WO2016016307A1 - Gaslaseranregungsanordnung mit einer hochfrequenzanschlussleitung - Google Patents

Gaslaseranregungsanordnung mit einer hochfrequenzanschlussleitung Download PDF

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WO2016016307A1
WO2016016307A1 PCT/EP2015/067387 EP2015067387W WO2016016307A1 WO 2016016307 A1 WO2016016307 A1 WO 2016016307A1 EP 2015067387 W EP2015067387 W EP 2015067387W WO 2016016307 A1 WO2016016307 A1 WO 2016016307A1
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WO
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gas laser
electrode
connection line
shield
frequency connection
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/067387
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Schwandt
Gerold Mahr
Stefan Knupfer
Sergej FRIESEN
Original Assignee
Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of WO2016016307A1 publication Critical patent/WO2016016307A1/de

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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
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
    • 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
    • H01S3/09705—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser with particular means for stabilising the discharge
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22—Gases
    • H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/2232—Carbon dioxide (CO2) or monoxide [CO]

Definitions

  • High-frequency connection line which is connectable to a power source at a first connection point and at a second connection point to a gas laser electrode, in particular to at least one feed point, is connected.
  • High power lasers with light outputs> 500 W can be used with the
  • Laser processing can be used, for example, for marking metals or non-metals, for cutting, welding and processing of materials such. Metals.
  • the design of industrial lasers is chosen to maximize efficiency and maximize performance. They are determined by the ability of the gas laser to dissipate unwanted heat. The removal of heat can either by diffusion to cooled walls or by the circulation of the laser gas respectively .
  • the present invention is particularly concerned with diffusion-cooled lasers.
  • the gas discharge is usually by feeding
  • electrical power generated in particular often by electrical high frequency power.
  • the supply of electrical power via electrodes.
  • the high frequency power is injected at one or more feed points at the electrode.
  • gas lasers in particular CO2 lasers
  • the power distribution of the gas discharge should be symmetrical to the extension of the gas laser.
  • a gas laser usually has one or more pairs of electrodes, each having two electrodes, one of which is usually at a resting potential, for. B. is ground, and the other at one
  • High frequency connection line can affect the electric field at an electrode, whereby symmetrization difficult or even impossible.
  • Object of the present invention is therefore, a
  • Gas laser excitation arrangement to provide, with the most symmetrical gas discharge can be achieved in a discharge gap.
  • Gas laser excitation arrangement with a high-frequency connection line, the is connectable to a power source at a first connection point and at a second connection point to a gas laser electrode, in particular to at least one feed point is connected, wherein in a first region in which both a portion of
  • High-frequency connection line and a portion of the gas laser electrode is arranged, a shield between the
  • a feed-in point may have one or more feed-in points or a feed-in area.
  • the high-frequency connection line is designed to lead at least the electrical power required to excite the gas laser from the first connection point to the second connection point.
  • it may be designed to additionally guide the power reflected by the gas laser. In particular, it may be designed to also guide an apparent power from the first connection point to the second connection point.
  • the feed point can be arranged on the side of the electrode facing away from the gas discharge. An electric field may then propagate along the side away from the gas discharge and propagate further at the edges of the electrode within the gas discharge space so that the shield disposed in the first and second regions may conduct the electric field.
  • the shield may be designed symmetrically in the first and second regions to the feed point, so that the electric field in the first region has the same propagation velocity as in the second region.
  • a feed-in point that is, for example, several feed-in points or feed-in areas can define a feed-in level.
  • Feed level can be a plane of symmetry for the arrangement of the
  • the first area may be designed so that between the first area
  • High frequency power line and the shield is a high-frequency electric field is established when high-frequency power is passed from the first connection point to the second connection point.
  • the second area preferably no or a much lower high-frequency electric field is built up.
  • Shielding in the first range is adjustable. Furthermore, the
  • High-frequency connection line in the first region have a predetermined distance, in particular a constant predetermined distance to the electrode and / or the shield.
  • the shield is particularly preferred if, in a defined region in which the discharge of the gas laser is to be symmetrical, the shield
  • the defined area encompasses the first area and the second area.
  • the influence of the high-frequency connection line can be kept low if the shield is connected to ground.
  • the shield may extend along the entire gas laser electrode, wherein at least one recess is provided in the shield, through the high-frequency connection line to a
  • Feed-in is performed. This ensures that the gas laser electrode can also be connected to the high-frequency connection line.
  • feed points can be provided, which are arranged symmetrically with respect to the center of the electrode and are provided for feeding in the power, in particular the same power.
  • the center of the electrode can be a center point.
  • center of the electrode a center plane or a
  • Central axis be provided. In principle, it is conceivable that several high-frequency connection lines are provided, each leading to a feed point. Alternatively, however, it is also conceivable that a connecting line is routed to several feed points.
  • Feed-in points are chosen so that one possible
  • the high-frequency connection line may extend at least partially at a distance substantially parallel to the gas laser electrode, in particular in the longitudinal direction of the gas laser electrode substantially parallel.
  • the gas laser electrode in particular in the longitudinal direction of the gas laser electrode substantially parallel.
  • High frequency connection line obliquely to the axis of the gas laser or obliquely to an orientation of the gas laser electrode extends.
  • Essential for the Invention is that a shield between the
  • High-frequency connection line and the gas laser electrode is provided, however, the vote also extends to a wider area in which the high-frequency connection line is not present.
  • the shield at least partially at a distance substantially parallel to the gas laser electrode, in particular in the longitudinal direction of the gas laser electrode in
  • High frequency connection line is surrounded by the gas discharge.
  • the gas laser electrode may be arranged in the region of a discharge gap, wherein the laser gas is diffusion-cooled in the discharge gap.
  • the gas laser excitation arrangement thus preferably comprises a
  • diffusion-cooled laser or is designed as such.
  • the high-frequency connection line can at least partially or
  • the high-frequency connection line may have an outer conductor, which forms part of the shield. It is understood that the outer conductor of the high-frequency connection line can form only a part of the shielding, since according to the invention yes, a shield is provided in a region in which no high-frequency connection line is present.
  • High-frequency connection line in the first region changes, by the design of the high-frequency connection line a
  • Adjustment elements can thus be dispensed with.
  • the diameter or the width of the high-frequency connection line changes continuously at least in one area.
  • the diameter or the width of the high-frequency connection line changes continuously at least in one area.
  • the diameter or the width changes continuously in a region of a stepped change.
  • the change of the diameter or the width is thus not abrupt, but steadily. This can be a good one
  • Impedance matching can be achieved.
  • a housing which is designed as a shield.
  • the housing may be connected to ground.
  • FIG. 1 shows a partial sectional view through a diffusion-cooled gas laser excitation arrangement according to the invention
  • Fig. 2a shows a resulting power and temperature distribution
  • FIG. 2b shows a desired temperature distribution in a coaxial laser
  • FIG 3 is an enlarged view of the gas laser excitation arrangement in the region of a feed point.
  • Fig. 4 is a schematic representation for clarification of
  • FIG. 1 shows a diffusion-cooled gas laser excitation arrangement 1 in a partial sectional view.
  • the gas laser excitation assembly 1 has an outer electrode 2 in which cooling tubes 3 for a coolant are arranged.
  • the outer electrode 2 is formed of metal and connected to ground. Directly below the electrode 2 is the Discharge gap 4.
  • the second electrode is identified by the reference numeral 5.
  • the second electrode 5 is a dielectric 6, which may be composed of several different material layers.
  • the power supply is based on the length of the electrode 5 centrally at the point 10th
  • a power distribution according to FIG. 2a can result when the power is fed in centrally.
  • the temperature T and the power P are plotted.
  • the extension of the laser is applied in the longitudinal direction. The performance decreases
  • the discharge gap 4 is located between the electrode 2 and the electrode 5.
  • the electrodes 2 and 5 are coaxial with each other
  • a high-frequency connection line I Ia, I Ib is connected to a power source 20, which generates a high-frequency power.
  • the high-frequency connection line runs in its section I Ib within the electrode 5 and substantially parallel to the latter
  • Electrode 5 is a shield 22 in a first region 21
  • the shield 22 has in the region of the feed point 10 a recess 7, through which the high-frequency connection line I Ib led to the electrode 5. In a second region 23, the shield 22 is also provided. In this area 23, however, is no
  • the shield 22 is connected to ground as well as the electrode 2. Im shown
  • Embodiment extend electrode 2, shield 22 and
  • Sections I Ib of the high-frequency connection line substantially parallel to each other. Also in the second region 23, the shield 22 extends parallel to the electrode. 5
  • Electrode surface symmetrical to the feed point 10 in one
  • discharge gap 4 Distribute discharge area (discharge gap 4).
  • the electrode 5 is decoupled by the shield 22 from the high frequency supply, in particular the high frequency connection line I Ib.
  • the shield 22 is not only provided in the area of high-frequency supply, but in the entire discharge area. The high frequency supply and the
  • Discharge geometry are decoupled in this way from each other.
  • the shield 22 is thus provided not only on the left of the feed point 10 but also on the right of the feed point 10. Both mass and the high frequency supply have a different local potential than the
  • the shield 22 is inserted along the entire electrode surface.
  • FIG. 4 shows a gas laser excitation arrangement 1 'in the form of a slab laser. Between an electrode 2 ', which is connected to ground, and an electrode 5' there is a discharge gap 4 '. The electrode 5 'is connected to the power source 20 via a high frequency connection line I Ia', I Ib '. In a first region 21 'is between the section I Ib' of the high-frequency connection line and the electrode 5 'a
  • Shield 22 ' is provided, which is connected to ground. Right next to the feed point 10 ', only the shield 22' is provided, but not a high-frequency connection line. Thus, only the shield 22 'and a part of the electrode 5' are provided in the area 23 '.
  • the shield 22 ' has a recess 7' through which the electrode 5 'can be contacted. It can be seen that the width B of the high-frequency connection line I Ib 'decreases stepwise to the feed point 10'. The transition between the steps, however, is continuous, which can be seen at the point 24 '. This results in an impedance adjustment.

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Abstract

Eine Gaslaseranregungsanordnung (1, 1') mit einer Hochfrequenzanschlussleitung (11b, 11b'), die an einer ersten Anschlussstelle an eine Leistungsquelle anschließbar ist und an einer zweiten Anschlussstelle an eine Gaslaser-Elektrode (5, 5'), insbesondere an zumindest einer Einspeisestelle (10, 10'), angeschlossen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Bereich (21, 21'), in dem sowohl ein Abschnitt (11b, 11b') der Hochfrequenzanschlussleitung als auch ein Abschnitt der Gaslaser-Elektrode (5, 5') angeordnet ist, eine Abschirmung (22, 22') zwischen der Hochfrequenzanschlussleitung (11b, 11b') und der Elektrode (5, 5') vorgesehen ist, wobei die Abschirmung (22, 22') sich auch in einen zweiten Bereich (23, 23') erstreckt, in dem lediglich ein zweiter Abschnitt der Gaslaser-Elektrode (5, 5') angeordnet ist.

Description

Gaslaseranregungsanordnung mit einer
Hochfrequenzanschlussleitung
Die Erfindung betrifft eine Gaslaseranregungsanordnung mit einer
Hochfrequenzanschlussleitung, die an einer ersten Anschlussstelle an eine Leistungsquelle anschließbar ist und an einer zweiten Anschlussstelle an eine Gaslaserelektrode, insbesondere an zumindest eine Einspeisestelle, angeschlossen ist.
Hochleistungslaser mit Lichtleistungen > 500 W können bei der
Laserbearbeitung eingesetzt werden, beispielsweise zum Markieren von Metallen oder Nichtmetallen, zum Schneiden, Schweißen und Bearbeiten von Materialien, wie z.B. Metallen.
Das Design von industriellen Lasern wird so gewählt, dass ein möglichst großer Wirkungsgrad und eine maximale Leistung erzielt werden. Sie werden bestimmt durch die Fähigkeit des Gaslasers, unerwünschte Wärme abzuführen. Das Abführen von Wärme kann entweder durch Diffusion zu gekühlten Wandungen oder durch die Umwälzung des Lasergases erfolgen . Die vorliegende Erfindung befasst sich insbesondere mit diffusionsgekühlten Lasern .
Zur Anregung eines Gaslasers wird in der Regel eine Gasentladung generiert. Die Gasentladung wird in der Regel durch Einspeisung
elektrischer Leistung generiert, insbesondere oftmals durch elektrische Hochfrequenzleistung . Die Einspeisung der elektrischen Leistung erfolgt über Elektroden . Die Hochfrequenzleistung wird an einer oder mehreren Einspeisestellen an der Elektrode eingekoppelt.
Bei Gaslasern, insbesondere CO2-Lasern, muss darauf geachtet werden, dass sich eine über die Erstreckung des Entladungsraums möglichst gleichförmige Gastemperatur einstellt. Dazu sollte die Leistungsverteilung der Gasentladung symmetrisch zu der Erstreckung des Gaslasers sein .
Ein Gaslaser weist in der Regel eine oder mehrere Elektrodenpaare auf, die jeweils zwei Elektroden aufweisen, wovon eine in der Regel auf einem ruhenden Potential, z. B. Masse liegt, und die andere an einer
Leistungsquelle angeschlossen ist. Problematisch ist, dass eine
Hochfrequenzanschlussleitung das elektrische Feld an einer Elektrode beeinflussen kann, wodurch eine Symmetrierung erschwert oder gar unmöglich gemacht wird .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Gaslaseranregungsanordnung bereit zu stellen, mit der eine möglichst symmetrische Gasentladung in einem Entladungsspalt erreicht werden kann .
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine
Gaslaseranregungsanordnung mit einer Hochfrequenzanschlussleitung, die an einer ersten Anschlussstelle an eine Leistungsquelle anschließbar ist und an einer zweiten Anschlussstelle an eine Gaslaser-Elektrode, insbesondere an zumindest eine Einspeisestelle, angeschlossen ist, wobei in einem ersten Bereich, in dem sowohl ein Abschnitt der
Hochfrequenzanschlussleitung als auch ein Abschnitt der Gaslaser- Elektrode angeordnet ist, eine Abschirmung zwischen der
Hochfrequenzanschlussleitung und der Elektrode vorgesehen ist, wobei die Abschirmung sich auch in einen zweiten Bereich erstreckt, in dem lediglich ein zweiter Abschnitt der Gaslaser-Elektrode angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dass sich das elektrische Feld und damit der Entladungsbereich entlang der Elektrodenfläche symmetrisch zu der oder den Einspeisestellen ausbreitet und damit eine möglichst gleichförmige Gastemperatur einstellbar ist. Eine Einspeisestelle kann einen oder mehrere Einspeisepunkte oder einen Einspeisebereich aufweisen.
Die Hochfrequenzanschlussleitung ist dabei ausgelegt, zumindest die elektrische Leistung, die zur Anregung des Gaslasers erforderlich ist, von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu führen.
Insbesondere kann sie ausgelegt sein, zusätzlich die von dem Gaslaser reflektierte Leistung zu führen. Insbesondere kann sie ausgelegt sein, auch eine Scheinleistung von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu führen.
Die Einspeisestelle kann auf der der Gasentladung abgewandten Seite der Elektrode angeordnet sein. Ein elektrisches Feld kann sich dann entlang der der Gasentladung abgewandten Seite ausbreiten und an den Kanten der Elektrode weiter innerhalb des Gasentladungsraums ausbreiten, so dass die im ersten und zweiten Bereich angeordnete Abschirmung das elektrische Feld führen kann. Die Abschirmung kann im ersten und zweiten Bereich symmetrisch zur Einspeisestelle ausgeführt sein, so dass das elektrische Feld im ersten Bereich die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist wie im zweiten Bereich.
Eine Einspeisestelle, das heißt zum Beispiel mehrere Einspeisepunkte oder Einspeisebereiche können eine Einspeisebene definieren. Die
Einspeisebene kann eine Symmetrieebene für die Anordnung der
Abschirmungen im ersten und zweiten Bereich darstellen.
Der erste Bereich kann so ausgelegt sein, dass zwischen der
Hochfrequenzanschlussleitung und der Abschirmung ein hochfrequentes elektrisches Feld aufgebaut wird, wenn Hochfrequenzleistung von der ersten Anschlussstelle zu der zweiten Anschlussstelle geleitet wird. Im zweiten Bereich wird dabei vorzugsweise kein oder ein sehr viel geringeres hochfrequentes elektrisches Feld aufgebaut. Weiterhin kann die
Hochfrequenzanschlussleitung an der ersten Anschlussstelle eine
vordefinierte Impedanz aufweisen, die mit der kapazitiven und/oder induktiven Kopplung zwischen Hochfrequenzanschlussleitung und
Abschirmung im ersten Bereich einstellbar ist. Weiterhin kann die
Hochfrequenzanschlussleitung im ersten Bereich einen vorgegebenen Abstand, insbesondere einen gleichbleibenden vorgegebenen Abstand, zur Elektrode und/oder zur Abschirmung aufweisen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn in einem definierten Bereich, in dem die Entladung des Gaslasers symmetrisch sein soll, die Abschirmung
vorgesehen ist. Der definierte Bereich umfasst dabei den ersten Bereich und den zweiten Bereich. Somit kann eine Abschirmung im gesamten Entladungsbereich, in dem eine symmetrische Entladung erwünscht ist, vorgesehen sein, also insbesondere auch in Bereichen, in denen keine Hochfrequenzanschlussleitung verläuft.
Der Einfluss der Hochfrequenzanschlussleitung kann gering gehalten werden, wenn die Abschirmung mit Masse verbunden ist.
Die Abschirmung kann sich entlang der gesamten Gaslaser-Elektrode erstrecken, wobei zumindest eine Aussparung in der Abschirmung vorgesehen ist, durch die Hochfrequenzanschlussleitung zu einer
Einspeisestelle geführt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Gaslaser- Elektrode auch an die Hochfrequenzanschlussleitung angeschlossen werden kann.
Es können mehrere Einspeisestellen vorgesehen sein, die symmetrisch bezüglich der Elektrodenmitte angeordnet sind und zur Einspeisung der Leistung, insbesondere der gleichen Leistung, vorgesehen sind. Bei der Elektrodenmitte kann es sich dabei um einen Mittelpunkt handeln.
Außerdem kann als Elektrodenmitte eine Mittenebene oder eine
Mittelachse vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es denkbar, dass mehrere Hochfrequenzanschlussleitungen vorgesehen sind, die jede zu einer Einspeisestelle führt. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass eine Anschlussleitung zu mehreren Einspeisestellen geführt wird. Die
Einspeisestellen werden dabei so gewählt, dass eine möglichst
symmetrische Entladung im Entladungsspalt erreicht werden kann.
Die Hochfrequenzanschlussleitung kann zumindest teilweise in einem Abstand im Wesentlichen parallel zu der Gaslaser-Elektrode, insbesondere in Längsrichtung der Gaslaser-Elektrode im Wesentlichen parallel, verlaufen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die
Hochfrequenzanschlussleitung schräg zur Achse des Gaslasers bzw. schräg zu einer Ausrichtung der Gaslaserelektrode verläuft. Wesentlich für die Erfindung ist, dass eine Abschirmung zwischen der
Hochfrequenzanschlussleitung und der Gaslaser-Elektrode vorgesehen ist, sich die Abstimmung jedoch auch in einen weiteren Bereich erstreckt, in dem die Hochfrequenzanschlussleitung nicht vorhanden ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Abschirmung zumindest teilweise in einem Abstand im Wesentlichen parallel zu der Gaslaser- Elektrode, insbesondere in Längsrichtung der Gaslaser-Elektrode im
Wesentlichen parallel, verläuft.
Für das Erreichen des Ziels einer gleichförmigen oder symmetrischen Gasentladung kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die
Hochfrequenzanschlussleitung von der Gasentladung umgeben ist.
Die Gaslaserelektrode kann im Bereich eines Entladungsspalts angeordnet sein, wobei das Lasergas im Entladungsspalt diffusionsgekühlt ist. Die Gaslaseranregungsanordnung umfasst somit vorzugsweise einen
diffusionsgekühlten Laser bzw. ist als solcher ausgebildet.
Auch wenn die Abschirmung von der Gasentladung umgeben ist, kann sich dies vorteilhaft auf die Symmetrie der Gasentladung im Entladungsspalt auswirken.
Die Hochfrequenzanschlussleitung kann zumindest teilweise bzw.
abschnittsweise in der inneren Elektrode eines Koaxiallasers angeordnet sein. Alternativ kann die Gaslaser-Elektrode als flächige Elektrode ausgebildet sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich um einen Slab-Laser handelt. Die Hochfrequenzanschlussleitung kann einen Außenleiter aufweisen, der einen Teil der Abschirmung bildet. Es versteht sich, dass der Außenleiter der Hochfrequenzanschlussleitung nur einen Teil der Abschirmung bilden kann, da erfindungsgemäß ja auch eine Abschirmung in einem Bereich vorgesehen ist, in dem keine Hochfrequenzanschlussleitung vorhanden ist.
Wenn sich der Durchmesser oder die Breite der
Hochfrequenzanschlussleitung in dem ersten Bereich ändert, kann durch die Ausgestaltung der Hochfrequenzanschlussleitung eine
Impedanzanpassung durchgeführt werden. Auf zusätzliche
Anpassungsglieder kann somit verzichtet werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sich der Durchmesser oder die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung zumindest in einem Bereich stetig ändert. Außerdem kann vorgesehen sein, dass sich der
Durchmesser oder die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung
stufenförmig ändert. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich in einem Bereich einer stufenförmigen Änderung der Durchmesser oder die Breite stetig ändert. Die Änderung des Durchmessers oder der Breite erfolgt somit nicht sprungartig, sondern stetig. Dadurch kann eine gute
Impedanzanpassung erreicht werden.
Um die Gaslaseranregungsanordnung vor externen Hochfrequenzfeldern zu schützen, kann ein Gehäuse vorgesehen sein, das als Schirmung ausgebildet ist. Insbesondere kann das Gehäuse mit Masse verbunden sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine teilweise Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße diffusionsgekühlte Gaslaseranregungsanordnung;
Fig. 2a eine sich ergebende Leistungs- und Temperaturverteilung
eines Koaxial-Lasers bei mittiger Leistungseinspeisung ohne erfindungsgemäße Ausgestaltung;
Fig. 2b eine gewünschte Temperaturverteilung bei einem Koaxial- Laser;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Gaslaseranregungsanordnung im Bereich einer Einspeisestelle;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der
Erfindung anhand eines Slab-Lasers.
Die Figur 1 zeigt eine diffusionsgekühlte Gaslaseranregungsanordnung 1 in einer teilweisen Schnittdarstellung. Die Gaslaseranregungsanordnung 1 weist eine äußere Elektrode 2 auf, in der Kühlrohre 3 für ein Kühlmittel angeordnet sind. Die äußere Elektrode 2 ist aus Metall ausgebildet und mit Masse verbunden. Direkt unterhalb der Elektrode 2 befindet sich der Entladungsspalt 4. Die zweite Elektrode ist mit der Bezugsziffer 5 gekennzeichnet.
Über der zweiten Elektrode 5 befindet sich ein Dielektrikum 6, das aus mehreren unterschiedlichen Materialschichten aufgebaut sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Leistungseinspeisung bezogen auf die Länge der Elektrode 5 mittig an der Stelle 10.
Bei einem Koaxiallaser, wie er in der Figur 1 gezeigt ist, kann sich bei mittiger Einspeisung der Leistung eine Leistungsverteilung gemäß der Figur 2a ergeben. In vertikaler Richtung sind die Temperatur T und die Leistung P aufgetragen. In horizontaler Richtung ist die Erstreckung des Lasers in Längsrichtung aufgetragen. Die Leistung nimmt einen
unsymmetrischen Verlauf über die Länge bzw. Längserstreckung des Lasers ein. Dies führt auch zu einem Temperaturverlauf T, wie er in der Figur 2a gezeigt ist. Gewünscht ist jedoch ein Temperaturverlauf T, wie er in der Figur 2b dargestellt ist, d.h. eine konstante Temperatur über die Länge des Lasers.
In der vergrößerten Darstellung der Figur 3 ist zu erkennen, dass sich zwischen der Elektrode 2 und der Elektrode 5 der Entladungsspalt 4 befindet. Dabei sind die Elektroden 2 und 5 koaxial zueinander
angeordnet. Eine Hochfrequenzanschlussleitung I Ia, I Ib ist an eine Leistungsquelle 20 angeschlossen, die eine Hochfrequenzleistung erzeugt. Die Hochfrequenzanschlussleitung verläuft in ihrem Abschnitt I Ib innerhalb der Elektrode 5 und im Wesentlichen parallel zu deren
Erstreckungsrichtung. Zwischen der Anschlussleitung I Ib und der
Elektrode 5 ist in einem ersten Bereich 21 eine Abschirmung 22
vorgesehen. Die Abschirmung 22 weist im Bereich der Einspeisestelle 10 eine Aussparung 7 auf, durch die die Hochfrequenzanschlussleitung I Ib zur Elektrode 5 geführt ist. In einem zweiten Bereich 23 ist ebenfalls die Abschirmung 22 vorgesehen. In diesem Bereich 23 ist jedoch keine
Hochfrequenzanschlussleitung vorhanden. Die Abschirmung 22 ist ebenso wie die Elektrode 2 mit Masse verbunden. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel verlaufen Elektrode 2, Abschirmung 22 und
Abschnitte I Ib der Hochfrequenzanschlussleitung im Wesentlichen parallel zueinander. Auch im zweiten Bereich 23 verläuft die Abschirmung 22 parallel zu der Elektrode 5.
Durch diese Anordnung kann sich das elektrische Feld entlang der
Elektrodenfläche symmetrisch zu der Einspeisestelle 10 in einem
Entladungsbereich (Entladungsspalt 4) verteilen. Die Elektrode 5 wird durch die Abschirmung 22 von der Hochfrequenzzufuhr, insbesondere der Hochfrequenzanschlussleitung I Ib, entkoppelt. Die Abschirmung 22 ist dabei nicht nur im Bereich der Hochfrequenzzufuhr vorgesehen, sondern im gesamten Entladungsbereich. Die Hochfrequenzzufuhr und die
Entladungsgeometrie werden auf diese Weise voneinander entkoppelt. Die Abschirmung 22 ist somit nicht nur links der Einspeisestelle 10 sondern auch rechts der Einspeisestelle 10 vorgesehen. Sowohl Masse als auch die Hochfrequenzzufuhr weisen ein anderes lokales Potential als die
eigentliche Elektrode 5 auf. Um diese Wechselwirkung zu unterdrücken, wird die Abschirmung 22 entlang der gesamten Elektrodenoberfläche eingesetzt.
Der Teil der Hochfrequenzanschlussleitung I Ib, der koaxial zur Elektrode 5 und zur Abschirmung 22 verläuft, verringert seinen Durchmesser stufenförmig bis zur Einspeisestelle 10. Der Übergang von einem
Durchmesser zu einem anderen Durchmesser ist jedoch stetig
ausgestaltet, was an der Stelle 24 zu erkennen ist. Die Figur 4 zeigt eine Gaslaseranregungsanordnung 1' in Form eines Slab- Lasers. Zwischen einer Elektrode 2', die mit Masse verbunden ist, und einer Elektrode 5' befindet sich ein Entladungsspalt 4'. Die Elektrode 5' ist über eine Hochfrequenzanschlussleitung I Ia', I Ib' an die Leistungsquelle 20 angeschlossen. In einem ersten Bereich 21' ist zwischen dem Abschnitt I Ib' der Hochfrequenzanschlussleitung und der Elektrode 5' eine
Abschirmung 22' vorgesehen, die mit Masse verbunden ist. Rechts neben der Einspeisestelle 10' ist lediglich die Abschirmung 22' vorgesehen, nicht jedoch eine Hochfrequenzanschlussleitung. Somit sind im Bereich 23' lediglich die Abschirmung 22' und ein Teil der Elektrode 5' vorgesehen. Die Abschirmung 22' weist eine Aussparung 7' auf, durch die hindurch die Elektrode 5' kontaktiert werden kann. Zu erkennen ist, dass sich die Breite B der Hochfrequenzanschlussleitung I Ib' stufenförmig bis zur Einspeisestelle 10' verringert. Der Übergang zwischen den Stufen erfolgt jedoch stetig, was an der Stelle 24' zu erkennen ist. Dadurch erfolgt eine Impedanzanpassung.

Claims

Patentansprüche
1. Gaslaseranregungsanordnung (1, 1') mit einer
Hochfrequenzanschlussleitung (I Ib, I Ib'), die an einer ersten Anschlussstelle an eine Leistungsquelle anschließbar ist und an einer zweiten Anschlussstelle an eine Gaslaser-Elektrode (5, 5'),
insbesondere an zumindest einer Einspeisestelle (10, 10'),
angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Bereich (21, 21'), in dem sowohl ein Abschnitt (I Ib, I Ib') der Hochfrequenzanschlussleitung als auch ein Abschnitt der Gaslaser- Elektrode (5, 5') angeordnet ist, eine Abschirmung (22, 22') zwischen der Hochfrequenzanschlussleitung (I Ib, I Ib') und der Elektrode (5, 5') vorgesehen ist, wobei die Abschirmung (22, 22') sich auch in einen zweiten Bereich (23, 23') erstreckt, in dem lediglich ein zweiter Abschnitt der Gaslaser-Elektrode (5, 5') angeordnet ist.
2. Gaslaseranregungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem definierten Bereich, in dem die
Entladung des Gaslasers symmetrisch sein soll, die Abschirmung (22, 22') vorgesehen ist.
3. Gaslaseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (22, 22') mit Masse verbunden ist.
4. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschirmung (22, 22') entlang der gesamten Gaslaser-Elektrode (5, 5') erstreckt, wobei zumindest eine Aussparung (7, 7') in der Abschirmung (22, 22') vorgesehen ist, durch die die Hochfrequenzanschlussleitung (I Ib, I Ib') zu einer Einspeisestelle (10, 10') geführt ist.
5. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hochfrequenzanschlussleitung (I Ib, I Ib') zumindest teilweise in einem Abstand im Wesentlichen parallel zu der Gaslaser-Elektrode (5, 5'), insbesondere in Längsrichtung der Gaslaser-Elektrode (5, 5') im Wesentlichen parallel, verläuft.
6. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (22, 22') zumindest teilweise in einem Abstand im Wesentlichen parallel zu der Gaslaser-Elektrode (5, 5'), insbesondere in Längsrichtung der Gaslaser-Elektrode (5, 5') im Wesentlichen parallel, verläuft.
7. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaslaser-Elektrode (5, 5') im Bereich eines Entladungsspalts (4, 4') angeordnet ist, wobei das Lasergas im Entladungsspalt (4, 4') diffusionsgekühlt ist.
8. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hochfrequenzanschlussleitung (I Ib) zumindest teilweise in der inneren Elektrode (5) eines Koaxial-Lasers angeordnet ist.
9. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaslaser-Elektrode (5') als flächige Elektrode ausgebildet ist.
10. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hochfrequenzanschlussleitung einen Außenleiter aufweist, der einen Teil der Abschirmung bildet.
11. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser oder die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung (I Ib, I Ib') in dem ersten Bereich (21, 21') ändert.
12. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser oder die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung (I Ib, I Ib') zumindest in einem Bereich stetig ändert.
13. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser oder die Breite der Hochfrequenzanschlussleitung stufenförmig ändert.
14. Gaslaseranregungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse vorgesehen ist, das als Schirmung ausgebildet ist.
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