NL8201497A - Afgedichte co2-laser. - Google Patents

Description

* i- * - i -

Afgedichte CC^-laser.

De uitvinding heeft betrekking op een eenvoudige, stevige, af gedichte TEA CC>2-laser, waarbij gebruik gemaakt wordt van een corona-ontladings-voorionisatietechniek.

5 Het Amerikaanse octrooischrift 4.207.540 (G.J. Ernst), alsmede een artikel "Construction and Performance Characteristics of a Rapid Discharge TEA CC>2 Laser" van de hand van Ernst en Boer, verschenen in OPTICS COMMUNICATIONS, Vol. 27, Nr. 1, oktober 1978, 10 blz. 105, beschrijft een stromend-gas C02-laser, waarbij gebruik gemaakt wordt van een corona-ontladings-voorionisatietechniek. Deze ontladingstechniek maakt gebruik van een sterk elektrisch veld voor het inleiden van een corona-ontlading in de laserholte, welke ontlading 15 ultraviolet licht genereert, dat het gas in het hoofd-ontladingsgebied van de laser voorioniseert. Fig. 2 van genoemd artikel en fig. 3 van het genoemde Amerikaanse octrooi geven pertinente constructiedetails van deze laser. De uitvinding, beschreven en geclaimd in genoemd 20 Amerikaans octrooischrift, is een gecombineerd systeem, dat een speciaal ontladingscircuit geeft en een speciale elektrische verbinding met het elektrode-voorionisatie-systeem. In beide bovengenoemde referenties gaat er continu gas door het actieve volume heen, waardoor een 25 omgeving wordt voortgebracht, die verschillend is van die van een afgedichte laser.

De uitvinding betreft nu een verbeterde, door corona-ontlading voorgeïoniseerde TEA C02-laser, bedoeld voor werking in afgedichte toestand en met een 30 lange levensduur, waarbij de mechanische constructie van de laserholte verschillend is van die uit de bekende techniek, teneinde daardoor een langdurige werking in afgedichte toestand te verbeteren en de afhankelijkheid van een speciaal elektrisch circuit, zoals dat het geval 35 is bij de bekende inrichting, te verminderen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening. In de tekening toont: fig. 1 een detail van de bekende laser uit 82 0 1 4 9 7 - 2 - genoemd artikel, fig. 2 een reproduktie van fig. 3 van het genoemde Amerikaanse octrooischrift 4,207.540, fig. 3 een dwarsdoorsnede van een laser, ver-5 vaardigd volgens de uitvinding, en fig. 4 een uiteengenomen aanzicht van een laser, vervaardigd volgens de uitvinding.

In fig. 3 is een dwarsdoorsnede getoond van een laserholte, vervaardigd volgens de onderhavige uit-10 vinding, waarbij volume 320 de laserontladingsholte is, die is begrensd door randen 306 en 304 aan de zijkanten en deksels 332 en 334 resp. aan de top en de bodem.

De optische as van de laser is loodrecht op het vlak van de tekening, terwijl de dwarsassen 350 en 351 gaan resp.

15 door de deksels 332, 334 en de wanden 304, 306. De wanden en de deksels zijn bijv. samengesteld uit een diëlektrische stof zoals MACOR, een verwerkbaar glas-keramiek, vervaardigd door Corning Glass Works, en de verbindingen 309 en 311 tussen de wanden en de deksels 20 zijn hermetisch afgedicht met glasfritbindmiddel of een equivalente lekvrije techniek. Binnen het aldus gevormde omhulsel vormen de elektrodes 301 en 302 resp. de kathode en anode van de laserexcitatie-ontlading. Deze elektrodes zijn verbonden door de deksels 334 en 332 door middel 25 van verbindingsorganen resp. 307 en 308, welke organen zodanig zijn gevormd, dat zij een lage inductantie bezitten en een hechte afdichting tussen het metalen geleidings-orgaan en het deksel vergemakkelijken. De verbinding tussen de verbindingsorganen en de deksels is afgedicht 30 door epoxy- of glasfritbindmiddel. De vormen van de elektrodes 301 en 302 zijn gecontoureerd in overeenstemming met de procedure, gegeven door Chang (zie het Amerikaanse octrooischrift 4.207.540, regels 54-56)., waarbij de parameters zijn K = 0,02, υ = boogsinus (-K)., terwijl 35 de afstand tussen de elektrodes 301 en 302 in het beschouwde voorbeeld 1 cm bedraagt.

Binnen de wand 304 van de laserholte is een inzetvolume 314 aangebracht.tot een zodanige diepte, dat de overblijvende wanddikte tussen elektrode 302 en 40 de inzet een kritische waarde is, in het beschouwde voor- ......__4 8201497 * - 3 - beeld 2 mm, waarbij de waarde ervan afhangt van het materiaal, dat is gekozen voor de wand 304. Binnen deze holte 314 is elektrode 310 ingezet, welke elektrisch is verbonden met de kathode-elektrode 301 door middel 5 van een weg van lage inductie, niet getoond in de tekening. Elektrode 310 is binnen de holte 314 op een zodanige wijze geplaatst, dat het boveneinde van elektrode 310 in de nabijheid is van de overgang in het oppervlak van elektrode 302 tussen het kromme oppervlak 321, dat is 10 toegekeerd naar de kathode en het vlakke oppervlak 322, dat tegen de rand van wand 304 aanligt. Het overgangsgebied 312, waar deze twee oppervlakken elkaar ontmoeten, is niet scherp, maar is afgerond met een straal van ten minste 0,076 mm. De elektrode 310 is geplaatst 15 parallel aan de dwarsas 350, zodanig, dat de bovenrand van de elektrode 310 nagenoeg op dezelfde hoogte ligt als het overgangsgebied 312 van elektrode 302, terwijl de kortste afstand tussen elektrode 310 en elektrode 302 gaat door ten minste een gedeelte van het holtegebied 320 20 en dus niet volledig door de wand 304. Het resultaat van deze afstandsplaatsing is, dat de kortste afstand en dus het sterkste veld niet binnen wand 304 ligt, hetgeen zou leiden tot het bevorderen van doorslag van het materiaal, waaruit wand 304 bestaat, maar in plaats daarvan 25 gedeeltelijk loopt binnen het CC^-medium, dat het gebied 320 vult. Het sterk elektrische veld, gevormd in de hoek, waar het oppervlak 321 de wand 304 ontmoet, trekt elektronen af van het materiaal van de wand 304 en genereert een corona-ontlading, die zich voortplant 30 benedenwaarts langs het oppervlak van wand 304 naar elektrode 301, tijdens welke voortplanting ultraviolette straling wordt gegenereert. De aldus voortgebrachte ultraviolette straling plant zich voort, door het gebied 320, waardoor het gas wordt voorgeïoniseerd.

35 Fig. 4 toont een uitvoering van de uitvinding in uiteengenomen vorm, waarbij het orgaan 402 de wanden en uiteinden van het lichaam van de laserholte vormt, welke laserholte wordt doorlopen door de as 400, welke gaat door lens 420, apertuur 404, de hoofdholte, apertuur 40 405 en lens 422. De lenzen 420 en 422 zijn hermetisch 8201497

Tf' » - 4 - verbonden met de aperturen 404 en 405 zodanig, dat de lenzen georiënteerd gehouden worden in een omgeving van hoge trilling. De tegenovergelegen vlakken van het lichaam kunnen parallel en glad gepolijst zijn door 5 gebruikelijke polijsttechnieken voor het in lijn brengen van de lenzen. In één zijkant 304 van het lichaam 402 is een invoegruimte ingewerkt, welke de elektrode 310 houdt. De elektrode 310 wordt in lijn gehouden door - gebruikelijke bevestigingsmiddelen, niet getoond. De 10 bovenzijde en de bodem van het lichaam 402 zijn afgedekt door deksels 332 en 334, die zijn vastgelast door glasfrit-bindmiddel of een andere hermetische afdichtingstechniek.

De elektroden 301 en 302 zijn bevestigd aan het corresponderende deksels zoals getoond in de dwarsdoorsnede 15 van fig. 3, welke is aangegeven door de pijlen III-III in fig. 4.

Het is een voordelig aspect van de uitvinding dat het lichaam 402 in fig, 4 slechts vier afdichtingen kent, nl. die aan de boven- en onderdeksels en aan de 20 lenzen. Desgewenst zou één dekselafdichting kunnen worden geëlimineerd door de vorm te gieten door middel van heet isostatisch persen of een equivalente techniek, waardoor een verbinding bij de belaste elektrode (anode) wordt geëlimineerd. Het is een ander voordelig aspect van de 25 uitvinding, dat een enkel materiaal wordt gebruikt voor het lichaam van de laser, dit in tegenstelling met de bekende techniek, waar een aantal materialen met ongelijke warmte-eigenschappen werden gebruikt. Een ander voordelig aspect van de uitvinding is, dat, omdat de direkte 30 weg tussen elektrode 302 en elektrode 310 voor het vóórtbrengen van de gewenste hoge veldsterkte noodzakelijkerwijs kort is, de weg buiten de holte tussen de verbindings-organen van de elektroden 302 en 310 of hun oppervlakken zeer lang is, waardoor een hoofdprobleem van de bekende 35 inrichting is geëlimineerd.

Een inrichting, geconstrueerd volgens de bekende techniek, is getoond in de fig, 1 en 2, waarbij de holte van fig. 1 wordt gevormd door organen 18, 17, 19 en 5, waarvan er twee van messing en twee van glas zijn, 40 hetgeen vier verbindingslassen tussen ongelijke materialen 8201497 ' «· * - 5 - geeft. Een verdere moeilijkheid van de inrichting volgens de bekende techniek is, dat er een korte direkte weg bestaat tussen de aardelektrode 31 en het messingorgaan 18, dat in elektrisch contact is met anode 2. Er werd 5 een inrichting construeerd in overeenstemming met de voorschriften uit de bekende techniek, en daarbij bleek, dat deze' onderhevig was aan een reeks van elektrische kortsluitingen tussen de buiten-holte-elektrode en de anode. In fig. 2 lopen de elektrodes 118 en 119, die 10 in elektrisch contact zijn met de anode 2 en de kathode 3, over een lange afstand met een minimale onderlinge afstand, die in stand gehouden wordt door het isolatiemedium 105. Volgens hetgeen in de publikaties van de bekende techniek werd ontvouwd, resulteerde dit arrangement in een zeer 15 korte stijgtijd van de beschreven Marx-generator, veroorzaakt door de lage inductantie, een kenmerk van het bekende systeem, welke generator een geïntegreerd laboratoriuminstrument was, ontworpen voor de kortst mogelijke stijgtijd (ongeveer 15 nanoseconden). .

De onderhavige uitvinding maakt gebruik van 20 hetzelfde fysische principe van diëlektrisch geïnduceerde corona-ontlading voor het uitvoering geven aan een draagbaar veldinstrument, ontworpen voor het tolereren van nadelige condities van trilling en thermische uitzetting en voor het ongevoelig zijn voor variaties 25 in elektrische parameters. Een laser, vervaardigd volgens de onderhavige uitvinding, heeft een spanningspulsstijg-tijd van meer dan 30 nanoseconden en een pulsspanning van meer dan 18 kilovolt bij een elektrode-afstand van 1 cm.

30 Een variant van de uitvinding heeft een tweede elektrode, overeenkomstig aan elektrode 310, ingezet in de wand 306, met het oog op een grotere uniformiteit van voorionisatie, en extra werking met het oog op een grotere betrouwbaarheid. Een andere variatie van de 35 uitvinding is de combinatie van de einddelen en deksels 332, 334, voor het vormen van een enkelvoudige eenheid.

Nog een andere variatie is de combinatie van de zijkanten 304, 306 en de deksels 332, 334 voor het vormen van een enkelvoudige eenheid.

8201497

Claims (5)

1. TEA C02-laser, met het kenmerk, dat deze een CC^-laserversterkingsmedium heeft, begrensd door een afgedicht omhulsel met een optische as en een dwarsas en met eerste en tweede eindorganen, geplaatst 5 loodrecht op de optische as, eerste en tweede zijorganen en eerste en tweede dekselorganen, waarbij de zijorganen en de dekselorganen zijn geplaatst evenwijdig aan de optische as, waarbij al de genoemde organen zijn gevormd van hetzelfde materiaal, 10 dat er anode- en kathode-elektroden zijn, aangebracht aan tegenovergelegen zijden van het inwendige van het omhulsel evenwijdig aan de optische as en langs de dwarsas, en gescheiden door de genoemde zijorganen, waarbij de anode-elektrode een gekromd oppervlak heeft, 15 toegekeerd naar de kathode-elektrode, en planaire wand-oppervlakken, die aanliggen tegen de zijorganen, waarbij het gekromde oppervlak en de planaire wandoppervlakken elkaar ontmoeten in een overgangsgebied met een kromtestraal van ten minste 0,076 mm. 20 dat de genoemde laser verder omvat ten minste ëën buiten de holte gelegen elektrode, elektrisch verbonden met de kathode-elektrode door middel van een geleider met lage inductantie en gemonteerd langs het buitenoppervlak van één van de beide organen, waarbij de 25 anode-elektrode langs de dwarsas wordt overlapt op een zodanige wijze, dat de kortste rechte lijn tussen de anode en de genoemde elektrode loopt door een gedeelte van het lasermedium en tevens door een laag isolerend materiaal in de -vorm van een gedeelte van de wand van het 3 0 omhulsel, dat het omhulsel verder optische elementen omvat, geplaatst langs de optische as voor het resoneren van optische straling binnen het versterkingsmedium, en middelen voor het aanleggen van gepulseerde hoge spanning 35 aan de anode-en kathode-elektroden, welke spanning een stijgtijd heeft van ten minste 30 nanoseconden, en een piekwaarde zodanig, dat een veld van ten minste 18 kv/cm wordt voortgebracht tussen de genoemde 8201497 - 7 - -Λ .¾ elektrodes, waardoor zich een corona-ontlading vormt tussen de genoemde anode en de genoemde buiten de holte gelegen elektrode/ welke het CC>2-medium tussen de anode-en kathode-elektroden conditioneert.

2. Laser volgens conclusie 1/ m e t het kenmerk, dat de genoemde eindorganen en de genoemde zijorganen een ononderbroken enkelvoudig orgaan vormen.

3. Laser volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de genoemde eindorganen en de genoemde 10 dekselorganen een ononderbroken enkelvoudig orgaan vormen.

4. Laser volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de genoemde zijorganen en de genoemde dekselorganen een ononderbroken enkelvoudig orgaan vormen.

5. Laser volgens één der conclusies 1, 2, 3 of 4, 15 met het kenmerk, dat het afgedichte omhulsel zich ononderbroken uitstrekt tussen de genoemde buiten de holte gelegen elektrode en de genoemde anode en langs het genoemde planaire wandoppervlak. 8201497