NO157598B - Gasslaser som eksiteres ved kondensatorutladning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en gasslater som eksiteres ved kondensatorutladning.

Fra fransk patentansøkning nr. 2.500.220 som ble publisert 20. august 1982 er det kjent en gasslaser som omfatter et par metallplater som er vendt mot hverandre og er hoved-sakelig parallelle,

et par dielektriske legemer anbragt side ved side mellom platene i nevnte par, idet disse legemer er festet til platene på sådan måte at de danner to parallellkoblede kondensatorer, mens mellomrommet mellom nevnte dielektriske legemer og nevnte plater danner en kanal med en lengdeakse og som inneholder et aktivt gassmedium, og midtpartiene av platene som er i kontakt med aktive medium danner hver sin elektrode,

et optisk resonanshulrom anordnet langs nevnte lengdeakse og inneholdende det aktive medium, samt en ladekrets som omfatter: en transformator med en primær-vikling koblet i serie med en kondensator, samt en sekundær-vikling hvis ytterender er forbundet med hver sin av nevnte plater, en elektrisk strømkilde anordnet og innrettet for ladning av nevnte kondensator, og

utstyr for å bringe kondensatoren til utladning gjennom primær-viklingen, således at det derved induseres strøm i sekundærviklingen for oppladning av nevnte parallellkoblede kondensatorer for å frembringe en elektrisk utladning mellom plateelektrodene, idet denne utladning tjener til å eksitere det aktive gassmedium til å danne en laserstråle.

I denne gasslaser kan nevnte dielektriske legemer i de parallellkoblede kondensatorer utgjøres av piezoelektrisk dielektrisk material.

Foreliggende oppfinnelse har som formål å forbedre den ovenfor angitte gasslaser på sådan måte at dens pålitelighet økes.

Foreliggende oppfinnelse gjelder således en gasslaser som eksiteres ved kondensatorutladning og omfatter: et par metallplater som er vendt mot hverandre og hver har et midtparti anordnet mellom to inntilliggende endepartier, et par dielektriske legemer anordnet mellom nevnte plater på hver sin side av midtpartiet og i forbindelse med hvert sitt endeparti for sammen med platene å danne to parallellkoblede kondensatorer, mens mellomrommet mellom nevnte dielektriske legemer og nevnte plater danner en kanal med en lengdeakse som inneholder et aktivt gassmedium, og platenes midtpartier befinner seg i kontakt med det aktive gass-medium og danner hver sin elektrode, et optisk resonanshulrom anordnet langs nevnte akse og inneholdende det aktive gassmedium, samt en ladekrets som omfatter: en transformator med en primær-vikling i serie med en kondensator og en sekundær-vikling hvis ytterender er forbundet med hver sin nevnte metallplate,

en elektrisk strømkilde anordnet for ladning av nevnte kondensator og

utstyr for å bringe kondensatoren til å utlades gjennom

primærviklingen og derved indusere en strøm i sekundærviklingen for oppladning av metallplatenes kondensatorer og derved å frembringe en elektrisk utladning mellom elektrodene med det formål å eksitere gassmediet til å danne laserstråle,

karakterisert ved at hver av de dielektriske legemer omfatter en isolerende vegg som er anordnet vinkelrett på metallplatene og omslutter et volum mellom vedkommende par innbyrdes motstående endepartier, samt vann som fyller det omsluttede volum.

En utførelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved

hjelp av et utførelseeksempel og under henvisning til den vedføyde tegning, hvis eneste figur skjematisk viser et tverrsnitt gjennom en gasslaser i henhold til foreliggende oppfinnelse.

I figuren er det i tverrsnitt vist et laserlegeme som omfatter to rektangulære metallplater 2 og 3 som er vendt mot hverandre og for eksempel er utført i stål. Platenes overflater på utsiden av laserlegemet 1 forløper hoved-sakelig parallelt med hverandre. Hver plate omfatter et midtparti anordnet mellom to tilstøtende endepartier av platen. Platen 2 omfatter således et midtparti 31 mellom to endepartier 32 og 33, mens platen 3 omfatter et midtparti 34 anordnet mellom endepartier 35 og 36.

En isolerende vegg 37 er anordnet vinkelrett på platene

og omslutter det mellomrom som befinner seg mellom endepartiene 32 og 35, henholdsvis på platene 2 og 3, således at det dannes et kammer 38. På lignende måte er en isolerende vegg 39 anordnet vinkelrett på platene og omslutter det mellomrom som befinner seg mellom endepartiene 33 og 36, henholdsvis på platene 2 og 3, således at det dannes et kammer 40. Veggene 37 og 39 er for eksempel utført i plastmaterial.

Endepartiene 32, 33, 35 og 36 av platene 2 og 3 omfatter fortrinnsvis flattoppede fremspring, for eksempel det fremspring 55 som rager ut fra endepartiet 32 inn i det omsluttede mellomrom og ender i en flat topp som forløper parallelt med ytterflåtene av laserlegemet 1, således at den midlere avstand mellom platene vil være mindre inne i kamrene 38 og 40 enn mellom platenes midtpartier 31 og 34.

En langstrakt kanal 51 med en akse 52 vinkelrett på figur-planet strekker seg mellom midtpartiene 31 og 34 samt mellom veggene 37 og 39. Midtpartiene 31 og 34 av platene 1 og 3 har også hvert sitt fremspring, slik som frem-springet 53, men disse fremspring er avrundet til å danne delsylindere med akser parallelt med nevnte lengdeakse 52. De avrundede fremspring rager inn i kanalen 51 for å danne et par innbyrdes motstående elektroder.

Et optisk resonanshulrom er anordnet langs aksen 52. Dette hulrom kan omfatte et par speil, slik som speilet 54, og som er limt fast til motsatte ytterender av kanalen og avstenger denne. Et av disse speil er totaltreflek-terende, mens det annet er delvis gjennomskinnelig for å slippe igjennom laserstrålen.

Gjennom overflatene av veggene 37 og 39 på utsiden av laserlegemet 1 er det anordnet par av åpninger, henholdsvis 41 og 42 samt 43 og 44.

Åpningene 41 og 43 er koblet over rør 4 5 og 46 til opp-strømssiden av anordningen, som omfatter en sirkulasjons-pumpe 47 koblet i serie med en varmeveksler enhet 48. Nedstrømssiden av anordningen er koblet gjennom rør 49

og 50, henholdsvis til åpningene 42 og 44.

En transformator 13 har en sekundærvikling 12 hvis ytterender er forbundet med hver sin av metallplatene 2 og 3. Denne transformator har også en primærvikling 14, hvis ene ende er koblet til den ene side av en kondensator 15, hvis annen side er forbundet med anoden for en tyristor 16, hvis katode er koblet til den annen ende av primaer-viklingen 14. Forbindelsepunktet mellom kondensatoren 15 og tyristoren 16 er gjennom en belastningsmotstand 18

og en bryter 19 koblet til den positive klemme for en elektrisk strømkilde 17. Den negative klemme på strøm-kilden 17 er forbundet med katoden for tyristoren 16.

En styrekrets 20 har to styreledninger som henholdsvis er koblet til katoden og til en styreelektrode for tyristoren 16.

Den laser som er beskrevet -ovenfor og vist i figurene virker på følgende måte: Det indre volum i kanalen 51 er fylt med en aktiv lasergass, for eksempel en blanding av svovelheksafluorid SFg og nitrogen.

Det indre av kammerne 38 og 40 samt det indre volum av kjøle- og pumpeutstyret 45 til 50 er fylt med vann. Det vann som inneholdes i kammerne 38 og 40 befinner seg i kontakt med platene 2 og 3 og utgjør det dielektriske material i to kondensatorer som er koblet i parallell.

Så snart spenningen mellom platene 2 og 3 når utladnings-spenningen mellom laserelektrodene, finner en elektrisk utladning sted mellom elektrodene og bringer en laser-stråling til å oscillere i hulrommet, således at det dannes en laserpuls som forlater hulrommet gjennom det delvis gjennomskinnelige speil.

Pumpen 4 7 settes igang for å bringe vannet til å strømme gjennom kamrene 38 og 40. Varmeveksleren 48 holder det sirkulerende vann kaldt.

Slik som i den gasslaser som er beskrevet i den ovenfor angitte franske patentansøkning nr. 2.500.220, styres utladningen mellom elektrodene av en krets som ikke har noe gnistgap. På grunn av den lave utladningsimpedans for de kondensatorer som inngår i laserlegemet, oppnås en jevnt fordelt utladning mellom elektrodene, selv om stige-tiden for spenningen mellom elektrodene er forholds-vis lang. Dette resultat er overraskende i betraktning av den vanlige oppfatning blant fagfolk at en ytterst kort stige-tid for spenningen mellom elektrodene er nød-vendig for å oppnå en homogen utladning i nitrogenlasere eller i eksimerlasere. Dette synspunkt er for eksempel anskueliggjort i USA i tidsskrift artikkelen: "Necessary conditions for the homogeneous formation of pulsed avalanche discharges at high gas pressures" av J.I. Levatter et al, The Journal of Applied Physics, 51 (1), januar 1980, sidene 210 til 222.

Anvendelse av vann som dielektrisk material i platekon-densatorene i henhold til foreliggende oppfinnelse gir flere fordeler: Laserens pålitelighet økes da vann som dielektrikum ikke skades ved tilfeldige utladninger gjennom det elektriske material.

Videre kan laseren drives med meget høy utladningstakt når vannet er gjenstand for kjøling.

Endelig er vannkondensatorer særlig godt egnet for pulsopplad-ning over en periode på 1 til 10 mikrosekunder, hvilket lett kan oppnås ved hjelp av den elektriske krets som

er beskrevet ovenfor.

Foreliggende oppfinnelse er særlig anvendbar ved lasere hvis aktive gass er nitrogen eller en blanding av halo-gener og edelgasser.

Claims (5)

1. Gasslaser som eksiteres ved kondensatorutladning og omfatter: et par metallplater som er vendt mot hverandre og hver har et midtparti anordnet mellom to inntilliggende endepartier, et par elektriske legemer anordnet mellom nevnte plater på hver sin side av midtpartiet og i forbindelse med hvert sitt endeparti for sammen med platene å danne to parallellkoblede kondensatorer, mens mellomrommet mellom nevnte dielektriske legemer og nevnte plater danner en kanal med en lengdeakse og som inneholder et aktivt gass-medium, og platenes midtpartier befinner seg i kontakt med det aktive gassmedium og danner hver sin elektrode, et optisk resonanshulrom anordnet langs nevnte akse og inneholdende det aktive gassmedium, samt en ladekrets som omfatter: en transformator med en primærvikling i serie med en kondensator og en sekundærvikling hvis ytterender er forbundet med hver sin nevnte metallplate, en elektrisk strømkilde anordning for ladning av nevnte kondensator, og utstyr for å bringe kondensatoren til å utlades gjennom primærviklingen og derved indusere en strøm i sekundærviklingen for oppladning av metallplatenes kondensatorer og derved å frembringe en elektrisk utladning mellom elektrodene med det formål å eksitere gassmediet til å danne en laserstråle, karakterisert ved at hver av de dielektriske legemer omfatter en isolerende vegg (37, 39) som er anordnet vinkelrett på metallplatene (1,. 2) og omslutter et volum (38, 40) mellom vedkommende par innbyrdes motstående endepartier (32, 35-33, 36), samt vann som fyller det omsluttede volum (38, 40).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at endepartiene (32, 33, 35, 36) som befinner seg i kontakt med vannet omfatter flattoppede fremspring som rager inn i vannvolumet (38, 40) på sådan måte at den midlere avstand mellom platene (2, 3) inne i det omsluttede volum er mindre enn den midlere avstand mellom platene i kanalen (51).

3. Gasslaser som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst en av elektrodene omfatter et avrundet fremspring (53) som rager inn i nevnte kanal (51).

4. Gasslaser som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter en sirkulasjonskrets (45-47, 49, 50) for det vann som befinner seg i det omsluttede volum (38, 40), idet hver omsluttende vegg (37, 39) er utstyrt med en innløps-åpning (41, 43) og en utløpsåpning (42, 44) for forbindelse med nevnte sirkulasjonskrets.

5. Gasslaser som angitt i krav 4, karakterisert ved at den videre omfatter utstyr (48) for kjøling av det sirkulerende vann.