WO1991005450A1 - Vorrichtung zur elektrischen anregung eines gases mit mikrowellen - Google Patents

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WO1991005450A1
WO1991005450A1 PCT/DE1990/000756 DE9000756W WO9105450A1 WO 1991005450 A1 WO1991005450 A1 WO 1991005450A1 DE 9000756 W DE9000756 W DE 9000756W WO 9105450 A1 WO9105450 A1 WO 9105450A1
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waveguide
wall
gas discharge
longitudinal slot
slot
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PCT/DE1990/000756
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Jürgen Klein
Thomas Rettich
Silke PFLÜGER
Peter Loosen
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
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    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit

Definitions

  • the invention relates to a device for the electrical excitation of a gas with microwaves, with a waveguide which is fed by a microwave transmitter and which has a microwave energy for igniting and maintaining a gas discharge in an outer wall and with an egg ⁇ nem in the area of the electrical slot field arranged parallel to the carbon conductor, containing a gas discharge path discharge vessel.
  • a device of this type is generally known as a surfatron. It has two coaxial metal cylinders, which therefore enclose an annular space which is closed on its end faces by end walls. Near an end wall there is a ring gap in the inner cylinder, which serves to excite a gas discharge path via its electrical slot field, which is arranged in a cylindrical discharge vessel which is closely adjacent to the inner tube.
  • the gas discharge excited with the surfatron in the gas discharge section essentially extends out of the waveguide region. It essentially has the shape of a surface deacidification on the inner wall of the discharge vessel and is therefore seen across its cross section
  • Discharge vessel the gas discharge is comparatively inhomogeneous.
  • the invention has for its object to improve a device of the type mentioned in such a way that the microwave-excited gas discharge is largely homogeneous over the cross section and the length of the gas discharge path.
  • the slot is a longitudinal slot at least substantially parallel to the longitudinal axis of the waveguide in a radially outer wall of the waveguide, and in that the discharge vessel with its gas discharge path extends over the entire length of this longitudinal slot .
  • a longitudinal slot enables microwave energy to be coupled out practically over the entire length of the gas discharge path.
  • the gas is excited accordingly uniformly, which in the longitudinal direction is only dependent on how the microwave energy is distributed in the direction of the longitudinal slot.
  • the slot Due to the arrangement of the longitudinal slot parallel to the waveguide in a radially outer wall of the waveguide, the slot is arranged perpendicular to the wall currents, which flow transversely to the longitudinal axis of the waveguide due to the microwave field used.
  • wall currents designed as cross currents are in particular formed, for example, in the rectangular waveguide by a hi-microwave. Accordingly, a high displacement current density is generated in the slot.
  • the electrical slot field formed as a result is correspondingly optimally strong and accordingly excites the gas in the gas discharge path to plasma formation.
  • the device is advantageously designed such that the waveguide has a rectangular cross section and the longitudinal slot is present in one of the narrow outer walls of the conductor. Run in the narrow outer walls of the conductor
  • the discharge vessel is arranged symmetrically to the outer wall of the waveguide in the longitudinal slot.
  • the device In order to be able to adapt the slot field transversely to the longitudinal slot to adapt to the discharge vessel used or to the cross section of the gas discharge path used, the device is designed such that the longitudinal slot is delimited by electrodes forming the electrical slot field, which electrodes extend substantially transversely to the outer wall of the waveguide.
  • the electrodes are adapted to the outer circumference of the discharge vessel and / or rest against the latter without a gap.
  • the electrodes, together with dielectric housing parts enclose the gas discharge section in sections.
  • the electrodes then take the place of dielectric housing parts, so that the structural outlay is correspondingly reduced.
  • Such a construction can be used in particular when the electrodes and the dielectric housing parts are each flat plates in a rectangular cross section forming a closed cross section.
  • REPLACEMENT LEAF simple design of the device or of the discharge vessel ensures that it does not have to be adapted in the region of the electrodes to any cross-sectional configuration of the electrodes, in order to avoid electrical losses and to adapt the cross section of the gas discharge path to the electrodes .
  • the device is designed such that the electrode spacing is smaller than half the electrode width in the case of a rectangular cross section of the gas discharge path, the result is a very flat gas discharge path.
  • the electric field is very homogeneous except for the areas on the edges of the electrodes, so that the piasma distribution is also very homogeneous.
  • the gas discharge path can be used to generate a laser beam with a rectangular cross section by means of a so-called wave guide laser.
  • the device can also be designed such that the electrodes and the dielectric housing parts form a cooling channel in which the discharge vessel is arranged.
  • the dielectric housing parts are not components of the discharge vessel for the gas discharge path.
  • there is at least one structurally special discharge vessel which can be adapted to the other requirements for the device for its use or structural design.
  • An embodiment which is advantageous in this sense is present, for example, if two rectangular discharge vessels are arranged either parallel or perpendicularly to the electrodes in the cooling channel formed with a rectangular cross section and have a rectangular solid-state laser rod between them.
  • the high-pressure gas discharge excited in this structure by microwave energy generates light for excitation of the solid-state laser rod, so that an integrated construction of the laser rod and pump light sources present on both sides thereof is achieved.
  • the discharge vessels are arranged parallel to the electrodes, the result is a comparatively flat construction. If the discharge vessels are arranged perpendicular to the electrodes, there is a comparative one
  • the device is advantageously designed such that in addition to the outer wall of the waveguide having the longitudinal slot, there is a microwave reflector reflecting the scattered radiation of the longitudinal slot to the gas discharge path.
  • a microwave reflector reflecting the scattered radiation of the longitudinal slot to the gas discharge path.
  • the waveguide has at least two longitudinal slots in the same outer wall that are parallel to one another or inclined at an acute angle, each of which has at least one discharge vessel assigned to it, because of the overall enlarged longitudinal slot width with a changed expansion of the individual electrical slot field transversely to the outer wall, an increased cross-sectional length of the gas discharge path in the direction of the outer wall can be achieved.
  • identical discharge vessels can still be used. If the longitudinal slots are inclined at an acute angle to one another, so that the gas discharge vessels are also arranged accordingly inclined, optical laser resonators in V or Z folding can be formed with the resulting advantages for the laser structure.
  • the device is further developed in that the discharge vessel is enclosed by a cooling tube and is thus arranged within an elliptical pump light reflector, which further contains a solid-state laser rod enclosed by a further cooling tube and to a degree that allows the discharge vessel to be arranged in the electrical slot field protrudes the longitudinal slot of the outer wall. It is thus possible to use a known arrangement of a cooled gas discharge vessel and a cooled solid-state laser rod in an elliptical pump light reflector in conjunction with a hollow conductor in order to achieve homogeneous and intensive excitation of the lamp gas of the discharge vessel. It is particularly advantageous if the fixed part enclosed by a cooling pipe Body laser rod in one of a metal reflector against the
  • Microwave reflector reflected scattered radiation shielded area is arranged because this allows the use of microwave absorbing material in the shielded area.
  • the device can furthermore be designed such that the gas discharge vessel has a wall which is closely adjacent to the longitudinal slot of the outer wall and which is wider than the longitudinal slot.
  • An extensive planar discharge can thus be generated, the extent of which across the carbon conductor is very large and which are used, for example, for coating non-metallic surfaces, for example for coating the inner surface of the wall of the gas discharge vessel.
  • This coating process is known as Stiches as chemical coating (Chemical Vapor Depositicr.).
  • the wall of the gas discharge vessel parallel to the outer wall expediently extends on both sides symmetrically to the longitudinal slot in order to achieve a correspondingly symmetrical discharge in the gas discharge vessel.
  • the device is designed in such a way that, in addition to the outer wall of the waveguide with the longitudinal slot, there is a further microwave energy that can be coupled into the gas discharge path of the waveguide.
  • the two waveguides can be operated alternately and / or with different operating frequencies.
  • the alternating operation of the two waveguides ensures that the two waveguides cannot influence one another by the field of one waveguide generating interference currents in the other waveguide. Since each waveguide is only operated for about half the possible time due to the alternating operation of the two waveguides, the microwave transmitters used can be operated in a corresponding pulse mode, in which they can be loaded with a higher, for example double, nominal power.
  • the coupling gain is accordingly obtained, with each waveguide acting as a reflector for the scattered radiation when the other waveguide is in operation. Different operating frequencies can also be avoided be that the microwave fields of the two waveguides interfere with each other.
  • the device may be formed such that the Hohl ⁇ conductor axially by a ungradzahiiges multiple quarter (n ⁇ ⁇ / 4; n> 1) of the carbon wire microwave against each other ver ⁇ sets are .
  • the axial displacement of the waveguide causes a corresponding axial displacement of their microwave fields.
  • the waveguide is designed as a resonator or in the case of a resonator-like design
  • the stronger excitation which occurs in the waveguide lies at the points of the less excitation which is given by the other waveguide and vice versa, so that the excitation is made more uniform over the axial length of the device.
  • the fact that the electrical field strength is formed unevenly over the length of the longitudinal slot, corresponding to the uneven distribution of the microwave energy in the longitudinal direction of the cavity conductor, can thus be countered.
  • the device In order to achieve a local homogenization of a gas discharge in the area of the longitudinal slot ends, the device is designed in such a way that, in the case of a hollow waveguide designed as a cavity resonator, the outer wall having the noise slot at both ends with respect to the end walls for homogenizing the end areas of the Gas discharge path is shortened.
  • An increase in the utilization of the microwave energy supplied to the waveguide can be achieved in that at least one discharge vessel with its gas discharge path is arranged in an electrical slot field of a longitudinal slot even with the wall diametrically opposite the wall of the waveguide.
  • REPLACEMENT LEAF 1 shows a schematic cross section through a hollow conductor with a discharge vessel which is arranged in a longitudinal slot and is circular in cross section,
  • FIG. 2 shows a cross section corresponding to FIG. 1 with two discharge vessels which are arranged in a longitudinal slot and are circular in cross section,
  • FIG. 1 shows a cross section corresponding to FIG. 1 with a gas discharge section modified in cross section
  • FIG. 5 shows a special device based on the design of FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a device further developed on the basis of FIG. 5,
  • Each of the devices 10 shown in the figures for the electrical excitation of a gas with microwaves basically has the following components: a waveguide 11, a longitudinal slot 12 in an outer wall 13 of the waveguide 11, an example only shown in FIG. electrical slot field 14 generated by this longitudinal slot 12 and at least one gas discharge path 15 in a discharge vessel 16.
  • the waveguide 11 shown in FIG. 1 has a rectangular cross section with wide outer walls 26 and narrow outer walls 13.
  • Such a rectangular cross section can be regarded as particularly advantageous, in particular if the ratio of the outer walls 26, 13 is 2: 1. If the height of the outer wall 13 is less than half the free-space wavelength of the microwave, the waveguide can only conduct the microwave energy with the desired unique fundamental wave, the H ⁇ o type.
  • Such a waveguide can also be "formed by mutualkla ⁇ circuit by means of suitable short sheets to a Hohlraumre ⁇ sonator.
  • REPLACEMENT LEAF slot 12 is arranged so that an electrical slot field 14 can form between the ends 13 'pointing inward and delimiting the longitudinal slot 12.
  • 1 shows the electrical field lines between two electrodes 17 which are electrically acted upon by the ends 13 'of the outer wall 13. These electrodes 17 determine the shape of the electrical slot field 14 in accordance with their respective configuration. This configuration depends, for example, on the shape of the discharge vessel 16, which in FIG. 1 is a circular-cylindrical tube which encloses the gas discharge path 15. The electrodes are accordingly adapted to the outer circumference 16 'of the vessel 16 and rest against it without a gap.
  • the field 14 is concentrated in the area of the gas discharge path 15 in such a way that a gas discharge which is largely homogeneous across its cross section is formed.
  • the points 27 lying at the same distance between the electrodes 17 remain unexcited because the field lines emanating from the mutually adjacent edges 1 'of the electrodes 17 not as shown, but instead run through the wall of the discharge vessel 16, as a result of which the excitation of the discharge path * 15 at points 27 is reduced or excluded.
  • the longitudinal slot 12 is arranged in such a way that it runs perpendicular to the wall currents induced in the outer wall 13 by the microwave field, so that a high displacement current density with correspondingly intensive excitation of the gas of the discharge gap 15 is achieved in the slot 12.
  • a microwave reflector 23 parallel to the outer wall 13, which reflects the scattered radiation emanating from the longitudinal slot as a result of the antenna effect of the longitudinal slot, so that most of the reflected energy is used to excite the gas in the discharge vessel 16 can. Only slight losses due to absorption occur at the reflector 23, just as in the discharge vessel 16, which consists of dielectric material for the microwaves.
  • REPLACEMENT LEAF 2 shows a cross section of a waveguide 11, in the outer wall 13 of which two longitudinal slots 12 are arranged symmetrically, in each of which a discharge vessel 16, each with a gas discharge path 15, is arranged.
  • the arrangement of the discharge vessels 16 is symmetrical to the outer wall 16, so that the discharge vessels 16 project into the interior of the waveguide 11 in equal parts or protrude from the latter on the other side.
  • the gas discharge path 15 is arranged symmetrically with respect to the electrical slot field formed between the wall sections of the outer wall 13, and the electrical excitation of the gas in the gas discharge path 15 consequently takes place correspondingly symmetrically.
  • the arrangement of two discharge vessels 16 means a double utilization of the wall currents, which are induced by the microwaves and flow through the outer wall 13 in the representation plane, so that a correspondingly increased energy utilization takes place in comparison to the case where only such a discharge vessel 16 is used.
  • a microwave reflector 23 is assigned to each discharge vessel 16 and reflects the scattered radiation emerging from the respective longitudinal slot 12. It goes without saying that the microwave reflector 23, like that of all the other representations, is designed such that it does not form a short-circuit path, as could be inferred from the schematic representation.
  • the gas discharge vessels 16 with their gas discharge paths 15 extend over the entire length of the longitudinal slots 12, which also applies to all other representations.
  • 3 is a hollow conductor 11 designed as a cavity resonator, the end faces of which are closed off by walls 27, the length dimensioning of the conductor 11 being matched to the resonance conditions of the wave type used.
  • the outer wall 13 is slightly shortened at both ends. It is thereby achieved that the end regions 15 'of the gas discharge paths 15 are homogenized because the effect is reduced that the wall currents of the outer wall 13 flow over the end walls 27 of the cavity conductor 11 and as a result not for the excitation of the gas in the end regions 15 '
  • FIGS. 4 to 6 have in common that plate-shaped electrodes are installed in the outer walls 13 to form the electrical slot field, between which the slot field extends correspondingly homogeneously. Furthermore, these embodiments have in common that these electrodes 17, together with dielectric housing parts 18, enclose the gas discharge path 15 in sections.
  • the housing parts 18 are plates made of dielectric material and, viewed over the circumference, alternate with the electrodes 17 in order to enclose the gas discharge path 15. The arrangement is such that the plates are arranged at right angles to one another and consequently form a correspondingly rectangular cross section or delimit a cuboid space on the long sides thereof.
  • the device 10 is designed so that the electrodes 17 and the dielectric housing 18 together form the discharge vessel 16. They therefore directly include the discharge gas to be excited electrically, which can be, for example, the active medium of a gas laser for generating a laser beam with a rectangular cross section.
  • the dimensioning is chosen such that the electrode spacing e is less than half the electrode width b / 2, so that there is a correspondingly flat gas discharge path in which the electrical field formed between the electrodes 17 is over a particularly large part its width is homogeneous.
  • the electrodes 17 together with dielectric housing parts 18 enclose two gas discharge paths 15, each of which has a separate discharge vessel 16.
  • a solid-state laser rod 20 is arranged between the two gas discharge vessels 16.
  • the electrodes 17 and the housing parts 18 are each at a distance from the discharge vessels 16 mentioned and from the laser rod 20, which in turn is at a distance from the vessels 16.
  • the arrangement is such that the discharge vessels 16 and the laser rod 20 lie parallel to one another and are also arranged parallel to the electrodes 17. The distances between
  • Electrodes 17 and the housing parts 18 formed walls can be used for cooling, so that the latter form a cooling channel 19 through which water flows, for example. This removes the heat generated in the components 16, 20 around which flow flows.
  • the discharge vessels 16 and the solid-state laser rod 20 arranged therebetween are not arranged parallel to the electrodes 17, as in FIG. 5, but perpendicular to them. They are therefore parallel to the dielectric components 18.
  • the influence of the discharge vessels 16 and their gas discharge paths 15 on the formation of the electric field causes it to concentrate in the gas discharge paths 15, so that accordingly more electrical energy is available to excite the gas. Accordingly, there are correspondingly lower losses in the coolant.
  • the wall 13 having the slot 12 is an outer wall of two waveguides 11, 11 ', each of which is fed with microwave energy via the coupling antennas 29. Accordingly, the slot 12 is acted upon by both waveguides 11, 11 '. In order to prevent the microwave fields of the two waveguides 11, 11 'from influencing one another, the latter is fed alternately.
  • the waveguide 11, 11 'thus operate in pulse mode. In this pulse mode, the microwave transmitters can be subjected to higher loads during the pulse than in continuous mode at medium power. For example, inexpensive microwave transmitters, as are also used in microwave ovens, can be operated with approximately twice the nominal power. Accordingly, there is an increased coupling of electrical energy into the gas discharge paths 15.
  • the structure is also suitable for dye lasers. Likewise, it can be used to assign one or more gas discharge sections 15, each of which is separated by the electrodes 17 and the housing parts.
  • REPLACEMENT LEAF len 18 separate gas discharge vessels for gas lasers and must be cooled.
  • the device in FIG. 7 has a slot 12 in its outer wall 13, into which an elliptical pump light reflector 22 projects in the direction of the interior of the waveguide 11 such that a discharge vessel 16 with a gas discharge path 15 is arranged in the electrical slot field.
  • the gas discharge path forms a pump light source, with the light of which a solid-state laser rod 20 is excited in order to generate laser radiation.
  • the gas discharge vessel 16 and the rod 20 are each arranged in one of the focal points or focal line regions of the pump light reflector 22 in order to concentrate the pump light in the rod 20 in a known manner.
  • the discharge vessel 16 and the rod 20 are each surrounded by a cooling tube 21 at a distance in order to be able to dissipate the heat.
  • the cooling tubes 21 are made of dielectric material and the cooling liquid has the lowest possible absorption coefficient for both microwave energy and pump light.
  • the latter is arranged in a region 25 which is shielded from microwave radiation by a metal reflector 24, namely against the scattered radiation of the reflected by a microwave reflector 23 in the direction of the region 25 Slot 12.
  • a region 25 with a low field strength is created, into which microwave-absorbing material can be introduced, which facilitates the design and optimization of the device.
  • the device in FIG. 8 is used to achieve extensive surface discharges. It is therefore particularly insofar as the discharge vessel 16 is closely adjacent to the longitudinal slot 12 of the outer wall 13 and is also wider than the longitudinal slot 12.
  • the wall 16 ′′ of the discharge vessel 16 must be designed accordingly and extends in particular symmetrically to the longitudinal slot 12, so that a correspondingly symmetrical gas discharge is formed.
  • This gas discharge of the gas discharge path 15 is shown in FIG. 8 a surface discharge within the gas discharge vessel 16, which can also have a cross-sectional configuration that deviates from the cross-sectional configuration shown in FIG. 8, for example cylindrical.
  • the surface discharge occurring in the discharge vessel 16 can be used to coat non-metallic surfaces.
  • the gas discharge vessel 16 is a workpiece to be coated on the inside.
  • the coating takes place in that a special gas is used as the discharge gas which, when excited electrically, forms decomposition products which settle on the inner surface of the wall 16 ′′.
  • Such a method with other devices is known as chemical vapor deposition.
  • the device according to the invention serves for the electrical excitation of a gas with microwaves.

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Abstract

Vorrichtung (10) mit einem von einem Mikrowellensender gespeisten Hohlleiter (11), der einen Mikrowellenenergie zum Zünden und Aufrechterhalten einer Gasentladung auskoppelnden Schlitz (12) in einer Aussenwand (13) hat, und mit einem im Bereich des elektrischen Schlitzfeldes (14) dem Hohlleiter (11) parallel angeordneten, eine Gasentladungsstrecke (15) enthaltenden Entladungsgefäss. Um eine insbesondere in Längsrichtung der Gasentladungsstrecke (15) möglichst homogene Anregung zu erhalten, ist die Vorrichtung (10) so ausgebildet, dass der Schlitz (12) ein der Längsachse des Hohlleiters (11) wenigstens im wesentlichen paralleler Längsschlitz in einer radial aussen liegenden Wand (13) des Hohlleiters (11) ist, und dass sich das Entladungsgefäss (16) mit seiner Gasentladungstrecke (15) über die gesamte Länge dieses Längsschlitzes (12) erstreckt.

Description

Vorrichtung zur elektrischen Anregung eines Gases mit Mikrowellen
Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elek¬ trischen Anregung eines Gases mit Mikrowellen, mit einem von einem Mikrowellensender gespeisten Hohlleiter, der einen Mikro- welienenergie zum Zünden und Aufrechterhalten einer Gasentla¬ dung auskoppelnden Schlitz in einer Außenwand hat, und mit ei¬ nem im Bereich des elektrischen Schlitzfeides dem Kohlleiter parallel angeordneten, eine Gaser.tladungsstrecke enthaltenden Entladungsgefäß.
Stand der Technik
Eine Vorrichtung dieser Art ist als Surfatron allgemein bekannt. Sie hat zwei koaxiale Metalizylinder, die also einen Ringraum einschließen, der an seinen Stirnseiten durch Stirn¬ wände verschlossen ist. Nahe einer Stirnwand ist im inneren Zy¬ linder ein Ri-ngspalt vorhanden, der über sein elektrisches Schlitzfeld der Anregung einer Gasentladur.gsstrecke dient, die in einem zylindrischen Entladungsgefäß angeordnet ist, das dem Innenrohr dicht benachbart ist . Die in der Gasentladungsstrecke mit dem Surfatron angeregte Gasentladung erstreckt sich im we¬ sentlichen aus dem Hohlleiterbereich heraus. Sie hat im wesent¬ lichen die Gestalt einer Oberflächenentlacung an der Innenwand des Entladungsgefäßes, ist also über dessen Querschnitt gesehen
ERSATZBLÄf^ vergleichsweise inhomogen. Auch in der axialen trscrec ung αes
Entladungsgefäßes ist die Gasentladung vergleichsweise inhomo¬ gen.
Darstellung der Erfindung
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ei¬ ne Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die mikrowellenangeregte Gasentladung über den Querschnitt und die Länge der Gasentladungsstrecke weitgehend homogen ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schlitz ein der Längsachse des Hohlleiters wenigstens im wesentlichen paralle¬ ler Längsschlitz in einer radial außen liegenden Wand des Hohl¬ leiters ist, und daß sich das Entladungsgefäß mit seiner Gas¬ entladungsstrecke über die gesamte Länge dieses Längsschlitzes erstreckt .
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist von Bedeutung, daß mit einem Längsschlitz eine Auskopplung von Mikrowellen¬ energie praktisch über die gesamte Länge der Gasentladungs¬ strecke ermöglicht wird. Dementsprechend gleichmäßig erfolgt die Anregung des Gases, die in Längsrichtung nur noch davon ab¬ hängig ist, wie die Mikrowellenenergie in Richtung des Längs¬ schlitzes verteilt ist.
Durch die hohlleiterparallele Anordnung des Längsschlitzes in einer radial außen liegenden Wand des Hohlleiters ist der Schlitz senkrecht zu den Wandströmen angeordnet, die aufgrund des verwendeten Mikrowellenfeldes quer zur Längsachse des Hohl¬ leiters fließen. Solche als Querströme ausgebildeten Wandströme werden insbesondere beispielsweise im Rechteckhohlleiter von einer Hio-Mikrowelle ausgebildet. Dementsprechend wird im Schlitz eine hohe Verschiebungsstromdichte erzeugt. Das infol¬ gedessen ausgebildete elektrische Schlitzfeld ist entsprechend optimal stark und regt das Gas in der Gasentladungsstrecke ent¬ sprechend stark zur Plasmabildung an.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß der Hohlleiter einen rechteckigen Querschnitt hat und der Längsschlitz in einer der schmalen Außenwände des Leiters vor¬ handen ist. In den schmalen Außenwänden des Leiters verlaufen
ERSÄTZBLATT die wanαstrome bei maximaler Stromdichte, so daß die Anordnung des Gasentladungsgefäßes parallel zu diesen Außenwänden im Sin¬ ne einer maximalen Anregung des Gases besonders vorteilhaft ist. Würde das Gasentladungsgefäß parallel zu einem in einer breiten Außenwand des Hohlleiters vorhandenen Längsschlitz an¬ geordnet, so würde die von außen nach innen abnehmende Wand¬ stromdichte zu einer entsprechenden Verringerung der elektri¬ schen Feldstärke führen.
Da man davon ausgehen kann, daß das elektrische Schlitz¬ feld bei symmetrischer Ausbildung der den Längsschlitz begren¬ zenden Kanten der Außenwand des Hohlleiters symmetrisch ist, ist es vorteilhaft, daß das Entladungsgefäß symmetrisch zur Außenwand des Hohlleiters im Längsschlitz angeordnet ist.
Um das Schlitzfeld quer zum Längsschlitz zur Anpassung an das verwendete Entladungsgefäß bzw. an den Querschnitt der ver¬ wendeten Gasentladungsstrecke anpassen zu können, ist die Vor¬ richtung so ausgebildet, daß der Längsschlitz von das elektri¬ sche Schlitzfeld formenden Elektroden begrenzt ist, die sich im wesentlichen quer zu der Außenwand des Hohlleiters erstrecken.
Vorteilhaft im Sinne geringer Ξnergieverluste bzw. mög¬ lichst starker Gasanregung sowie im Sinne einer gleichmäßigen Gasanregung ist es, daß die Elektroden dem Außenumfang des Ent¬ ladungsgefäßes angepaßt sind und/oder abstandslos an letzterem anliegen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Elektroden gemeinsam mit di¬ elektrischen Gehäuseteilen die Gasentladungsstrecke abschnitts¬ weise umschließen . Es treten dann die Elektroden an die Stelle von dielektrischen Gehäuseteilen, so daß der bauliche Aufwand entsprechend verringert wird. Eine derartige Konstruktion ist insbesondere dann anwendbar, wenn die Elektroden und die di¬ elektrischen Gehäuseteile jeweils ebene Platten in einen ge¬ schlossenen Querschnitt bildender rechtwinkliger Anordnung sind.
Wenn die Elektroden und die dielektrischen Gehäuseteile gemeinsam das Entladungsgefäß bilden, ist außer einer baulich
ERSATZBLATT einfachen Ausgestaltung der Vorrichtung bzw. des Entladungsge¬ fäßes erreicht, daß dieses im Bereich der Elektroden nicht ei¬ ner etwa vorhandenen Querschnittsgestaltung der Elektroden an¬ gepaßt sein muß, um elektrische Verluste zu vermeiden und eine Anpassung des Querschnitts der Gasentladungsstrecke an die Elektroden zu erreichen.
Wird die Vorrichtung so ausgebildet, daß der Elektrodenab¬ stand bei rechteckigem Querschnitt der Gasentladungsstrecke kleiner als die halbe Elektrodenbreite ist, so ergibt sich eine sehr flache Gasentladungsstrecke. Bei einer solchen Gasentla¬ dungsstrecke ist zu erwarten, daß das elektrische Feld bis auf die Bereiche an den Kanten der Elektroden sehr homogen ist, so daß auch die Piasmaverteilung sehr homogen ist. Die Gasentla¬ dungsstrecke kann dazu herangezogen werden, einen Laserstrahl mit rechteckigem Querschnitt mittels eines sog. wave guide Lasers zu erzeugen .
Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet werden, daß die Elektroden und die dielektrischen Gehäuseteile einen Kühlkanal bilden, in dem das Entladungsgefäß angeordnet ist. Die dielek¬ trischen Gehäuseteile sind in diesem Fall nicht Bestandteile des Ξntladungsgefäßes für die Gasentladungsstrecke. Vielmehr ist mindestens ein davon baulich besonderes Entladungsgefäß vorhanden, das den sonstigen Anforderungen an die Vorrichtung zu deren Einsatz oder konstruktiver Ausgestaltung angepaßt wer¬ den kann. Eine in diesem Sinne vorteilhafte Ausgestaltung liegt beispielsweise vor, wenn in dem mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten Kühlkanal zwei rechteckige Entladungsgefäße je¬ weils nahe den Elektroden entweder parallel oder senkrecht dazu angeordnet sind und zwischen sich einen rechteckigen Festkör¬ perlaserstab aufweisen. Die bei dieser Struktur durch Mikrowel¬ lenenergie angeregte Hochdruckgasentladung erzeugt Licht zur Anregung des Festkörperlaserstabs, so daß eine integrierte Bau¬ weise von Laserstab und davon beidseitig vorhandenen Pumplicht¬ quellen erreicht wird. Sofern die Entladungsgefäße parallel zu den Elektroden angeordnet sind, ergibt sich eine vergleichswei¬ se flache Konstruktion. Sind die Entladungsgefäße senkrecht zu den Elektroden angeordnet, ergibt sich eine vergleichsweise
EF-SATZBLATT bessere Ausnutzung der Mikrowellenenergie infolge des haupt¬ sächlich im Entladungsgas konzentrierten elektrischen Feldes.
Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgestaltet, daß neben der den Längsschlitz aufweisenden Außenwand des Hohl¬ leiters ein die Streustrahlung des Längsschlitzes zur Gasentla¬ dungsstrecke reflektierender Mikrowellenreflektor vorhanden ist. Dadurch wird auch die an sich nicht bei der Anregung des Entladungsgases wirksame Energie der Streustrahlung für die An¬ regung des Gases herangezogen.
Wird die Vorrichtung so ausgebildet, daß der Hohlleiter mindestens zwei einander parallele oder in einem spitzen Winkel zueinander geneigte Längsschlitze in derselben Außenwand hat, denen jeweils mindestens ein Entladungsgefäß zugeordnet ist, so kann wegen der insgesamt vergrößerten Längsschlitzweite bei um¬ geänderter Ausdehnung des einzelnen elektrischen Schlitzfeldes quer zur Außenwand eine vergrößerte Querschnittslänge der Gas¬ entladungsstrecke in Richtung der Außenwand erreicht werden. Darüber hinaus ergibt sich der besondere Vorteil, daß trotzdem identische Entladungsgefäße verwendet werden können. Wenn die Längsschlitze in einem spitzen Winkel zueinander geneigt sind, so daß also auch die Gasentiadungsgefäße entsprechend geneigt angeordnet werden, können optische Laser-Resonatoren in V- oder Z-Faltung mit den sich daraus ergebenden Vorteilen für den La¬ seraufbau ausgebildet werden.
Die Vorrichtung wird dadurch weitergebildet, daß das Ent¬ ladungsgefäß von einem Kühlrohr umschlossen und damit innerhalb eines elliptischen Pumplichtreflektors angeordnet ist, der des¬ weiteren einen von einem weiteren Kühlrohr umschlossenen Fest¬ körperlaserstab enthält und in einem das Entladungsgefäß im elektrischen Schlitzfeld anzuordnen gestattendem Maße in den Längsschlitz der Außenwand hineinragt. Damit ist es möglich, eine an sich bekannte Anordnung eines gekühlten Gasentladungs¬ gefäßes und eines gekühlten Festkörperlaserstabs in einem el¬ liptischen Pumplichtreflektor in Verbindung mit einem Hohllei¬ ter zu benutzen, um eine homogene und intensive Anregung des Lampengases des Entladungsgefäßes zu erreichen. Besonders vor¬ teilhaft ist es, wenn der von einem Kühlrohr umschlossene Fest- körperlaserstab in einem von einem Metallrerlektor gegen vom
Mikrowellenreflektor reflektierte Streustrahlung abgeschirmten Bereich angeordnet ist, weil dadurch der Einsatz von mikrowel¬ lenabsorbierendem Material im abgeschirmten Bereich ermöglicht wird.
Die Vorrichtung kann desweiteren so ausgestaltet werden, daß das Gasentladungsgefäß eine dem Längsschlitz der Außenwand dicht benachbarte Wand aufweist, die breiter als der Längs¬ schlitz ist. Damit kann eine ausgedehnte flächenhafte Entladung erzeugt werden, deren Erstreckung quer zum Kohlleiter sehr groß ist und die beispielsweise zum Beschichten nichtmetallischer Oberflächen verwendet werden kar.r., beispielsweise zum Beschich¬ ten der Innenfläche der Wand des Gasentladungsgefäßes. Dieses Beschichtungsverfahren ist als Stiches als chemische Beschich¬ tung (Chemical Vapor Depositicr.) bekannt.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich die der Außenwand paral¬ lele Wand des Gasentladungsgefä.les beidseitig symmetrisch zum Längsschlitz, um eine entsprecher.de symmetrische Entladung im Gasentladungsgefäß zu erreichen.
Um mehr Anregungsenergie in das Gas einkoppeln zu können, ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß parallel neben der den Längsschlitz aufweisenden Außenwand des Hohlleiters ein weite¬ rer, Mikrowellenenergie in die Gasentladuπgsstrecke einkoppeln¬ der Hohlleiter vorhanden ist. Die beiden Hohlleiter sind ab¬ wechselnd und/oder mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen be¬ treibbar. Der abwechselnde Betrieb der beiden Hohlleiter ge¬ währleistet, daß sich die beiden Hohlleiter nicht gegenseitig beeinflussen können, indem das Feld des einen Hohlleiters Stör¬ ströme im anderen Hohlleiter erzeugt. Da jeder Hohlleiter in¬ folge des abwechselnden Betriebs beider Hohlleiter nur etwa die Hälfte der möglichen Zeit betrieben wird, können die verwende¬ ten Mikrowellensender in entsprechendem Impulsbetrieb betrieben werden, in dem sie mit höherer, beispielsweise doppelter Nenn¬ leistung belastbar sind. Dementsprechend ergibt sich der Ein- kopplungsgewinn, wobei jeder Hohlleiter bei Betrieb des anderen Hohlleiters als Reflektor für die Streustrahlung wirkt. Durch unterschiedliche Betriebsfrequenzen kann ebenfalls vermieden werden, daß sich die Mikrowellenfeider der beiden Hohlleiter gegenseitig stören.
Um eine Vergleichmäßigung der Anregung des Gases zu errei¬ chen, kann die Vorrichtung so ausgebildet werden, daß die Hohl¬ leiter axial um ein ungradzahiiges vielfaches Viertel (n ■ λ /4; n > 1) der Kohlleiter-Mikrowelle gegeneinander ver¬ setzt sind. Die axiale Versetzung der Hohlleiter bewirkt eine entsprechend axiale Verschiebung ihrer Mikrowellenfelder. Ins¬ besondere bei Ausbildung der Hohlleiter als Resonatoren bzw. bei resonatorähnlicher Ausbildung ist es dadurch möglich, die Stellen stärkerer und geringerer Anregung des Gases durch den einen Hohlleiter einerseits und den anderen Hohlleiter anderer¬ seits so zu steuern, daß die Stellen der durch den einen Hohl¬ leiter erfolgenden stärkeren Anregung an den Stellen der durch den anderen Hohlleiter erfolgenden geringeren Anregung liegen und umgekehrt, so daß sich über die axiale Länge der Vorrich¬ tung eine Vergleichmäßigung der Anregung ergibt. Der an sich durch die über die Länge des Längsschlitzes gesehen ungleich¬ mäßigen Ausbildung der elektrischen Feldstärke entsprechend der ungleichmäßigen Verteilung der Mikrowellenenergie in Längsrich¬ tung des Hohlraumleiters kann dadurch entgegengetreten werden.
Um eine lokale Homogenisierung einer Gasentladung im Be¬ reich der Längsschlitzenden zu erreichen, ist die Vorrichtung so ausgestaltet, daß bei einem als Hohlraumresonator ausgebil¬ deten Hohlwellenleiter die den Lär.gsschlitz aufweisende Außen¬ wand beidendig in Bezug auf die Stirnwände zur Homogenisierung der Endbereiche der Gasentladungsstrecke verkürzt ist.
Eine Steigerung der Ausnutzung der dem Hohlleiter zuge¬ führten Mikrowellenenergie kann dadurch erreicht werden, daß auch bei der der Wand des Hohlleiters diametral gegenüberlie¬ genden Wand mindestens ein Entladungsgefäß mit seiner Gasent¬ ladungsstrecke in einem elektrischen Schlitzfeld eines Längs¬ schlitzes angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell¬ ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
ERSATZBLATT Fig.l einen schematischen Querschnitt durch einen Hohllei¬ ter mit einem in einem Längsschlitz angeordneten im Querschnitt kreisrunden Entladungsgefäß,
Fig.2 einen der Fig.l entsprechenden Querschnitt mit zwei in jeweils einem Längsschlitz angeordneten im Quer¬ schnitt kreisrunden Entladungsgefäßen,
Fig.3 einen Längsschnitt gemäß der Linie III-III der Fig.2,
Fig. einen der Fig.l entsprechenden Querschnitt mit einer im Querschnitt demgegenüber abgewandelten Gasentla¬ dungsstrecke,
Fig.5 eine spezielle, auf der Ausbildung der Fig.4 basie¬ rende weiter ausgestaltete Vorrichtung,
Fig.6 eine auf der Basis der Fig.5 weiter ausgestaltete Vorrichtung,
Fig.7, 8 weitere Querschnitte analog Fig.l mit abgeänderten Ausführungsformen.
Beste Wege zur Ausführung der Erfindung Jede der in den Figuren dargestellten Vorrichtungen 10 zur elektrischen Anregung eines Gases mit Mikrowellen besitzt grundsätzlich folgende Bauteile: einen Hohlleiter 11, einen Längsschlitz 12 in einer Außenwand 13 des Hohlleiters 11, ein nur in Fig.l beispielsweise dargestelltes, durch diesen Längs¬ schlitz 12 erzeugtes elektrisches Schlitzfeld 14 und mindestens eine Gasentladungsstrecke 15 in einem Entladungsgefäß 16.
Der in Fig.l dargestellte Hohlleiter 11 hat einen recht¬ eckigen Querschnitt mit breiten Außenwänden 26 und schmalen Außenwänden 13. Ein derartiger rechteckiger Querschnitt kann als besonders vorteilhaft angesehen werden, insbesondere wenn das Verhältnis der Außenwände 26,13 wie 2:1 ist. Wenn die Höhe der Außenwand 13 kleiner als die halbe Freiraumwellenlänge der Mikrowelle ist, kann der Hohlleiter die Mikrowellenenergie nur mit der gewünschten eindeutigen Grundwelle, dem Hχo-Typ leiten. Ein solcher Hohlleiter kann auch" durch beiderseitigen Kurz¬ schluß mittels geeigneter Kurzschlußbleche zu einem Hohlraumre¬ sonator ausgebildet sein.
In der Außenwand 13 des Hohlleiters 11 ist in der Mitte, also mit gleichem Abstand zu beiden Außenwänden 26, ein Längs-
ERSATZBLATT schlitz 12 angeordnet, so daß sich zwischen den nach innen wei¬ senden, den Längsschlitz 12 begrenzenden Enden 13' ein elektri¬ sches Schlitzfeld 14 ausbilden kann. In Fig.l sind die elektri¬ schen Feldlinien zwischen zwei Elektroden 17 dargestellt, die von den Enden 13 ' der Außenwand 13 elektrisch beaufschlagt sind. Diese Elektroden 17 bestimmen die Form des elektrischen Schlitzfeldes 14 entsprechend ihrer jeweils vorhandenen Ausge¬ staltung. Diese Ausgestaltung richtet sich beispielsweise nach der Form des Entladungsgefäßes 16, das in Fig.l ein kreiszylin¬ drisches Rohr ist, welches die Gasentladungsstrecke 15 um¬ schließt. Die Elektroden sind demgemäß dem Außenumfang 16' des Gefäßes 16 angepaßt und liegen ohne Abstand daran an. Das Feld 14 wird in den Bereich der Gasentladungsstrecke 15 so konzen¬ triert, daß sich eine über ihren Querschnitt weitgehend homoge¬ ne Gasentladung ausbildet. Im Falle der Formgebung der Elektro¬ den 17 in Fig.l wird insbesondere vermieden, daß die in glei¬ chem Abstand zwischen den Elektroden 17 liegende Stellen 27 un- angeregt bleiben, weil die von den einander benachbarten Kanten 1 ' der Elektroden 17 ausgehenden Feldlinien nicht wie darge¬ stellt, sondern durch die Wand des Entladungsgefäßes 16 verlau¬ fen, wodurch die Anregung der Entladungsstrecke* 15 an den Stel¬ len 27 vermindert bzw. ausgeschlossen wird.
Der Längsschlitz 12 ist so angebracht, daß er senkrecht zu den in der Außenwand 13 durch das Mikrowellenfeld induzierten Wandströmen verläuft, so daß im Schlitz 12 eine hohe Verschie¬ bungsstromdichte mit entsprechend intensiver Anregung des Gases der Entladungsstrecke 15 erreicht wird.
Außerhalb des Rechteckhohlleiters 11 ist parallel zur Aus¬ senwand 13 ein Mikrowellenreflektor 23 vorhanden, der die in¬ folge der Antennenwirkung des Längsschlitzes aus letzterem aus¬ tretende Streustrahlung reflektiert, so daß der größte Teil der reflektierten Energie zur Anregung des Gases im Entladungsgefäß 16 herangezogen werden kann. An dem Reflektor 23 treten nur ge¬ ringe Verluste durch Absorption auf, ebenso wie im Entladungs- gefäß 16, das aus für die Mikrowellen dielektrischem Werkstoff besteht .
ERSATZBLATT Fig.2 zeigt einen Querschnitt eines Hohlleiters 11, in dessen Außenwand 13 symmetrisch zwei Längsschlitze 12 angeord¬ net sind, in denen jeweils ein Entladungsgefäß 16 mit jeweils einer Gasentladungsstrecke 15 angeordnet ist. Die Anordnung der Entladungsgefäße 16 ist symmetrisch zur Außenwand 16, so daß die Entladungsgefäße 16 zu gleichen Teilen in das Innere des Hohlleiters 11 hineinragen bzw. auf der anderen Seite aus die¬ sem herausragen. Infolgedessen ist die Gasentladungsstrecke 15 symmetrisch zu dem sich zwischen den Wandabschnitten der Außen¬ wand 13 ausbildenden elektrischen Schlitzfeld angeordnet und die elektrische Anregung des Gases der Gasentladungsstrecke 15 - erfolgt infolgedessen entsprechend symmetrisch. Die Anordnung zweier Ξntladungsgefäße 16 bedeutet eine doppelte Ausnutzung der durch die Außenwand 13 in der Darstellungsebene fließenden, von den Mikrowellen induzierten Wandströme, so daß eine ent¬ sprechend vergrößerte Energieausnutzung im Vergleich zu dem Fall erfolgt, wo nur ein solches Entladungsgefäß 16 verwendet wird.
Jedem Entladungsgefäß 16 ist ein Mikrowellenreflektor 23 zugeordnet, der die aus dem jeweiligen Längsschlitz 12 austre¬ tende Streustrahlung reflektiert. Dabei versteht es sich, daß der Mikrowellenreflektor 23, wie auch die aller weiteren Dar¬ stellungen so ausgebildet ist, daß er keinen Kurzschlußpfad bildet, wie aus der schematischen Darstellung geschlossen wer¬ den könnte.
Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß sich die Gasentladungsge¬ fäße 16 mit ihren Gasentladungsstrecken 15 über die gesamte Länge der Längsschlitze 12 erstrecken, was im übrigen auch für alle anderen Darstellungen gilt. Im Darstellungsfall der Fig.3 handelt es sich um einen als Hohlraumresonator ausgebildeten Hohlleiter 11, dessen Stirnseiten durch Wände 27 abgeschlossen werden, wobei die Längenbemessung des Leiters 11 auf die Reso¬ nanzbedingungen des verwendeten Wellentyps abgestimmt ist . In Fig.3 ist dargestellt, daß die Außenwand 13 beidendig etwas verkürzt ist. Dadurch wird erreicht, daß die Endbereiche 15' der Gasentladungsstrecken 15 homogenisiert werden, weil der Ef¬ fekt verringert wird, daß die Wandströme der Außenwand 13 über die Stirnwände 27 des Hohlraumleiters 11 fließen und infolge- dessen zur Anregung des Gases in den Endbereichen 15 ' nicht zur
Verfügung stehen.
Den Ausführungsformen der Fig.4 bis 6 ist gemeinsam, daß in die Außenwände 13 zur Formung des elektrischen Schlitzfeldes plattenförmige Elektroden eingebaut sind, zwischen denen sich das Schlitzfeld entsprechend homogen erstreckt . Desweiteren ist diesen Ausführungsformen gemeinsam, daß diese .Elektroden 17 ge¬ meinsam mit dielektrischen Gehäuseteilen 18 die Gasentladungs¬ strecke 15 abschnittsweise umschließen. Die Gehäuseteile 18 sind Platten aus dielektrischem Werkstoff und wechseln über den Umfang gesehen mit den Elektroden 17 ab, um die Gasentladungs¬ strecke 15 zu umschließen. Die Anordnung ist dabei so getrof¬ fen, daß die Platten rechtwinklig zueinander angeordnet sind und infolgedessen einen entsprechend rechtwinkligen Querschnitt bilden bzw. einen quaderför igen Raum auf dessen Längsseiten begrenzen .
Gemäß Fig.4 ist die Vorrichtung 10 so ausgebildet, daß die Elektroden 17 und die dielektrischen Gehäuseteiie 18 gemeinsam das Entladungsgefäß 16 bilden. Sie schließen also das elek¬ trisch anzuregende Entladungsgas direkt ein, welches beispiels¬ weise aktives Medium eines Gaslasers zur Erzeugung eines Laser¬ strahls mit rechteckigem Querschnitt sein kann. Die Dimensio¬ nierung ist so gewählt, daß der Elektrodenabstand e kleiner als die halbe Ξlektrodenbreite b/2 ist, so daß sich eine entspre¬ chend flache Gasentladungsstrecke ergibt, bei der das zwischen den Elektroden 17 ausgebildete elektrische Feld über einen be¬ sonders großen Teil seiner Breite homogen ist.
Gemäß Fig.5 umschließen die Elektroden 17 gemeinsam mit dielektrischen Gehäuseteilen 18 zwei Gasentladungsstrecken 15, die jeweils ein separates Entladungsgefäß 16 haben. Zwischen den beiden Gasentladungsgefäßen 16 ist ein Festkörperlaserstab 20 angeordnet. Die Elektroden 17 und die Gehäuseteile 18 weisen jeweils Abstand zu den genannten Entladungsgefäßen 16 und zu dem Laserstab 20 auf, der seinerseits Abstand zu den Gefäßen 16 hat. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Entladungsgefäße 16 und der Laserstab 20 einander parallel liegen und auch pa¬ rallel zu den Elektroden 17 angeordnet sind. Die Abstände zwi-
ERSATZBLATT sehen diesen Bauteilen 16,20 und den sie umgebenden duren d e
Elektroden 17 und die Gehäuseteile 18 gebildeten Wänden können zur Kühlung benutzt werden, so daß letztere einen Kühlkanal 19 bilden, der beispielsweise von Wasser durchströmt wird. Dieses entfernt die in den umströmten Bauteilen 16,20 entstehende Wär¬ me.
Gemäß Fig.6 sind die Entladungsgefäße 16 und der dazwi¬ schen angeordnete Festkörperlaserstab 20 nicht parallel zu den Elektroden 17 angeordnet, wie in Fig.5, sondern senkrecht dazu. Sie liegen also den dielektrischen Bauteilen 18 parallel. Die Einflußnahme der Entladungsgefäße 16 und ihrer Gasentladungs¬ strecken 15 auf die Ausbildung des elektrischen Feldes bewirkt, daß dieses sich in den Gasentladungsstrecken 15 konzentriert, so daß dementsprechend mehr elektrische Energie zur Anregung des Gases zur Verfügung steht . Außerdem entstehen dementspre¬ chend geringere Verluste im Kühlmittel.
Die den Schlitz 12 aufweisende Wand 13 ist eine Außenwand zweier Hohlleiter 11,11', die jeweils über die Einkoppelanten¬ nen 29 mit Mikrowellenenergie gespeist werden. Dementsprechend wird der Schlitz 12 von beiden Hohlleitern 11,11' beaufschlagt. Um zu verhindern, daß sich die Mikrowellenfelder der beiden Hohlleiter 11, 11 ' gegenseitig beeinflussen, wird in letztere abwechselnd eingespeist. Die Hohlleiter 11,11' arbeiten also im Impulsbetrieb. In diesem Impulsbetrieb können die Mikrowellen¬ sender während des Pulses höher belastet werden, als im Dauer¬ betrieb bei mittlerer Leistung. Beispielsweise können preiswer¬ te Mikrowellensender, wie sie auch bei Mikrowellenherden einge¬ setzt werden, mit etwa doppelter Nennleistung betrieben werden. Dementsprechend ergibt sich eine erhöhte Einkopplung elektri¬ scher Energie in die Gasentladungsstrecken 15.
Die Vorrichtungen der Fig.5, 6 betreffen integrierte Bau¬ formen von mikrowellenangeregten Hochdruckgasentladungslampen als Pumplichtquellen für Festkörperlaser. Die Struktur ist aber auch für Farbstofflaser geeignet. Desgleich kann sie dazu be¬ nutzt werden, um eine oder mehrere Gasentladungsstrecken 15 an¬ zuordnen, die jeweils von den Elektroden 17 und den Gehäusetei-
ERSATΣBLATT len 18 separate Gasentladungsgefäße für Gaslaser aufweisen und gekühlt werden müssen.
Die Vorrichtung der Fig.7 besitzt in ihrer Außenwand 13 einen Schlitz 12, in den ein elliptischer Pumplichtreflektor 22 derart in Richtung auf das Innere des Hohlleiters 11 hinein¬ ragt, daß ein Entladungsgefäß 16 mit einer Gasentladungsstrecke 15 in dem elektrischen Schlitzfeld angeordnet ist. Die Gasent¬ ladungsstrecke bildet eine Pumplichtquelle, mit dessen Licht ein Festkörperlaserstab 20 angeregt wird, um Laserstrahlung zu erzeugen. Das Gasentladungsgefäß 16 und der Stab 20 sind je¬ weils in einem der Brennpunkte bzw. Brennlinienbereiche des Pumplichtreflektors 22 angeordnet, um in bekannter Weise das Pumplicht im Stab 20 zu konzentrieren.
Das Entladungsgefäß 16 und der Stab 20 sind jeweils von einem Kühlrohr 21 mit Abstand umschlossen, um die Wärme abfüh¬ ren zu können. Zur Vermeidung der Absorption von Mikrowellen¬ energie sind die Kühlrohre 21 aus dielektrischem Material ge¬ fertigt und die Kühlflüssigkeit weist einen möglichst geringen Absorptionskoeffizienten sowohl für Mikrowellenenergie als auch für Pumplicht auf. Um Mikrowellenabsorbtion im Bereich des Festkörperlaserstabs 20 zu minimieren, ist dieser in einem Be¬ reich 25 angeordnet, der von einem Metallreflektor 24 gegen Mi¬ krowellenstrahlung abgeschirmt ist, nämlich gegen die von einem Mikrowellenreflektor 23 in Richtung auf den Bereich 25 reflek¬ tierte Streustrahlung des Schlitzes 12. Es entsteht ein Bereich 25 mit geringer Feldstärke, in den mikrowellenabsorbierendes Material eingebracht werden kann, was die Auslegung und Opti¬ mierung der Vorrichtung erleichtert.
Die Vorrichtung der Fig.8 dient dazu, ausgedehnte flächen¬ hafte Entladungen zu erzielen. Sie ist daher insoweit beson¬ ders, als das Entladungsgefäß 16 dem Längsschlitz 12 der Außen¬ wand 13 dicht benachbart und außerdem breiter als der Längs¬ schlitz 12 ist. Die Wand 16'' des Entladungsgefäßes 16 muß dem¬ entsprechend ausgebildet sein und erstreckt sich insbesondere symmetrisch zum Längsschlitz 12, so daß sich eine dementspre¬ chend symmetrische Gasentladung ausbildet. Diese Gasentladung der Gasentladungsstrecke 15 ist gemäß der Abbildung in Fig.8 eine Oberflächenentladung innerhalb des Gasentladungsgefäßes 16, das auch eine von der in Fig.8 gezeigten Querschnittsge¬ staltung abweichende Querschnittsgestaltung haben kann, bei¬ spielsweise zylindrisch.
Die im Entladungsgefäß 16 auftretende Oberflächenentladung kann dazu benutzt werden, um nicht metallische Oberflächen zu beschichten. In diesem Fall ist das Gasentladungsgefäß 16 ein innen zu beschichtendes Werkstück. Die Beschichtung erfolgt da¬ durch, daß ein besonderes Gas als Entladungsgas verwendet wird, welches bei seiner elektrischen Anregung Zersetzungsprodukte bildet, die sich an der Innenfläche der Wand 16'' absetzen. Ein derartiges Verfahren mit anderen Einrichtungen ist als chemi¬ sche Dampfbeschichtung (Chemical Vapor Deposition) bekannt.
Gewerbliche Ver ertbαrkeif
Die erfindungsgemäße Vorrichung dient zur elektrischen Anregung eines Gases mit Mikrowellen.
ERSATZBLATT

Claims

Ansprüche
Vorrichtung (10) zur elektrischen Anregung eines Gases mit Mikrowellen, mit einem von einem Mikrowellensender gespei¬ sten Hohlleiter (11) , der einen Mikrowellenenergie zum Zünden und Aufrechterhalten einer Gasentladung auskoppeln¬ den Schlitz (12) in einer Außenwand (13) hat, und mit ei¬ nem im 3ereich des elektrischen Schlitzfeldes (14) dem Hohlleiter (11) parallel angeordneten, eine Gasentladungs- strecke (15) enthaltenden Entladungsgefäß (16), d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schlitz (12) ein der Längsachse des Hohlleiters (11) wenigstens im wesentlichen paralleler Längsschlitz in einer radial außen liegenden Wand (13) des Kohlleiters (11) ist, und daß sich das Entladungsgefäß (16) mit seiner Gasentladungsstrecke (15) über die gesamte Länge dieses Längsschlitzes (12) er¬ streckt .
Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n ¬ z e i c h n e t, daß der Hohlleiter (11) einen rechtecki¬ gen Querschnitt hat und der Längsschlitz (12) in einer der schmalen Außenwände (13) des Leiters (11) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß das Entladungsgefäß (16) sym¬ metrisch zur Außenwand (13) des Hohlleiters (11) im Längs¬ schlitz (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Längsschlitz (12) von das elektrische Schlitzfeld (14) formenden Elektroden (17) begrenzt ist, die sich im we¬ sentlichen quer zu der Außenwand (13) des Hohlleiters (11) erstrecken .
ERSATZBLATT 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren 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 die Elektroden (17) dem Außenumfang (16') des Entladungsgefäs- ses (16) angepaßt sind und/oder abstandslos an letzterem anliegen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren 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 die Elektroden (17) gemeinsam mit dielektrischen Gehäuseteilen
(18) die Gasentladungsstrecke (15) abschnittsweise um¬ schließen.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden (17) und die dielektrischen Gehäuseteile (18) jeweils ebene Platten in einen geschlossenen Querschnitt bildender rechtwinkliger Anordnung sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t, daß die Elektroden (17) und die dielektrischen Gehäuseteile (18) gemeinsam das Entladungsgefäß (16) bilden.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren 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 der Elektrodenabstand (e) bei rechteckigem Querschnitt der Gasentladungsstrecke (15) Kleiner als die halbe Elektro¬ denbreite (b/2) ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren 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 die Elektroden (17) und die dielektrischen Gehäuseteile (18) einen Kühlkanal (19) bilden, in dem das Entladungsgefäß
(16) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten Kühlkanal
(19) zwei rechteckige Entladungsgefäße (16) jeweils nahe den Elektroden (17) entweder parallel oder senkrecht dazu angeordnet sind und zwischen s c einen rechteckigen Fest- körperlaserstab (20) aufweisen.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß neben der den Längsschlitz (12) aufweisenden Außenwand (13) des Hohlleiters (11) ein die Streustrahlung des Längsschlitzes
(12) zur Gasentladungsstrecke (15) reflektierender Mikro¬ wellenreflektor (23) vorhanden ist.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlleiter (11) mindestens zwei einander parallele oder in einem spitzen Winkel zueinander geneigte Längsschlitze
(12) in derselben Außenwand (13) hat, denen jeweils minde¬ stens ein Entladungsgefäß (16) zugeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ξntlacungsgefäß (16) von einem Kühlrohr (21) umschlossen und damit innerhalb eines elliptischen Pumplichtreflektors
(22) angeordnet ist, der desweiteren einen von einem wei¬ teren Kühlrohr (21) umschlossenen Festkörperlaserstab (20) enthält und in einem das Entladungsgefäß (16) im elektri¬ schen Schlitzfeld anzuordnen gestattendem Maße in den Längsschlitz (12) der Außenwand (13) hineinragt.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der von einem Kühlrohr (21) umschlossene Festkörperlaserstab
(20) in einem von einem Metallreflektor (24) gegen vom Mi¬ krowellenreflektor (23) reflektierte Streustrahlung abge¬ schirmten Bereich (25) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gasentladungsgefäß (15) eine dem Längsschlitz (12) der Außenwand (13) dicht benachbarte Wand (16'') aufweist, die breiter als der Längsschlitz (12) ist. IS
17. vorπcntung nach einem oder mehreren der Ansprucne ois
16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich die der Außenwand (13) parallele Wand (16'') des Gasentla¬ dungsgefäßes (16) beidseitig symmetrisch zum Längsschlitz
(12) erstreckt.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß pa¬ rallel neben der den Längsschlitz (12) aufweisenden Außen¬ wand (13) des Hohlleiters (11) ein weiterer, Mikrowellen¬ energie in die Gasentladungsstrecke (15) einkoppelnder Hohlleiter (11') vorhanden ist.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Kohlleiter (11,11') abwechselnd und/oder mit unter¬ schiedlichen Betriebsfrequenzen betreibbar sind.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche "1 bis
19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hohlleiter (11,11') axial um ein ungradzahliges vielfaches Viertel (n • λ /4; n > 1) der Hohlleiter-Mikrowelle gegen¬ einander versetzt sind.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei einem als Hohlraumresonator ausgebildeten Hohlwellenleiter (11) die den Längsschlitz (12) aufweisende Außenwand (13) beidendig in Bezug auf die Stirnwände (27) zur Homogeni¬ sierung der Endbereiche (15') der Gasentladungsstrecke
(15) verkürzt ist.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auch bei der der Wand (13) des Hohlleiters (11,11') diametral gegenüberliegenden Wand mindestens ein Entladungsgefäß
(16) mit seiner Gasentladungsstrecke (15) in einem elek¬ trischen Schlitzfeld eines Längsschlitzes (12) angeordnet ist.
ERSATZBLATT
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