DE3486133T2

DE3486133T2 - Vorionisierung eines Gaslasers mittels Koronaentladung.

Info

Publication number: DE3486133T2
Application number: DE84830359T
Authority: DE
Inventors: Renato Marchetti; Eugenio Penco; Gianemilio Salvetti
Original assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA; Selenia Industrie Elettroniche Associate SpA
Current assignee: ENTE PER LE NUOVE TECNOLOGIE L'ENERGIA E L'AMBIEN
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2004-12-28
Also published as: IT8349600A0; IT1197768B; EP0150692A2; US4718072A; DE3486133D1; EP0150692A3; CA1267964A; EP0150692B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen der Gasvorionisierung in einem Laserbehältnis.
Die Gasvorionisierung in einem Laserbehältnis wird gemaß den meist gebrauchlichen Techniken mittels einer Reihe von Lichtbogenentladungen in der Nahe einer oder beider Laserhauptelektroden enthalten.
Solch eine Technik erlaubt keinen geeigneten Betrieb eines abgeschlossenen Lasers insofern, als im Falle von abgeschlossenen CO&sub2;-Lasern die eine hohe Stromdichte aufweisenden Lichtbogenentladungen zur Vorionisierung leicht zu einer CO&sub2;-Dissoziation führen, wobei die Lebensdauer des Lasers unter den abgeschlossenen Bedingungen wegen des Vorhandenseins von bei einer solchen Dissoziation erzeugten Sauerstoff reduziert ist. Darüber hinaus wird bei einer Vorionisierung mittels Lichtbogenentladung keine homogene Längsverteilung der Elektronendichte erreicht.
Gemäß dieser Erfindung wird die oben genannte Reihe von Lichtbogenentladungen durch Koronaentladungen ersetzt. Die durch Koronaentladungen erzeugte Strahlung liegt in einem Bereich von 100 bis 400 nm entsprechend dem Bereich von 12,4 bis 315 eV und liefert daher eine wirksame Vorionisierung für Gaslaser (CO&sub2;&sub1; CO, HF, DF, N&sub2; etc.) sowohl im Puls- als im kontinuierlichen Betrieb.
Die beiden obengenannten Nachteile werden durch diese Erfindung insoweit überwunden, als die Koronaentladung eine sogenannte "kalte" Entladung mit anschließender schwacher Dissoziation ist und insofern, als durch die hier vorgeschlagene Anordnung die Längsverteilung der Elektronendichte (Ne) vollständig gleichmäßig ist.
Der Oberbegriff des Anspruchs entspricht der US-A-4 380 079.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein abgeschlossener Gaslaser für einen hohen Impulsbetrieb mit langer Lebensdauer vorgesehen, der aus einem Paar sich gegenüberstehender und über einen Impulsgenerator an einen Kondensator angeschlossener Hauptentladeelektronen und einem Paar von Koronaentladegeneratoren besteht; wobei jeder der Koronaentladegeneratoren aus einem Rohr eines dielektrischen Materials und einem leitenden Stab besteht, der im Rohr aufgenommen ist, wobei sich der Stab über die gesamte Länge des Rohres erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus dielektrischem Material mit einer scharfen Kante einer der zwei Hauptentladeelektroden in Kontakt steht, und daß der leitende Stab an die andere Hauptentladeelektrode angeschlossen ist.
Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung und die angefügten Zeichnungen, die beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, besser verstanden. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Elemente zur Vorionisierung durch Koronaentladung;
Fig. 2 eine Lasereinrichtung, die mit einem Vorionisierer zur Koronaentladung zusammen mit der dazugehörenden elektrischen Schaltung ausgestattet ist;
Fig. 2a ein vergrößertes Detail von Fig. 2;
Fig. 3, 4, 5 drei unterschiedliche Ausgestaltungen eines Vorionisierers;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ausgangsenergie.
Bezugnehmend auf die Figuren und insbesondere auf die Fig. 1 und 2 besteht der Vorionisierer 2 aus einem Rohr 4 eines dielektrischen Materiales, das ein Glas sein kann, z. B. Pyrex®, oder ein keramisches Material, z. B. Aluminiumoxid oder sogar ein Plastikmaterial wie Teflon (Warenzeichen für ein polymerisiertes Produkt aus Tetrafluoroäthylen), entlang dessen äußeren Seite sich ein Draht 6 mit kleinem Durchmesser, wie in Fig. 3 gezeigt, oder eine Gestaltung 7 aus leitendem Material erstreckt, deren Gestalt eine scharfe Längskante aufweist, die zur Oberfläche des Rohres 4 gerichtet ist. Gemäß der Ausführung der Erfindung wird, wie in Fig. 5 gezeigt, die Funktion der äußeren Elektrode des Vorionisierers durch eine geschärfte Kante eines der Laserhauptelektroden 20, 22 erfüllt, die so angeordnet ist, daß sie die äußere Fläche des dielektrischen Rohres 4 berührt.
In den Fig. 3, 4, 5 wird eine Kreuzschraffierung 30 verwendet, um die Koronaentladung darzustellen.
Ein leitender Stab 8 ist in das Rohr 4 eingesetzt, wobei der Stab als mechanische Halterung und als eine Elektrode des Koronaentladesystems dient.
Eine Anordnung des Elementes 2 zur Vorionisierung in einer Lasereinrichtung ist in Fig. 2 gezeigt, die den Querschnitt eines abgeschlossenen Lasers, der mit einem Gasrückführ- und einem Kühlsystem ausgestattet ist, darstellt.
Es besteht aus einem äußeren zylinderförmigen Rand 10 und einem inneren zylinderförmigen Rand 12, deren Achsen parallel sind, jedoch nicht zusammenfallen, wodurch ein abgedichteter Raum zwischen diesen definiert wird, in dessen breiterem Abschnitt ein Turboventilator 16 und ein Kälteaustauscher 18 zusammen mit einer möglichen Einrichtung untergebracht ist, die dazu geeignet ist, um das Lasergasgemisch, das einer Laserentladung unterzogen wurde, wieder auf die anfängliche Temperatur und chemischen Zusammensetzung zu bringen, die für einen geeigneten Laserbetrieb vorgeschrieben ist.
Im engeren Abschnitt des Raumes 14 ist das Laserbehältnis mit den zwei zueinanderzeigenden Hauptentladeelektroden 20, 22 aufgenommen. Die Elektrode 22 ist mit einer Seite des Entladekondensators 24 in Verbindung, während die Elektrode 20 und der Rahmen der Einrichtung geerdet sind und die andere Seite des gleichen Kondensators über einen Schalter 26 an Masse geschaltet ist. Der Kondensator 24 wird von einer (nicht gezeigten) Quelle mit einem ununterbrochenen Strom gleicher Richtung gespeist, wobei der Schalter 26 durch einen nicht dargestellten Impulsgenerator gesteuert wird.
Jeder der Ionisierer 2 ist an einer Seite der Elektrode 22, an die die äußeren Drähte 6 jedes Ionisierers angeschlossen sind, platziert, während der jeweilige innere Stab 8 geerdet ist.
Die Leistungsfähigkeit dieser Erfindung ist durch tatsächliche Tests überprüft worden, welche auf einer bestehenden früher mit Lichtbogenvorionisierer betriebenen Lasereinrichtung ausgeführt wurden.
Die durch solche Laser erreichten Vorteile sind folgende:
Der Kurvenverlauf in Fig. 6 zeigt die Lebensdauer eines durch Koronaentladung vorionisierten Lasers gemäß dieser Erfindung im Vergleich zu einem durch Lichtbogen vorionisierten Laser, wobei beide Laser mit einem CO&sub2;-Gasgemisch unter abgeschlossenen Bedingungen betrieben wurden.
Wie aus diesem Kurvenverlauf ersichtlich ist, kann der durch Lichtbogenentladung vorionisierte Laser (Verlauf B) bis 10&sup4; Pulse arbeiten, während die Lebensdauer des durch Koronaentladung vorionisierten Lasers (Verlauf A) 2,5· 10&sup6; Pulse erreichen kann. Der Unterschied der beiden Lebensdauern liegt in der durch die Lichtbogenentladungen verursachten CO&sub2;-Dissoziation.
Aus den obigen Tests wird auch ein anderer Vorteil ersichtlich. Das ist der für die Vorionisierung niedrige Energieverbrauch, der ungefähr bei 5% der Pumpenergie resultiert gegenüber ungefähr 50% im Falle der Vorionisierung durch Lichtbogenentladung liegt.
Es darüber hinaus anzumerken, daß wegen der geringen Abmessungen der Vorionisierer gemäß dieser Erfindung, bei der die Durchmesser der Vorionisierer weniger als 0,6 cm betragen, der so ausgestattete Laser bei sehr hohen Impulsfrequenzen arbeiten kann, weil der Querfluß des Lasergasgemisches nicht durch die Vorionisierer behindert wird und die Geschwindigkeit dieses Flusses für einen einwandfreien Betrieb bei hohen Impulsraten wesentlich ist. Schließlich muß betont werden, daß beim Laser dieser Erfindung die Photonenemission auf das zur Vorionisierung interessierende Bandspektrum beschränkt ist, weil experimentiell festgestellt worden ist, daß die durch eine Koronaentladung emittierten Photonen im wesentlichen im UV- Band liegen.

Claims

Abgeschlossener Gaslaser für einen hohen Impulsbetrieb mit langer Lebensdauer mit einem Paar sich gegenüberstehender und über einen Impulsgenerator an einen Kondensator angeschlossenen Hauptentladeelektronen und einem Paar von Koronaentladegeneratoren (2); wobei jeder der Koronaentladegeneratoren aus einem Rohr (4) eines dielektrischen Materials und einem leitenden Stab (8) besteht, der im Rohr aufgenommen ist, wobei sich der Stab über die gesamte Länge des Rohres erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) aus dielektrischem Material mit einer scharfen Kante einer der zwei Hauptentladeelektroden (22) in Kontakt steht, und daß der leitende Stab (8) an die andere Hauptentladeelektrode (20) angeschlossen ist.