DE3923625A1 - Verfahren zum betrieb eines gaslasers, insbesondere eines co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-lasers, mit gasstroemung quer zu seiner optischen achse und gaslaser zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Gaslasers, insbesondere eines CO₂-Lasers, der quer zu seiner optischen Achse vom Lasergas durchströmt wird und dessen Licht­ wellenfeld durch einen wenigstens einmal gefalteten Resonator erzeugt wird, gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Gaslaser zur Durchführung eines solchen Verfahrens, mit Gasströmung quer zu seiner optischen Achse, insbesondere einen CO₂-Laser, mit ge­ faltetem Resonator und zugehöriger Faltungs-Anordnung, so daß der Resonator mindestens einen ersten Strahlabschnitt und einen zweiten, zu diesem gefalteten Strahlabschnitt aufweist.

Bei einem solchen Gaslaser wird der aktive Bereich vom Lasergas bzw. Plasma durchströmt, das durch eine Gasentladung angeregt wird. Die Gasentladung versetzt das Gas in einen solchen Zustand, daß zwischen entsprechenden Spiegeln Laserwirkung auftritt. Dabei erwärmt sich das Gas durch die Gasentladung so stark, daß es ge­ kühlt werden muß, was durch einen entsprechenden Gaskreislauf bewirkt wird, bei dem das Gas auch an einem Wärmetauscher bzw. Gaskühler vorbeigeführt wird. Ist der zur Kühlung notwendige Gas­ strom im aktiven Bereich, d. h. zwischen den Resonatorspiegeln, quer zur optischen Achse gerichtet, dann ergibt sich das Problem, daß Gasströmung und Gasentladung einen Gasdichteabfall in Strö­ mungsrichtung bewirken. Dieser Dichtegradient verursacht eine Stö­ rung des Laserstrahlungsfeldes dadurch, daß das Licht zwischen den Laserspiegeln gebrochen wird. Diese Störung macht sich auch in der ausgekoppelten Strahlung bemerkbar, so daß die Brechung korrigiert werden muß, da sonst die Strahlqualität negativ beein­ flußt wird.

Eine Kompensation des Dichtegradienten läßt sich dadurch er­ reichen, daß das Licht zwischen den Laserspiegeln sowohl Ge­ biete hoher Dichte als auch Gebiete kleiner Dichte durchläuft. Durch einen auf dem zweiten LASER-Kolloquium vom 23.04.1986 gehaltenen Vortrag "Rechnungen und experimentelle Ergebnisse zur Strahlqualität" von Th. Hall, Seiten 47 bis 54, Institut für Technische Physik, DFVLR Stuttgart, siehe insbesondere Bild 5, wird eine Kompensation des Dichtegradienten dadurch bewirkt, daß in Strömungsrichtung zwei Anregungsstrecken nacheinander angeordnet sind. Eine Faltung des Resonators mittels zweier Um­ lenkspiegel bewirkt eine Spiegelung der Transversalachse des Resonators in Strömungsrichtung, so daß Licht, das in der ersten Anregungsstrecke ein Gebiet großer Dichte durchläuft, in der zweiten Anregungsstrecke ein Gebiet kleiner Dichte durchläuft.

Diese Dichtegradienten-Kompensation ist mit Problemen verbunden, wenn man die übliche, in der genannten Literaturstelle nicht dargestellte Anordnung mit den beiden Laserstrahlen zugeordneten elektrischen Anregungsstrecken für die Gasentladung zugrunde­ legt. Es ergibt sich dann nämlich, daß das in der ersten Anregungs­ strecke angeregte und dadurch erhitzte Lasergas bzw. Plasma in der darauffolgenden zweiten Anregungsstrecke erneut angeregt wird. In Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit und der Anre­ gungsfrequenz kann es zu Einbrüchen in der Ausgangsleistung kommen, weil das zweifach angeregte Lasergas zu heiß wird.

Ausgehend von dem Verfahren zum Betrieb eines Gaslasers der eingangs definierten Art, liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, dieses so auszugestalten, daß eine Vermeidung von Laserstrahlprofil-Unsymmetrien durch Kompensation der Lasergas- Dichtegradienten auch dann ermöglicht ist, wenn jedem der beiden Strahlabschnitte des Lichtwellenfeldes Anregungsstrecken zuge­ ordnet sind, wenngleich sich die Erfindung auf eine solche Ausführung nicht beschränkt. Die nach der Erfindung angestrebte universelle Lasergas-Dichtegradientenkompensation soll auch bei den verschiedenen Arten der Leistungsregelung der Gasentladung wirksam sein. Eine solche Leistungsregelung geschieht entweder durch eine Leistungsregelung der kontinuierlich eingekoppelten elektrischen Leistung (insbesondere Hochfrequenz-Anregung), oder dadurch, daß die Gasentladung gepulst betrieben wird und die Leistungsregelung über das Puls-Pausen-Verhältnis der Anregungspulse erfolgt. Diese Regelung beeinflußt auch den Dichtegradienten des Lasergases. Eine Anpassung an derartige unterschiedlich starke Dichtegradienten durch eine geeignete Kompensation ist also auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem gattungs­ gemäßen Verfahren zum Betrieb eines Gaslasers, wie es im Anspruch 1 definiert ist, dadurch gelöst, daß gemäß den weiteren Merkmalen des Patentanspruchs 1 mindestens zwei durch die Faltung gebildete Strahlabschnitte des Lichtwellenfeldes in Bezug auf ihre beiden transversal zur Ausbreitungsrichtung verlaufenden Achsen des Lichtwellenfeldes zueinander invertiert werden und daß die mindestens zwei Strahlabschnitte vom Laser­ gas parallel durchströmt werden, so daß die durch das Lasergas- Dichtefeld bedingten Strahlprofil-Unsymmetrien des einen Strahl­ abschnitts am zweiten Strahlabschnitt, der mit seinem invertier­ ten Strahlprofil ein und dasselbe Dichtefeld durchdringt, weitgehend kompensiert werden und umgekehrt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gaslaser zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wie er im Gattungsbegriff des Patent­ anspruchs 2 angegeben ist und mit welchem die gestellte Aufgabe durch die weiteren Merkmale gelöst wird, daß der Gaslaser wenig­ stens eine, durch mit Abstand einander gegenüberliegende Elektro­ den gebildete Anregungsstrecke aufweist, deren Elektroden­ abstände quer zur optischen Achse des Lasers verlaufen und deren Elektroden an je einer Längsseite wenigstens eines der beiden Strahlabschnitte angeordnet sind, daß die Faltungs- Anordnung zur seiten- und höhenverkehrten Reflexion des ersten bzw. zweiten Strahlabschnitts eingerichtet ist und daß Gebläse- und Lasergas-Leiteinrichtungen zur Parallel-Durchströmung der wenigstens zwei Strahlabschnitte vorgesehen sind, so daß die durch das Lasergas-Dichtefeld bedingten Strahlprofil-Unsymmetrien des einen Strahlabschnitts am zweiten Strahlabschnitt der mit seinem invertierten Strahlprofil ein und dasselbe Dichtefeld durchdringt, weitgehend kompensiert werden und umgekehrt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 3 bis 7 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem daran zu sehen, daß - für den Fall der weitgehenden Übereinstimmung der Druck- und Temperaturprofile der beiden Strahlabschnitte - durch die parallele Gasdurchströmung eine Kompensation von Strahlunsymmetrien erreicht werden kann. Wenn, wie im Anspruch 3 angegeben, beiden Strahlabschnitten jeweils mindestens eine Anregungsstrecke zugeordnet ist und beide Anregungsstrecken vom Lasergas parallel durchströmt werden, dann ist bei Dauer-Betrieb eine möglichst übereinstimmende synchrone Erregung der beiden Gruppen von Anregungsstrecken zweckmäßig, damit der gewünschte Kompensationseffekt eintritt, d. h. aufgrund der Spiegelung beider Transversalachsen durchläuft ein kleiner Profilaus­ schnitt des Laserstrahls innerhalb des einen Strahlabschnitts beispielsweise eine Zone höheren Druckes und nach der Spiege­ lung innerhalb des zweiten Strahlabschnitts eine Zone niedri­ geren Druckes und umgekehrt; dies gilt auch für Zonen höherer bzw. niederer Temperatur. Damit kompensieren sich die unter­ schiedlichen Brechungsindizes in den beiden Gasströmungs­ zonen, welche die beiden Teilstrahlen durchsetzen, weitestgehend.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung, in der ein Ausfüh­ rungsbeispiel eines Gaslasers nach der Erfindung mit einer be­ vorzugte Faltungsspiegel-Ausführung dargestellt sind, das Ver­ fahren und ein Gaslaser nach der Erfindung einschließlich weiterer Merkmale und Vorteile noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 perspektivisch, teils in "Phantom-Darstellung", einen Gaslaser nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Schnittebene II-II aus Fig. 1 durch die Anregungsstrecken und die zwischen ihnen durchlaufenden Strahlabschnitte, wobei das Druckgra­ dientenfeld schematisch angedeutet ist;

Fig. 3 ebenfalls perspektivisch, einen Tripel-Spiegel und

Fig. 4 in entsprechender Darstellung zu Fig. 1 eine Ausführungs­ variante des Gaslasers mit einem Tangentialgebläse.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Gaslaser, insbesondere ein CO₂-Laser, besteht aus der Laserkammer L, einem diese Laserkammer L enthaltenden Gehäuse G in Gestalt eines angenähert hohlzylindrischen Druckbehälters, im Gehäuse G ebenso wie der Laserkopf L untergebrachten Gebläse- und Lasergasleit-Einrich­ tungen LG und einem Grundrahmen B, welcher als tischartige Profil­ rahmenkonstruktion ausgebildet ist und das Gehäuse G trägt.

Der Grundrahmen B weist vier Eckpfeiler B1 auf, wobei einer verdeckt ist, diese werden zu einm im Grundriß rechteckförmigen Tisch verbunden, durch untere und obere Längsstreben B2, B3, vertikale Versteifungsstreben B4 zwischen den unteren und den oberen Längsstreben B2, B3 und durch eine auf die oberen Längs­ streben B3 aufgelegte und mit diesen verschraubte oder ver­ schweißte Tischplatte B5, welche einen Längsschlitz 1 aufweist. An den beiden langgestreckten Seitenbereichen der Tischplatte B5 sind Gehäuseverbindungsflansche G12 zwischen einem Gehäusemittel­ teil G2 und einem Gehäuse-Unterteil G1 angeordnet und durch Schrauben oder Schweißen fixiert und dichtend verbunden. Der Gehäusemittelteil G2 weist zwei gleichartig ausgebildete, mit ihren unteren und oberen Flanschen 2, 3 jeweils nach außen wei­ sende Seitenwände 4, 5 auf, welche jeweils mit ihren oberen in Längsrichtung weisenden Flanschen 3 mit dem entsprechenden Gegenflansch 6 bzw. 7 des haubenförmigen oberen Gehäuseteils G3 druckdicht verbunden sind.

Man erkennt aus Fig. 1, daß die untere und die obere Gehäuse­ schale G1, G3 jeweils einen etwa halbkreisförmigen Querschnitt haben und daß durch die Einfügung des Mittelteils G2 eine Erwei­ terung oder Streckung des Gehäuses G erzielt wird, so daß im Innneren ein vergrößerter Raum zur Unterbringung von Gebläse­ und Lasergasleiteinrichtungen LG mit seinen Gebläseeinrichtungen LG1 gewonnen wird. Die Gehäuseteile G1, G2 und G3 bestehen ins­ besondere aus korrosionsbeständigem Stahlblech, das auf seiner Innenseite auch resistent ist gegenüber dem zirkulierenden Laser­ gas, vgl. die Strömungspfeile f1 des dem Laserkopf L zuströmen­ den und die Strömungspfeile f2 des aus dem Laserkopf L strömen­ den Lasergases, welches im Falle eines CO₂-Lasers aus einem Ge­ misch aus CO₂, N₂ und He sowie gegebenenfalls weiterer Zusatz­ gase besteht. Die Korrosionsbeständigkeit könnte auch durch eine Beschichtung an der Innenseite der Gehäusebleche erzielt werden. Auf jeden Fall ist das Gehäuse gasdicht, wobei bei einer ge­ schraubten Flanschverbindung im Bereich der Gehäuseflanschen G12 und G23 eingelegte O-Dichtringe zweckmäßig sind.

Der Laserkopf L ist untergebracht zwischen der einen Seitenwand 4 und einer mit Abstand dazu angeordneten Zwischenwand 8. Die beiden Seitenwände 4, 8 sind jeweils mit einer Kaschierung 4a, 8a aus elektrisch isolierendem Material, z. B. hochspannungsfester Keramik, versehen, die zum Laserkopf L bzw. zum Gasraum weisend die Elektroden der Anregungsstrecken trägt, und diese beiden den Laserkopf L definierenden Seitenwände 4, 8 sind in ihrem Einströmbereich und in ihrem Ausströmbereich - bezogen auf die Gasströmungsrichtung f1, f2 - mit einer drosselartigen Verengung 9 bzw. einer diffusorartigen Erweiterung 10 versehen. Zwischen beiden Seitenwänden 4, 8 befindet sich mittig eine weitere Trenn- bzw. Aufteilungswand 11, welche an ihrem oberen und unteren Ende angespitzt bzw. verjüngt zulaufend ausgebildet ist, so daß sich durch diese Trennwand 11 prinzipiell zwei Kammerräume L1, L2 des Laserkopfes L bilden, welche an ihren oberen Enden sich drosselartig verengend und an ihren unteren Enden sich diffusor­ artig erweiternd verlaufen. Auch die Trennwand 11 besteht aus einem elektrisch isolierenden mechanisch stabilen Material, welches - wie noch erläutert - ebenso wie die beiden Seiten­ wände 4, 8 zur Halterung der lediglich schematisch dargestell­ ten Elektroden der Anregungsstrecken E dienen kann.

Der Laserresonator R wird gebildet und seine Länge wird definiert durch einen Reflexionsspiegel SP1, welcher an der nicht näher und teilweise weggebrochen dargestellten vorderen Gehäusestirn­ wand G4 justierbar gehaltert ist, eine am anderen Ende der Laser­ kammer L angeordneten, schematisch angedeuteten Faltungsspiegel­ anordnung SP2 und einer teildurchlässigen Auskoppel-Spiegel­ anordnung SP3, ebenfalls justierbar innerhalb der schon erwähnten vorderen Gehäusestirnwand G4 unterhalb des ersten Spiegels SP1 gehaltert. Es handelt sich also um einen an der Faltungsspiegel­ anordnung SP2 gefalteten Resonator R. Der als Ganzes mit LL bezeichnete Laserstrahl setzt sich also zusammen aus einem ersten Strahlabschnitt LL1 längs der optischen Achse x1-x1 und einem zweiten relativ zum ersten Strahlabschnitt gefalteten Strahlabschnitt LL2 längs der optischen Achse x2-x2. Die Reso­ natorlänge erstreckt sich mithin zwischen dem ersten Spiegel SP1 und dem Auskoppelspiegel SP3. Die Gasströmung durchsetzt beide Laserstrahlabschnitte gemäß den Strömungspfeilen f1 und f2 quer zu ihren optischen Achsen.

Der Gaslaser weist wenigstens eine, durch mit Abstand einander gegenüberliegende Elektroden E11-E21; E12-E22 usw. gebildete Anregungsstrecke auf, deren Elektrodenabstände a quer zur opti­ schen Gesamt-Achse x1...x2 des Lasers bzw. des Laserkopfes L verlaufen und deren Elektroden E11, E21; E12, E22 ... an je einer Längsseite wenigstens eines der beiden Strahlabschnitte LL2 bzw. LL1 angeordnet sind. Dargestellt ist eine Anregungs­ strecken-Anordnung E, bei der jedem der beiden Strahlabschnitte LL1 und LL2 jeweils mindestens eine Anregungsstrecke zugeordnet ist, und zwar sind zwei Elekroden-Paare E11-E21 und axial dem­ gegenüber versetzt E12-E22 für den Strahlabschnitt LL2 sowie die beiden Elektroden-Paare E21-E31 und (axial versetzt dazu) E22-E32 für den Strahlabschnitt LL1 vorgesehen. Wie es die Elektrode E33, welche an der Seitenflanke des ersten Strahl­ abschnitts LL1 axial zwischen der Elektrode E32 und dem Reflexions­ spiegel SP1 angeordnet ist, zeigt, könnten noch weitere Anre­ gungsstrecken-Paare einem oder beiden der Strahlabschnitte LL1, LL2 zugeordnet werden. Funktionstüchtig ist der dargestellte Gaslaser bereits mit einer Anregungsstrecke, bestehend aus zwei einander gegenüberliegender Elektroden, z. B. E11-E21. Jedoch ist es vorteilhafter, mehr als ein Elektrodenpaar dem Resonator zuzuordnen, damit die elektrische Anregungsenergie, die in den Gasraum eingekoppelt und dann als Laserlichtenergie ausgekop­ pelt wird, entsprechend vergrößert werden kann. Im folgenden werden die paarweise einander gegenüberliegenden Elektroden E11-E21 mit Elektrodenpaar E1, E12-E22 mit Elektrodenpaar E2, E21-E31 mit Elektrodenpaar E3 und E22-E32 mit Elektrodenpaar E4 bezeichnet. Man sieht daraus, daß die Elektroden E21 und E22 Doppelfunktions-Elektroden sind, welche den Elektrodenpaaren E1, E2 einerseits und E3, E4 gemeinsam sind.

Die Elektroden sind lediglich schematisch als im "Raume schweben­ de" Platten dargestellt. Es versteht sich, daß entsprechende Elektroden-Halterungen und -Justiervorrichtungen sowie Strom- und Spannungs-Versorgungseinrichtungen mit entsprechenden Einkopplungseinrichtungen der elektrischen Leistung (nicht dargestellt) an den Seitenwänden 4, 8 und an der Trennwand 11 vorgesehen sein müssen. Ihre nähere Darstellung erübrigt sich hier, weil zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich.

Man erkennt aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2, daß die Faltungsspiegel-Anordnung SP2 zur seiten- und höhenverkehr­ ten Reflexion des ersten bzw. zweiten Strahlabschnitts LL1, LL2 eingerichtet ist. Wenn man die beiden Strahlabschnitte in Rich­ tung der Pfeile der Schnittebene II-II im Querschnitt betrachtet, und dabei dem ersten Strahlabschnitt LL1 die beiden Transversal­ achsen +y₁ in der Horizontalen und -z₁ in der Vertikalen zu­ ordnet (Fig. 2), dann ergibt sich für den zweiten Strahlabschnitt LL2 nach seiner Reflexion an der Faltungsspiegel-Anordnung SP2 ein Querschnittsbild, wie es im linken Teil der Fig. 3 darge­ stellt ist, d. h., sowohl die Transversalachse +y₁ ist seiten­ verkehrt gespiegelt und deshalb mit -y₁ bezeichnet, als auch die vertikale Transversalachse -z₁ ist höhenverkehrt gespiegelt und deshalb im linken Teil mit +z₁ bezeichnet. Fig. 2 zeigt auch, daß von den beiden geschnittenen Anregungsstrecken-Paaren E11-E21 und E21-E31 die mittlere Elektrode eine Doppelelektrode ist, welche sowohl eine Kathode (linker Teil) als auch eine Anode (rechter Teil) aufweist, zwischen denen ein geeignetes hoch­ spannungsfestes Isoliermaterial 12 sich befindet, wobei diese Doppelelektrodenanordnung in die Trennwand 11 integriert ist, die aber aus Übersichtlichkeitsgründen nur an der Stirnseite des Gaslasers angedeutet ist. Aufgrund der Gasströmung, siehe Strömungspfeile f1, ergibt sich ein Druckgradientenfeld Fp. Die Dichte des Lasergases an der Anströmseite der beiden Strahl­ abschnitte LL1, LL2 ist demnach größer als die Dichte im Be­ reich ihrer Gasabströmseiten, wie es Fig. 2 schematisch verdeutlicht.

Mit den Dichtegradienten oder der lokalen Dichte einher geht der Brechungsindex des gasförmigen Mediums. Durch die parallele Gasdurchströmung, d. h. beide Strahlabschnitte LL1 und LL2 werden innerhalb der Laserkammer L von dem in Umlauf gesetzten Lasergas parallel durchströmt, werden die durch das Lasergas- Dichtefeld bedingten Strahlprofil-Unsymmetrien des einen Strahl­ abschnitts LL1 am zweiten Strahlabschnitt LL2, der mit seinem invertierten Strahlprofil ein und dasselbe Dichtefeld durch­ dringt, weitgehend kompensiert und umgekehrt. Das Dichtegradien­ tenfeld Fp, welchem der Strahlabschnitt LL1 im rechten Teil der Fig. 2 ausgesetzt ist und welches gewisse Strahlunsymmetrien erzeugt, wirkt auf den Strahlabschnitt LL2 im linken Teil der Fig. 2 mit praktisch der gleichen Feldverteilung, jedoch ist der Strahlabschnitt mit seiner ersten Transversalachse 2 inver­ tiert, so daß eine Kompensation eintritt. Das Nämliche ergibt sich in Bezug auf Dichtegradienten, die in Richtung der zweiten Transversalachse y, also quer bzw. horizontal gerichtet sind. Wenn man unterstellt, daß zwischen den Elektrodenpaaren der Anregungsstrecken, also z. B. E11-E21 und E21-E31 elektrische Felder, eine Gasentladung und ein entsprechendes Plasma sich ergeben, mit einem gleichartigen Wärme- und Druckgradienten- Profil, so erfolgt auch eine Querkompensation, weil der erste Strahlabschnitt LL1 mit seiner zweiten Transversalachse y zu­ nächst in Richtung +y gerichtet ist (rechter Teil von Fig. 2) und nach der Spiegelung in die entgegengesetzte Richtung -y₁ gerichtet ist. Auf diese Weise erfolgt auch hinsichtlich etwai­ ger Strahlunsymmetrien in Querrichtung eine Kompensation.

Die Gebläse- und Lasergas-Leiteinrichtungen LG umfassen eine Mehrzahl von schematisch dargestellten Axialgebläsen 13, wovon drei zu sehen sind. Jedes der Gebläse 13 befindet sich in einem hohlzylindrischen Gebläsegehäuse 14 und weist feststehende schematisch angedeutete Leitschaufelkränze 15a und umlaufende Laufschaufelkränze 16 auf, wobei das jeweilige Gebläse 13 auch mehrstufig mit mehreren Leitschaufel-Laufschaufelkranz-Paaren ausgeführt sein kann, wenn ein höheres Druckgefälle erzeugt werden soll. Die offenen Auslaß-Stirnseiten der Gebläse 13 münden in einen sich stetig verengenden Zuströmraum 18, welcher nach außen durch das halbkreisförmige, haubenartige Gehäuse­ oberteil G3 begrenzt wird und nach unten durch eine tunnel­ artige Strömungswand 19. Dieser sich verengende Zuströmraum 18 wirkt als Drossel und beschleunigt das Lasergas in Richtung auf die Einströmzone des Laserkopfes L. Die tunnelartige Begrenzungs­ wand 19 ist befestigt an einem Zwischenboden 20, welcher sich bis zum Flansch 3 erstreckt und mit entsprechenden kreisförmi­ gen Öffnungen für die Gebläse 13 versehen ist. Zwischen diesem Zwischenboden 20 und der Tischplatte B5 befindet sich ein Hohl­ raum 21, und zwischen der tunnelartigen Begrenzungswand 19 und dem Zwischenboden 20 ein weiterer Hohlraum in Form eines Tunnel­ raums 22. Diese beiden Hohlraüme 21 und 22 können dazu dienen, weitere Laserkomponenten aufzunehmen, z. B. Bauteile des elektri­ schen Netzwerkes, wie Kapazitäten, Drosselspulen, Hochspannungs­ isolierungen usw. Es können weiterhin Gasspeicher darin unter­ gebracht sein, um verbrauchte Gasanteile zu ersetzen, ferner Nebenkreisläufe mit Gasfilterstrecken.

Nachdem das Lasergas gemäß den Strömungspfeilen f1 durch den Laserkopf L bzw. - in Parallelströmung - durch die beiden Teilkammern L1 und L2 geströmt ist, gelangt es gemäß Strömungs­ pfeil f2 in einen unteren diffusorartigen Raum 23, der von der Bodenwand G1 und einem Teil der Tischplatte B5 sowie ferner einer an der Unterseite der Tischplatte B5 befestigten weiteren tunnelförmigen Begrenzungswand 24 begrenzt wird. Innerhalb dieser diffusorartigen Strömungsstrecke des Raumes 23, wo ein teilweiser Druckrückgewinn stattfindet, befindet sich, etwa auf halber Strömungslänge, ein schematisch angedeuteter Gaskühler GK, der als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist mit einem Wassereinströmrohr 25 und einem Wasserausströmrohr 26 (externe Leitungen, Wasserspeicher und Pumpen sind nicht dargestellt).

Die vordere Stirnwand G4 ist, wie erwähnt, lediglich in gebroch­ ener Darstellung angedeutet; sie ist mit dem restlichen Teil des Gehäuses G1, G2, G3 längs eines nicht näher dargestellten Dichtungsflansches mittels Schrauben und/oder Dichtschweißung gasdicht verbunden. Das gleiche gilt für die nicht näher er­ sichtliche rückseitige Stirnwand. Zur mechanischen Halterung der inneren Bauteile ist es zweckmäßig, im Inneren entsprechen­ de Stütz- oder Schottwände vorzusehen, die gestrichelt bei 27 angedeutet sind. Diese können mit Materialaussparungen bzw. Öffnungen zur Querverbindung der einzelnen durch die Stütz­ wände unterteilten Kammerräume versehen sein, weil in Längs­ richtung x-x des Lasergehäuses der Gasraum wegen der Parallel­ strömung sich jeweils auf dem gleichen Druckniveau befindet.

Die elektrische Anregung der dem einen Strahlabschnitt, z. B. LL1, zugeordneten Anregungsstrecken-Gruppe und der dem anderen Strahlabschnitt, z. B. LL2, zugeordneten Anregungsstrecken-Gruppe kann auch im Gegentakt-Betrieb erfolgen. Dabei ist aber vorzugs­ weise eine so hohe Pulsfrequenz und eine Überlappung der Gegen­ taktpulse vorzunehmen, daß jeder Teilstrahl weitgehend über­ einstimmende Gradientenfelder durchläuft, damit die erwünschte Kompensation auftritt.

Eine vorteilhafte Faltungsspiegel-Anordnung ist schematisch in Fig. 3 perspektivisch dargestellt. Es handelt sich dabei um einen als Hohlkörper ausgebildeten Tripelspiegel, bei welchem die drei relevanten Spiegelflächen 30, 31, 32 in einer gemein­ samen Würfelecke 33 zusammenlaufen. Durch die dreifache Spiege­ lung wird z. B. der dargestellte Buchstabe F als einfallendes Strahlprofil S1 auf dem Kopf stehend und seitenverkehrt als ausfallender Strahl S2 reflektiert. Die an der Reflexion nicht beteiligten Mantel-Spiegelflächen in Gestalt unregelmäßiger Trapeze sind mit 35 bezeichnet. Anstelle eines Hohlkörpers mit spiegelnden Innenflächen könnte es sich auch um ein entsprechen­ des optisches Element mit reflektierenden Flächen 30, 31, 32 handeln. Auch bei der Faltungsspiegel-Anordnung SP2 nach Fig. 1 handelt es sich um einen Tripelspiegel, lediglich die Spiegel­ schnittfläche, die den Strahlabschnitten LL1, LL2 zugewandt ist, ist so gelegt, daß sie dreieckig ist (im Gegensatz zu Fig. 3, wo sie sechseckig ist).

Für die Faltungsspiegel-Anordnung nach Fig. 3 ist charakteri­ stisch, daß sie drei Spiegelflächen 30, 31, 32 aufweist und die von den Vektoren des einfallenden Strahls S₁ und des ersten reflektierten Strahls S₁₂ einerseits und die von den Vektoren des zweiten reflektierten Strahls S₂₁ und des ausfallenden Strahls S₂ andererseits gebildeten Ebenen nicht parallel zuein­ ander verlaufen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 eines Gaslasers unterschei­ det sich von demjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die Gebläse- und Lasergas-Leiteinrichtungen LG ein langgestrecktes Tangential­ gebläse 13′ aufweisen, wobei die Leiteinrichtungen 15′ als Leitbleche ausgeführt sind, welche das aus dem Schlitz 36 gemäß Strömungspfeil f21 zuströmende Lasergas dem Außenumfang des Tangentiallüfters 13′ zuleiten und das beschleunigte Lasergas von dessen Umfang an einer anderen Umfangsstelle gemäß Strömungs­ pfeil f11 über den Längsschlitz 37 des Zwischenbodens 20 in den Zuströmraum 18 überleiten. Da im übrigen eine Übereinstimmung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 mit demjenigen nach Fig. 1 besteht, so sind nur die wichtigsten Bezugszeichen aus Fig. 1 in Fig. 4 eingetragen.

Zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist noch nachzutragen, daß bei der dargestellten Elektrodenanordnung jedem Strahlabschnitt LL1, LL2 wenigstens eine eigane Elektrode E11, E12 bzw. E31, E32 zugeordnet ist und daß darüber hinaus beiden Strahlabschnitten eine gemeinsame, im Zwischenraum liegende Mittelelektroden-Anord­ nung E21, E22 (d. h. mindestens eine dieser Elektroden) zugeord­ net ist, wobei die Elektroden E21, E22 dieser Mittelelektroden- Anordnung potentialmäßig floaten. Diese Ausführungsform weicht von der anhand von Fig. 2 beschriebenen ab, wo beide Teil­ elektroden E21 an Anode bzw. Kathode angeschlossen sind. Bei einem floatenden Potential für die Mittelelektroden E21, E22 stellt sich ein Potentialgefälle von der einen äußeren Elektro­ den-Anordnung E11, E12 zur gegenüberliegenden E31, E32 bzw. umgekehrt über die Mittelelektroden ein.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis 4 geht hervor, daß mit dem dargestellten Gaslaser nach der Erfindung sich ein Verfahren verwirklichen läßt, bei welchem mindestens zwei durch die Faltung gebildete Strahl­ abschnitte LL1, LL2 des Lichtwellenfeldes in Bezug auf ihre beiden transversal zur Ausbreitungsrichtung x₁-x₁ bzw. x₂-x₂ verlaufenden Achsen y bzw. z des Lichtwellenfeldes zueinander invertiert werden. Schließlich werden diese mindestens zwei Strahlabschnitte LL1, LL2 vom Lasergas, vgl. Strömungspfeile f₁, f₂, parallel durchströmt, so daß die durch das Lasergas- Dichtefeld F_p (Fig. 2) bedingten Strahlprofil-Unsymmetrien des einen Strahlabschnittes LL1 am zweiten Strahlabschnitt LL2, welch letzterer mit seinem invertierten Strahlprofil ein und dasselbe Dichtefeld durchdringt, weitgehend kompensiert werden und umgekehrt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betrieb eines Gaslasers, insbesondere eines CO₂- Lasers, der quer zu sainer optischen Achse vom Lasergas durch­ strömt wird und dessen Lichtwellenfeld durch einen wenigstens einmal gefalteten Resonator erzeugt wird, mit den weiteren Merkmalen,

• - daß mindestens zwei durch die Faltung gebildete Strahlabschnitte des Lichtwellenfeldes in Bezug auf ihre beiden transversal zur Ausbreitungsrichtung verlaufenden Achsen des Lichtwellen­ feldes zueinander invertiert werden
• - und daß die mindestens zwei Strahlabschnitte vom Lasergas parallel durchströmt werden, so daß die durch das Lasergas-Dichte­ feld bedingten Strahlprofil-Unsymmetrien des einen Strahlab­ schnitts (LL1) am zweiten Strahlabschnitt (LL2), der mit seinem invertierten Strahlprofil ein und dasselbe Dichtefeld durchdringt, weitgehend kompensiert werden und umgekehrt.

2. Gaslaser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Gasströmung quer zu seiner optischen Achse, insbesondere CO₂-Laser, mit gefaltetem Resonator und zugehöriger Faltungs- Anordnung, so daß der Resonator mindestens einen ersten Strahl­ abschnitt und einen zweiten, zu diesem gefalteten Strahlabschnitt aufweist, mit den weiteren Merkmalen,

• - daß der Gaslaser wenigstens eine, durch mit Abstand einander gegenüberliegende Elektroden (E11-E32) gebildete Anregungs­ strecke (E1) aufweist, deren Elektrodenabstände (a) quer zur optischen Achse (x₁-x₁, x₂-x₂) des Lasers verlaufen und deren Elektroden (E11, E21) an je einer Längsseite wenigstens eines der beiden Strahlabschnitte (LL11, LL2) angeordnet sind,
• - daß die Faltungs-Anordnung (SP2) zur seiten- und höhenverkehr­ ten Reflexion des ersten bzw. zweiten Strahlabschnitts (LL1, LL2) eingerichtet ist und
• - daß Gebläse- und Lasergas-Leiteinrichtungen (LG) zur Parallel- Durchströmung der wenigstens zwei Strahlabschnitte vorgesehen sind, so daß die durch das Lasergas-Dichtefeld (F_p) bedingten Strahlprofil-Unsymmetrien des einen Strahlabschnitts (LL1) am zweiten Strahlabschnitt (LL21), der mit seinem invertierten Strahlprofil ein und dasselbe Dichtefeld durchdringt, weit­ gehend kompensiert werden und umgekehrt.

3. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Strahlabschnitten (LL1, LL2) jeweils mindestens eine Anregungs­ strecke (E11-E21; E21-E31) zugeordnet ist und daß die mindestens zwei Anregungsstrecken (E1, E3) vom Lasergas parallel durch­ strömt werden.

4. Gaslaser nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine elektrische Anregung der dem einen Strahlabschnitt (LL1) zugeordneten Anregungs­ strecke (E1) bzw. Anregungsstrecken-Gruppe und der dem anderen Strahlabschnitt (LL2) zugeordnete Anregungsstrecke (E3) bzw. Anregungsstrecken-Gruppe im Gegentaktbetrieb.

5. Gaslaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Strahlabschnitt (LL1, LL2) wenigstens eine eigene Elektrode (E11, E12 ...; E31, E32 ...) und beiden Strahlabschnitten eine gemeinsame, im Zwischenraum liegende Mittelelektrode (E21, E22 ...) zugeordnet sind und daß die Mittelelektrode potentialmäßig floatet.

6. Gaslaser nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltungs- Anordnung (SP2) eine Faltungsspiegel-Anordnung ist und wenigstens drei Spiegelflächen (30, 31, 32) aufweist, wobei die von den Vektoren des einfallenden und des ersten reflektierten Strahls einerseits und die von den Vektoren des zweiten reflektierten und des ausfallenden Strahls andererseits gebildeten Ebenen nicht parallel zueinander verlaufen.

7. Gaslaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Spiegelflächen (30, 31, 32) die in einer gemeinsamen Würfelecke (33) zusammenlaufenden Flächen eines Tripelspiegels bilden.