores in each case at the anode bore (12.1) of a first clear width (w ^), which for each P switch forms a pseudo-spark sub-chamber.
10. Anregungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich an den Kathodeneinsätzen (13.2) jeweils an die Kathodenborirung (13.1) einer ersten lichten Weite (w,) einer erweiterte Kathodenbohrung (13.3) vergrößerter lichter Weite ( ^,) anschließt, welche innerhalb der hohlen Kathode (13) jedes P-Schalters 11 eine Pseudofunken-Teilkammer bildet.10. excitation circuit according to one of claims 1 to 9, characterized in that the cathode inserts (13.2) each to the cathode bore (13.1) of a first clear width (w,) an enlarged cathode bore (13.3) enlarged clear width (^,) which forms a pseudo-spark sub-chamber within the hollow cathode (13) of each P-switch 11.
11. Anregungskreis nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die minde¬ stens ersten und zweiten Netzwerk-Kondensatoren mit ihren Belägen und ihren dazwischen liegenden dielektrischen Schichten im wesentlichen normal zur optischen Achse der Laserkammer verlaufen und im wesentlichen parallel zur optischen Achse der Laserkammer nach Art eines Kondensatorpaketes aneinandergereiht sind.11. Excitation circuit according to claim 1, characterized in that the at least first and second network capacitors with their coatings and their intervening dielectric layers are substantially normal to the optical axis of the laser chamber run and are strung together essentially parallel to the optical axis of the laser chamber in the manner of a capacitor pack.
12. Anregungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 11, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung des VIP- Schalters (S) als separate Baueinheit, welche innerhalb eines ab¬ geschirmten Gehäuses untergebracht und über Potentialverbin¬ dungen, z.B. in Form von Hochstromkabeln mit Hochstrom-Steck- Verbindungen oder dergleichen, mit dem Anoden- und dem Masse¬ potential einer zu triggernden elektrischen Hochspannungs¬ impulsschaltung verbunden ist.12. Excitation circuit according to one of claims 1 to 11, g e k e n n z e i c h n e t through the use of the VIP switch (S) as a separate structural unit, which is housed within a shielded housing and via potential connections, e.g. in the form of high-current cables with high-current plug connections or the like, is connected to the anode and the ground potential of an electrical high-voltage pulse circuit to be triggered.
13. Anregungskreis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t durch seine Verwendung für so¬ genannte ebene Laseranordnungen in LC-Inversions-, Charge- Transfer- oder Inversions-Charge-Transfer-(ICT-)-Schaltung, bei welcher die Netzwerk-Kondensatoren mit ihren Belägen und dazwischenliegenden dielektrischen Schichten in Ebenen ver- laufen, welche im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Lasers liegen, und demgemäß die Stapelrichtung der Beläge etwa normal zur optischen Achse gerichtet ist. 13. Excitation circuit according to one of claims 1 to 10, characterized by its use for so-called plane laser arrangements in LC inversion, charge transfer or inversion charge transfer (ICT) circuit, in which the network Capacitors with their coatings and dielectric layers in between run in planes which are essentially parallel to the optical axis of the laser, and accordingly the stacking direction of the coatings is oriented approximately normal to the optical axis.
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