DE3817145A1

DE3817145A1 - Elektrode fuer gepulste gas-laser

Info

Publication number: DE3817145A1
Application number: DE19883817145
Authority: DE
Inventors: Juergen Baeumler; Manfred Zeh
Original assignee: LAMBDA PHYSIK FORSCHUNG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1988-12-22
Anticipated expiration: 2008-05-20
Also published as: JP2763777B2; JPS63311779A; DE3817145C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für gepulste Gas-Laser mit Anregung eines Gases zwischen den Elektroden mittels einer Gasentladung.

Laser dieser Art sind z.B. Excimer-Laser, N₂-Laser oder CO₂- Laser. Der Aufbau und die Funktion solcher Laser sind bekannt. In einem mit Gas gefülltem Laser-Resonator sind mindestens zwei Elektroden parallel zur optischen Achse angeordnet. An die Elektroden wird eine Spannung angelegt und das Lasergas zwi schen den Elektroden wird mittels einer Gasentladung (Plasma entladung) angeregt.

Die Erfindung betrifft das Material, aus dem derartige Elektro den gefertigt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Elek trodenmaterial für Excimer-Laser.

Excimer-Laser-Gasmischungen bestehen typischerweise aus 5 bis 10% eines sogenannten aktiven Edelgases (z.B. Krypton), 0,1 bis 0,5% eines Halogen-Donors wie F₂ und einem leichten Puf fergas, wie Helium oder Neon bei einem Gesamtdruck von 1,5 bis 4 bar. Dieses Gas wird zwischen zwei langgestreckte, parallele Elektroden gebracht und der genannten Hochspannungsentladung ausgesetzt. Um Laserpulse hoher Energie zu erzeugen, sind bei der Hochspannungsentladung zwischen den Elektroden sehr hohe Stromdichten von typischerweise 10³ A/cm², Leistungsdichten von 10⁶ W/cm³ und Elektronentemperaturen im Bereich von 1 eV erfor derlich. Bei kommerziell einsetzbaren Excimer-Lasern muß zur Erreichung einer hinreichenden Durchbruchfeldstärke der Elek trodenabstand relativ gering sein, typischerweise im Bereich von 2 bis 3 cm. Die Elektroden unterliegen deshalb einer star ken Beanspruchung durch das benachbarte Plasma.

Die Lebensdauer von Excimer-Laser-Gasen ist hauptsächlich durch zwei Prozesse begrenzt. Zum einen finden auch in gut passivier ten Systemen chemische Dunkelreaktionen zwischen dem Halogen und den Behälterwandungen statt, die zum Verbrauch des Halogens sowie zu Verunreinigungen führen. Zum anderen führt ein leich ter Elektrodenabbrand während der Hochspannungsentladung eben falls zu chemischen Reaktionen. Die vom Elektrodenabbrand her rührenden Produkte können sowohl in Form von Partikeln wie auch als flüchtige Metallfluoridverbindung auftreten. Im ersten Fall führt dies zu Staubablagerungen an den Innenwänden der Laser kammer, was besonders im Bereich der Spiegel und Fenster uner wünscht ist; im zweiten Fall kann sich aufgrund der Laserstrah lung selbst auf photochemischem Wege auf der Innenseite der Fenster ein Metallfilm ablagern, der ebenfalls höchst schädlich ist.

Das Material der Laser-Elektroden ist somit nicht nur für die Lebensdauer der Elektroden maßgeblich, deren Form sich mit dem Elektrodenabbrand ändert, sondern auch bestimmend für die Le bensdauer des Laser-Gases und der Laser-Optik.

Entsprechende Überlegungen gelten auch für andere gepulste Gas- Laser, wie N₂-Laser oder CO₂-Laser.

Das Elektrodenmaterial muß daher bezüglich seiner chemischen und physikalischen Widerstandsfähigkeit sorgfältig ausgewählt werden.

Im Stand der Technik werden zumeist Elektroden aus Nickel und gelegentlich auch aus Messing verwendet. Bekannt sind auch Aluminium-Elektroden mit einer Nickel-Beschichtung (siehe den Aufsatz von H. Pummer, U. Sowada, P. Oesterlin, U. Rebhan und D. Basting in der Zeitschrift "Laser und Optoelek tronik" Vol. 17 (2), S.141-148 (1985)).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für gepulste Gas-Laser, insbesondere Excimer-Laser, bereitzustel len, die hinsichtlich der vorstehenden Anforderungen optimale Eigenschaften aufweist. Die Elektrode soll also eine lange Le bensdauer haben und Verschmutzungen des Lasergases sowie der optischen Komponenten, wie Spiegel und Fenster, des Lasers ver meiden.

Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Lösung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektrode zumindest teilweise aus einem Wolfram und Kupfer aufweisenden Werkstoff besteht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese hen, daß der Werkstoff etwa 60 bis 90%, vorzugsweise etwa 80%, Wolfram und als Rest im wesentlichen Kupfer aufweist.

In einer besonders geeigneten Ausgestaltung besteht der Werk stoff aus etwa 80% gesintertem Wolframpulver, in das ca. 20% Kupfer eingebracht ist.

Die vorstehend beschriebene Elektrode aus Wolfram und Kupfer ist besonders gut für alle Excimer-Laser-Gase geeignet, außer solchen Gasgemischen, in denen Fluoride enthalten sind.

Für Excimer-Laser-Gase, die Fluoride enthalten, wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch eine Elektrode gelöst, die zumindest teilweise aus einem als wesentliche Bestandteile Kupfer, Aluminium und Nickel aufweisenden Werkstoff besteht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante ist vorgesehen, daß der Werkstoff 60 bis 90%, vorzugsweise etwa 80%, Kupfer aufweist und der Rest als wesentliche Be standteile zumindest Aluminium und/oder Nickel.

In einer besonders geeigneten Weiterbildung der Erfindung weist der vorstehend genannte Rest neben Aluminium und Nickel noch zumindest Eisen als Bestandteil auf, dabei ist der Anteil an Aluminium größer als der jedes anderen Metalls (außer Kupfer, welches den Hauptbestandteil des Werkstoffes bildet).

Besonders geeignet ist eine Legierung aus etwa 80% Kupfer, etwa 10% Aluminium, etwa 5% Nickel und etwa 4% Eisen. Eine solche Legierung kann auch Spuren anderer Elemente, wie Zink oder Mangan, enthalten.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die vorstehend aufgeführten erfindungemäßen Materialzusammensetzungen und Legierungen für die Elektroden die Lebensdauer im Vergleich mit bekannten Materialien wesentlich verlängern.

Claims

1. Elektrode für gepulste Gas-Laser mit Anregung eines Gases zwischen den Elektroden mittels einer Gasentladung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zumindest teilweise aus einem Wolfram und Kupfer aufweisenden Werkstoff besteht.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Werkstoff etwa 60 bis 90%, vorzugsweise etwa 80% Wolfram und als Rest im wesentlichen Kupfer aufweist.

3. Elektrode für gepulste Gas-Laser mit Anregung eines Gases zwischen den Elektroden mittels einer Gasentladung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zumindest teilweise aus einem als wesentliche Bestandteile Kupfer, Aluminium und Nickel aufweisenden Werk stoff besteht.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff 60 bis 90%, vorzugsweise etwa 80% Kupfer und der Rest als wesentliche Bestandteile Aluminium und Nickel aufweist.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Rest neben Aluminium und Nickel noch zumindest Eisen enthält.

6. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Rest mehr Aluminium als ein anderes Metall enthält.

7. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei etwa 80% Kupferanteil der Rest des Werkstoffes etwa 10% Aluminium, 5% Nickel und 4% Eisen sowie Spuren weiterer Metalle, wie Zink und/oder Mangan enthält.

8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff gesintert ist.

9. Excimer-Laser, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Elektrode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auf weist.