DE1764910C - Cathode for an optical transmitter or amplifier for coherent radiation - Google Patents
Cathode for an optical transmitter or amplifier for coherent radiationInfo
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Description
weil das eine niedrige Austrittsarbeit der Elektronen- AnschluGleiter 128 der Kaltkathode 112 ist aus dembecause that is a low work function of the electron connection slider 128 of the cold cathode 112 from the
emission aufweisende adsorbierte Alkalimetall sich Entladungsgefäß nach außen geführt, in a«s innereemission-exhibiting adsorbed alkali metal discharge vessel led to the outside, in a «s inner
mindestens bis zu einem gewissen Grade in den Poren der Kathode 112 wird eine kleine Μ«βρ ones A«a-at least to a certain extent in the pores of the cathode 112 a small Μ «βρ ones A« a-
der Isolatormasse befindet und vor allem der unter limetalls, wie Kalium, aus einem VorratsbeifflBrthe insulator mass and especially the under limetalls, such as potassium, from a VorratsbeifflBr
dem Einfluß der einzelnen Teilchen des adsorbierten 5 über ein Rohr 130, das anschließend «»f**™?}the influence of the individual particles of the adsorbed 5 via a pipe 130, which is then «» f ** ™?}
Alkalimetalls stehende Bereich der Isolatorober- wird, eingebracht. Ferner ist ein KeramiKemsarz u*Alkali metal standing area of the insulator top is introduced. Furthermore, a ceramic resin is u *
fläche als leitende Fläche wirkt. Wenn sich benach- mit einer kleinen öffnung 134, z. B. einem lochι vuusurface acts as a conductive surface. If there is a small opening 134, e.g. B. a lochι vuu
barte leitende Gebiete gegenseitig überlappen, was 2,5 bis 3,8 mm Durchmesser vorgesehen 'weicne mcbarte conductive areas overlap each other, which provided 2.5 to 3.8 mm diameter 'weicne mc
bei ausreichenden Mengen an adsorbiert m Alkali- einzige Verbindung zwischen dem Roür lio una uciwith sufficient amounts of adsorbed m alkali - only connection between the Roür lio una uci
metall der FaU ist, so besteht zwischen du· eingebet- io Kaltkathode 112 darstellt Das Entladungsgefäß_ desmetal of FaU, there is between the embedded cold cathode 112 representing the discharge vessel
teten Elektrode und der Außenfläche der Isolator- Lasers ist mit einem stimuherbarem Oas, z, B. einemteten electrode and the outer surface of the isolator laser is with a stimuherbarem oas, e.g. a
masse eine einwandfrei elektrisch leitende Verbin- Gemisch aus Helium und Neon, mit einem uasurui.«.I made a perfectly electrically conductive compound mixture of helium and neon, with a uasurui. «.
dung von erheblich weniger als lOTorr gefüllt.dung of considerably less than lOTorr is filled.
Wegen der Anordnung der Kathode in einem End- Wenn die Leiter 122 an em geeignetes P°s™;^s raum des Gefäßes wird eine etwaige Entaktivierung 15 Potential und der Leiter 128 an em geeignetes negau der Kathode infolge Verlustes von adsorbiertem Al- ves Potential angeschlossen werden, tntt eine ^asenikaiimetall der Kathodenoberfläche im Betrieb lau- ladung von der Oberfläche der Schient 126 Hören aie fend durch den Vorgang der Katsphorese ausgegli- Öffnung 134, das enge Rohr ».1, de" e™e"e"„ chen Ebenso ist der durch ungewollte überhitzung Teil 102, das Rohr 100. den erwehrten Teil 104l unu der Kathode verursachte Verlust an Alkalimetall nur 20 das enge Rohr 114 zur Elektrode 11K der Anooe 110 vorübergehend. Und zwar kehrt der größte Teil des auf, und im Rohr 100 entsteht Licht. Wenn man, wie Alkalimetalls nach dem Abkühlen der Kathode wie- in der Lasertechnik bekannt, die Entladungsrohre in der zur großen wirksamen Kathodenfläche zurück, da einem optischen Resonator zwischen zwei parallelen das Alkalimetall stärker an der entblößten Isolator- Spiegelflächen (nicht gezeigt; an«rdne*' ^eren eine fläche haftet als an sich selbst, so daß das Zurück- a5 sich außerhalb des Fensters 106 und deren anbleiben von Tröpfchen an anderen Stellen des Gefä- dere sich außerhalb des Fensters 108 befindet, sodau ßcs verhindert wird. Die Kathode erholt sich also von das durch die entsprechenden Fenstrr »inf|urcniiedurch Überhitzung verursachten Schaden selbst, so tende Licht auf diese Spiegelflachen fallt, tntt Laserdaß nach einer Erholzeit von ungefähr einer Stunde wirkung unter Erzeugung kohärenten Licntes am. der normale Betrieb wieder aufgenommen werden 30 Das Arbeiten der Kaltkathode 112 hangt davon aD, kann . daß eine bestimmte Menge des in die Entladungs-Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfin- röhre des Lasers eingeblachten Alkalimetall von der dune sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. porösen Schicht 126 aus Aluminiumoxid, das eineBecause of the arrangement of the cathode in an end if the conductor 122 to em suitable ° P ™ s; ^ s space of the vessel a possible deactivation is 15 potential and the conductor 128 of em suitable Negau the cathode due to the loss of adsorbed Al ves potential be connected tntt a ^ asenikaiimetall the cathode surface during operation lauryl charge from the surface of splints 126 Listen aie fend through the process of Katsphorese compensated opening 134, the narrow tube ".1," e ™ e "e" "chen de Likewise, the loss of alkali metal caused by unwanted overheating, the pipe 100, the reinforced part 104l and the cathode, only the narrow pipe 114 to the electrode 11K of the anode 110 is temporary 100 arises light. If, as alkali metal by cooling the cathode how-known in the laser technology, the back discharge tubes in the effective amount for large cathode area, since an optical resonator between zwe i parallel the alkali metal more closely to the exposed insulator mirror surfaces (not shown; older to "Rdne * '^ a surface liable as so that the rewind a 5 to remain on the droplet at other sites of particular Gefä- is outside the window 108, sodau SSCS is prevented to itself outside the window 106, and . The cathode thus recovers from this through the corresponding window in f | u rcniiedurch overheating damage caused themselves, tend light falls on these mirror surfaces, tntt Laserdaß after a recovery time of approximately one hour effective coherent to produce Licntes on. the normal operation to be resumed 30 The operation of the cold cathode 112 depends thereof aD can. that a certain amount of the alkali metal from the dune which is injected into the discharge developments and configurations of the invention tube of the laser is characterized in the subclaims. porous layer 126 of alumina, the one
Der Erfindungsgedanke wird im folgenden an hohe Affinität für das Alkalimetall hat adsoroiertThe idea of the invention is adsorbed in the following to have a high affinity for the alkali metal
Hand von Avsfühningsbeispielen in Verbindung mit 35 wird. Obwohl nicht die gesamte Oberflache der poro-Hand of avsfühningsbeispielen in connection with 35 will. Although not the entire surface of the poro-
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt sen Schicht 126 mit ^50^^,.^31,1,"?6^'^the drawing explained in more detail. It shows sen layer 126 with ^ 50 ^^,. ^ 31 , 1 , "? 6 ^ '^
Fie 1 einen Gas-Laser mit einer Ausführungs- deckt ist, ist gleichwohl etwas Alkalimetall innernainIf a gas laser is covered with an embodiment, there is nevertheless some alkali metal inside
form der erfindungsgemäßen Kaltkathode, der Poren der Schicht 126 adsorbiert Fern« wurdeform of the cold cathode according to the invention, the pores of the layer 126 being adsorbed
FiK 2 eine andere Ausführungsforrr. der erfin- gefunden, daß das einzelne Außer.hullenelektron derFiK 2 another embodiment. who invented that the individual outer shell electron of
dungsgemäßen Kaltkathode, 40 adsorbierten Alkalimetallatome sich ze.tweihg mner-according to the cold cathode, 40 adsorbed alkali metal atoms are
Fig 3 eine dritte Ausführungsform der erfin- halb der umgebenden OberflachenmoleKule des iso-3 shows a third embodiment of the invention of the surrounding surface molecules of the iso-
dungsgemäßen Kaltkathode. lators in der unmittelbaren Nachbarschaftues betref-proper cold cathode. lators in the immediate vicinity
F ig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der fenden Äikaiimetaiiaioms au.na.t,^es »at Z1JrMg.Fig. 1 illustrates an embodiment of the fenden Äikaiimetaiiaioms au.na.t, ^ es »at Z 1 JrMg.
Erfindung, die sich besonders für eine Gasentla- daß ein kleines Gebiet der Oberflache der Isolator-Invention, which is particularly suitable for a gas discharge that a small area of the surface of the insulator
dungsröhre eines Gaslasers eignet. Die Entladungs- 45 schicht 126 in der Nachbarschaft und unter dem Ein-pipe of a gas laser is suitable. The discharge 45 layer 126 in the vicinity and under the
röhre besteht aus einem Rohr 100 mit einem Durch- fluß der einzelnen adsorbierten Alkalimetallatome ef-tube consists of a tube 100 with a flow of the individual adsorbed alkali metal atoms ef-
messer von einigen Millimetern, das einen ersten er- fektiv als Leiter statt als Isolator wirkt. Wenn daher,diameter of a few millimeters, which initially acts as a conductor instead of an insulator. Therefore, if
weiterten Teil 102 am einen Ende mit einem zweiten wie es der Fall ist, die Anzahl der vorhandenen ad-extended part 102 at one end with a second as is the case, the number of existing ad-
erweiterten Teil 1β4 am anderen Ende verbindet. Die sortierten Alkalimetallatome genügend grob ist, soextended part connects 1β4 at the other end. The sorted alkali metal atoms are sufficiently coarse so
erweiterten Teile 102 und 104 sind jeweils durch 50 dab cie entsprechenden Einflußgebiete der einzelnenExtended parts 102 and 104 are each divided by 50 dab cie corresponding areas of influence of the individual
Brewster-Fenstei 106 bzw. 108 abgeschlossen. ad orbierten Alkalimetallatome sich gegenseitig uber-Brewster windows 106 and 108, respectively. ad orbited alkali metal atoms mutually superimposed
Mit dem ersten erweiterten Teil 102 ist über ein ein lappen oder ineinandergreifen, wirkt die gesamteWith the first enlarged part 102 is a lap or mesh, the whole acts
verengtes Halsstück bildendes Rohr 110 ein Katho- Oberfläche des Isolators als Leiter Da der Isolatorconstricted throat forming tube 110 a catho surface of the insulator as a conductor Da the insulator
denraum mit einer Kaltkathode 112 verbunden. Ent- porös ist, enthält seine effektive Oberfläche, an derthe space connected to a cold cathode 112. Is ent- porous, contains its effective surface on which
sprechend ist mit dem zweiten erweiterten Teil 104 55 die Alkalimeta» atome adsorbiert sind die mikrosko-In other words, with the second extended part 104 55 the alkali metal atoms are adsorbed, the microscopic
über ein Rohr 114 ein Anodenraum mit einer Anode pisch feinen gewundenen Wege durch die ™zahhgenAn anode space with an anode pisch fine winding paths through the ™ tooth via a tube 114
116 verbunden. Die Anode 116 besteht aus der Poren in der Isolatorschicht 126. Es wrd folglichι die116 connected. The anode 116 consists of the pores in the insulator layer 126. It wrd accordingly
Elektrode 118, deren elektrische Anschlußleiter 120 eingebettete Wendelelektrode 124 über einen Lei-Electrode 118, the electrical connection conductor 120 of which is embedded spiral electrode 124 via a line
Die Kaltkathode 112 besteht aus einer Wendel- Da jedoch die Schicht 126 aus einem zerstäubungsfeelektrode 124 aus z. B. Wolfram, die in eine Schicht sten Isolator wie Aluminiumoxid besteht, ist die heraus porösem Isoliermaterial 126, beispielsweise Alu- stäubung dieses Kaltkathodenmatenals im Betneb miniumoxid (Al2 Os) eingebettet ist. Die Isolator- der Laser-Gasentladungsrohre vernachlassigbar geschieht 126 ist an der Seitenwand und dem rückwärti- 65 ring, j . j η · ί. Α ΑΟΆ een Ende des die Kaltkathode 112 enthaltenden End- Beispielsweise wurde in der Praxis gefunden, dall Faumes des Entladungsgefäßes angebracht. Ein am die Kaltkathode gemäß einer Aushihmngsform der Ende der Wendelelektrode 124 befestigter elektrischer Erfindung bei Verwendung in einer Laser-Gasentla-The cold cathode 112 consists of a helix. However, since the layer 126 consists of a sputtering electrode 124 made of, for. B. tungsten, which consists in a layer of most insulator such as aluminum oxide, is the out porous insulating material 126, for example aluminum sputtering of this Kaltkathodenmatenals in Betneb miniumoxid (Al 2 O s ) is embedded. The insulator of the laser gas discharge tubes is negligible 126 is on the side wall and the rear ring, j. j η. Α Α Ο Ά een end of the end containing the cold cathode 112, For example, it has been found in practice that the discharge vessel is attached to the end. An electrical invention attached to the cold cathode according to a cutout of the end of the helical electrode 124 when used in a laser gas discharge
dungsröhre selbst nach 2000stündigem Dauerbetrieb nition angeordnet sein. Wenn dagegen, wie es im vor-tion tube even after 2000 hours of continuous operation. If, on the other hand, as it was
noch nicht durch Zerstäubung oder anderweitig gelit- liegenden Fall tatsächlich zutrifft, die KaltkathodeThe cold cathode does not yet actually apply due to sputtering or other failures
ten, d. h. sich in ihren Eigenschaften verschlechtert 112 mit dem übrigen Teil des Gefäßes lediglich überth, ie deteriorates in their properties 112 with the rest of the vessel only over
hatte. Die für diesen Versuch * verwendete Laser-Gas- das Rohr 110 verbunden ist, so befindet sich diehad. The laser gas used for this experiment * is connected to the tube 110 , so is the
entladungsröhre war mit einem Quarzrohr 100 mit 5 Kaltkathode 112 innerhalb eines »Endraumes« desThe discharge tube was with a quartz tube 100 with 5 cold cathodes 112 within an "end space" of the
einem Innendurchmesser von 3 mm und einer effekti- Gefäßes.an inner diameter of 3 mm and an effekti-vessel.
ven Länge von 75 cm ausgerüstet und mit einem Ge- F i g. 2 und 3 zeigen andere mögliche Ausführungs-equipped with a length of 75 cm and a Ge F i g. 2 and 3 show other possible embodiments
misch aus Helium- und Neongas gefüllt, wobei als formen der Kaltkathode.A mixture of helium and neon gas filled with a cold cathode as a form.
Aktivatoralkalimetall für die Kaltkathode Kalium In Fig. 2 besteht die Kaltkathode 212 aus einerActivator Alkali Metal for the Cold Cathode Potassium In FIG. 2, the cold cathode 212 consists of a
verwendet wurde. io Netz- oder Maschenelektrode 224 aus Wolfram, diehas been used. io net or mesh electrode 224 made of tungsten, the
Ein weiteres Merkmal, wie erwähnt, besteht darin, in eine poröse Aluminiumoxidschicht 226 eingebettet
daß die Kaltkathode 112 zwar entaktiviert wird, ist. Diese Aluminiumoxidschicht 226 ist unter Freilaswenn
sie unter abnormalen Betriebsbedingungen sung eines Zwischenraums gegenüber dem Keramikstark
überhitzt wird, so daß übermäßig viel Alkalime- einsatz 232 an den Wänden des die Kaltkathode 212
lall verdampft und sich auf der kälteren Gefäßober- 15 enthaltenden Teils der Laser-Gasentladungsröhre anflächc
niederschlägt, daß diese Entaktivierung jedoch gebracht. Das Entladungsrohr 200, das bei dieser
nur vorübergehend ist, weil das Alkalimetall, das sich AusiuiiAingsform dem Entladungsrohr 100 nach
auf der Gefäßwand abgesetzt hat, schließlich ver- Fig. 1 entspricht, ist koaxial zur Kaltkathode 112
dampft und größtenteils auf der Aluminiumoxid- angeordnet und mit dieser lediglich durch die kleine
schicht 126 kondensiert, die eine größere Affinität für ao öffnung 234 in einem zylindrischen Keramikeinsatz
Alkalimetall hat als alle sonstigen Teile der Laser- 232 verbunden. Das Alkalimetall wird in die Kaltka-Gasentladungsröhre.
Die Kaltkathode 112 ist also thode 212 aus einem Behälter durch die öffnung 230
nach Schädigung »selbstheilend«, so daß nach einer vor deren Abschmelzen eingebracht. Ferner ist ein
Erholungszeit von ungefähr einer Stunde der normale Anschlußleiter 228 vorgesehen.
Betrieb wieder aufgenommen werden kann. as Die in F i g. 3 dargestellte Kaltkathode 312 enthältAnother feature, as mentioned, is embedded in a porous aluminum oxide layer 226 so that the cold cathode 112 is deactivated, although it is deactivated. This aluminum oxide layer 226 is exposed if, under abnormal operating conditions, it is severely overheated with respect to the ceramic, so that an excessive amount of alkali metal insert 232 evaporates on the walls of the cold cathode 212 and settles on the part of the laser gas discharge tube containing the colder vessel surface surface is reflected that this deactivation, however, brought about. The discharge tube 200, which is only temporarily in this because the alkali metal AusiuiiAingsform the discharge tube 100 has dropped down at the vessel wall, eventually comparable FIG. 1 corresponds, is evaporated coaxially to the cold cathode 112 and largely arranged on the alumina and with this only condensed by the small layer 126 , which has a greater affinity for ao opening 234 in a cylindrical ceramic insert alkali metal than all other parts of the laser 232 connected. The alkali metal is in the Kaltka gas discharge tube. The cold cathode 112 is therefore method 212 from a container through the opening 230 "self-healing" after damage, so that it is introduced before it melts. A recovery time of approximately one hour is also provided for normal lead 228 .
Operation can be resumed. The in F i g. 3 includes cold cathode 312 shown
Ferner werden etwaige Verluste an Alkalimetall Elektroden 324 in Form einer Mehrzahl von in eine vom Kathodengebiet im Betrieb infolge von Erwär- Aluminiumoxidmasse 326 eingebetteten Wolframmung und Zerstäubung laufend durch kataphoreti- drähten. Die einzelnen Wolframdrähte sind jeweils sehe Vorgänge ersetzt. Der kataphoretische Effekt mit einem frei liegenden Ende, das einen Durchkommt zustande, da die AlkalimetaUatome bei der 30 messer von 0,25 ram haben kann, unmittelbar dem Entladung leicht ionisiert werden und infolge ihrer Gas in der Laser-Gasentladungsröhre ausgesetzt, positiven Ladung zur negativen Kathode zurückgezo- Mit ihren anderen Enden sind die Wolframdrähte an gen werden. einen nach außen geführten Leiter 328 angeschlos-In addition, any losses at alkali metal electrodes 324 in the form of a plurality of tungsten and atomization embedded in the cathode region during operation as a result of the heating aluminum oxide mass 326 are continuously monitored by cataphoretic wires. The individual tungsten wires have been replaced in each case. The cataphoretic effect with an exposed end, which, as the AlkalimetaUatome may include a through concluded have ram at the 30 diameter of 0.25, immediately d em discharge are easily ionized and exposed as a result of their gas in the laser gas discharge tube, the positive charge for negative cathode withdrawn- With their other ends the tungsten wires are to be gene. an externally led conductor 328 connected
Damit die Kataphorese wirksam werden kann, sen. Die Kaltkathode 312 ist mit dem übrigen Teil
muß die Kaltkathode 112 in einem Endraum der Gas- 35 der Gasentladungsröhre lediglich über eine kleine
entladungsröhre angwrdnet sein. Der Ausdruck öffnung 334 in einem Keramikeinsatz 332 gekoppelt.
»Endraum« bedeutet hier, daß mit diesem Teil kein Das Alkalimetall wird in die Kaltkathode 312 aus
anderer Teil oder Bereich des Gasentladungsgefäßes einem Behälter durch die öffnung 330 vor deren Abmit
Ausnahme des Teils, in dem die Anode 118 an- schmelzen eingebracht. Die Ausführungsform nach
geordnet ist und durch den die Gasentladung erfolgt, 40 F i g. 3 eignet sich besonders für Impulslaser, beiverbunden
ist. Das heißt, wenn in F i g. 1 sich (wie es spielsweise Argon-Impulslaser, bei denen die frei lietatsächlich
nicht der Fall ist) unmittelbar rechts von genden Enden der Elektroden 324 sehr hohe Spitzender
Kaltkathode 112 ein weiterer zusätzlicher Teil entladungsströme (in der Größenordnung von 100 A)
des Gasentladungsröhrengefäßes befände, in den Gas während jedes Impulses ermöglichen,
diffundieren kann, ohne daß eine Entladung in ihm 45 Der poröse Isolator (126, 226, 326) der Kathode
stattfindet, so würde die Kaltkathode 112 nicht in besteht vorzugsweise aus Teilchen mit einer Teilcheneinem
»Endraum« des Gefäßes im Sinne dieser Defi- größe von ungefähr 5 μτη.So that the cataphoresis can be effective, sen. The cold cathode 312 and the remaining part of the cold cathode 112 need only be attached in an end space of the gas discharge tube via a small discharge tube. The expression opening 334 is coupled in a ceramic insert 332. "End space" here means that with this part no The alkali metal is introduced into the cold cathode 312 from another part or area of the gas discharge vessel through the opening 330 before it is removed, with the exception of the part in which the anode 118 melts. The embodiment is arranged according to and through which the gas discharge takes place, 40 FIG. 3 is particularly suitable for pulsed lasers that are connected. That is, if in FIG. 1 (as, for example, argon pulsed lasers, in which the free liet is actually not the case) immediately to the right of the low ends of the electrodes 324 very high peaks of the cold cathode 112 would be another additional partial discharge currents (of the order of magnitude of 100 A) of the gas discharge tube vessel, allow in the gas during each pulse,
can diffuse without discharge of the porous insulator (126, 226, 326) of the cathode takes place in it 45, so the cold cathode 112 would not size in preferably consists of particles with a Teilcheneinem 'end space "of the vessel in accordance with this Defi- of about 5 μτη.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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