NO853264L - Transversalt eksitert gasslaser og fremgangsm¨te til dens drift. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en gasslaser som angitt i innledningen til patentkrav 1. En slik TE-laser inngår i gjenstanden for søkernes prioritetseldre patentsøknad 84 1491.

Ved lasertypen ifølge den anførte søknad blir hovedutladningen forberedt ved hjelp av en fri koronoautladning frem-bragt mellom hjelpeutladninger. Hjelpeelektrodene består av hver sin leder som er omhyllet av et dielektrikum, og omhyll-ingen for flere ledere kan også være sammenfattet til en felles bærekappe. Et slikt elektrodesystem lar seg fremstille og montere rasjonelt, er relativt uavhengig av hovedelektrodenes utformning og byr ikke minst mulighet for å variere høyspenning, gasstrykk og gassammensetning innen visse grenser. Dermed muliggjøres en "sealed-off"-drift, hvor partialtrykkene av gassblandingen og dermed også den nødvendige høyspenning som bekjent forandrer seg i tidens løp.

For å øke toleransen like overfor parametervariasjoner

og dermed også forlenge den ventelige levetid i sealed-off drift kunne man tenke på å koble en såkalt "peaking capacitor" parallelt med hovedutladningsstrekningen. Denne kondensator kan om den er riktig dimensjonert, i mange tilfeller bedre hovedutladningens stabilitet og homogenitet betraktelig (jfr.

i den forbindelse Opt.Quant.Elec.J_3 ( 1 981 ) 251). Ved den foreliggende laseranordning bringer anvendelsen av en "peaking capacitor" riktignok etter hva forsøk har vist, ingen for-bedring. Årsakene til dette forhold, som også er omtalt i

Opt .Quant .Elec. J_5 (1983) 185, er ennå ikke klarlagt.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å utforme

en laser av den innledningsvis angitte art slik at den gjennom lengre tidsrom kan drives med et avlukket gassvolum og spesielt også utholder forholdsvis sterke høyspenningsvariasjoner.

Denne oppgave blir ifølge oppfinnelsen løst med en laser med de trekk som er angitt i patentkrav 1.

Den foreslåtte innsnevring i hjelpeelektrodemantelen

gir koronoautladningen en form hvor UV-lyset preferert blir strålt ut i rommet mellom hovedelektrodene. Dermed blir gassens ioniseringsgrad særlig høy nettopp der hvor tilstedeværelsen av frie elektroner gjør seg sterkest gjeldende. Det har vist

seg at allerede dette enkle tiltak bedrer laserens funksjons-dyktighet i påtagelig grad.

Enda gunstigere blir forholdene dersom man i tillegg innstiller kapasiteten av hjelpeelektrodeanordningen riktig. Den optimale verdi er i regelen noe større enn den kapasitet som dannes av selve de dielektrisk omhyllede ledere. Man vil derfor normalt også metallisere den dielektriske mantel på utsiden, nærmere bestemt på steder hvor metalliseringen bare virker kapasitetsøkende og ikke kommer med i en utladning.

Ved optimerte hjelpeelektrodekapasiteter tolererer f.eks. en CC^-laser uten videre høyspenningsendringer opp til 15%. En tilfredsstillende forklaring på dette bemerkelsesverdige fenomen finnes ennå ikke. Man kan vel ikke utelukke at lignende mekanismer som ved den ellers benyttede "peaking capacitor"

kan spille en rolle. Dog skiller de repektive gunstigste kapasi-tetsverdier seg i de to tilfeller vanligvis fra hverandre mer enn en størrelsesorden.

Ytterligere gunstige utformninger og videreutviklinger

av oppfinnelsesgjenstanden er angitt i ytterligere patentkrav.

Det foreliggende forslag til løsning vil nå bli belyst nærmere under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser skjematisk tverrsnitt av laseren i et fore-trukket utførelseseksempel, og

fig. 2 viser driftskoblingen for dette eksempel.

Laseren på fig. 1 er en pulset TE-gasslaser. Den inneholder et sylindrisk keramikkrør 1, hvori der er innsatt en elektrode-anordning. Den samlede anordning er utformet som selvbærende enhet og har form av et langstrakt parallellepiped med rektangu-lært tverrsnitt. To overfor hinannen liggende langsider av parallellepipedet dannes i det vesentlige av hovedelektroder (hovedkatode 2, hovedanode 3) med de respektive tilførsels-ledninger 4 og 5. I de to langsider av parallellepipedet er et par hjelpeelektroder integrert. Parallellepipedets kortsider er lukket med hver sin - ikke viste - plate som tjener som speilbærer.

Hvert hjelpeelektrodepar inneholder et felles keramikklegeme 6, 7 med profil som en "B", med ett og ett knekket steg ntil og nedentil. B-formens bakside og to hulrom er metalli-sert (metalliseringer 8-13), og de metalliseringer 8, 9 som ligger nærmest hovedkatoden 2, tjener som hjelpekatoder, og de metalliseringer 10, 11 som er nærmest hovedanoden 3, som hjelpeanoder, mens de utvendige metalliseringer 12, 13 tjener til økning av kapasitetene. De knekkede steg er stivt fastholdt med hver sin av hovedelektrodene.

Fig. 2 viser en særlig enkel driftskobling for laseren

på fig. 1. Mellom en høyspenningstilslutning 14 og gods befinner seg en triggbar gniststrekning 15. Parallelt med denne bryter ligger et serieledd dannet av en ladekondensator og en ohmsk motstand R. Hovedutladningsstrekningen er tilkoblet tvers over motstanden, og dens katode og anode er forbundet med henholdsvis hjelpekatodene og hjelpeanodene. På figuren er hjelpeelektrodeparene erstattet med de respektive kapasiteter som de danner: Kapasitetene og C symboliserer de kondensa-torer som metalliseringene 8 og 10 resp. 9 og 11 danner med

- hverandre, kapasitetene og CLkapasitetene av metalliseringene 8 og 12 resp. 9 og 13 og kapasitetene Cg og C? de kondensa-- torer som dannes av metalliseringene 10 og 12 resp. 11 og 13.

Koblingen er dimensjonert som følger: Høyspenningstilslut-ningen mottar en høyspenning på 26(-3)kV, ladekondensatoren har en kapasitet av 10nF, den ohmske motstand er på 10kft,

og kapasiteten av hvert hjelpeelektrodepar utgjør ca. 40pF.

Ytterligere detaljer ved fremstilling og drift fremgår

av den ovennevnte eldre søknad.

- Oppfinnelsen er ikke begrenset til det viste utførelses-eksempel. Således ville man også kunne gi hjelpeelektrodenes keramikklegeme andre former, forutsatt at den foreskrevne innsnevring på innsiden beholdes. F.eks. vil det være mulig om plassforholdene tillater det, å velge et "8"-profil, som gir særlig høye kapasiteter. Bortsett fra dette ville de mulig-heter for frihet når det gjelder parametervalg som oppfinnelsen bringer, også kunne utnyttes til å velge en gassblanding med særlig høyt volumutbytte. F.eks. vil der kunne realiseres en C02-laser med et C02~innhold på 30%.

Claims (6)

1. Transversalt eksitert gasslaser, særlig TEA-laser, inne-holdende 1) et langstrakt, gassfylt utladningskammer med a) to optiske elementer som befinner seg på begge sider av kammerets kortsider og ligger på en felles akse (optisk akse), b) to elektroder (hovedkatode, hovedanode) som er anbragt i kammerets indre og strekker seg langs den optiske akse, nærmere bestemt slik at denne akse forløper i rommet (hovedutladningrommet) mellom hovedkatode og hovedanode, c) minst to ytterligere elektroder (hjelpeelektroder) som er anordnet i det indre av kammeret, strekker seg parallelt med den optiske akse i området for en av de to åpne sider av hovedutladningsrommet, hver består av en leder omgitt av en felles dielektrisk mantel, og har en overslagsmotstand mot alle øvrige elektroder, 2) en påstyringsenhet hvormed under gasslaserens drift a) hovedkatoden og hovedanoden legges på slik for-skjellige potensialer at 'der skjer en elektrisk utladning (hovedutladning) mellom dem, b) hjelpeelektroder som parvis ligger på slik forskjel-lige potensialer at der mellom dem skjer en koronautladning som forioniserer gassen i hovedutladningsrommet , (i samsvar med patentsøknad 84 1491), karakterisert ved at mantelen (6, 7) oppviser et profil med en innsnevring mellom lederne hos hvert hjelpeelektrodepar (metalliseringer 8, 10 resp. 9, 11) på den side (innsiden) som vender mot hovedutladningsrommet.

2. Laser som angitt i krav 1, karakterisert ved at et hjelpeelektrodepars mantel (6, 7) oppviser et "8"- eller "B"-profil.

3. Laser som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at hjelpeelektrodelederen består av en metallisering (8-11) som fortrinnsvis dekker hele mantelens (6, 7) innervegg.

4. Laser som angitt i krav 1 eller 3, karakterisert ved at mantelens (6, 7) utside bærer en metallisering (12, 13).

5. Laser som angitt i krav 4, med en ladekondensator med kapasitet C^ , karakterisert ved at der for kapasiteten C2 av en kondensator som dannes av et hjelpeelektrodepar, gjelder: 10~ <3> C1 <C2 <10~ <2> C1 , særlig 3 x 10~ <3> C1 <C2 <0,6x10~ <2> C1 .

6. Fremgangsmåte til drift av en laser som angitt i et av kravene 1-5, omfattende en bryter i kretsen for en høyspennings-kilde, et ledd som ligger på tvers av bryteren og dannes av en ladekondensator i serie med en ohmsk motstand, en hoved-utladningsstrekning som ligger på tvers av den ohmske motstand, og minst to hjelpeelektrodepar hvor den respektive ene elektrode er forbundet med hovedkatoden og den annen med hovedanoden, karakterisert ved at høyspenningstilslutningen får en høyspenning U mellom 20kV og 30kV, at ladekondensatorens kapasitet (C^ ) ligger mellom 5nF og 15nF, at hvert par av hjelpeelektroder har en kapasitet C, mellom 30pF og 70pF, og at motstandsverdien (R) av den ohmske motstand ligger mellom 5 og 15 kV, særlig idet følgende relasjoner gjelder: 23kV<U<29kV, 8nF<Cl <12nF, 40pF<Ch <60pF, 8kft<R<12kft.