WO1992019028A1 - Gepulstes gasentladungslasersystem - Google Patents

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WO1992019028A1
WO1992019028A1 PCT/EP1992/000808 EP9200808W WO9219028A1 WO 1992019028 A1 WO1992019028 A1 WO 1992019028A1 EP 9200808 W EP9200808 W EP 9200808W WO 9219028 A1 WO9219028 A1 WO 9219028A1
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WO
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microwave
gas
discharge
gas discharge
laser
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PCT/EP1992/000808
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Gekat
Hans Klingenberg
Gerhard Krutina
Original Assignee
Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V.
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Publication date
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Priority to US07/958,336 priority patent/US5347530A/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0943—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a gas laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

Definitions

  • the invention relates to a pulsed gas discharge laser system, in particular a pulsed excimer laser system, comprising a resonator and a gas volume filled with laser gas, in which a gas discharge can be ignited, a microwave discharge structure at least partially surrounding the gas volume to maintain the gas discharge, and a microwave pulse generating microwave source and a microwave line leading from the microwave source to the microwave discharge structure.
  • a pulsed gas discharge laser system in particular a pulsed excimer laser system, comprising a resonator and a gas volume filled with laser gas, in which a gas discharge can be ignited, a microwave discharge structure at least partially surrounding the gas volume to maintain the gas discharge, and a microwave pulse generating microwave source and a microwave line leading from the microwave source to the microwave discharge structure.
  • the object of the invention is therefore to create a microwaved pumped pulsed gas discharge laser system, in which the laser pulse power is disproportionate to the pump power.
  • a resonant microwave storage structure leading to the gas volume is coupled to the microwave line by means of a coupling element, which is at least with a section between the microwave discharge structure and the Extends microwave line, and that the microwave storage structure is designed and coupled to the microwave line by means of the coupling element in such a way that it stores the energy from the microwave pulse sent by the microwave source until the gas discharge is ignited and after the gas discharge is ignited with the stored energy.
  • microwave pulse can be "compressed", so to speak, and therefore a power is available for maintaining the gas discharge which is a factor of approximately 10 to approximately 1000 above the power of the microwave pulse Microwave source is.
  • laser pulse powers can thus be achieved which are comparable to lasers pumped with TEA.
  • the microwave storage structure is designed and coupled to the microwave line by means of the coupling element in such a way that after the gas discharge has been ignited, a maximum microwave power is coupled back into the microwave line, which is twice the microwave power of the microwave pulse is.
  • the microwave storage structure couples a maximum of one microwave power into the microwave line, which is 1.5 times the microwave power of the microwave pulse, and it is particularly advantageous if the feedback microwave power is at most the Microwave power of the microwave pulse corresponds.
  • an electrical field vector of the microwaves is perpendicular to an optical axis of the resonator in the microwave discharge structure.
  • the coupling of the microwaves to the gas discharge can thus be optimized.
  • the microwave discharge structure has an extension in the direction of the optical axis of the resonator which is at least 1.5 times the cut-off wavelength of the microwave discharge structure, since this measure advantageously achieves high powers in the Pulsed gas discharge laser system according to the invention can be achieved.
  • the microwave storage structure has a length which is approximately half the distance traveled by the microwaves during the duration of the laser pulse, so that the It is possible to use the entire microwave energy stored in the microwave storage structure to generate the laser pulse.
  • a dielectric-free microwave storage structure is a waveguide structure, which means that the entire microwave storage structure is constructed by waveguide elements.
  • the microwave discharge structure is a waveguide structure, since this can then be easily adapted to the microwave storage structure.
  • the microwave storage structure comprises a storage line and the microwave discharge structure, that is to say that the microwave discharge structure together with the storage line form a resonant structure in which storage of microwave energy is possible.
  • both the storage line and the microwave discharge structure are advantageously constructed from waveguide elements.
  • the microwave storage structure can be constructed differently in the solution according to the invention.
  • the micro-wave memory structure is an elongated resonant structure, this elongated resonant structure can in particular also have arcs and is advantageously terminated by a short-circuit plate.
  • the microwave storage structure is a closed ring resonant structure, that is to say that the microwave storage structure is constructed in the manner of a ring resonator in which a standing wave field is formed.
  • the type of ignition of the gas discharge has not been discussed.
  • the simplest exemplary embodiment according to the invention provides that the gas discharge in the gas volume is ignited by self-ignition, that is to say that the storage of microwave energy in the microwave storage structure takes place until the field strength of the in the standing wave field present in the microwave storage structure is so large that an ignition of the gas discharge occurs in the gas volume. Then essentially all of the stored microwave energy is coupled into the gas volume.
  • the gas discharge is ignited by pre-ionization.
  • the pre-ionization has the advantage that a defined point in time can be aimed for, and thus after a duration of the microwave pulse and after a certain storage of its microwave energy in the microwave storage structure, the ignition of the gas discharge by the pre-ionization can be initiated in a targeted manner and thus a defined ignition point for the gas discharge can be reached regardless of pressure and temperature fluctuations in the gas volume.
  • pre-ionization there are many different ways of igniting gas discharge by pre-ionization.
  • One possibility provides for the pre-ionization to be carried out by an electric field, in particular a high-frequency field.
  • the preionization is preferably carried out in such a way that it takes place through an electric field transverse to the optical axis, this electric field preferably being aligned parallel to the electric field of the coupled-in microwave energy.
  • this electric field preferably being aligned parallel to the electric field of the coupled-in microwave energy.
  • the pre-ionization it is also possible for the pre-ionization to be carried out by an electric field in the direction of the optical axis.
  • the electric field can in principle be a constant field. However, it is particularly advantageous if the pre-ionization is carried out by an electrical high-frequency field, this high-frequency field preferably also being able to be generated by an additional microwave discharge.
  • pre-ionization is that it is carried out optically, with radiation that is ionized as effectively as possible by the laser gas.
  • radiation that is ionized as effectively as possible by the laser gas.
  • UV radiation is used here, but other ionizing radiation, for example X-ray or gamma radiation, is also advantageous.
  • the preionization can be carried out in different parts of the gas volume.
  • one embodiment provides that the pre-ionization takes place within the microwave discharge structure in order to achieve the most uniform possible ignition of the gas discharge.
  • this electric field is directed parallel to the electric field of the stored microwave energy coupled in via the microwave discharge structure.
  • a further advantageous embodiment of the solution according to the invention provides that the pre-ionization takes place outside the microwave discharge structure. This has the advantage that the conditions in the microwave discharge structure and thus also the coupling of the stored microwave energy into the gas volume are not disturbed.
  • a preliminary ionization is expediently carried out in a partial region of the gas volume lying outside the microwave discharge structure.
  • the microwave storage structure comprises a storage waveguide coupled to the microwave line, to which the microwave discharge structure can be coupled via a switching element.
  • the microwave storage structure and the microwave discharge structure are completely separate from one another and first the microwave energy is stored in the microwave storage structure, which is coupled into the microwave discharge structure only after the switching element has been actuated.
  • the microwave discharge structure does not have to be taken into account in the resonant conditions that are necessary for the microwave storage structure, and secondly the advantage that a defined ignition of the laser gas can be achieved via the switching element.
  • the microwave storage structure and the microwave discharge structure are preferably matched to one another together with the coupling element when the switching element is switched through in such a way that the microwave storage structure feeds back a maximum of one microwave power into the microwave line, which is preferably twice the 1.5 times or corresponds even better to the microwave power of the microwave pulse coming from the microwave source.
  • the switching element preferably comprises an H-T element, to which, in particular, a switching waveguide with a switch is assigned.
  • the switch is preferably a triggered or self-triggered high or low pressure gas discharge switch, that is to say that the switch contains a gas volume in which a gas discharge must be ignited for switching, the gas discharge either automatically when sufficient energy is stored in the Can ignite microwave storage structure or can be ignited, for example, by pre-ionization in the same manner as described above.
  • an electron beam is also possible as a switch.
  • the switching of the switch causes the standing wave field in the microwave storage structure to be shifted by a quarter of the waveguide wavelength and thus the microwave discharge structure connected to a gate of the HT element is coupled via the HT element.
  • the microwave discharge structure can be constructed in such a way that it has a shape which generates an essentially constant electric field in the gas volume.
  • such a microwave discharge structure is constructed in such a way that, in the area of the gas volume passing through it, it has wall areas narrowing with increasing distance from the storage waveguide.
  • Figure 1 is a perspective view of a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a timing diagram of the microwave power ML coming from the microwave source, the microwave power MZ fed back to the microwave source and the laser pulse L;
  • FIG. 4 shows a schematic partial illustration of a second exemplary embodiment
  • 5 shows a schematic partial illustration of a third exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a cross section through the third exemplary embodiment along line 6-6 in FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a schematic partial illustration of a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic partial illustration of a fifth exemplary embodiment
  • Fig. 9 is a sectional view similar to Figure 2 through a sixth embodiment.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a seventh exemplary embodiment with waveguides only shown as a line;
  • FIG. 11 is a perspective view of an eighth embodiment
  • Fig. 12 is a perspective view of a ninth embodiment.
  • a first exemplary embodiment of a pulsed gas discharge laser system shown in FIG. 1, comprises a microwave source 10, from which a microwave line 12 leads to a coupling element 14, which in this case is designed as a double stub line, and a coupling between the microwave line 12 and one manufactures as a whole designated 16 microwave storage structure.
  • This microwave storage structure 16 comprises on the one hand a storage line 18 in direct connection to the double-stitch line 14 and a microwave discharge structure 20 arranged in connection with the storage line 18.
  • the storage line 18 is designed as a storage waveguide and the microwave discharge structure 20 also as a waveguide, which has a 90 ° bend 22 following the storage waveguide and a coupling waveguide 24 following it, which is opposite the 90 ° bend 22 on it End with a Kurzschluß ⁇ plate 26 is completed.
  • the microwave discharge structure 20 is penetrated by a gas discharge tube 28, which runs parallel to a longitudinal axis 30 of the coupling waveguide 24 and preferably coaxially therewith and thereby leaves the microwave discharge structure 20 on the one hand through an opening 32 in the region of the 90 ° arc 22 and on the other hand an opening 34 emerges in the short-circuit plate 26 and projects beyond the microwave discharge structure 20 with a first end 36 protruding from the opening 32 and a second end 38 protruding from the opening 34.
  • the gas discharge tube 28 carries a first Brewster window 40 at the end of the first end 36 and a second Brewster window 42 at the end of the second end 38, so that a closed gas volume 44 is present in the gas discharge tube 28, in which the laser gas, preferably an excimer laser gas, such as XeCl, for example.
  • the gas discharge tube 28 is arranged as a whole in a laser resonator, which is formed by a first resonator mirror 46, which lies opposite the first Brewster window 40, and a second resonator mirror 48, which lies opposite the second Brewster window 42.
  • One of the resonator mirrors 46, 48 is a partially transparent mirror from which the laser radiation emerges.
  • an optical axis 50 of the resonator preferably coincides with an axis of the discharge tube and, in addition, the optical axis 50 coincides with the longitudinal axis 30 of the coupling waveguide 24, the running direction of the H - Q - Shaft is also parallel to the longitudinal axis 30.
  • an expansion A of the gas volume 44 penetrated by the electric field E in the direction of the optical axis 50 is preferably selected such that it is at least 1.5 times the limiting wavelength of the microwave discharge structure 20.
  • FIG. 3 shows the course of the microwave power ML emitted by the microwave source 10, which represents a pulse with a pulse width of approximately 500 nanoseconds.
  • FIG. 3 also shows the microwave power MZ fed back by the microwave discharge structure 20 and the coupling element 14, which increases at the beginning of the microwave pulse with the microwave power ML in the same way as this, due to the increasing storage of microwave energy in the microwave storage structure 16, however, decreases to almost zero.
  • the size of the electric field in the microwave discharge structure thus increases at the same time, since a standing wave is formed therein, in which the size of the vector of the electric field E increases with increasing stored energy in this standing wave.
  • the laser gas contained in the gas volume 44 self-ignites, so that the laser pulse L is formed in the resonator, formed from the mirrors 46 and 48. With ignition of the laser gas in the gas volume 44, one occurs Mismatch, since in this case the microwave discharge structure 20 is no longer matched with the coupling element 14, so that the feedback microwave power MZ also rises, namely up to values which correspond to the microwave power ML of the microwave pulse generated by the microwave source 10.
  • the coupling aperture 14 is preferably selected to match the microwave discharge structure 20 such that the microwave power MZ fed back into the gas volume 44 when the laser gas is ignited does not exceed the microwave power ML of the laser pulse generated by the microwave source, so that no damage the microwave source 10 occurs.
  • the length of the microwave storage structure 16, formed in this exemplary embodiment from the storage waveguide 18 and the microwave discharge structure 20, is preferably selected such that it is approximately half the distance traveled by the microwaves during the duration of the laser pulse.
  • all waveguide elements can consist of materials with high conductivity in order to obtain a high resonator quality in the microwave storage structure 16 and thus a high storable microwave energy.
  • Another possibility are internally coated waveguides, with superconductively coated waveguides or superconducting waveguides also being used in variants of the solution according to the invention.
  • the microwave storage structure 16 constructed from waveguides is in particular free of any dielectric elements, with the exception of the gas volume of the laser gas, and, in a particularly preferred embodiment, can be evacuated or filled with an insulating gas under pressure in order to withstand the voltage increase and thus further increase the storable energy.
  • the laser gas ignites automatically in the gas volume 44 due to the size of the vector E of the electric field when a sufficiently large energy is stored, an adjustment of the energy at which the ignition of the laser gas in the gas volume 44 takes place via the pressure and the temperature of this gas.
  • Such a structure with a self-igniting laser gas represents the simplest form of the solution according to the invention, although the timing of the ignition of the laser gas in the gas volume 44 cannot be determined exactly.
  • a second exemplary embodiment shown in FIG. 4, provides that the laser gas present in the gas volume does not ignite automatically, but rather is irradiated by a pre-ionization radiation source, designated as a whole, and thereby pre-ionized, so that in the Gas volume 44 uses a gas discharge of the laser gas, although the electric field of the energy stored in the microwave storage structure 16 is below the electric field, in which an automatic ignition of a gas discharge in the gas volume 44 begins.
  • This pre-ionization radiation source 60 is preferably a laser with two resonator mirrors 62 and 64 and a laser-active medium 66 arranged between them, which is preferably likewise formed by a tube of a gas laser and has correspondingly pumped gas as the laser-active medium.
  • a laser beam 68 is thereby generated, which is focused by a lens 70 through the second resonator mirror 48 and preferably enters the gas volume 44 parallel to the optical axis 50 and thus leads to a pre-ionization of the laser gas in the gas volume 44 along the optical axis 50 .
  • the wavelength of the laser beam 68 is in the UV range.
  • the microwave storage structure 16 is configured in exactly the same way as in the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the explanations of the first exemplary embodiment with regard to the structure and design of the microwave storage structure 16.
  • the coupling element 14, the microwave line 12 and the microwave source 10 are of identical design, so that reference can also be made in this regard to the explanations for the first exemplary embodiment.
  • the microwave storage structure 16 is configured identically as in the first exemplary embodiment.
  • the coupling element 14, the microwave line 12 and the microwave source 10 are of identical design as in the first exemplary embodiment. With regard to all of these elements, reference is therefore made to the explanations for the first exemplary embodiment.
  • a preionization of the laser gas is also carried out in the gas volume in the third exemplary embodiment, but not with the preionization radiation source 60 of the second exemplary embodiment but with a preionization discharge.
  • the gas discharge tube 28 there are two electrodes 72 and 74 on opposite sides thereof, which are connected to a high-frequency source 80 via leads 76 and 78. These electrodes preferably extend over the region of the gas discharge tube 80 that runs within the microwave discharge structure 20.
  • the electric field EV that can be generated by the two electrodes 72 and 74 in the gas volume 44 is parallel to the vector of the electric field E, which is caused by the microwave energy stored in the microwave storage structure 16, so that the electric field ⁇ superimpose strength E and the electrical field strength EV.
  • the electric field is added.
  • the microwave storage structure 16 is designed in the same way as in the first exemplary embodiment.
  • the pre-ionization does not take place in the area of the gas volume 44 which lies within the microwave discharge structure 20, but in the area of the second end 38.
  • the second end 38 is at a distance from the short-circuit plate 26
  • Ring electrode 82 is provided, which is connected via a line 84 to an output of a voltage source 86, while another output of the voltage source 86 is connected via a line 88 to the short-circuit plate 26, which has its opening 34 likewise represents a ring electrode, so that the gas discharge tube 28, following the microwave discharge structure 20, is enclosed by two ring electrodes arranged at a distance from one another.
  • a preionization of the part of the gas volume 44 present in this part of the gas discharge tube 28 takes place in the region of the second end by means of an electric field parallel to the optical axis 50, this preionization being sufficient to also to ignite a gas discharge at a field strength which is below the field strength at which the laser gas would self-ignite in the entire gas volume, in particular the gas volume 44 lying within the microwave discharge structure 20.
  • the microwave energy is thus initially stored in the microwave storage structure 16 and at a desired point in time the gas discharge is carried out via the pre-ionization discharge between the ring electrode 82 and the short-circuit plate 26 by pre-ionization of the laser gas ignited the entire gas volume within the microwave discharge structure 20.
  • FIG. 8 Another possibility for pre-ionization of the laser gas outside the microwave discharge structure 20 is shown in FIG. 8 in connection with a fifth exemplary embodiment of the pulsed gas discharge system according to the invention.
  • the microwave storage structure 16 is configured in the same way as in the first exemplary embodiment and all other exemplary embodiments described above.
  • the microwave source 10, the microwave line 12 and the coupling element 14 are also configured identically as in the first exemplary embodiment. With regard to all of these elements, reference can therefore be made in full to the statements relating to the first exemplary embodiment.
  • a preionization of the laser gas in the area of the second end 38 takes place in such a way that the second end 38 is located in a coupling waveguide piece 90, which is fed via a microwave line 92 and an additional microwave source 94.
  • This coupling waveguide piece 90 runs parallel to the optical axis 50 and has a short-circuit plate 96 also lying on the short-circuit plate 26, while it merges into the microwave line 92 via an arc 98.
  • the second end 38 emerges from the coupling waveguide piece 90 in the region of the arc, so that the second Brewster window 42 lies outside the coupling waveguide piece 90 and thus the coupling waveguide piece 90 covers the entire radiation course in the form formed by the resonator mirrors 46 and 48 Resonator does not bother.
  • a pre-ionization in the coupling waveguide piece 90 can thus be generated by a microwave pulse generated by the microwave source 94, which is sufficient to ignite a gas discharge in the entire gas volume 44, in particular in the part lying within the microwave discharge structure 20, so that by the microwave pulse from the microwave source 94 in the same way as in the fourth embodiment by means of the voltage pulse, preferably high-frequency voltage pulse, at which time the gas discharge in the entire gas volume 44 can be ignited.
  • the voltage pulse preferably high-frequency voltage pulse
  • the gas discharge tube 28 is arranged relative to the coupling waveguide 24 such that the optical axis 50 runs perpendicular to the longitudinal axis 30 of the coupling waveguide 24 ', but also runs perpendicular to the vector of the electrical field, which is parallel to the Y direction of the coupling waveguide 24 'is formed.
  • the optical axis 50 thus extends parallel to the X-direction of the coupling waveguide 24 'and also perpendicular to the direction of propagation of an H -, - wave in the coupling waveguide 24', which thus passes through the gas discharge tube 28 which is transverse to it running.
  • the sixth exemplary embodiment is constructed in exactly the same way as the first exemplary embodiment, so that reference can be made in this regard to the explanations for the first exemplary embodiment and the description of the individual parts.
  • the coupling element 14 together with the microwave storage structure 16 is also to be coordinated such that the power fed back into the microwave line 12 when the laser gas is ignited in the gas volume 44 does not match the power ML of the microwave pulse coming from the microwave source 10 exceeds.
  • a microwave source 10 is provided, which supplies a microwave pulse to a microwave storage structure 16 'via a microwave line 12 and a coupling element 14.
  • this microwave storage structure 16 is not designed as an elongated structure and closed off with a short-circuit plate, but rather as a ring which, as a microwave discharge structure 20, comprises a coupling waveguide 110, which in each case has two 90 ° arcs 112 and 114 at the ends from which the gas discharge tube 18 emerges with its two ends 36 and 38. These two 90 ° bends 112 and 114 are followed by a U-shaped storage waveguide 116, which additionally also includes a power coupler or power combiner as the coupling element 14.
  • an E / H tuning element 118 is also arranged in the storage waveguide 116, which serves to bring about a tuning in the entire ring together with the coupling element 14, formed from the storage waveguide 116 and the microwave discharge structure 20 '. so that resonant storage of microwave energy can take place in the entire microwave storage structure 16 '.
  • the coupling element 14 is to be coordinated together with the microwave storage structure 16 'in such a way that even when gas discharge occurs in the gas discharge tube 28, the microwave power fed back into the microwave line 12 does not exceed the power ML of the microwave pulse generated by the microwave source.
  • the seventh exemplary embodiment works in principle exactly the same as the first exemplary embodiment, that is to say a microwave pulse is coupled from the microwave source 10 via the microwave line 12 and the coupling element 14 into the microwave storage structure 16, specifically in such a way that during the coupling of the Pulse, the microwave energy is stored in the microwave storage structure 16 until the laser gas contained in the gas volume 44 of the gas discharge tube 28 ignites and through the gas discharge in the resonator, formed by the resonator mirrors 46 and 48, a laser ⁇ radiation pulse L builds up.
  • the ignition of the laser gas in the gas volume 44 can be carried out either by self-ignition as in the first embodiment or by all types of pre-ionization, as set out in the exemplary embodiments 2 to 5, so that reference is also made in this regard to the statements in the corresponding exemplary embodiments can.
  • a laser pulse is also introduced from the microwave source 10 via a microwave line 12 into a microwave storage structure 120, also by means of a coupling element 122, which in this case has an aperture with a coupling aperture 124 represents.
  • the microwave storage structure 120 comprises a storage waveguide 126 which extends after the coupling element 122 and to which an HT element 128 connects, in the continuation of which a switching waveguide piece 130 is arranged, which in turn is closed off by means of a short circuit plate 132.
  • the H-T element in turn comprises a waveguide piece 134, which is arranged with the same dimensions as the storage waveguide 126 and coaxial therewith, and an arc 136, which adjoins a narrow side 140 of the waveguide piece 134 parallel to the longitudinal axis 138 of the microwave storage structure 120.
  • a coupling-in waveguide 142 is also arranged which, starting from the arch 136, reduces in its Y dimension with increasing extension away from it.
  • the coupling-in waveguide 142 and the bend 136 form a microwave discharge structure 144, designated as a whole by 144, which is penetrated by the gas discharge tube 28, the gas discharge tube on the one hand from an opening 146 in the bend 136 and on the other hand from an opening 148 in a short-circuit plate 150 exits the coupling-in waveguide 142 on a side opposite the bend 136.
  • Both the first end 36 and the second end 38 are, as in the first embodiment, closed with a first Brewster window 40 and a second Brewster window 42, respectively. Furthermore, in continuation of the resonator axis 50 running coaxially to the gas discharge tube 28, the first resonator mirror 46 and the second resonator mirror 48 are arranged. In this eighth exemplary embodiment, the microwave discharge structure 144 is no longer part of the microwave storage structure 120.
  • microwave energy is stored resonantly in the microwave storage structure 120, which extends from the coupling element 122 to the short-circuit plate 132. No microwave energy is coupled into the arc 136 of the microwave coupling structure 144.
  • a switch 152 which is a triggered or a self-triggered high-pressure or low-pressure gas discharge switch, is arranged in the switching waveguide 130.
  • This switch 152 is designed as a tube 154 with an enclosed gas volume 156, the tube extending with a longitudinal axis 158 parallel to the Y direction of the switching waveguide 130 and thus parallel to the electric field E therein.
  • the switch 152 is arranged at a distance of a quarter of the waveguide wavelength from the short-circuit plate 132.
  • the switch 152 is open or not switched through when there is no gas discharge in the gas volume inside the tube 154, so that the gas volume in the tube 154 has no effect on the standing wave field which penetrates the switching waveguide 130. However, if a gas discharge is ignited in the gas volume within the tube 154, then this acts on the standing wave field which also propagates in the switching waveguide 130 and shifts this by a quarter of the waveguide wavelength if the switch 152 is arranged a quarter of the waveguide wavelength away from the short circuit plate 132.
  • the gas discharge in the gas volume 156 can be ignited either by the electric field of the stored microwave energy being so large that this leads to self-ignition of the gas discharge or by full ionization taking place in the gas volume 156, this preionization being carried out in exactly the same way can be carried out in the same way as in the exemplary embodiments
  • H-T element 128 is arranged such that an opening 160 thereof to the arch 136, also as a gate
  • the gas discharge in the gas volume takes place by self-ignition shortly before the end of the microwave pulse, i.e. the electric field of the coupled-in microwave energy is so large at this point in time that the laser gas in the gas volume 156 of ignites itself.
  • the coupling-in waveguide 142 is designed in such a way that it narrows in the Y direction with increasing extension from the arc 136 to the short-circuit plate 150, so that one in electrical field strength decreasing in this direction is taken into account.
  • a microwave pulse is also coupled into a microwave storage structure 120 'from the microwave source 10 via a microwave line 12 and a coupling element 122, which is likewise formed by a diaphragm with a coupling aperture 124.
  • This microwave storage structure 120 ' comprises a first storage waveguide piece 170 adjoining the coupling aperture 122, and an arc 172 adjoining this

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Abstract

Um ein gepulstes Gasentladungslasersystem, insbesondere gepulstes Excimerlasersystem, umfassend einen Resonator und ein mit Lasergas gefülltes Gasvolumen, in welchem eine Gasentladung zündbar ist, eine das Gasvolumen zumindest teilweise umgebende Mikrowellenentladungsstruktur (20) zur Aufrechterhaltung der Gasentladung, eine einen Mikrowellenpuls erzeugende Mikrowellenquelle (10) und eine von der Mikrowellenquelle (10) zur Mikrowellenentladungsstruktur (20) führende Mikrowellenleitung (12), zu schaffen, bei welchem sich die Laserpulsleistung überproportional zur Pumpleistung verhält, wird vorgeschlagen, dass an die Mikrowellenleitung (12) eine zum Gasvolumen (44) führende resonante Mikrowellenspeicherstruktur (16) mittels eines Einkoppelelements (14) angekoppelt ist, die sich zumindest mit einem Teilabschnitt zwischen der Mikrowellenentladungstruktur (20) und der Mikrowellenleitung (12) erstreckt, und dass die Mikrowellenspeicherstruktur (16) so ausgelegt und mittels des Einkoppelelements (14) so an die Mikrowellenleitung (12) angekoppelt ist, dass sie die Energie aus dem von der Mikrowellenquelle (10) gesendeten Mikrowellenpuls bis zum Zünden der Gasentladung speichert und nach dem Zünden der Gasentladung diese mit der gespeicherten Energie aufrechterhält.

Description

B e s c h r e i b u n g
Gepulstes Gasentladungslasersystem
Die Erfindung betrifft ein gepulstes Gasentladungslaser¬ system, insbesondere ein gepulstes Excimerlasersystem, um¬ fassend einen Resonator und ein mit Lasergas gefülltes Gasvolumen, in welchem eine Gasentladung zündbar ist, eine das Gasvolumen zumindest teilweise umgebende Mikrowellen¬ entladungsstruktur zur Aufrechterhaltung der Gasentladung, eine einen Mikrowellenpuls erzeugende Mikrowellenquelle und eine von der Mikrowellenquelle zur Mikrowellenentla¬ dungsstruktur führende Mikrowellenleitung.
Bei diesen beispielsweise aus der US-A-4 802 183 bekannten gepulsten Gasentladungslasersystemen ist die erreichbare Laserpulsleistung proportional zur Mikrowellenpumplei¬ stung. Aus diesem Grunde konnten gepulste mikrowellenge¬ pumpte Gasentladungslasersysteme bislang keine großen Lei¬ stungen erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mikro¬ wellengepumptes gepulstes Gasentladungslasersystem zu schaffen, bei welchem sich die Laserpulsleistung überpro¬ portional zur Pumpleistung verhält. Diese Aufgabe wird bei einem gepulsten Gasentladungslaser¬ system der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß da¬ durch gelöst, daß an die Mikrowellenleitung eine zum Gas¬ volumen führende resonante Mikrowellenspeicherstruktur mittels eines Einkoppelelements angekoppelt ist, die sich zumindest mit einem Teilabschnitt zwischen der Mikrowel¬ lenentladungsstruktur und der Mikrowellenleitung er¬ streckt, und daß die Mikrowellenspeicherstruktur so aus¬ gelegt und mittels des Einkoppelelements so an die Mikro¬ wellenleitung angekoppelt ist, daß sie die Energie aus dem von der Mikrowellenquelle gesendeten Mikrowellenpuls bis zum Zünden der Gasentladung speichert und nach dem Zünden der Gasentladung diese mit der gespeicherten Energie auf¬ rechterhält.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß der Mikrowellenpuls sozusagen "komprimiert" werden kann und somit für die Aufrechterhaltung der Gas¬ entladung eine Leistung zur Verfügung steht, die um einen Faktor von ungefähr 10 bis ungefähr 1000 über der Leistung des Mikrowellenpulses der Mikrowellenquelle liegt. Damit können mit konventionellen Mikrowellenquellen Laserpuls¬ leistungen erzielt werden, die vergleichbar mit TEA ge¬ pumpten Lasern sind.
Zum Schutz der Mikrowellenquelle hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Mikrowellenspeicherstruktur so ausgelegt und mittels des Einkoppelelements so an die Mikrowellenleitung angekoppelt ist, daß diese nach dem zünden der Gasentladung maximal eine Mikrowellenleistung in die Mikrowellenleitung zurückkoppelt, welche das Doppelte der Mikrowellenleistung des Mikrowellenpulses beträgt. Das heißt, daß es bei der erfindungsgemäßen Lö¬ sung nicht nur darauf ankommt, die Mikrowellenspeicher¬ struktur mittels des Einkoppelelements so optimal an die Mikrowellenleitung anzukoppeln, daß bei nicht gezündeter Gasentladung in der MikrowellenspeicherStruktur möglichst viel Leistung gespeichert wird, sondern auch darauf, die Mikrowellenspeicherstruktur so auszulegen und mittels des Einkoppelelements so anzukoppeln, daß bei gezündeter Gas¬ entladung die in die Mikrowellenleitung zurückgekoppelte Mikrowellenleistung die Mikrowellenquelle nicht zerstört.
Noch vorteilhafter ist es, wenn die Mikrowellenspeicher¬ struktur nach dem zünden der Gasentladung maximal eine Mikrowellenleistung in die Mikrowellenleitung einkoppelt, welche das 1,5-fache der Mikrowellenleistung des Mikrowel¬ lenpulses beträgt, und besonders vorteilhaft ist es, wenn die zurückgekoppelte Mikrowellenleistung maximal der Mi¬ krowellenleistung des Mikrowellenpulses entspricht.
Um eine möglichst optimale Ankopplung in der Mikrowellen¬ entladungsstruktur zur Aufrechterhaltung der Gasentladung zu erreichen ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß in der Mikrowellenentladungsstruktur ein elektrischer Feldvektor der Mikrowellen senkrecht auf einer optischen Achse des Resonators steht. Damit läßt sich insbesondere die An¬ kopplung der Mikrowellen an die Gasentladung optimieren.
Ferner ist es, um eine vorteilhafte Einkopplung der Mikro¬ wellen zur Aufrechterhaltung der Gasentladung zu erreichen von Vorteil, wenn in der Mikrowellenentladungsstruktur der von dem elektrischen Feld durchsetzte Bereich des Gasvolu¬ mens eine Ausdehnung in Richtung der optischen Achse des Resonators aufweist, welche mindestens das 1,5-fache der Grenzwellenlänge der Mikrowellenentladungsstruktur be¬ trägt, da mit dieser Maßnahme in besonders vorteilhafter¬ weise große Leistungen bei dem erfindungsgemäßen gepulsten Gasentladungsslasersystem erreichbar sind.
Um bei dem erfindungsgemäßen gepulsten Gasentladungslaser¬ system eine ausreichende Dauer der Gasentladung zu errei¬ chen, ist ferner vorteilhafterweise vorgesehen, daß die MikrowellenspeicherStruktur eine Länge aufweist, welche ungefähr die Hälfte des von den Mikrowellen während der Dauer des Laserpulses durchlaufenen Wegstrecke beträgt, so daß die Möglichkeit besteht, die gesamte in der Mikrowel¬ lenspeicherstruktur gespeicherte Mikrowellenenergie zur Erzeugung des Laserpulses zu verwenden.
Um möglichst wenig Verluste zu erhalten ist es besonders vorteilhaft, daß die Mikrowellenspeicherstruktur dielek¬ trikumsfrei ausgebildet ist. Beispielsweise ist eine di¬ elektrikumsfreie MikrowellenspeicherStruktur eine Hohl¬ leiterstruktur, das heißt, daß die gesamte Mikrowellen¬ speicherstruktur durch Hohlleiterelemente aufgebaut sind.
Darüberhinaus ist es von Vorteil, wenn die Mikrowellenent¬ ladungsstruktur eine Hohlleiterstruktur ist, da sich diese dann in einfacher Weise an die Mikrowellenspeicherstruktur anpassen läßt. - D
Bei einer Art von vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, daß die Mikrowellenspeicherstruktur eine Spei¬ cherleitung und die Mikrowellenentladungsstruktur umfaßt, das heißt, daß die Mikrowellenentladungsstruktur zusammen mit der Speicherleitung eine resonante Struktur bilden, in der eine Speicherung von Mikrowellenenergie möglich ist.
In diesem Fall sind vorteilhafterweise sowohl die Spei¬ cherleitung als auch die Mikrowellenentladungsstruktur aus Hohlleiterelementen aufgebaut.
Die MikrowellenspeicherStruktur kann bei der erfindungsge¬ mäßen Lösung unterschiedlich aufgebaut sein. So ist bei einer vorteilhaften Alternative vorgesehen, daß die Mikro¬ wellenspeicherstruktur eine langgestreckte resonante Struktur ist, wobei diese langgestreckte resonante Struk¬ tur insbesondere auch Bögen aufweisen kann und vorteil¬ hafterweise durch eine Kurzschlußplatte abgeschlossen ist.
Eine weitere Alternative sieht vor, daß die Mikrowellen¬ speicherstruktur eine geschlossene ringresonante Struktur ist, das heißt, daß die Mikrowellenspeicherstruktur in der Art eine Ringresonators aufgebaut ist, in welchem sich ein Stehwellenfeld ausbildet.
Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde nicht auf die Art der Zündung der Gasentladung einge¬ gangen. So sieht das einfachste erfindungsgemäße Ausfüh¬ rungsbeispiel vor, daß die Zündung der Gasentladung in dem Gasvolumen durch Selbstzündung erfolgt, das heißt, daß die Speicherung von Mikrowellenenergie in der Mikrowellenspei¬ cherstruktur solange erfolgt, bis die Feldstärke des in der Mikrowellenspeicherstruktur vorliegenden Stehwellen¬ feldes so groß ist, daß eine Zündung der Gasentladung in dem Gasvolumen eintritt. Anschließend wird im wesentlichen die gesamte gespeicherte Mikrowellenenergie in das Gasvo¬ lumen eingekoppelt.
Alternativ dazu ist vorgesehen, daß die Zündung der Gas¬ entladung durch eine VorIonisation erfolgt. Die Vorioni¬ sation hat dabei den Vorteil, daß ein definierter Zeit¬ punkt angestrebt werden kann und somit nach einer Dauer des Mikrowellenpulses und nach einer gewissen Abspei¬ cherung von dessen Mikrowellenenergie in der Mikrowellen¬ speicherstruktur die Zündung der Gasentladung durch die Vorionisation gezielt einleitbar ist und somit unabhängig von Druck- und Temperaturschwankungen in dem Gasvolumen ein definierter Zündzeitpunkt für die Gasentladung er¬ reichbar ist.
Bei der Zündung der Gasentladung durch eine Vorionisation gibt es die unterschiedlichsten Möglichkeiten. So sieht eine Möglichkeit vor, daß die Vorionisation durch ein elektrisches Feld, insbesondere ein Hochfrequenzfeld erfolgt.
Vorzugsweise ist dabei die Vorionisation so durchgeführt, daß diese durch ein elektrisches Feld quer zur optischen Achse erfolgt, wobei vorzugsweise dieses elektrische Feld parallel zum elektrischen Feld der eingekoppelten Mikro¬ wellenenergie ausgerichtet ist. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, daß die Vorioni¬ sation durch ein elektrisches Feld in Richtung der op¬ tischen Achse erfolgt.
Das elektrische Feld kann prinzipiell ein Gleichfeld sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Vorionisa¬ tion durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld erfolgt, wobei dieses Hochfrequenzfeld vorzugsweise auch durch eine zusätzliche Mikrowellenentladung erzeugt werden kann.
Darüberhinaus ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, das elektrische Feld durch elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Eine weitere Alternative der Vorionisation besteht darin, daß diese optisch erfolgt, wobei mit einer das Lasergas möglichst effektiv ionisierenden Strahlung eingestrahlt wird. Beispielsweise findet hierbei UV-Strahlung Verwen¬ dung vorteilhaft ist aber auch andere ionisierende Strah¬ lung, beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlung.
Die Vorionisation kann in unterschiedlichsten Teilen des Gasvolumens durchgeführt werden. So sieht ein Ausführungs¬ beispiel vor, daß die Vorionisation innerhalb der Mikro¬ wellenentladungsstruktur erfolgt, um eine möglichst gleichmäßige Zündung der Gasentladung zu erreichen. In diesem Fall ist es , bei Verwendung eines elektrischen Feldes zur Vorionisation vorteilhaft, wenn dieses elek¬ trische Feld parallel zu dem elektrischen Feld der über die Mikrowellenentladungsstruktur eingekoppelten gespei¬ cherten Mikrowellenenergie gerichtet ist. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Lösung sieht vor, daß die Vorionisation außerhalb der Mikrowellenentladungsstruktur erfolgt. Dies hat den Vorteil, das die Verhältnisse in der Mikrowellenentla¬ dungsstruktur und somit auch die Einkopplung der gespei¬ cherten Mikrowellenenergie in das Gasvolumen nicht gestört werden. Zweckmäßigerweise erfolgt in diesem Fall eine Vor¬ ionisation in einem außerhalb der Mikrowellenentladungs- struktur liegenden Teilbereich des Gasvolumens.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel im Rahmen der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß die Mikrowellen¬ speicherstruktur einen an die Mikrowellenleitung ange¬ koppelten Speicherhohlleiter umfaßt, an welchen über ein Schaltelement die Mikrowellenentladungsstruktur ankoppel¬ bar ist. Das heißt, daß in diesem Fall die Mikrowellen¬ speicherstruktur und die Mikrowellenentladungsstruktur völlig voneinander getrennt sind und zunächst eine Spei¬ cherung der Mikrowellenenergie in der Mikrowellenspei¬ cherstruktur erfolgt die erst nach dem Betätigen des Schaltelements in die Mikrowellenentladungsstruktur einge¬ koppelt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß die Mikrowellenentladungsstruktur bei den resonanten Bedin¬ gungen, die für die MikrowellenspeicherStruktur erforder¬ lich sind, nicht berücksichtigt werden muß und zum anderen den Vorteil, daß über das Schaltelement ein definiertes Zünden des Lasergases erreichbar ist. Vorzugsweise sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Mikrowellenspeicherstruktur und die Mikrowellenentladungs¬ struktur zusammen mit dem Einkoppelelement bei durchge¬ schaltetem Schaltelement so aufeinander abgestimmt, daß die Mikrowellenspeicherstruktur maximal eine Mikrowellen¬ leistung in die Mikrowellenleitung zurückkoppelt, welche der doppelten vorzugsweise der 1,5-fachen oder noch besser der Mikrowellenleistung des von der Mikrowellenquelle kom¬ menden Mikrpwellenpulses entspricht.
Vorzugsweise umfaßt das Schaltelement ein H-T-Element, dem insbesondere ein Schalthohlleiter mit einem Schalter zuge¬ ordnet sind.
Der Schalter ist dabei vorzugsweise ein getriggerter oder selbstgetriggerter Hoch- oder Niederdruckgasentladungs¬ schalter, das heißt, daß der Schalter ein Gasvolumen bein¬ haltet, in welchem zum Schalten eine Gasentladung gezündet werden muß, wobei die Gasentladung entweder selbsttätig bei Speicherung genügend großer Energie in der Mikrowel¬ lenspeicherstruktur zünden kann oder beispielsweise in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben durch eine Vor¬ ionisation gezündet werden kann. Alternativ dazu ist als Schalter aber auch ein Elektronenstrahl möglich.
In jedem Fall führt das Schalten des Schalters dazu, daß das Stehwellenfeld in der Mikrowellenspeicherstruktur um ein Viertel der Hohlleiterwellenlänge verschoben wird und so über das H-T-Element eine Ankopplung der mit einem Tor des H-T-Elements verbundenen Mikrowellenentladungsstruktur erfolgt. Insbesondere kann bei einem derartigen Ausführungsbeispiel die Mikrowellenentladungsstruktur so aufgebaut sein, daß sie eine ein im wesentlichen konstantes elektrisches Feld im Gasvolumen erzeugende Form aufweist.
Im einfachsten Fall ist eine derartige Mikrowellenentla¬ dungsstruktur so aufgebaut, daß sie im Bereich des diese durchsetzenden Gasvolumens sich mit zunehmenden Abstand von dem Speicherhohlleiter verengende Wandbereiche auf¬ weist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen¬ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne¬ rischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm der von der Mikrowellen¬ quelle kommenden Mikrowellenleistung ML, der zur Mikrowellenquelle zurückgekoppelten Mikrowellen¬ leistung MZ und des Laserpulses L;
Fig. 4 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels; Fig. 5 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 einen Querschnitt durch das dritte Ausführungs¬ beispiel längs Linie 6-6 in Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels;
Fig. 8 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels;
Fig. 9 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 2 durch ein sechstes Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines siebten Aus¬ führungsbeispiels mit lediglich als Linie darge¬ stellten Hohlleitern;
Fig. 11 eine perspektivische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels und
Fig. 12 eine perspektivische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines gepulsten Gasentla¬ dungslasersystems, dargestellt in Fig. 1, umfaßt eine Mi¬ krowellenquelle 10, von welcher ausgehend eine Mikrowel¬ lenleitung 12 zu einem Einkoppelelement 14 führt, das in diesem Fall als Doppelstichleitung ausgebildet ist und eine Kopplung zwischen der Mikrowellenleitung 12 und einer als Ganzes mit 16 bezeichneten Mikrowellenspeicherstruktur herstellt. Diese Mikrowellenspeicherstruktur 16 umfaßt einerseits eine Speicherleitung 18 in unmittelbarem An¬ schluß an die Doppelstichleitung 14 und eine im Anschluß an die Speicherleitung 18 angeordnete Mikrowellenentla¬ dungsstruktur 20.
Die Speicherleitung 18 ist dabei als Speicherhohlleiter ausgebildet und die Mikrowellenentladungsstruktur 20 eben¬ falls als Hohlleiter, welcher im Anschluß an den Speicher¬ hohlleiter einen 90° Bogen 22 aufweist und im Anschluß an diesen einen Koppelhohlleiter 24, welcher an seinem dem 90° Bogen 22 gegenüberliegenden Ende mit einer Kurzschlu߬ platte 26 abgeschlossen ist.
Die Mikrowellenentladungsstruktur 20 wird von einem Gas¬ entladungsrohr 28 durchsetzt, welches parallel zu einer Längsachse 30 des Koppelhohlleiters 24 und vorzugsweise koaxial zu dieser verläuft und dabei aus der Mikrowellen¬ entladungsstruktur 20 einerseits durch eine Öffnung 32 im Bereich des 90° Bogens 22 und andererseits durch eine Öffnung 34 in der Kurzschlußplatte 26 austritt und mit einem ersten, aus der Öffnung 32 hervorstehenden Ende 36 und einem zweiten, aus der Öffnung 34 hervorstehenden Ende 38 über die MikrowellenentladungsStruktur 20 übersteht. Dabei trägt das Gasentladungsrohr 28 zum Abschluß des ersten Endes 36 ein erstes Brewsterfenster 40 und zum Abschluß des zweiten Endes 38 ein zweites Brewsterfenster 42, so daß in dem Gasentladungsrohr 28 ein abgeschlossenes Gasvolumen 44 vorliegt, in welchem das Lasergas, vorzugs¬ weise ein Excimerlasergas, wie beispielsweise XeCl, vorlieg . Das Gasentladungsrohr 28 ist dabei als Ganzes in einem Laserresonator angeordnet, der durch einen ersten Reso¬ natorspiegel 46, der dem ersten Brewsterfenster 40 gegen¬ überliegt, und einen zweiten Resonatorspiegel 48, der dem zweiten Brewsterfenster 42 gegenüberliegt, gebildet ist. Dabei ist einer der Resonatorspiegel 46, 48 ein teildurch¬ lässiger Spiegel, aus welchem die Laserstrahlung austritt.
Die Anordnung des Gasentladungsrohrs 28 relativ zu dem Koppelhohlleiter 24 ist nochmal in Fig. 2 unter Angabe der X- und Y-Richtungen des Hohlleiters und der Laufrichtung einer H-^Q-Welle durch diesen Hohlleiter vergrößert darge¬ stellt. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, fällt eine optische Achse 50 des Resonators dabei vorzugsweise zusammen mit einer Achse des Entladungsrohres und außerdem fällt die optische Achse 50 zusammen mit der Längsachse 30 des Kop¬ pelhohlleiters 24, wobei die Laufrichtung der H-^Q-Welle ebenfalls parallel zur Längsachse 30 liegt.
Da die Vektoren des elektrischen Feldes E in einem der¬ artigen Hohlleiter parallel zur Y-Richtung stehen, ver¬ läuft das vorzugsweise mittig des Hohlleiters auftretende elektrische Feld E senkrecht zur optischen Achse des Kop¬ pelhohlleiters 24. Damit ist der gesamte Bereich des Gas¬ volumens 44, welcher innerhalb der Mikrowellenentladungs¬ struktur 20 liegt, von einem senkrecht auf der optischen Achse 50 stehenden elektrischen Feld E durchsetzt. Um eine ausreichende Einkopplung der Mikrowellenenergie in das innerhalb der Mikrowellenentladungsstruktur 20 liegende Gasvolumen 44 zu erreichen, ist vorzugsweise eine Ausdeh¬ nung A des von dem elektrischen Feld E durchsetzten Gasvo¬ lumens 44 in Richtung der optischen Achse 50 so gewählt, daß diese mindestens das 1,5-fache der Grenzwellenlänge der Mikrowellenentladungsstruktur 20 beträgt.
Die Arbeitsweise des ersten, in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines gepulsten Gasentladungssystems ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Fig. 3 zeigt zum einen den Verlauf der von der Mikrowellenquelle 10 abgege¬ benen Mikrowellenleistung ML, welche einen Puls darstellt mit einer Pulsbreite von ungefähr 500 Nanosekunden. Dar¬ über hinaus ist in Fig. 3 noch die von der Mikrowellenent¬ ladungsstruktur 20 und dem Einkoppelelement 14 zurückge¬ koppelte Mikrowellenleistung MZ angegeben, die zu Beginn des Mikrowellenpulses mit der Mikrowellenleistung ML in gleicher Weise wie diese ansteigt, aufgrund der zuneh¬ menden Speicherung von Mikrowellenenergie in der Mikrowel¬ lenspeicherstruktur 16 jedoch auf nahezu Null abnimmt. Damit nimmt gleichzeitig in entsprechendem Maße die Größe des elektrischen Feldes in der Mikrowellenentladungs¬ struktur zu, da sich in dieser eine stehende Welle aus¬ bildet, bei der die Größe des Vektors des elektrischen Feldes E mit steigender gespeicherter Energie in dieser stehenden Welle zunimmt. Bei Erreichen einer genügend großen elektrischen Feldstärke E erfolgt eine Selbstzün¬ dung des in dem Gasvolumen 44 enthaltenen Lasergases, so daß sich in dem Resonator, gebildet aus den Spiegeln 46 und 48 der Laserpuls L ausbildet. Mit Zündung des Lasergases in dem Gasvolumen 44 tritt eine Fehlanpassung auf, da in diesem Fall die Mikrowellenentla¬ dungsstruktur 20 nicht mehr mit dem Einkoppelelement 14 angepaßt ist, so daß die zurückgekoppelte Mikrowellenlei¬ stung MZ ebenfalls ansteigt und zwar bis zu Werten, welche der Mikrowellenleistung ML des von der Mikrowellenquelle 10 erzeugten Mikrowellenpulses entsprechen. Vorzugsweise ist dabei die Koppelapertur 14 in Anpassung an die Mikro¬ wellenentladungsstruktur 20 so gewählt, daß die mit Zünden des Lasergases in dem Gasvolumen 44 zurückgekoppelte Mi¬ krowellenleistung MZ nicht die Mikrowellenleistung ML des von der Mikrowellenquelle erzeugten Laserpulses über¬ steigt, so daß keine Beschädigung der Mikrowellenquelle 10 eintritt.
Vorzugsweise ist die Länge der MikrowellenspeicherStruktur 16, bei diesem Ausführungsbeispiel gebildet aus dem Spei¬ cherhohlleiter 18 und der Mikrowellenentladungsstruktur 20 so gewählt, daß sie ungefähr die Hälfte der von den Mikro¬ wellen während der Dauer des Laserpulses durchlaufenden Wegstrecke beträgt.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können alle Hohlleiterelemente aus Materialien mit hoher Leitfähigkeit bestehen, um eine hohe Resonatorgüte in der Mikrowellen¬ speicherstruktur 16 und somit eine hohe speicherbare Mi¬ krowellenenergie zu erhalten. Eine andere Möglichkeit sind leitfähig innenbeschichtete Hohlleiter, wobei auch supra¬ leitend beschichtete Hohlleiter oder supraleitende Hohl¬ leiter bei Varianten der erfindungsgemäßen Lösung Verwen¬ dung finden. Die aus Hohlleitern aufgebaute Mikrowellenenspeicher- struktur 16 ist insbesondere frei von jeglichen dielek¬ trischen Elementen, mit Ausnahme des Gasvolumens des Lasergases, und kann bei einem besonders bevorzugten Aus- führungsbeispiel evakuiert oder mit einem unter Druck stehenden Isolationsgas gefüllt sein, um die Spannungs¬ festigkeit zu steigern und somit die speicherbare Energie weiter zu erhöhen.
Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbei¬ spiel zündet das Lasergas in dem Gasvolumen 44 aufgrund der Größe des Vektors E des elektrischen Feldes selbst¬ tätig dann, wenn eine ausreichend große Energie gespei¬ chert ist, wobei eine Einstellung der Energie bei welcher die Zündung des Lasergases im Gasvolumen 44 erfolgt über den Druck und die Temperatur dieses Gases möglich ist.
Ein derartiger Aufbau mit einem selbstzündenden Lasergas stellt die einfachste Form der erfindungsgemäßen Lösung dar, wobei allerdings der Zeitpunkt des Zündens des Laser¬ gases in dem Gasvolumen 44 nicht exakt festgelegt werden kann.
Aus diesem Grund sieht ein zweites Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 4, vor, daß das in dem Gasvolumen vor¬ handene Lasergas nicht selbsttätig zündet, sondern von einer als Ganzes mit 60 bezeichneten Vorionisations- strahlungsquelle bestrahlt und dadurch vorionisiert wird, so daß in dem Gasvolumen 44 eine Gasentladung des Laser¬ gases einsetzt, obwohl das elektrische Feld der in der Mi¬ krowellenspeicherstruktur 16 gespeicherten Energie, unter¬ halb des elektrischen Feldes liegt, bei welchem eine selbsttätige Zündung einer Gasentladung in dem Gasvolumen 44 einsetzt. Bei dieser Vorionisationsstrahlungsquelle 60 handelt es sich vorzugsweise um einen Laser mit zwei Resonatorspie¬ geln 62 und 64 und einem dazwischen angeordneten laser¬ aktivem Medium 66, das vorzugsweise ebenfalls durch eine Röhre eines Gaslasers gebildet wird und als laseraktives Medium entsprechend gepumptes Gas aufweist. Dadurch wird ein Laserstrahl 68 erzeugt, welcher mittels einer Linse 70 durch den zweiten Resonatorspiegel 48 hindurchfokussiert wird und vorzugsweise parallel zur optischen Achse 50 in das Gasvolumen 44 eintritt und somit längs der optischen Achse 50 zu einer Vorionisation des Lasergases in dem Gas- volumen 44 führt. Die Wellenlänge des Laserstrahls 68 liegt erfindungsgemäß im UV-Bereich.
Die MikrowellenspeicherStruktur 16 ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel genauso ausgebildet wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß auf die Ausführungen des ersten Ausführungsbeispiels hinsichtlich des Aufbaus und der Konzeption der Mikrowellenspeicherstruktur 16 ver¬ wiesen werden kann.
In gleicher Weise sind auch das Einkoppelelement 14, die Mikrowellenleitung 12 und die Mikrowellenquelle 10 iden¬ tisch ausgebildet, so daß auch diesbezüglich auf die Aus¬ führungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen gepulsten Gasentladungslasersystems, dargestellt in den Fig. 5 und 6 ist die Mikrowellenspeicherstruktur 16 identisch ausgebildet wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Darüberhinaus sind auch das Einkoppelelement 14, die Mi¬ krowellenleitung 12 und die Mikrowellenquelle 10 identisch ausgebildet wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Bezüglich all dieser Elemente wird daher auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel eine Vorionisation des Lasergases in dem Gasvolumen durchgeführt, allerdings nicht mit der Vorionisationsstrahlungsquelle 60 des zwei¬ ten Ausführungsbeispiels sondern mit einer Vorionisations¬ entladung.
Hierzu liegen auf dem Gasentladungsrohr 28, wie insbeson¬ dere in Fig. 6 dargestellt, auf gegenüberliegenden Seiten desselben zwei Elektroden 72 und 74, welche über Zulei¬ tungen 76 und 78 mit einer Hochfrequenzquelle 80 verbunden sind. Diese Elektroden erstrecken sich vorzugsweise über den Bereich des Gasentladungsrohrs 80, der innerhalb der Mikrowellenentladungsstruktur 20 verläuft.
Das durch die beiden Elektroden 72 und 74 in dem Gasvo¬ lumen 44 erzeugbare elektrische Feld EV liegt dabei paral¬ lel zum Vektor des elektrischen Feldes E, der durch die in der Mikrowellenspeicherstruktur 16 gespeicherte Mikrowel¬ lenenergie bedingt ist, so daß sich die elektrische Feld¬ stärke E und die elektrische Feldstärke EV miteinander überlagern. Durch Anlegen einer Spannung an den Elektroden 72 und 74 addiert sich das elektrische Feld. EV zu dem elektrischen Feld E, herrührend von der in der Mikrowellenspeicher¬ struktur 16 gespeicherten Mikrowellenenergie, so daß da¬ durch eine Zündung einer Gasentladung in dem Gasvolumen 44 erfolgt, obwohl das elektrische Feld E, herrührend von der in der MikrowellenspeicherStruktur 16 gespeicherten Mikro¬ wellenenergie, unterhalb dem Feld liegt, bei dem eine Selbstzündung einer Gasentladung erfolgen würde. Dadurch ist es möglich, zu einem definierten Zeitpunkt, korreliert mit dem Zeitverlauf des von der Mikrowellenquelle 10 kom¬ menden Mikrowellenpulses mit der Mikrowellenleitung ML dann, wenn eine ausreichende Speicherung von Mikrowellen¬ energie in der Mikrowellenspeicherstruktur 16 erfolgt ist, den Laserpuls L durch Anlegen der Spannung an die Elektro¬ den 72 und 74 zu triggern.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen gepulsten Gasentladungslasersystems, dargestellt in Fig. 7, ist die Mikrowellenspeicherstruktur 16 in gleicher Weise ausgebildet wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Im Gegensatz zum zweiten und dritten Ausführungsbeispiel erfolgt die Vorionisation jedoch nicht in dem Bereich des Gasvolumens 44, welcher innerhalb der Mikrowellenentla¬ dungsstruktur 20 liegt, sondern im Bereich des zweiten Endes 38. Hierzu ist das zweite Ende 38 im Abstand von der Kurzschlußplatte 26 mit einer Ringelektrode 82 versehen, welche über eine Leitung 84 mit einem Ausgang einer Span¬ nungsquelle 86 verbunden ist, während ein anderer Ausgang der Spannungsquelle 86 über eine Leitung 88 mit der Kurz¬ schlußplatte 26 verbunden ist, die mit ihrer Öffnung 34 ebenfalls eine Ringelektrode darstellt, so daß das Gasent¬ ladungsrohr 28 im Anschluß an die Mikrowellenentladungs- struktur 20 von zwei im Abstand voneinander angeordneten Ringelektroden umschlossen ist. Durch Anlegen einer Span¬ nung mittels der Spannungsquelle 86 erfolgt im Bereich des zweiten Endes durch ein zur optischen Achse 50 paralleles elektrisches Feld eine Vorionisation des in diesem Teil des Gasentladungsrohrs 28 vorliegenden Teils des Gasvo¬ lumens 44, wobei diese Vorionisation ausreichend ist, um auch in dem gesamten Gasvolumen, insbesondere dem inner¬ halb der Mikrowellenentladungsstruktur 20 liegenden Gasvo¬ lumen 44, eine Gasentladung bei einer Feldstärke zu zün¬ den, die unterhalb derjenigen Feldstärke liegt, bei welcher eine Selbstzündung des Lasergases erfolgen würde.
In gleicher Weise wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt somit zunächst eine Spei¬ cherung der Mikrowellenenergie in der Mikrowellenspei¬ cherstruktur 16 und zu einem gewünschten Zeitpunkt wird über die Vorionisationsentladung zwischen der Ringelek¬ trode 82 und der Kurzschlußplatte 26 durch Vorionisation des Lasergases die Gasentladung in dem gesamten Gasvolumen innerhalb der Mikrowellenentladungsstruktur 20 gezündet.
Eine andere Möglichkeit einer Vorionisation des Lasergases außerhalb der Mikrowellenentladungsstruktur 20 ist in Fig. 8 im Zusammenhang mit einem fünften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen gepulsten Gasentladungssystems dar¬ gestellt. Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel ist die Mikrowel¬ lenspeicherstruktur 16 in gleicher Weise ausgebildet wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel und allen übrigen vor¬ anstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Außerdem sind auch noch die Mikrowellenquelle 10, die Mikrowellen¬ leitung 12 und das Einkoppelelement 14 identisch ausgebil¬ det wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Damit kann bezüg¬ lich all dieser Elemente auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen werden.
Eine Vorionisation des Lasergases im Bereich des zweiten Endes 38 erfolgt dergestalt, daß das zweite Ende 38 sei¬ nerseits in einem Koppelhohlleiterstück 90 liegt, welches über eine Mikrowellenleitung 92 und eine zusätzliche Mi¬ krowellenquelle 94 gespeist ist. Dieses Koppelhohlleiter¬ stück 90 verläuft dabei parallel zur optischen Achse 50 und weist eine an der Kurzschlußplatte 26 ebenfalls anlie¬ gende Kurzschlußplatte 96 auf, während es über einen Bogen 98 in die Mikrowellenleitung 92 übergeht. Das zweite Ende 38 tritt dabei im Bereich des Bogens aus dem Koppelhohl¬ leiterstück 90 aus, so daß das zweite Brewsterfenster 42 außerhalb des Koppelhohlleiterstücks 90 liegt und somit das Koppelhohlleiterstück 90 den gesamten Strahlungsver¬ lauf in dem durch die Resonatorspiegel 46 und 48 gebil¬ deten Resonator nicht stört.
Durch einen von der Mikrowellenquelle 94 erzeugten Mikro¬ wellenpuls ist somit eine Vorionisation in dem Koppelhohl¬ leiterstück 90 generierbar, die ausreichend ist, um eine Gasentladung in dem gesamten Gasvolumen 44, insbesondere in dem innerhalb der Mikrowellenentladungsstruktur 20 lie¬ genden Teil, zu zünden, so daß durch den Mikrowellenpuls aus der Mikrowellenquelle 94 in gleicher Weise wie beim vierten Ausführungsbeispiel durch den Spannungspuls, vor¬ zugsweise Hochfrequenzspannungspuls, zu der jeweils ge¬ wünschten Zeit die Gasentladung in dem gesamten Gasvolumen 44 gezündet werden kann.
Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel, ausschnittsweise dargestellt in Fig. 9 ist das Gasentladungsrohr 28 relativ zum Koppelhohlleiter 24 so angeordnet, daß die optische Achse 50 senkrecht zur Längsachse 30 des Koppelhohlleiters 24' verläuft aber auch senkrecht zum Vektor des elek¬ trischen Feldes, welcher parallel zur Y-Richtung des Koppelhohlleiters 24' ausgebildet ist. Bei diesem Ausfüh¬ rungsbeispiel erstreckt sich somit die optische Achse 50 parallel zur X-Richtung des Koppelhohlleiters 24' und ebenfalls senkrecht zur Ausbreitungssrichtung einer H-,«-Welle im Koppelhohlleiter 24' , die somit durch das quer zu dieser stehende Gasentladungsrohr 28 hindurch¬ läuft.
Ansonsten ist das sechste Ausführungsbeispiel genauso auf¬ gebaut wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß diesbe¬ züglich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbei- spiel und die Beschreibung der einzelnen Teile verwiesen werden kann. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist lediglich auch noch das Einkoppelelement 14 zusammen mit der Mikrowellenspeicherstruktur 16 ebenfalls so abzu¬ stimmen, daß die in die Mikrowellenleitung 12 zurückgekop¬ pelte Leistung bei gezündetem Lasergas im Gasvolumen 44 nicht die Leistung ML des von der Mikrowellenquelle 10 kommenden Mikrowellenpulses übersteigt. Bei einem siebten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 10 ist in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbei¬ spiel eine Mikrowellenquelle 10 vorgesehen, welche über eine Mikrowellenleitung 12 und ein Einkoppelelement 14 einen Mikrowellenpuls einer Mikrowellenspeicherstruktur 16' zuführt. Diese MikrowellenspeicherStruktur 16' ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nicht als langge¬ streckte und mit einer Kurzschlußplatte abgeschlossene Struktur ausgebildet, sondern als Ring, welcher als Mikro¬ wellenentladungsstruktur 20 einen Koppelhohlleiter 110 um¬ faßt, der endseitig jeweils zwei 90° Bögen 112 und 114 aufweist, aus denen jeweils das Gasentladungsrohr 18 mit seinen beiden Enden 36 und 38 austritt. An diese beiden 90° Bögen 112 und 114 schließt sich ein U-förmig ausge¬ bildeter Speicherhohlleiter 116 an, welcher zusätzlich noch als das Einkoppelelement 14 einen Leistungseinkoppler oder Powercombiner mitumfaßt. Darüberhinaus ist in dem Speicherhohlleiter 116 noch ein E/H-Abstimmelement 118 an¬ geordnet, welches dazu dient, zusammen mit dem Einkoppel- element 14 eine Abstimmung in dem gesamten Ring, gebildet aus dem Speicherhohlleiter 116 und der Mikrowellenentla¬ dungsstruktur 20' herbeizuführen, so daß in der gesamten Mikrowellenspeicherstruktur 16' eine resonante Speicherung von Mikrowellenenergie erfolgen kann.
Das Einkoppelelement 14 ist zusammen mit der Mikrowellen¬ speicherstruktur 16' so abzustimmen, daß auch bei auftre¬ tender Gasentladung in dem Gasentladungsrohr 28 die in die Mikrowellenleitung 12 zurückgekoppelte Mikrowellenleistung die Leistung ML des von der Mikrowellenquelle erzeugten Mikrowellenpulses nicht übersteigt. Im übrigen funktioniert das siebte Ausführungsbeispiel vom Prinzip her genauso wie das erste Ausführungsbeispiel, das heißt von der Mikrowellenquelle 10 wird ein Mikrowellen¬ puls über die Mikrowellenleitung 12 und das Einkoppelele¬ ment 14 in die Mikrowellenspeicherstruktur 16 eingekoppelt und zwar so, das während des Einkoppeins des Pulses eine Speicherung der Mikrowellenenergie in der Mikrowellenspei¬ cherstruktur 16 erfolgt, so lange, bis das in dem Gasvo¬ lumen 44 des Gasentladungsrohrs 28 enthaltene Lasergas zündet und durch die Gasentladung sich im Resonator, ge¬ bildet von den Resonatorspiegeln 46 und 48, ein Laser¬ strahlungspuls L aufbaut.
Die Zündung des Lasergases im Gasvolumen 44 kann einer¬ seits durch Selbstzündung wie beim ersten Ausführungsbei¬ spiel oder durch alle Arten einer Vorionisation, wie in den Ausführungsbeispielen 2 bis 5 dargelegt, erfolgen, so daß diesbezüglich ebenfalls auf die Ausführungen in den entsprechenden Ausführungsbeispielen verwiesen werden kann.
Bei einem achten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen gepulsten Gasentladungslasersystems, dargestellt in Fig. 11 wird ebenfalls von der Mikrowellenquelle 10 über eine Mikrowellenleitung 12 ein Laserpuls in eine Mikrowellen¬ speicherstruktur 120 eingeleitet und zwar ebenfalls mittels eines Einkoppelelements 122, welches in diesem Fall eine Blende mit einer Koppelapertur 124 darstellt. Die Mikrowellenspeicherstruktur 120 umfaßt einen sich im Anschluß an das Einkoppelelement 122 erstreckenden Spei¬ cherhohlleiter 126, an welchen sich ein H-T-Element 128 anschließt, in dessen Fortsetzung ein Schalthohlleiter¬ stück 130 angeordnet ist, das seinerseits mittels einer Kurzschlußplatte 132 abgeschlossen ist.
Das H-T-Element umfaßt seinerseits ein Hohlleiterstück 134, welches mit gleichen Dimensionen wie der Speicher¬ hohlleiter 126 und koaxial zu diesem angeordnet ist, sowie einen Bogen 136, welcher sich an einer zur Längsachse 138 der Mikrowellenspeicherstruktur 120 parallelen Schmalseite 140 des Hohlleiterstücks 134 anschließt. In Fortsetzung des Bogens 136 ist noch ein Einkoppelhohlleiter 142 ange¬ ordnet, der sich ausgehend von dem Bogen 136 mit zuneh¬ mender Erstreckung von diesem weg in seiner Y-Dimension reduziert. Der Einkoppelhohlleiter 142 und der Bogen 136 bilden dabei eine als Ganzes mit 144 bezeichnete Mikrowel- lenentladungsgsstruktur 144, welche von dem Gasentladungs¬ rohr 28 durchsetzt ist, wobei das Gasentladungsrohr einer¬ seits aus einer Öffnung 146 im Bogen 136 und andererseits aus einer Öffnung 148 in einer den Einkoppelhohlleiter 142 auf einer dem Bogen 136 gegenüberliegenden Seite ange¬ ordneten Kurzschlußplatte 150 austritt.
Sowohl das erste Ende 36 als auch das zweite Ende 38 sind, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, mit einem ersten Brewsterfenster 40 bzw. einem zweiten Brewsterfenster 42 abgeschlossen. Darüberhinaus ist in Fortsetzung der ko¬ axial zum Gasentladungsrohr 28 verlaufenden Resonatorachse 50 der erste ResonatorSpiegel 46 und der zweite Resonator¬ spiegel 48 angeordnet. Bei diesem achten Ausführungsbeispiel ist die Mikrowellen¬ entladungsstruktur 144 nicht mehr Teil der Mikrowellen¬ speicherstruktur 120.
Bei einem von der Mikrowellenleitung 12 in die Mikrowel¬ lenspeicherstruktur 120 eingekoppelten Mikrowellenpuls wird die Mikrowellenenergie resonant in der Mikrowellen¬ speicherstruktur 120, die sich von dem Einkoppelelement 122 bis zur Kurzschlußplatte 132 erstreckt, gespeichert. Dabei wird keine Mikrowellenenergie in den Bogen 136 der Mikrowelleneinkopplungsstruktur 144 übergekoppelt.
Um eine derartige Überkopplung zu erreichen, ist in dem Schalthohlleiter 130 ein Schalter 152 angeordnet, welcher ein getriggerter oder ein selbstgetriggerter Hochdruck¬ oder Niederdruckgasentladungsschalter ist. Dieser Schalter 152 ist als Rohr 154 mit einem eingeschlossenen Gasvolumen 156 ausgebildet, wobei sich das Rohr mit einer Längsachse 158 parallel zur Y-Richtung des Schalthohlleiters 130 und somit parallel zum elektrischen Feld E in diesem er¬ streckt. Der Schalter 152 ist dabei in einem Abstand von einem Viertel der Hohlleiterwellenlänge von der Kurz- schlußplatte 132 angeordnet.
Der Schalter 152 ist geöffnet oder nicht durchgeschaltet, wenn in dem Gasvolumen innerhalb des Rohres 154 keine Gas¬ entladung erfolgt, so daß das Gasvolumen in dem Rohr 154 keine Auswirkung auf das den Schalthohlleiter 130 durch¬ setzende Stehwellenfeld hat. Wird jedoch in dem Gasvolumen innerhalb des Rohres 154 eine Gasentladung gezündet, so wirkt diese auf das sich auch in dem Schalthohlleiter 130 ausbreitende Stehwellenfeld und verschiebt dieses um ein Viertel der Hohlleiterwellenlänge, wenn der Schalter 152 um ein Viertel der Hohlleiterwellenlänge von der Kurz¬ schlußplatte 132 entfernt angeordnet ist.
Eine Zündung der Gasentladung in dem Gasvolumen 156 kann entweder dadurch erfolgen, daß das elektrische Feld der gespeicherten Mikrowellenenergie so groß ist, daß dies zu einer Selbstzündung der Gasentladung führt oder dadurch, daß eine Vollionisation in dem Gasvolumen 156 erfolgt, wobei diese Vorionisation in genau der gleichen Weise durchgeführt werden kann, wie in den Ausführungsbeispielen
2 bis 5 dargelegt.
Darüberhinaus ist das H-T-Element 128 so angeordnet, daß eine Öffnung 160 desselben zum Bogen 136 hin, auch als Tor
3 desselben bezeichnet, bei nichtdurchschaltetem Schalter 152 entkoppelt ist, das heißt aus dieser Öffnung keine Überkopplung der in der Mikrowellenspeicherstruktur 120 gespeicherten Mikrowellenenergie erfolgt. Schaltet der Schalter 152 durch, das heißt, findet eine Gasentladung in dem Gasvolumen 156 des Rohrs 154 statt, so führt dies zu einer Verstimmung der Mikrowellenspeicherstruktur 120 wobei sich das Stehwellenfeld in der Mikrowellenspei¬ cherstruktur 120 um ein Viertel der Hohlleiterwellenlänge verschiebt, so daß die gespeicherte Mikrowellenenergie über die Öffnung 160 in den Bogen 136 und somit in die Mikrowelleneinkopplungsstruktur 144 eingekoppelt wird, in welcher die Mikrowellenenergie zur Aufrechterhaltung der Gasentladung in dem Gasvolumen 44 dient. Im einfachsten Fall ist bei dem achten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die Gasentladung in dem Gasvolumen durch Selbstzündung kurz vor dem Ende des Mikrowellenpulses erfolgt, das heißt das elektrische Feld der eingekoppelten Mikrowellenenergie ist zu diesem Zeitpunkt so groß ist, daß das Lasergas in dem Gasvolumen 156 von selbst zündet.
Es ist aber auch möglich, in gleicher Weise wie bei den Ausführungsbeispielen 2 bis 5 durch eine Vorionisation in dem Gasvolumen 156 den Schalter 152 kurz vor dem Ende des Mikrowellenpulses zu schließen.
Um eine möglichst gleichmäßige Abnahme der elektrischen Feldstärke bei der eingekoppelten Mikrowellenenergie in der Mikrowelleneinkopplungsstruktur 144 zu erreichen, ist der Einkoppelhohlleiter 142 so ausgebildet, daß er sich in Y-Richtung mit zunehmender Erstreckung von dem Bogen 136 bis zur Kurzschlußplatte 150 verengt, so daß einer in dieser Richtung abnehmenden elektrischen Feldstärke Rech¬ nung getragen ist.
Bei einem neunten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 12 wird ebenfalls von der Mikrowellenquelle 10 über eine Mikrowellenleitung 12 und ein Einkoppelelement 122, welches ebenfalls durch eine Blende mit einer Koppelaper¬ tur 124 gebildet wird, ein Mikrowellenpuls in eine Mikro¬ wellenspeicherstruktur 120' eingekoppelt. Diese Mikrowel¬ lenspeicherstruktur 120' umfaßt ein sich an die Koppel¬ apertur 122 anschließendes erstes Speicherhohlleiterstück 170, einen sich an dieses anschließenden Bogen 172, ein
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