DE2926009C2 - Gaslaser mit Längsgasstrom - Google Patents
Gaslaser mit LängsgasstromInfo
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Description
40
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaser der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus
der Zeitschrift »Rev. Sei. Instrum.«, Vol. 48, Nr. 11,1977,
Seiten 1430 bis 1433 bekannten Art
Bei dem bekannten Gaslaser dient der mittlere Teil der aufeinander ausgerichteten Gasentladungsrohre als
gemeinsame Anode und ist geerdet. Die auf hoher Spannung liegenden Kathoden sind in der Nähe von in einem
vermutlich geerdeten LN2-Behälter ausgebildeten Fenstern angeordnet. Daher müssen die Kathoden in ausreichendem
Maße von LNrBehäler isoliert werden, d. h. es werden ausreichend große Isolierabstände zwischen
Kathoden und Behälter benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gaslaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln,
daß die isolationsbedingte Baulänge vermindert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
; Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Gaslasers ist die beträchtliche Verminderung der axialen Länge der
beiden den Gaslaser bildenden Gasentladungsrohre. Gaslaser mit Längsgasstrom sind besonders brauchbar
zur Erzeugung großer Ausgangsleistungen. Sie werden daher zur Bearbeitung von Metallen oder dergleichen
verwendet, die im allgemeinen eine hohe Leistung benötigen. Zur Erhöhung der Ausgangsleistung eines Gaslasers
mit Längsgasstrom ist es notwendig, an die Elektroden eine möglichst hohe Spannung anzulegen, wobei
der Abstand entsprechend groß gewählt werden muß.
Der erfindungsgemäße Gaslaser kann durch die besondere Gasführung in den Entladungsrohren und die
besondere Elektrodenanordnung bei verminderter Längserstreckung eine hohe Ausgangsleistung ε bgeben.
Da die näher am Spiegel liegende Elektrode auf Massepotential gehalten wird, erübrigt sich eine elektrische
Isolierung zwischen dieser Elektrode und dem Spiegel, der üblicherweise auf Massepotential liegt (der Spiegel
ist im allgemeinen geerriet, weil die Bedienungsperson
ihn während des Betriebs einstellen muß). Die anderen beiden Elektroden, die in den Gasentladungsrohren auf
hohem Potential liegen (bei Erdung der positiven Elektroden also die negativen Elektroden), sind durch die
Isolierrohrverbindung zwischen den beiden Gasentladungsrohren elektrisch voneinander isoliert Da der
Gastrom in Richtung von der auf hohem Potential zu der auf Massepotential liegenden Elektrode die Entladung
in den Rohren stabilisiert wird das Gas aus dem Isolierrohr in jedes Entladungsrohr geführt Durch diese
Anordnung braucht die Isolierung gegenüber den auf hohem Potential liegenden Elektroden nur an einem
Zwischenstück zwischen den beiden miteinander verbundenen Gasentladungsrohren vorgesehen werden,
wogegen bei dem herkömmlichen Gaslaser an den Spiegeln an beiden Enden der Gasentladungsrohre Isolierung
notwendig ist
Bei dem erfindungsgemäßen Gaslaser starten die Entladungen in den beiden Gasentladungsröhren wegen
der in der Nähe der auf hohem Potential liegenden Elektroden angeordneten Triggerelektroden fast gleichzeitig,
so daß zwischen ihnen fast keine Spannunsdifferenz besteht Dies ermöglicht eine äußerst einfache Isoiieranordnung
gegen den Spannungsunterschied zwischen den beiden auf hohem Potential liegenden Elektroden.
Die durch die Erfindung erzielte Vereinfachung ergibt sich aus einer Verminderung des Isolierabstandes auf
ein Fünftel des herkömmlichen. Bedenkt man, daß die minimale Anzahl von Teilen, an denen beim erfindungsgemäßen
Gaslaser eine Isolation vorgesehen werden muß, halb so groß ist wie die bei dem herkömmlichen
Gaslaser, so ergibt sich eine Verminderung des Isolierabstandes beim erfindungsgemäßen Gaslaser auf ein
Zehntel des herkömmlichen.
Würde man bei dim bekannten Gaslaser zusätzliche Triggerelektroden vorsehen, so könnte dies nur zu einer
Stabilisierung der Zündung der Gasentladungsrohre führen, würde jedoch nicht zur Verminderung der
Längserstreckung der Rohre beitragen. Selbst wenn nämlich bei bekannten Gaslaser die beiden Rohre
gleichzeitig gezündet wurden, wäre trotzdem ein ausreichender Isolierabstand zwischen den Rohren und Erdpotential
notwendig.
Hierzu kommt, daß, wie oben beschrieben, bei einem Isolierabstand L für den Spiegel die gesamte Längs-Isolierstrecke
2 L betragen würde. Erfindungsgemäß ist dagegen, wie erwähnt, nur ein Isolierabstand von L/5 erforderlich.
Aus der FR-PS 20 82 847 ist es an sich bekannt, Trigger- oder Gegenelektroden in der Nähe einer Kathode
anzuordnen, um eine stabile und gleichmäßige Entladung zu erzielen. Die relative Anordnung von Kathode
und Anode gegenüber den Spiegeln in Verbindung mit der Art der Spannungszufuhr zu den Elektroden unterscheidet
sich jedoch derart von der beim erfindungsge-
mäßen Gaslaser, daß auch die Anordnung von Triggerelektroden nicht zur Verminderung der Längserstrekkung
der Gasentladungsrohre führen würde.
Aus der US-PS 37 50 047 ist es an sich bekannt, die in der Nähe der Spiegel vorgesehenen Kathoden zu erden.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gaslasers sind Gegenstand der
Patentansprüche 2 bis 4, wobei aus der FR-PS 2.3 21 788
eine Gaslaseranurdnung mit mehreren rohrförmigen
Metall- und Isolierabschnitten an sich bekannt ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt schematisch eine Ausführungsform
eines Gaslasers mit Längsgasstrom.
In dem in der Zeichnung gezeigten Metallrohr 1 strömt ein Gas 18, beispielsweise Kohlendioxid CO2,
Stickstoff N2, Helium He usw. Elektrisch isolierende Rohre 2, 3. 4 und 25 isolieren Gasentladungsrohre 20
und 21 elektrisch von dem Metalirohr 1, das sich gewöhnlich auf Erdpotential befindet. Ein Gebläse 19
wälzt das Gas 18 im Metallrohr 1 in Pfeilrichtung durch die elektrisch isolierenden Rohre 2, 3, 4 und 25 und die
Gasentladungsrohre 20 und 21 um. Das zirkulierende Gas wird an einem Kühler 22 gekühlt, so daß die Besetzungsumkehrungen
der Moleküle des Gases 18 auf einem geeigneten Wert gehalten werden.
Die Gasentladungsrohre 20 und 21 haben jeweils positive
Elektroden 9 bzw. 10, negative Elektroden 5 bzw.
6 und Triggerelektroden 7 bzw. 8. Die negativen Elektroden 5 und 6 sind mit einer negativen Klemme einer
Gleichstromquelle 15 über Vorwiderstände 11 bzw. 12 verbunden. Die positiven Elektroden 9 und 10 sind mit
der positiven Klemme der Gleichstromquelle 15 verbunden. Spiegel 16 und 17 reflektieren den Laserstrahl.
Wenn die Spannung der Gleichstromquelle 15 ansteigt, beginnt zunächst zwischen der Triggerelektrode
7 und der negativen Elektrode 5 sowie zwischen der Triggerelektrode 8 und der negativen Elektrode 6 eine
Glimmentladung bzw. Gasentladung, ehe die Hauptentladung zwischen der positiven Elektrode 9 und der negativen
Elektrode 5 und zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 6 anfängt. Wenn
beispielsweise die Hauptglimmentladung zwischen der positiven Elektrode 10 und der negativen Elektrode 6
beginnt, hat die Glimmentladung bzw. Gasentladung zwischen der Triggerelektrode 7 und der negativen
Elektrode 5 bereits begonnen. Deswegen wird die Spannung zwischen den negativen Elektroden 5 und 6 nicht
so hoch.
Wenn die Triggerelektroden 7 und 8 nicht vorhanden wären, würde die Spannung zwischen den negativen
Elektroden 5 und 6 sehr hoch, da die beiden Hauptgasentladungen nicht zur gleichen Zeit beginnen. Die
Spannung der negativen Elektrode, die früher zu entladen beginnt, wird hcher als die der anderen negativen
Elektrode durch die Spannung der Gleichstromquelle 15. Die elektrisch isolierenden Rohre 3 und 4 müssen
diese große Spannung zwischen den negativen Elektroden 5 und 6 aushalten. Deshalb wird die Längserstrekkung
der elektrisch isolierenden Rohre 3 und 4 groß genug, um diese hohen Spannungen auszuhaken.
Erfindungsgemäß haben nun die Gasentladungsrohre ''2O und 21 Hilfselektroden, nämlich die Triggerelektroden
7 und 8, die mit den positiven Elektroden 9 und 10 über Triggerwiderstände 13 bzw. 14 verbunden sind.
Der Widerstandswert R der Triggerwiderstände 13 und 14 ist viel größer als der der Vorwiderstände 11 und
12. Deshalb werden die Spannungen der negativen Elektroden 5 und 6 kleiner. Gleichzeitig wird auch die
Differenzspannung zwischen den negativen Elektroden kleinen
Da ein Teil der aus der negativen Elektrode entladenen Elektronen die positive Elektrode erreicht, beginnt
die Gasentladung zwischen den positiven und negativen Elektroden leicht. Verglichen mit dem herkömmlichen
Gaslaser ohne Triggerelektroden beginnt die Hauptglimmentladung bzw. Hauptgasentladung früher. Der
Zeitraum, während welchem die hohe Spannung zwisehen den negativen Elektroden 5 und 6 anliegt, wird
deshalb sehr klein und in der Praxis im wesentlichen gleich Null.
Aus diesen Gründen wird die Längserstreckung der elektrisch isolierenden Rohre 3 und 4, die für die Isolierung
der negativen Elektroden 5 und 6 voneinander sowie für die Isolierung dieser negativen Elektroden
gegenüber dem Metallrohr 1 vorgesehen sind, sehr gering. Auch die Längserstreckung der elektrisch isolierenden
Rohre 2 und 25, die zum Isolieren der positiven Elektroden 9 und 10 sowie zum IsoliF<in dieser positiven
Elektroden gegenüber dem MeIaIL1Oh χ 1 Vorgesehen
sind, ist gering.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Triggerelektroden 7 und 8 an den unteren Positionen der negativen
Elektroden 5 und 6 im Strom des umlaufenden Gases 18 angeordnet, da die Elektronen leicht die positiven
Elektroden 9 und 10 erreichen könnten.
Die Anzahl der Gasentladungsroh: ε bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform ist gleich zwei.
Die Gasentladungsrohre sind links und rechts auf der
gleichen Achse angeordnet Es können jedoch auch Gaslaser anderer Bauweise verwendet werden, bei denen
eine größere Anzahl parallel angeordneter Entladungsrohre vorgesehen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Gaslaser mit Längsgasstrom, mit zwei Gasentladungsrohren
(20, 21), die je positive (9 bzw. 10) und negative Elektroden (5 bzw. 6) aufweisen, mit einem
elektrisch isolierenden Rohr (3,4), das die Gasentladungsrohre
mechanisch miteinander verbindet und elektrisch voneinander isoliert, und mit je einem
Spiegel (16,17) an dem Ende jedes Gasentladungs- to rohres, das vom Isolierrohr weiter entfernt ist als das
andere, wobei die positive Elektrode (9,10) mit Masse verbunden ist und in jedem Gasentladungsrohr
(20, 21) der Gasstrom von der negativen Elektrode (5, 6) zur positiven Elektrode (9, 10) strömt, d a - t5
durch gekennzeichnet, daß die positive, geerdete Elektrode (9,10) näher am Spiegel (16,17) des
jeweiligen Gasentladungsrohres (20,21) angeordnet ist als die negative Elektrode (5, 6) und die negative
Elektrode uäner am Isolierrohr (3,4) angeordnet ist
als die positive Elektrode (9, i0), und daß in jedem Gasentladungsrohr (20, 21) in der Nähe der negativen
Elektrode (5,6) eine mit der positiven Elektrode (9,10) über einen Triggerwiderstand (13,14) verbundene
Triggerelektrode (7,8) angeordnet ist
2. Gaslasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerelektrode (7, 8)
stromab von der negativen Elektrode (5,6) angeordnet ist.
3. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ;'ie beiden Gasentladungsrohre (20,21) auf der gleichen Achse Puchten^ ausgerichtet sind.
4. Gaslaser nach Ansnruch3, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Endf-"1 eines jeden Gasentladungsrohres
(20,21) elektrisch isolierende Rohre (3, 4; 2, 25) sitzen, welche durch ein mit einem
Gebläse (19) versehenes Metallrohr (1) so verbunden sind, daß ein geschlossener Gasumlauf entsteht.
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