WO2010097301A1 - Bandleiterlaser mit einem instabilen resonator - Google Patents

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Stefan Ruppik
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Rofin Sinar Laser Gmbh
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    • H01S3/2232—Carbon dioxide (CO2) or monoxide [CO]

Definitions

  • the invention relates to a stripline laser with an unstable resonator, as he, for example, from
  • a laser gas is located between areally extended electrodes and their flat sides opposite one another. Between these electrodes, a narrow discharge space is formed, in which the laser gas, in particular CO2, is excited by a high-frequency voltage applied to the electrodes. Opposite the end faces of the narrow discharge space formed by the electrodes resonator mirrors are arranged to achieve a laser effect.
  • the resonator mirrors form an unstable resonator in a plane parallel to the flat sides of the electrodes. In this plane there is a free beam propagation, while in the plane perpendicular thereto the beam propagation is determined by the waveguide properties of the electrodes.
  • a stripline laser is a particular hybrid form of a CO 2 laser that does not correspond to a conventional CO 2 laser with free beam propagation within the resonator in all directions, nor a waveguide laser such as known from US 4,710,941 A1 ,
  • a CO 2 laser When operating a CO 2 laser, it is necessary to dissipate the heat input occurring during the gas discharge, so that there are sufficiently many CO 2 molecules in the ground state that can be pumped.
  • conventional gas-flowed CO 2 lasers with free beam propagation in all directions this is done using complex gas circulation systems in which the heated laser gas is passed through heat exchangers and cooled. In order to allow a sufficient gas exchange with cool laser gas even with closed around conventional waveguide lasers, is therefore in the
  • An essential technological advantage of a stripline laser compared to these two known conventional laser types is that the heat input occurring during the gas discharge can be dissipated efficiently by conduction via the electrodes, which are usually made of copper, so that excited CO 2 molecules quickly return to the ground state. fall. Cooling by heat transfer to the water-cooled electrodes is sufficient in such stripline lasers because the electrodes are relatively large in area and their mutual distance, which is typically a few millimeters, is relatively low, so that the trapped between the electrodes gas volume in relation to
  • Cooling surface is also relatively small. Since the discharge space formed by the electrodes is open on the longitudinal sides, a limited gas exchange is also possible on these long sides.
  • FIGS. 5 to 7 show that at certain switching frequencies f "resonance-like" power drops occur, wherein these "resonant" switching frequencies additionally depend on the pulse duty factor, ie on the coupled-in pulse power.
  • the laser beam thus no longer propagates in the desired direction on a system axis of the resonator optically downstream beam guidance and beam shaping system, which also has spatial filters or diaphragms among other things.
  • a part of the laser beam having a symmetrical, approximately Gaussian intensity distribution around its center axis is thus blanked or filtered out and is thus no longer available as useful power at the processing location.
  • the laser beam emerging directly from the resonator is indeed in power
  • the invention is based on the object of specifying a laser with an unstable resonator whose laser beam available at the processing location has at least approximately the same properties over the entire operating range.
  • a stripline laser with the features of claim 1.
  • a stripline laser is a laser gas between see extensive extended electrodes, which are arranged in pairs with their flat sides opposite one another and a narrow discharge space with a longitudinal extent and define a transverse extent and are connected to a clocked operated high-frequency generator. At least one of the electrodes is provided with a multiplicity of openings which, starting from their flat side facing away from the discharge space, extend as far as the discharge space.
  • the invention is based on the consideration that, due to the planar geometry of the narrow discharge space, regardless of whether this is completed on its longitudinal sides or end faces, two-dimensional acoustic resonance structures occur which lead to density modulation of the laser gas in the longitudinal and transverse directions. It has been found that the density modulations occurring in the transverse direction have a significantly higher influence on the beam position than the density modulations occurring in the longitudinal direction. By introducing passage openings, these density modulations, ie, in particular, the density modulation which occurs in the transverse direction and which particularly disturbs the stability of the beam position, are effectively suppressed.
  • the ratio of the total area of the openings and the area of the electrode is between 0.2% and 1%, both a significant suppression of the density modulation and the maintenance of the homogeneity of the discharge is ensured.
  • the density modulation can also be suppressed particularly efficiently if the surface density of the openings in the central region of the electrode is greater than at their lateral edges.
  • FIGS. 2 to 4 show a further embodiment of a stripline laser according to the invention in a side view on the longitudinal side, a cross section parallel to the transverse side and a plan view,
  • 5 to 7 each show a diagram in which the output power available at the processor location is plotted against the switching frequency for a stripline laser according to the invention and for a laser according to the prior art.
  • a stripline laser comprises an unstable resonator 2, in the exemplary embodiment shown a confocal unstable resonator of the negative branch, between whose concave resonator mirrors 4a and 4b a laser gas LG, in the exemplary embodiment a CO2 or CO gas mixture containing laser active medium, is located.
  • the excitation of the laser gas LG is effected by an electrical high-frequency discharge between two spaced-apart only in the millimeter range areally extended electrodes 6.
  • Such a strip conductor laser for example, in the above-cited US 4,719,639 A and EP 0 305 893 A2 explained in more detail.
  • the resonator mirrors 4a, b are arranged at a distance from the front sides of the electrodes 6, wherein the distance in the schematic representation of the figure is exaggerated and in practice also lies only in the millimeter range.
  • a laser beam LS emerges in addition to the resonator mirror 4a, which propagates on the optical system axis A in the ideal case.
  • the stripline laser are still one Series of optical components for beam guidance, such as deflection mirrors, and beam shaping, such as spatial filters and lenses, downstream, which are not shown for reasons of clarity in the figure and are used to guide the laser beam LS to the processor.
  • the coupling of the high frequency voltage HF generated by a high frequency generator is clocked (pulsed) with a freely variable (adjustable) switching frequency f, to allow easy control of the average output power of the stripline laser.
  • the electrodes 6 define a narrow cuboid discharge space 7 with a longitudinal extension 8 extending parallel to the system axis A between the resonator mirrors 4a, 4b and a transverse extension 10 perpendicular thereto.
  • the electrodes 6 are provided with terminals 12, 14 for the supply and removal of a flowing within the electrodes 6 cooling fluid F, with which the loss heat generated in the electrodes 6 and in the laser gas LG is dissipated.
  • At least one of the electrodes 6 is provided with a multiplicity of bores or openings 16 which, starting from their flat sides 17 facing away from the discharge space 7, extend into the discharge space 7 and fluidically surround same with a chamber 18 which likewise surrounds the entire resonator 2 and is filled with laser gas LG connect.
  • the openings 16 are each arranged in a plurality of spaced-apart and mutually parallel rows 19 transversely to the system axis A, ie parallel to the transverse direction or transverse extent 10.
  • Their diameter or their opening cross-section is dimensioned so that their total area is much smaller than that Surface of the electrodes 6, to ensure the homogeneity of the discharge and to avoid a disturbing reduction in power, but is sufficiently large to cause a significant suppression of the density modulation.
  • an area ratio for example, in a stripline laser with a nominal output power of 4.5 kW with an electrode surface, approximately 4 ⁇ 10 5 mm 2 ⁇ 74 openings 16 with a diameter of 3 mm are introduced. This corresponds to an area ratio of about 0.3%. They serve to suppress the particularly pronounced acoustic transverse vibration of the laser gas LG which is generated when the clocked high-frequency power is supplied at specific switching frequencies f.
  • the openings 16 may be circular in cross-section or have any other cross-sectional shapes, for example the shape of a slot.
  • the electrodes 6 are connected to each other via a plurality of spacers 20 which define their distance.
  • the use of spaced apart, relatively narrow spacers 20 ensures that a thermal expansion of the electrodes 6 in the longitudinal and in the transverse direction as little as possible resistance is opposed. As a result, bending of the electrodes 6 and an associated disturbance of the waveguide properties of the cavity formed by the electrodes 6 (discharge space 7) are largely avoided.
  • the openings 16 are formed by a channel extending vertically to the flat sides, which connects the discharge space 7 with the space located outside the electrodes 6. For reasons of clarity, the cooling channels running inside the electrodes 6 are not shown.
  • the openings 16 may be evenly distributed within a row, each with the same distance. In principle, however, it is advantageous if the openings 16 are located at least towards the center in an area in which the pressure maxima (oscillation bellies) of a stationary transverse vibration can be located. In the embodiment of Fig. 3, moreover, both electrodes 6 are provided with openings 16, so as to improve the suppression of the density modulations in this way, with low areal density of the openings 16 in each of the electrodes 6.
  • the openings 19 are regularly distributed on the electrode surface. In principle, however, it is also possible to arrange the openings 19 irregularly, in order to again avoid resonance-like density modulation possibly caused by a regular arrangement. Irrespective of whether there is a regular or irregular arrangement of the openings 19, it has been found that openings 16 arranged in the region of the longitudinal center axis of the electrode 6 contribute significantly more to suppressing the transversal density modulation than the lateral, longitudinally extending ones Edge of the electrode 6 arranged openings 16, so that it may be advantageous in the middle of the electrode 6 has a higher
  • Curves d, e and f in the graphs of Figs. 5 to 7 represent measurement results obtained with a 5 kW module stripline laser which, according to the present invention, has 176 openings 17 arranged in 22 rows is.
  • the curve d was recorded as well as the curve a at a duty cycle of 20%, curve e as well as the curve b at a duty cycle of 50% and curve f as well as the curve c at a duty cycle of 70%. It can be seen from the curves d, e and f that the power dips which can be detected in the curves a, b and c, respectively, at specific clock frequencies are practically avoided, without requiring an adjustment of one of the resonator mirrors, as described in DE 102 30 522 Al is proposed.

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Abstract

Bei einem Bandleiterlaser mit einem instabilen Resonator (2), bei dem sich ein Lasergas (LG) zwischen flächenhaft ausgedehnten Elektroden (6) befindet, die paarweise mit ihren Flachseiten einander gegenüberliegend angeordnet sind und einen schmalen Entladungsraum (7) mit einer Längsausdehnung (8) und einer Querausdehnung (10) festlegen und an einen getaktet betriebenen Hochfrequenzgenerator (HF) angeschlossen sind, ist zumindest eine der Elektroden (6) mit einer Vielzahl von Öffnungen (16) versehen, die sich ausgehend von ihrer dem Entladungsraum (7) abgewandten Flachseite bis zum Entladungsraum (7) erstrecken. Auf diese Weise ist ein stabiler Betrieb des Bandleiterlasers über einen großen Taktfrequenzbereich möglich.

Description

Beschreibung
Bandleiterlaser mit einem instabilen Resonator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bandleiterlaser mit einem instabilen Resonator, wie er beispielsweise aus der
US 4,719,639 A oder aus der EP 0 305 893 A2 bekannt ist.
Bei solchen ebenen diffusionsgekühlten Bandleiterlasern (Slablasern) befindet sich ein Lasergas zwischen flächenhaft ausgedehnten und mit ihren Flachseiten einander gegenüberliegenden Elektroden. Zwischen diesen Elektroden wird ein schma- ler Entladungsraum gebildet, in dem das Lasergas, insbesondere CO2, durch eine an die Elektroden angelegte Hochfrequenzspannung angeregt wird. Gegenüber den Stirnseiten des durch die Elektroden gebildeten schmalen Entladungsraumes sind zum Erzielen einer Laserwirkung Resonatorspiegel angeordnet. Die Resonatorspiegel bilden in einer parallel zu den Flachseiten der Elektroden liegenden Ebene einen instabilen Resonator. In dieser Ebene liegt eine freie Strahlpropagation vor, während in der dazu senkrechten Ebene die Strahlpropagation durch die Wellenleitereigenschaften der Elektroden bestimmt ist. Bei einem Bandleiterlaser handelt es sich demzufolge um eine besondere Hybridform eines Cθ2~Lasers, der weder einem konventionellen Cθ2~Laser mit freier Strahlpropagation innerhalb des Resonators in allen Richtungen, noch einem Wellenleiterlaser, wie er beispielsweise aus der US 4,710,941 Al bekannt ist, entspricht. Beim Betrieb eines Cθ2~Lasers ist es erforderlich, den bei der Gasentladung auftretenden Wärmeeintrag abzuführen, so dass ausreichend viele Cθ2-Moleküle im Grundzustand vorhanden sind, die gepumpt werden können. Bei konventionellen gasgeströmten Cθ2~Lasern mit freier Strahlpropagation in allen Richtungen geschieht dies mit Hilfe aufwendiger Gaszirkulationssysteme, bei denen das aufgeheizte Lasergas über Wärmetauscher geführt und abgekühlt wird. Um einen hinreichenden Gasaustausch mit kühlem Lasergas auch bei ringsum geschlossenen konventionellen Wellenleiterlasern zu ermöglichen, ist deshalb in der
US 4,710,941 Al vorgeschlagen worden, die Elektroden mit Perforationen zu versehen.
Wesentlicher technologischer Vorteil eines Bandleiterlasers gegenüber diesen beiden bekannten konventionellen Lasertypen ist nun, dass der bei der Gasentladung auftretende Wärmeeintrag durch Wärmeleitung über die in der Regel aus Kupfer bestehenden Elektroden effizient abgeführt werden kann, so dass angeregte Cθ2-Moleküle sehr schnell in den Grundzustand zurück- fallen. Eine Kühlung durch Wärmeübergang auf die mit Wasser gekühlten Elektroden ist bei solchen Bandleiterlasern ausreichend, da die Elektroden verhältnismäßig großflächig sind und ihr gegenseitiger Abstand, der typischerweise wenige Millimeter beträgt, verhältnismäßig gering ist, so dass das zwischen den Elektroden eingeschlossene Gasvolumen in Relation zur
Kühlfläche ebenfalls verhältnismäßig klein ist. Da der von den Elektroden gebildete Entladungsraum an den Längsseiten offen ist, ist außerdem auch an diesen Längsseiten ein begrenzter Gasaustausch möglich.
Bei den bekannten Bandleiterlasern hat sich gezeigt, dass es bei großflächigen Entladungsgeometrien, wie sie bei Hochleis- tungslasern im kW-Bereich erforderlich sind, im Pulsbetrieb bei bestimmten Schaltfrequenzen f einer getaktet über die großflächigen Elektroden in das laseraktive Medium eingespeisten Hochfrequenzleistung unabhängig davon, wie hoch die von der in den Resonator zwischen die Elektroden eingekoppelte Hochfrequenzleistung ist, zu Einbrüchen der am Einsatz- oder Prozessort verfügbaren Laserleistung kommt.
Dies ist in den graphischen Darstellungen gemäß Fig. 5 bis 7 zu erkennen, in denen der Messwert der am Prozessort verfügbaren Ausgangslaserleistung P eines herkömmlichen 5-kW-Moduls mit einer Elektrodenfläche von etwa 0,4 m2 gegen die Schaltfrequenz f für unterschiedliche Tastverhältnisse bei gleicher Pulshöhe der eingekoppelten Anregungsleistung aufgetragen ist. Die in Fig. 5, 6 und 7 in Kurven a, b bzw. c jeweils wiedergegebenen Messergebnisse wurden bei einem Tastverhältnis von 20%, 50% bzw. 70% erhalten. Den Fig. 5 bis 7 ist zu entnehmen, dass es bei bestimmten Schaltfrequenzen f zu „resonanzähnlichen" Leistungseinbrüchen kommt, wobei diese „resonanten" Schaltfrequenzen zusätzlich vom Tastverhältnis, d. h. von der eingekoppelten Pulsleistung abhängen.
Als Ursache hierfür wird vermutet, dass bedingt durch die Schaltfrequenz f der an den Elektroden getaktet angelegten Hochfrequenzspannung resonanzartige räumliche Entladungsstrukturen auftreten, die zu einer strukturierten und von der Schaltfrequenz f und vom Tastverhältnis abhängigen Modulation der Dichte des sich im Entladungsraum befindlichen Lasergases führen. Die damit einhergehenden Druck- und Temperaturänderun- gen bewirken eine Änderung des Brechungsindex des laseraktiven Mediums, so dass sich die Abbildungseigenschaften innerhalb des Resonators ändern und insbesondere bei einem konfokalen instabilen Resonator die Konfokalitätsbedingung nicht mehr erfüllt ist. Dies hat zur Folge, dass der aus dem Resonator austretende Laserstrahl nicht mehr parallel sondern unter einem Winkel zur von den Resonatorspiegeln gebildeten opti- sehen Achse aus dem Resonator austritt. Der Laserstrahl breitet sich somit nicht mehr in Sollrichtung auf einer Systemachse des dem Resonator optisch nachgeschalteten Strahlführungsund Strahlformungssystems aus, das unter anderem auch Raumfilter oder Blenden aufweist. Durch die Abweichung von der SoIl- richtung wird somit ein Teil des um seine Mittenachse eine symmetrische, annähernd eine gaußförmige Intensitätsverteilung aufweisenden Laserstrahls ausgeblendet bzw. ausgefiltert und steht somit am Prozessort nicht mehr als Nutzleistung zur Verfügung. Mit anderen Worten: Der unmittelbar aus dem Resona- tor austretende Laserstrahl ist zwar in seiner Leistung im
Wesentlichen unverändert, steht aber durch die schiefwinklige Ausbreitung zur System- oder Sollrichtung nicht mehr vollständig zur Verfügung.
Um die mit einer solchen Dichtemodulation einhergehende
Schwankung der Laserleistung am Prozessort zu vermeiden, wird in der DE 102 30 522 Al vorgeschlagen, die Abweichung der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls mit einem Lichtempfänger zu erfassen und zumindest einen der Resonatorspiegel in Abhän- gigkeit von dieser Abweichung derart zu verstellen, dass die Konfokalitätsbedingung wieder hergestellt wird.
Eine alternative Vorgehensweise wird in der DE 102 30 159 Al erläutert. Dort wird vermutet, dass die Strahllageänderung in erster Linie durch Querschwingungen verursacht sind, die aufgrund eines seitlich offenen Entladungsraumes auftreten können, während im Gegensatz hierzu Längsschwingungen nur eine untergeordnete Rolle spielen. Um solche Querschwingungen zu unterdrücken, wird vorgeschlagen, den seitlichen Spalt des Entladungsraumes zu verschließen, um dadurch ein seitliches Ausschwingen des Lasergases zu vermeiden. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch der erhöhte Fertigungsaufwand sowie die mit einer solchen Abdeckung zusätzlich einhergehenden technologischen Probleme wie beispielsweise Spannungsfestigkeit, thermische Ausdehnung und Beständigkeit gegenüber dem zwischen den Elektroden befindlichen Plasma. Darüber hinaus wird der bei offenem seitlichem Spalt mögliche Gasaustausch unterdrückt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Laser mit einem instabilen Resonator anzugeben, dessen am Prozessort verfügbarer Laserstrahl im gesamten Betriebsbereich wenigstens annähernd gleiche Eigenschaften aufweist.
Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Bandleiterlaser mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei einem solchen Bandleiterlaser befindet sich ein Lasergas zwi- sehen flächenhaft ausgedehnten Elektroden, die paarweise mit ihren Flachseiten einander gegenüberliegend angeordnet sind und einen schmalen Entladungsraum mit einer Längsausdehnung und einer Querausdehnung festlegen und an einen getaktet betriebenen Hochfrequenzgenerator angeschlossen sind. Zumindest eine der Elektroden ist mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen, die sich ausgehend von ihrer dem Entladungsraum abgewandten Flachseite bis zum Entladungsraum erstrecken.
Durch diese Maßnahme kann das Auftreten von resonanzartigen Einbrüchen der am Einsatz- oder Prozessort verfügbaren Laserleistung weitgehend vermieden werden. Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass aufgrund der flächenhaften Geometrie des schmalen Entladungsraumes unabhängig davon, ob dieser an seinen Längsseiten oder Stirnflächen abgeschlossen ist, zweidimensionale akustische Reso- nanzstrukturen auftreten, die zu Dichtemodulation des Lasergases in Längs- und Querrichtung führen. Dabei hat sich gezeigt, dass die in Querrichtung auftretenden Dichtemodulationen einen deutlich höheren Einfluss auf die Strahllage haben als die in Längsrichtung auftretenden Dichtemodulationen. Durch das Ein- bringen von Durchgangsöffnungen werden diese Dichtemodulationen, d.h. insbesondere auch die hinsichtlich der Stabilität der Strahllage besonders störenden, in Querrichtung auftretenden Dichtemodulationen wirksam unterdrückt.
Wenn die Öffnungen in einer Mehrzahl voneinander beabstandeter Reihen angeordnet sind, die sich parallel zur Querausdehnung erstrecken, werden quer zur Längsausdehnung auftretende Dichtemodulationen besonders wirksam unterdrückt.
Wenn das Verhältnis aus Gesamtfläche der Öffnungen und Fläche der Elektrode zwischen 0,2 % und 1 % beträgt, ist sowohl eine signifikante Unterdrückung der Dichtemodulationen als auch die Aufrechterhaltung der Homogenität der Entladung gewährleistet.
Die Dichtemodulationen können außerdem besonders effizient unterdrückt werden, wenn die Flächendichte der Öffnungen im Mittenbereich der Elektrode größer ist als an ihren seitlichen Rändern .
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Bandleiterlaser in einer perspektivischen Prinzipdarstellung,
Fig. 2 bis 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bandleiterlasers in einer Seitenansicht auf die Längsseite, einem Querschnitt parallel zur Querseite und einer Draufsicht,
Fig. 5 bis 7 jeweils ein Diagramm, in dem die am Prozessort verfügbare Ausgangsleistung gegen die Schaltfrequenz für einen erfindungsgemäßen Bandleiterla- ser und für einen Laser nach dem Stand der Technik aufgetragen ist.
Gemäß Fig.l umfasst ein Bandleiterlaser einen instabilen Resonator 2, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein konfokaler instabiler Resonator des negativen Zweigs, zwischen dessen konkaven Resonatorspiegeln 4a und 4b sich ein Lasergas LG, im Ausführungsbeispiel ein CO2 oder CO als laseraktives Medium enthaltendes Gasgemisch, befindet. Die Anregung des Lasergases LG erfolgt durch eine elektrische Hochfrequenzentladung zwi- sehen zwei voneinander nur im Millimeterbereich beabstandeten flächenhaft ausgedehnten Elektroden 6. Ein solcher Bandleiterlaser ist beispielsweise in der eingangs zitierten US 4,719,639 A und der EP 0 305 893 A2 näher erläutert.
Die Resonatorspiegel 4a, b sind von den Stirnseiten der Elektroden 6 beabstandet angeordnet, wobei der Abstand in der Prinzipdarstellung der Figur übertrieben eingezeichnet ist und in der Praxis ebenfalls nur im Millimeterbereich liegt.
Aus dem Resonator 2 tritt neben dem Resonatorspiegel 4a ein Laserstrahl LS aus, der sich im Idealfall auf der optischen Systemachse A ausbreitet. Dem Bandleiterlaser sind noch eine Reihe von optischen Komponenten zur Strahlführung, beispielsweise Umlenkspiegel, und Strahlformung, beispielsweise Raumfilter und Linsen, nachgeordnet, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nicht dargestellt sind und zur Führung des Laserstrahls LS zum Prozessort dienen.
Die Einkopplung der von einem Hochfrequenzgenerator erzeugten Hochfrequenzspannung HF erfolgt getaktet (gepulst) mit einer frei variierbaren (einstellbaren) Schaltfrequenz f, um eine einfache Steuerung der mittleren Ausgangsleistung des Bandleiterlasers zu ermöglichen.
Die Elektroden 6 legen einen schmalen quaderförmigen Entladungsraum 7 mit einer sich zwischen den Resonatorspie- geln 4a, 4b parallel zur Systemachse A erstreckenden Längsausdehnung 8 und einer dazu senkrechten Querausdehnung 10 fest. Die Elektroden 6 sind mit Anschlüssen 12, 14 für die Zu- bzw. Abführung eines innerhalb der Elektroden 6 strömenden Kühlfluids F versehen, mit dem die in den Elektroden 6 und im Lasergas LG erzeugte Verlustwärme abgeführt wird.
Wenigstens eine der Elektroden 6 ist mit einer Vielzahl von Bohrungen oder Öffnungen 16 versehen, die sich ausgehend von ihren dem Entladungsraum 7 abgewandten Flachseiten 17 bis in den Entladungsraum 7 erstrecken und diesen mit einem den gesamten Resonator 2 umgebenden ebenfalls mit Lasergas LG gefüllten Kammer 18 fluidisch verbinden. Die Öffnungen 16 sind jeweils in einer Mehrzahl voneinander beabstandeter und zueinander paralleler Reihen 19 quer zur Systemachse A, d. h. parallel zur Querrichtung oder Querausdehnung 10 angeordnet. Ihr Durchmesser bzw. ihr Öffnungsquerschnitt ist so dimensioniert, dass ihre Gesamtfläche wesentlich kleiner ist als die Fläche der Elektroden 6, um die Homogenität der Entladung zu gewährleisten und eine störende Verringerung der Leistung zu vermeiden, aber hinreichend groß ist, um eine signifikante Unterdrückung der Dichtemodulationen zu bewirken. In der Pra- xis hat sich ein Flächenverhältnis zwischen Querschnittsfläche der Öffnungen 16 (ohne Berücksichtigung eventuell vorhandener Fasen) und Fläche der Elektrode 6 (=Flächendichte der Öffnungen 16) zwischen 0,2% und 1% als vorteilhaft herausgestellt. So sind beispielsweise in einem Bandleiterlaser mit einer nominellen Ausgangsleistung von 4,5kW mit einer Elektrodenfläche etwa 4 • 105mm2 74 Öffnungen 16 mit einem Durchmesser von 3mm eingebracht. Dies entspricht einem Flächenverhältnis von etwa 0,3%. Sie dienen zur Unterdrückung der bei Einspeisung der getakteten Hochfrequenzleistung bei bestimmten Schaltfre- quenzen f entstehenden und besonders ausgeprägten akustischen Querschwingung des Lasergases LG. Die Öffnungen 16 können dabei im Querschnitt kreisrund sein oder beliebige andere Querschnittsformen, beispielsweise die Form eines Schlitzes, aufweisen .
Gemäß Fig. 2 bis 4 sind die Elektroden 6 über eine Mehrzahl von Abstandhaltern 20 miteinander verbunden, die ihren Abstand festlegen. Durch die Verwendung von voneinander beabstandeten, relativ schmalen Abstandhaltern 20 ist sichergestellt, dass einer thermischen Ausdehnung der Elektroden 6 in Längs- und in Querrichtung möglichst wenig Widerstand entgegengesetzt wird. Dadurch sind ein Verbiegen der Elektroden 6 und eine damit verbundene Störung der Wellenleitereigenschaften des von den Elektroden 6 gebildeten Hohlraumes (Entladungsraum 7) weitge- hend vermieden. Im Schnittbild der Fig. 3 ist außerdem zu erkennen, dass die Öffnungen 16 durch einen vertikal sich zu den Flachseiten erstreckenden Kanal gebildet werden, der den Entladungsraum 7 mit dem außerhalb der Elektroden 6 befindlichen Raum verbin- det. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die im Inneren der Elektroden 6 verlaufenden Kühlkanäle nicht dargestellt. Die Öffnungen 16 können innerhalb einer Reihe gleichmäßig mit jeweils zueinander gleichem Abstand verteilt sein. Prinzipiell ist es jedoch von Vorteil, wenn sich die Öffnungen 16 zumin- dest zur Mitte hin in einem Bereich befinden, in dem sich die Druckmaxima (Schwingungsbäuche) einer stehenden Querschwingung befinden können. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind außerdem beide Elektroden 6 mit Öffnungen 16 versehen, um auf diese Weise bei geringer Flächendichte der Öffnungen 16 in jeder der Elektroden 6 die Unterdrückung der Dichtemodulationen zu verbessern .
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 - 4 sind die Öffnungen 19 regelmäßig auf der Elektrodenfläche verteilt. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Öffnungen 19 unregelmäßig anzuordnen, um wiederum durch eine regelmäßige Anordnung möglicherweise verursachte resonanzähnliche Dichtemodulationen zu vermeiden. Unabhängig davon ob eine regelmäßige oder unregelmäßige Anordnung der Öffnungen 19 vorliegt, hat sich herausge- stellt, dass im Bereich der Längsmittenachse der Elektrode 6 angeordnete Öffnungen 16 deutlich mehr zur Unterdrückung der in Querrichtung verlaufenden Dichtemodulationen beitragen, als die am seitlichen, sich in Längsrichtung erstreckenden Rand der Elektrode 6 angeordneten Öffnungen 16, so dass es von Vorteil sein kann, in der Mitte der Elektrode 6 eine höhere
Flächendichte der Öffnungen 16 (Gesamtfläche der Öffnungen pro Flächeneinheit) vorzusehen, als am seitlichen Rand. Die höhere Flächendichte im Mittenbereich kann dabei durch die Anzahl der Öffnungen 16 und/oder durch die Größe der Öffnungen 16 eingestellt werden, indem im letzteren Fall deren Abmessungen zum Rand hin abnehmen.
Die Kurven d, e und f in den Diagrammen der Fig. 5 bis 7 geben Messergebnisse wieder, die mit an einem Bandleiterlaser mit einem 5 kW-Modul gewonnen wurden, der gemäß der vorliegenden Erfindung mit 176 in 22 Reihen angeordneten Öffnungen 17 ver- sehen ist. Die Kurve d wurde ebenso wie die Kurve a bei einem Tastverhältnis von 20%, Kurve e ebenso wie die Kurve b bei einem Tastverhältnis von 50% und Kurve f ebenso wie die Kurve c bei einem Tastverhältnis von 70% aufgenommen. Den Kurven d, e und f ist zu entnehmen, dass die in den Kurven a, b bzw. c jeweils bei bestimmten Taktfrequenzen erkennbaren Leistungseinbrüche praktisch vermieden sind, ohne dass es hierzu einer Verstellung eines der Resonatorspiegel bedarf, wie dies in der DE 102 30 522 Al vorgeschlagen wird.

Claims

Ansprüche
1. Bandleiterlaser mit einem instabilen Resonator (2), bei dem sich ein Lasergas (LG) zwischen flächenhaft ausgedehnten Elektroden (6) befindet, die paarweise mit ihren Flachseiten einander gegenüberliegend angeordnet sind und einen schmalen Entladungsraum (7) mit einer Längsausdehnung (8) und einer Querausdehnung (10) festlegen und an einen getaktet betriebenen Hochfrequenzgenerator (HF) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Elektroden (6) mit einer Vielzahl von Öffnungen (16) versehen ist, die sich ausgehend von ihrer dem Entladungsraum (7) abgewandten Flachseite bis zum Entladungsraum (7) erstrecken.
2. Bandleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungen (16) in einer Mehrzahl voneinander beabstandeter Reihen (19) angeordnet sind, die sich parallel zur Querausdehnung (10) erstre- cken.
3. Bandleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verhältnis aus Gesamtfläche der Öffnungen (16) und Fläche der Elektrode (6) zwischen 0,2 % und 1 % beträgt.
4. Bandleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Flächendichte der Öffnungen (16) im Mittenbereich der Elektrode (6) größer ist als an ihren seitlichen Rändern.
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