DE3851515T2

DE3851515T2 - Metalldampf-Laser-Apparat.

Info

Publication number: DE3851515T2
Application number: DE3851515T
Authority: DE
Inventors: Naoto C O Patent Divis Nishida
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2008-12-06
Also published as: JPH01150376A; EP0319898A1; EP0319898B1; US4905248A; DE3851515D1; JP2659730B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lasergerät und insbesondere ein Metalldampf-Lasergerät unter Verwendung von z. B. Kupfer als Lasermedium und mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein Metalldampflaser hat als Lichtquelle zur Verwendung bei der Urananreicherung Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bei der Urananreicherung wird als Brennstoff für elektrische Stromerzeugung durch Atomkernspaltung dienendes ²³&sup5;&sub9;&sub2;U von natürlichem Uran (ab) getrennt und angereichert. Da die Häufigkeit von ²³&sup5;&sub9;&sub2;U im natürlichen Uran 0,71% beträgt, muß ²³&sup5;&sub9;&sub2;U auf etwa 3% angereichert werden, um als Kernbrennstoff benutzt werden zu können. Zu diesem Zweck wird in einem Urananreicherungs-Atomverfahren unter Einsatz eines Laserstrahls nur ²³&sup5;&sub9;&sub2;U mittels eines Farbstofflasers o. dgl. angeregt und ionisiert und durch eine mit einer Spannung beaufschlagte Elektrode abgetrennt. Dabei ist der Farbstofflaser ein spezieller Laser; zum Schwingenlassen eines Farbstofflaserstrahls wird dabei ein Laserstrahl einer anderen Art benutzt. Dies bedeutet, daß zum Anregen eines Lasermediums des Farbstofflasers eine andere Laserstrahlart eingesetzt wird. Ein Beispiel des Lasers, der zum Schwingenlassen des Farbstofflasers benutzt wird, ist ein Metalldampflaser. Ein Bei spiel des Metalldampflasers für Farbstofflaseranregung ist ein Kupferdampflaser.
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Metalldampf-Lasergerät mit einer Entladungsröhre 102, deren Inneres luftdicht gehalten (abgeschlossen) ist. Die Röhre 102 besteht aus einem Mittelteil 103 und zwei Endteilen 105 und 107. Das Mittelteil 103 der Röhre 102 weist ein Wärmeisolierelement 106 auf, an dessen Außenseite ein zylindrisches, luftdichtes Gefäß 104 angeordnet ist, das konzentrisch (zur Röhre) angeordnet ist. Im Inneren des Elements 106 befindet sich ein zylindrisches Kernrohr 108, in welchem eine Metalldampfquelle, z. B. zahlreiche Körnchen aus Kupferwerkstoffen oder -stücken 110, enthalten ist. An den beiden Enden von Rohr 108 und Element 106 sind im wesentlichen ringförmige Kathoden- und Anodenelektroden 112 bzw. 114 vorgesehen, von denen jede einen L- förmigen Querschnitt längs einer eine optische Achse einschließenden Ebene aufweist. Die Elektroden 112 und 114 sind an von einer Stromquelleneinheit 118 abgehende elektrische Drähte bzw. Leitungen 116 angeschlossen. Für die zuverlässige Isolierung der Elektroden 112 und 114 ist ein ringförmiges Hochspannung-Isolierelement 120 mit der Elektrode 112 und dem Gefäß 104 in Berührung bzw. Kontakt stehend geformt. An den Endteilen 105 und 107 der Entladungsröhre 102 sind Laserstrahl-Übertragungsfenster 122 bzw. 125 angeordnet. Zwischen dem Fenster 122 und dem End-Teil 105 sowie zwischen dem Fenster 125 und dem End-Teil 107 sind jeweils Dicht(ungs)elemente 123 vorgesehen. Die Fenster 122 und 125 sind in gleichen Abständen von den Elektroden 112 bzw. 114 montiert. Dabei sind die Fenster 122 und 125 zur Festlegung eines Brewsterschen Winkels gegenüber der optischen Achse angeordnet. In der Nähe des einen Fensters ist ein hochreflektierender oder stark reflektierender Spiegel 124 zum Reflektieren eines vom Fenster 122 durchgelassenen Laserstrahls angeordnet, während in der Nähe des anderen Fensters ein Ausgangsspiegel 126 vorgesehen ist. Um die Außenfläche der Röhre 102 herum ist ein(e) Kühlrohr oder -schlange 128 gewickelt. Am Endteil der Röhre 102 befindet sich eine Gaszufuhreinheit 130, während an ihrem Endteil 107 eine Vakuumpumpe 132 angeordnet ist.
Das herkömmliche Metalldampf-Lasergerät mit der beschriebenen Anordnung bringt einen Laserstrahl auffolgende Weise zum Schwingen: Zunächst wird die Pumpe 132 aktiviert, um die Röhre 102 zur Einstellung eines Unterdrucks in ihr zu evakuieren. Ein Puffergas, z. B. Ne-Gas, wird unter einem Druck von etwa 10 - 20 Torr von der Gaszufuhreinheit 130 der Röhre 102 zugespeist. Sodann wird mittels z. B. einer von der Stromquelleneinheit 118 angelegten pulsierenden Spannung oder Impulsspannung eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden 112 und 114 erzeugt. Durch diese Entladung werden die Kupferwerkstoffe bzw. -stücke 110 als Metalldampfquelle erhitzt. Die erhitzten Kupferstücke 110 werden teilweise zu Metallatomen verdampft und in der Röhre 102 diffundiert. In diesem Zustand wird das Puffergas durch Entladung ionisiert oder angeregt. Wenn das Puffergas mit den Metallatomen kollidiert, wird unter Anregung der Metallatome Energie auf diese übertragen. Die angeregten Metallatome gehen auf die (Niveaus zur) Erzeugung eines Laserstrahls über. Dieser Laserstrahl wird zwischen den Spiegeln 124 und 126 auf Resonanz gebracht und verstärkt. Als Ergebnis wird ein Laserstrahl vom (am) Spiegel 126 emittiert.
Beim Metalldampf-Lasergerät, das einen Laserstrahl auf oben beschriebene Weise zum Schwingen bringt, wird das Kernrohr 108 durch die elektrische Entladung zwischen den Elektroden 112 und 114 erwärmt. Die Temperatur des Rohrs 108 wird dabei auf eintausend und mehrere hundert Grade erhöht. Die in diesem Zustand verdampften Metallatome sind durch die Entladung teilweise positiv geladen. Die positiv geladenen Metallatome verlagern sich zur Kathodenelektrode 112. Die Dichtelemente 123 sind dabei jedoch für den luftdichten Anbau der Fenster 122 und 125 an der Röhre 102 vorgesehen. Dabei muß ein Werkstoff der Dichtelemente 123 auf einer Temperatur von 200ºC oder darunter gehalten werden. Aus diesem Grund neigt der im Hochtemperatur-Kernrohr 108 verdampfte und sich in Richtung auf die Kathodenelektrode 112 bewegende Metalldampf zu einer Kollision mit dem längs seiner Bewegungsrichtung angeordneten Fenster 122. Da das Fenster 122 eine vergleichsweise niedrige Temperatur besitzt, kommt ein Metalldampf oder eine Verunreinigung zum Anhaften und Verfestigen am Fenster 122. Zudem ist eine Temperaturverteilung im Kernrohr nicht gleichmäßig, vielmehr ist ein Bereich höchster Temperatur zur Kathodenseite hin versetzt. Demzufolge ist die Dichte des Metalldampfes an der Kathodenseite höher, so daß der Metalldampf o. dgl. zu einem Anhaften am Fenster 122 neigt. Infolgedessen werden die Übertragungs- oder Durchlaßfenster durch den Metalldampf verunreinigt, so daß sich ihre Lichtdurchlässigkeit im Laufe der Zeit verringert. Mit einer Verringerung der Lichtdurchlässigkeit der Fenster verringert sich auch ein Oszillations- bzw. Schwingungswirkungsgrad eines Laserstrahls. Diese Minderung des Schwingungswirkungsgrads wirft ein Problem bezüglich einer Verkürzung der Betriebslebensdauer des Metalldampf-Lasergeräts auf.
Zur Lösung des obigen Problems können die beiden, an den beiden Enden der Entladungsröhre angeordneten Übertragungsfenster ausreichend weit von den jeweiligen Elektroden getrennt (bzw. beabstandet angeordnet) werden. Dabei vergrößert sich jedoch die Gesamtlänge der Entladungsröhre unter unerwünschter Vergrößerung des Geräts. Wenn zudem eine Impulsbreite der an die Elektroden anzulegenden Impulsspannung etwa 20 ns beträgt, ist die Häufigkeitszahl der Schwingung des Laserstrahls zwischen den Spiegeln herabgesetzt. Hierdurch werden Probleme, wie Verschlechterung einer Kurzimpuls-Laserstrahlgüte oder ASE (Amplified Spontaneous Emission = Verstärkte Spontane Emission), hervorgerufen.
Ein Dreifarb-HE-Se&spplus;-Laser mit optimierter Ausgangsleitung ist von E. Schmidt et al. in Applied Optics, Vol. 25, No. 9, Mai 1986, Seiten 1381-1388, New York, beschrieben. Bei diesem Stand der Technik beruht der Mechanismus der Verhinderung einer Anhaftung von Metalldampf (hier: Se) am Fenster auf der Umkehrung der Entladung und der Kondensation des Selens zwischen Verengungen oder Einschnürungen (constrictions), die in einer speziellen Kondensationskammer geformt sind.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Gegebenheiten entwickelt worden; ihre Aufgabe ist die Schaffung eines Metalldampf-Lasergeräts, bei dem eine Verunreinigung der Röhrenenden durch Anhaftung (Ablagerung) eines Metalldampfes ohne Vergrößerung des Lasergeräts selbst verhindert wird und das daher einen Laserstrahl über einen langen Zeitraum hinweg mit hohem Wirkungsgrad zum Schwingen bringen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Dampflasergerät gelöst, das umfaßt: eine Entladungsröhre zum Erzeugen eines Laserstrahls, wobei die Entladungsröhre ein Puffergas unter einem vorbestimmten Druck enthält und die Entladungsröhre ein Mittelteil und zwei Endteile aufweist; eine Kathodenelektrode und eine Anodenelektrode, die an jeweiligen Enden des Mittelteils angeordnet sind; eine Stromquelleneinheit zum Anlegen einer Spannung an die Elektroden; eine in der Entladungsröhre angeordnete Metalldampfquelle; und zwei Resonatorspiegel zum Reflektieren eines in der Entladungsröhre erzeugten Laserstrahls zwecks Herbeiführung optischer Resonanz (resonation), welches Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß das kathodenseitige Endteil der Entladungsröhre längs der Richtung der Röhrenachse länger ausgebildet ist als das anodenseitige Endteil, wodurch eine Verunreinigung des Resonatorspiegels oder eines Übertragungsfensters am kathodenseitigen Ende der Entladungsröhre verhindert wird.
Erfindungsgemäß ist das kathodenseitige Endteil der Entladungsröhre längs der Röhrenachse länger ausgebildet als das anodenseitige Endteil, ohne daß die Gesamtlänge der Röhre verändert ist. Demzufolge wird das Verfestigen und Anhaften eines Metalldampfes an dem kathodenseitigen Übertragungsfenster, das durch den Metalldampf eher verunreinigt wird, verhindert. Da die Lichtdurchlässigkeit des Übertragungsfensters im Laufe der Betriebs zeit nicht so stark herabgesetzt wird, kann infolgedessen eine Betriebslebensdauer des Metalldampf-Lasergeräts verlängert sein.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines herkömmlichen Metalldampf-Lasergeräts,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Metalldampf- Lasergeräts gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht eines Metalldampf- Lasergeräts gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung und
Fig. 4 eine Längsschnittansicht eines Metalldampf- Lasergeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung.
Im folgenden ist eine Ausführungsform dieser Erfindung anhand von Fig. 2 beschrieben.
Fig. 2 veranschaulicht ein Kupferdampf-Lasergerät als eine Ausführungsform eines Metalldampf-Lasergeräts. Im folgenden ist zunächst der Aufbau des Lasergeräts beschrieben.
Das Kupferdampf-Lasergerät 1 umfaßt eine zylindrische Entladungsröhre 2 aus einem Mittelteil 5 und zwei Endteilen 7 und 9. In den Endteilen 7 und 9 der Röhre 2 sind jeweils Durchlaß- oder Übertragungsfenster 24 bzw. 26 so geformt, daß das Innere der Röhre 2 in einem luftdichten Zustand bleibt. Das Mittelteil 5 der Röhre 2 weist ein Wärmeisolierelement 4 auf, das aus Zirkonoxid- oder Aluminiumoxidfasern besteht. An einem Innenflächenteil des Elements 4 ist ein zylindrisches Kernrohr 6 aus einer Aluminiumoxidkeramik angeordnet. An einem Außenflächenteil des Elements 4 ist ein luftdichtes Gefäß 8 aus Kupfer angeordnet. An den beiden Innenendteilen von Wärmeisolierelement 4 und Kernrohr 6 sind im wesentlichen ringförmige Kathoden- und Anodenelektroden 10 bzw. 12 geformt. Die Elektroden 10 und 12 sind an von einer Stromquelleneinheit 16 abgehende elektrische Drähte bzw. Leitungen 14 angeschlossen. Die Elektroden 10 und 12 sind an den Endteilen des Rohrs 6 einander gegenüberstehend angeordnet und liegen in der Entladungsröhre 2 frei. Zur zuverlässigen Isolierung der Elektroden 10 und 12 voneinander ist ein ringförmiges Hochspannung-Isolierelement 18 mit der Elektrode 10 und dem luftdichten Gefäß 8 in Berührung bzw. Kontakt ausgebildet. Das Element 18 besteht aus Keramik oder Kunststoff. Die Übertragungsfenster 24 und 26 sind auf einem Strahlengang angeordnet, den ein durch elektrische Entladung zwischen den Elektroden 10 und 12 zu erzeugender Laserstrahl durchläuft. Die Fenster 24 und 26 sind mit Hilfe von O-Ringen 28 luftdicht an der Entladungsröhre 2 so montiert, daß sie gegenüber einer optischen Achse des Laserstrahls einen Brewsterschen Winkel bilden. Ein stark reflektierender Spiegel 30 und ein Ausgangsspiegel 32 aus z. B. einem mit BK7®-Platte beschichteten Dielektrikum zum Verstärken des Laserstrahls sind am bzw. im Strahlengang des von den Fenstern 24 und 26 durchgelassenen Laserstrahls angeordnet. Die Spiegel 30 und 32 liegen senkrecht zur optischen Achse. Eine Gaszufuhreinheit 38 zum Zuspeisen eines Puffergases, wie He- oder Ne-Gas, ist am End-Teil 7 der Röhre 2 vorgesehen. Es sei angenommen, daß eine Länge des Teils 7 längs der Röhrenachse, d. h. eine Strecke längs der Röhrenachse zwischen einem äußersten Ende der Elektrode 10 und dem Fenster 24, gleich d&sub1; ist. Am End-Teil 9 ist eine Vakuumpumpe 40 zum Evakuieren der Ladungsröhre 2 vorgesehen. Es sei angenommen, daß eine Länge des Teils 9 längs der Röhrenachse, d. h. eine Strecke längs der Röhrenachse zwischen einem äußersten Ende der Elektrode 12 und dem Fenster 26, gleich d&sub2; ist. Die Teile 7 und 9 sind so ausgebildet, daß die Längen d&sub1; und d&sub2; einer Beziehung d&sub1; ≥ 1,3d&sub2; genügen. Genauer gesagt: wenn das Teil 7 mit einer Größe von d&sub1; von 200 mm geformt ist, ist oder wird das Teil 9 so geformt, daß d&sub2; gleich 100 mm ist. Um die Außenfläche der Röhre 2 ist ein Kühlrohr bzw. eine Kühlschlange 42 für Kühlung herumgewickelt. Im Inneren des Rohrs 6 sind zahlreiche Körnchen von Kupferwerkstoffen bzw. -stücken 44 als Lasermedium angeordnet.
Das Gerät 1 mit der beschriebenen Ausgestaltung bringt einen Laserstrahl wie folgt zum Schwingen: Zunächst wird die Pumpe 40 aktiviert, um die Röhre 2 zur Einstellung eines Unterdrucks in ihr zu evakuieren. In diesem Zustand wird ein Puffergas, z. B. Ne-Gas, von der Gaszufuhreinheit 38 zugespeist. Das Puffergas wird in die Röhre 2 eingefüllt, um in dieser 10 bis 20 Torr aufrechtzuerhalten. Für elektrische Entladung und Erwärmung wird eine Impulsspannung von der Stromquelleneinheit 16 an die Kathoden- und Anodenelektroden 10 bzw. 12 angelegt. Zwischen den Elektroden 10 und 12 wird eine intermittierende Entladung zum Erwärmen der Entladungsröhre (bzw. des Rohrs) 6 aufrechterhalten. Durch Erwärmung des Rohrs 6 werden insbesondere die Kupferstücke 44 geschmolzen und zu einem Kupferdampfgas verdampft. Das durch die Entladung angeregte Puffergas kollidiert mit Kupferatomen, so daß die Energie des Gases auf die Kupferatome übertragen wird und damit die Kupferatome angeregt werden. Infolgedessen erfahren die Kupferatome einen Übergang zwischen zwei Energieniveaus unter Erzeugung eines Laserstrahls. Der Laserstrahl trifft über das Durchlaßfenster 24 auf den stark reflektierenden Spiegel 30 auf. Da der Spiegel 30 senkrecht zur optischen Achse angeordnet ist, wird der auftreffende Laserstrahl in der gleichen Richtung der optischen Achse reflektiert. Der reflektierte Laserstrahl wird vom Fenster 24 durchgelassen und durchläuft das Kernrohr 6 in Richtung der optischen Achse. Der reflektierte Laserstrahl trifft über das Übertragungsfenster 26 auf den Ausgangsspiegel 32. Obgleich der Spiegel 32 halbdurchlässig ist, wird ein Laserstrahl reflektiert, wenn die Laserstrahlausgangsleistung unter einem Schwellenwertpegel liegt. Der vom Spiegel 32 reflektierte Laserstrahl breitet sich über das Fenster 26 längs der optischen Achse im Rohr 6 aus. Während er zwischen den Spiegeln 30 und 32 hin- und hergeworfen wird, wird der Laserstrahl verstärkt. Wenn die Laserstrahlausgangsleistung über einen Schwellenwertpegel ansteigt, wird ein Laserstrahl vom Spiegel 32 emittiert.
Beim Gerät 1 ist die Länge d&sub1; des End-Teils 7 größer eingestellt als die Länge d&sub2; des End-Teils 9. Mit anderen Worten: der Abstand zwischen dem Fenster 24 an der Kathodenseite und dem äußersten Ende der Kathodenelektrode 10 ist größer als derjenigen zwischen dem Fenster 26 an der Anodenseite und dem äußersten Ende der Anodenelektrode 12. Aus diesem Grund bewegt oder verlagert sich der positiv geladende Metalldampf in Richtung auf die Kathodenelektrode, um bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur an einem Umfangsabschnitt der Kathodenelektrode 10 anzuhaften und sich dort zu verfestigen. Das Fenster 24 ist dagegen (weiter) von der Elektrode 10 beabstandet, so daß an ihm kaum Metalldampf anhaftet. Außerdem ist eine sich zur Anodenelektrode bewegende Metalldampfmenge vergleichsweise kleiner als die Metalldampfmenge an der Kathodenseite. Obgleich der Abstand zwischen dem Fenster 26 und dem Außenende der Elektrode 12 kurz ist, wird daher das Fenster 26 durch den Metalldampf nicht stark verunreinigt. Aus diesem Grund kann eine Verunreinigung der Übertragungsfenster durch Metalldampf ohne Vergrößerung der Gesamtlänge der Röhre 2 verhindert werden. Da hierbei ein Umfangsabschnitt des O-Rings 28 des Fensters 26, der auf vergleichsweise niedriger Temperatur gehalten werden muß, ausreichend weit von der Röhre 2 als Hochtemperaturabschnitt entfernt oder beabstandet ist, wird die Abdichtung nicht ungünstig beeinflußt.
Fig. 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung. Das Metalldampf-Lasergerät 1 gemäß Fig. 3 ist von einem Innenspiegeltyp. Ähnlich wie das Gerät gemäß Fig. 2, umfaßt das Gerät 1 eine Entladungsröhre, die aus einem Mittelteil 5 und zwei Endteilen 7 und 9 besteht. In den Endteilen 7 und 9 der Röhre 2 sind stark reflektierende Spiegel 30 bzw. 32 so geformt oder vorgesehen, daß das Innere der Röhre 2 in einem luftdichten Zustand gehalten ist. Das Mittelteil 5 der Röhre 2 weist ein Wärmeisolierelement 4 auf. In bzw. an einem Innenflächenteil des Elements 4 ist ein zylindrisches Kernrohr 6 angeordnet. In einem durch das Rohr 6 festgelegten Raum sind zahlreiche Körnchen von Kupferwerkstoffen bzw. -stücken 44 als Lasermedium angeordnet. An einem Außenflächenteil des Elements 4 ist ein luftdichtes Gefäß 8 angeordnet. An den beiden Innenendabschnitten des Elements 4 und des Rohrs 6 sind im wesentlichen ringförmige Kathoden- und Anodenelektroden 10 bzw. 12 geformt bzw. vorgesehen. Die Elektroden 10 und 12 sind an von einer Stromquelleneinheit 16 abgehende elektrische Leitungen 14 angeschlossen. Die Elektroden 10 und 12 sind an den Endteilen des Rohrs 6 angeordnet und liegen innerhalb der Entladungsröhre 2 frei. Zur zuverlässigen Isolierung der Elektroden 10 und 12 voneinander ist ein ringförmiges Hochspannung-Isolierelement 18 mit der Elektrode 10 und dem luftdichten Gefäß 8 in Berührung bzw. Kontakt stehend geformt. Ein stark reflektierender Spiegel 30 und ein Ausgangsspiegel 32 sind mit Hilfe von O-Ringen 28 luftdicht an der Röhre 2 montiert und auf einem Strahlengang eines durch elektrische Entladung zwischen den Elektroden 10 und 12 zu erzeugenden Laserstrahls angeordnet. Die Spiegel 30 und 32 liegen senkrecht zur optischen Achse. Eine Gaszufuhreinheit 38 für die Zuspeisung eines Puffergases befindet sich am End-Teil 7 der Röhre 2. Es sei angenommen, daß eine Länge des Teils 7 längs der Röhrenachse, d. h. eine Strecke längs der Röhrenachse zwischen einem Außenende der Elektrode 10 und dem Spiegel 30, gleich d&sub1; ist. Im End-Teil 9 ist eine Vakuumpumpe 40 zum Evakuieren der Entladungsröhre 2 vorgesehen. Es sei angenommen, daß eine Länge des Teils 9 längs der Röhrenachse, d. h. eine Strecke längs der Röhrenachse zwischen einem Außenende der Elektrode 12 und dem Spiegel 32, gleich d&sub2; ist. Die Teile 7 und 9 sind so ausgebildet, daß die Längen d1 und d&sub2; einer Beziehung d&sub1; ≥ 1,3d&sub2; genügen. Um die Außenfläche der Röhre 2 ist eine Kühlschlange 42 für Kühlzwecke herumgewickelt.
Ähnlich wie die erste Ausführungsform, kann die zweite Ausführungsform mit der beschriebenen Ausgestaltung einen Laserstrahl zum Schwingen bringen. Da bei der zweiten Ausführungsform der Abstand oder die Strecke d&sub1; zwischen dem Spiegel 30 und dem Außenende der Kathodenelektrode 10 ebenfalls größer ist als der Abstand d&sub2; zwischen dem Spiegel 32 und dem Außenende der Anodenelektrode 12, werden die an der Röhre 2 montierten Spiegel wesentlich weniger stark durch Metalldampf verunreinigt. Infolgedessen kann eine Betriebslebensdauer des Metalldampf-Lasergeräts ohne Vergrößerung der Gesamtlänge der Röhre 2 verlängert sein. Da bei der zweiten Ausführungsform die Übertragungsfenster nicht an den Endteilen der Röhre angeordnet sind, kann die Gesamtlänge der Entladungsröhre verkürzt sein.
Fig. 4 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung. Das Metalldampf-Lasergerät 1 ist dabei bezüglich Aufbau und Wirkungsweise dem Gerät gemäß der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 ähnlich. Lediglich die Abstände d&sub1; und d&sub2; sind bei diesen Geräten verschieden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist mit d&sub1; ein Abstand bzw. eine Strecke längs der Röhrenachse zwischen einem Innenende der Kathodenelektrode 10 und dem Übertragungsfenster 24 bezeichnet, während mit d2 ein Abstand längs der Röhrenachse zwischen einem Innenende der Anodenelektrode 12 und dem Übertragungsfenster 26 bezeichnet ist. Endteile 7 und 9 sind so geformt, daß die Abstände d&sub1; und d&sub2; einer Beziehung d&sub1; ≥ 1,3d&sub2; genügen.
Bei der dritten Ausführungsform ist das Fenster 24 ebenfalls (weiter) von der Elektrode 10 beabstandet. Aus diesem Grund haftet kaum Metalldampf an diesem Fenster an; infolgedessen kann eine Verunreinigung der Übertragungsfenster durch Metalldampf ohne Vergrößerung der Gesamtlänge der Röhre 2 verhindert sein.
Die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann auf ähnliche Weise abgewandelt werden. Dabei steht d1 für einen Abstand längs der Röhrenachse zwischen einem Innenende der Kathodenelektrode 10 und dem stark reflektierenden Spiegel 30, während d&sub2; für einen Abstand längs der Röhrenachse zwischen einem Innenende der Anodenelektrode 12 und dem Ausgangsspiegel 32 steht. Endteile 7 und 9 sind so geformt, daß die Abstände d&sub1; und d&sub2; einer Beziehung d&sub1; ≥ 1,3d&sub2; genügen. Mit dieser Abwandlung kann ebenfalls ohne Vergrößerung der Gesamtlänge der Röhre eine Verunreinigung der Spiegel durch Metalldampf verhindert sein.
Bei den obigen Ausführungsformen ist das Kupferdampf- Lasergerät als Metalldampf-Laser beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern auch auf ein Lasergerät anwendbar, das ein anderes Metall als Medium benutzt. Bei einem ein anderes Metall verwendenden Lasergerät können die Größen von d&sub1; und d&sub2; unter Berücksichtigung eines Schmelzpunkts des Metalls geändert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist erfindungsgemäß der Abstand oder die Strecke längs der Röhrenachse zwischen der Kathodenelektrode und dem Ende der Entladungsröhre größer als der Abstand bzw. die Strecke zwischen der Anodenelektrode und dem anderen Ende der Röhre. Infolgedessen wird ein Verfestigen und Anhaften von Metalldampf an den Enden der Entladungsröhre verhindert. Dies bedeutet, daß die Enden der Entladungsröhre auch nach einer langen Betriebs zeit nicht verunreinigt werden. Erfindungsgemäß wird infolgedessen ein Metalldampf-Lasergerät einer langen Betriebslebensdauer, bei dem die Enden der Entladungsröhre nicht verunreinigt werden, bereitgestellt.

Claims

1. Metalldampf-Lasergerät, umfassend:

eine Entladungsröhre (2) zum Erzeugen eines Laserstrahls, wobei die Entladungsröhre (2) ein Puffergas unter einem vorbestimmten Druck enthält und die Entladungsröhre ein Mittelteil (5) und zwei Endteile (7, 0) aufweist;

eine Kathodenelektrode (10) und eine Anodenelektrode (12), die an jeweiligen Enden des Mittelteils (5) angeordnet sind;

eine Stromquelleneinheit (16) zum Anlegen einer Spannung an die Elektroden (10, 12);

eine in der Entladungsröhre (2) angeordnete Metalldampfquelle (44); und

zwei Resonatorspiegel (30, 32) zum Reflektieren eines in der Entladungsröhre (2) erzeugten Laserstrahls zwecks Herbeiführung optischer Resonanz (resonation);

dadurch gekennzeichnet, daß

das kathodenseitige Endteil (7) der Entladungsröhre (2) längs der Richtung der Röhrenachse länger ausgebildet ist als das anodenseitige Endteil (9), wodurch eine Verunreinigung des Resonatorspiegels oder eines Übertragungsfensters am kathodenseitigen Ende der Entladungsröhre (2) verhindert wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorspiegel (30, 32) an den jeweiligen beiden Enden der Entladungsröhre (2) angeordnet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Übertragungsfenster (24, 26), die an der Entladungsröhre (2) so angeordnet sind, daß sie eine optische Achse eines Laserstrahls unter einem Brewsterschen Winkel kreuzen bzw. schneiden, wobei die Übertragungsfenster (24, 26) aus den Enden der Entladungsröhre (2) bestehen bzw. diese bilden.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des kathodenseitigen Endteils (7) der Entladungsröhre (2) nicht weniger als das 1,3-fache der Länge des anodenseitigen Endteils (9) der Entladungsröhre (2) beträgt.

5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldampfquelle (44) Kupfer ist.

6. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelleneinhit (16) eine Impulsspannung erzeugt.