DE3926734C2 - Gaslaser - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaser,
insbesondere Kohlendioxidlaser, dessen Gas mit Hochspannungselektroden
angeregt ist, mit einem in einem ringzylindrischen
Bereich angeordneten gasdurchströmten Gasentladungsraum, an
dessen Enden den Strahlengang vielfach faltende Faltungsspiegel
angeordnet sind und der an einen der Gasumwälzung dienenden
Kühlkanal angeschlossen ist, der im Innendurchmesser des ringförmigen
Bereichs angeordnet ist, dort mindestens einen mit dem
Gasentladungsraum gleichachsigen Gaskühler hat und an mindestens
ein mit dem Gasentladungsraum gleichachsiges Radialgebläse
angeschlossen ist, das sich in einem der Rücklenkung des
gekühlten Gases dienenden Gasleitkanal befindet, der von einem
Gasleitgehäuse und einem darin abgestützten Gasleitring gebildet
ist.
Ein derartiger Gaslaser ist aus der EP 111 045 A2 bekannt.
Der ringförmige Bereich wird durch mehrere Laserrohre
gebildet, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Laserrohre
müssen durch besondere Konstruktion auf Abstand gehalten
werden. Ohne eine solche Konstruktion ist es auch nicht
möglich, ein Innenrohr für den Gaskühler einzubauen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Gaslaser mit den eingangs genannten Merkmalen so zu ver
bessern, daß er einen vereinfachten Aufbau bei verringerter ra
dialer Erstreckung aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gasleitgehäuse
und sein Gasleitring jeweils mit einem einen ringzylindrischen
Gasentladungsraum begrenzenden Gasrohr zusammengebaut sind, daß
ein einstückiger, eine Innenausnehmung mit etwa dem Kühlkanaldurchmesser
entsprechendem Innendurchmesser aufweisender Faltungsspiegel
in einer Umfangsausnehmung des Gasleitrings angeordnet
ist und der Gasleitkanal den Faltungsspiegel außen umschließt,
und daß das Radialgebläse axial außerhalb des Faltungsspiegels
oder im Innendurchmesser des Faltungsspiegels angeordnet
ist.
Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß bei einem Gasla
ser mit in den Laseraufbau integriertem Kühlkanal eine Gasrück
führung innerhalb der Innenelektrode erfolgt, welche auch den
Gaskühler aufweist. In Verbindung mit diesem vereinfachten Auf
bau kann ein Radialgebläse verwendet werden, dessen oben ange
gebene Bemessung dazu beiträgt, daß es die radiale Erstreckung
des Lasers nicht vergrößert. Der erfindungsgemäße Laser ist in
folge seines einfachen Aufbaus insbesondere dazu geeignet, mit
weiteren laserstrahlungserzeugenden und/oder beeinflussenden
Funktionseinheiten zusammenzuarbeiten. Der zweischalige Aufbau
des Gaslasers ermöglicht eine radiale Strahlungsausblendung und
damit eine kompakte Anordnung mehrerer Laser- oder Verstär
kungseinheiten in radialer Richtung.
Damit die Faltungsspiegel möglichst nahe am Gasentladungsraum
angeordnet sind, sind die Radialgebläse außerhalb der Faltungsspiegel
angeordnet und mittels jeweils eines die Faltungsspiegel
außen umschließenden Gasleitkanals an den Gasentladungsraum
angeschlossen sind. Auf diese Weise wird der Laser
radial nur soviel vergrößert, wie es infolge der radialen Erstreckung
des Gasleitkanals unumgänglich ist.
Eine Verminderung der radialen Erstreckung ist dadurch erreicht,
daß die Radialgebläse jeweils zwischen einem Faltungsspiegel
und dem Gasentladungsraum innerhalb des Strahlengangs
angeordnet sind. Damit entfällt die axial außerhalb des Gebläses
erfolgende Umspülung der Faltungsspiegel, die außerdem
beide durch das gekühlte Gas bespült werden, was im Hinblick
auf deren wärmemäßige Belastung günstig ist und außerdem am besten
dazu beitragen kann, daß keine Beeinträchtigung der Faltungsspiegel
durch im Gasstrom mitgeführte Partikel erfolgen
kann, die insbesondere dann besonders groß wäre, wenn der ungekühlte
Gasstrom direkt auf die Faltungsspiegel gelangen könnte
und so insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu einem
Erblinden dieser Spiegel beitragen würde.
Der Gaslaser ist so ausgebildet, daß jedes Radialgebläse
ein Gasleitgehäuse hat, in dem ein an den Kühlkanal der Innenelektrode
anschließender, innen konischer Gasleitring vorhanden
ist, der mit dem Gehäuse den an den Gasentladungsraum anschließenden
Gasleitkanal des Gebläses bildet und in einer Umfangsausnehmung
einen ringförmigen Faltungsspiegel aufweist. Das
Gasleitgehäuse und der Gasleitring sind die bedeutsamsten Bauteile
an den Enden des Gasentladungsraums zur Gestaltung der
Rückführung des Gases aus dem Kühlkanal in den Gasentladungsraum.
Sie können den Anforderungen an mechanische Stabilität
und optimale Gasströmung entsprechend unter strömungsmäßiger
Anpassung an das Radialgebläse und die weiteren Einbauten seitlich
des Gasentladungsraums gestaltet werden.
Der Gaslaser ist so ausgebildet, daß das Gasleitgehäuse
und sein Gasleitring jeweils mit einem den Gasentladungsraum
begrenzenden, elektrodenabschirmenden Gasrohr zusammengebaut
sind. Das Gasleitgehäuse, die Resonator-Endspiegel und die den
Gasentladungsraum bildenden Gasrohre sind eine stabile Baueinheit,
die störungsunempfindlich ist.
Im vorgenannten Sinne ist es beispielsweise vorteilhaft,
daß die Faltungsspiegel Innenausnehmungen mit etwa dem Kühlka
naldurchmesser entsprechendem Innendurchmesser aufweisen. Es
ist eine kompakte Verbindung des Gasleitrings mit dem den Gas
entladungsraum innen begrenzenden Gasrohr möglich.
Vorteilhafterweise ist der Gaslaser so ausgebildet, daß an
beiden Enden des Gasentladungsraums je ein Radialgebläse vorhanden
und strömungsmäßig an die Enden des Gasentladungsraums
angeschlossen ist, und daß eine gleichachsig mit dem Gasentladungsraum
innen am inneren Gasrohr angeordnete Innenelektrode
mindestens eine Gasauslaßöffnung hat, aus der das zu kühlende
Gas in den Kühlkanal und zurück zu den Gebläsen strömt. Mit
den beiden Radialgebläsen läßt sich die Gasströmung von den Enden
des Gasentladungsraums zu dessen Mitte hin richten, so daß
beide Faltungsspiegel im abgekühlten Gasstrom liegen, also optimal
temperiert werden können. Darüber hinaus liegen beide Gebläse
im gekühlten Gasstrom, was vorteilhaft für deren Lagerung
ist.
Eine besonders einfache Ausgestaltung des Gaslasers ergibt
sich hinsichtlich des Antriebs der Radialgebläse, da jedes Gas
leitgehäuse einen auf den Gasentladungsraum ausgerichteten Re
sonator-Endspiegel trägt, und daß es, sein Gasleitring und der
zugehörige ringförmige Faltungsspiegel mit Strahldurchtrittsöffnungen
versehen sind.
Eine baulich einfache Ausbildung des Radialgebläseantriebs
wird dadurch erreicht, daß das Gebläserad des Radialgebläses in
einer Stirnwand des Gasleitgehäuses von einer Lagerwelle gelagert
ist, an der ein Elektromotor angreift.
Um Laserenergie einfach auskoppeln zu können, ist der Gas
laser derart ausgebildet, daß in Strahlengangrichtung zwischen
dem Faltungsspiegel und dem Gasleitring ein vom letzterem ge
tragener strahlungsausblendender Lochspiegel angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Integration des Kühlkanals in die In
nenelektrode wird in vorteilhafterweise dazu verwendet, daß
eine das äußere Gasrohr umgebende zylindrische Außenelektrode
Hochspannungspotential hat und die Innenelektrode mit dem Gasleitring
potentialmäßig verbunden ist. Damit entfallen relativ
aufwendige Hochspannungsdurchführungen in das Innere des Lasers,
die vakuumfest sein müßten.
Im Sinne dieses radial kompakten Aufbaus mehrerer Einhei
ten ist der Gaslaser so ausgebildet, daß er achsparallel zu
mindestens einer weiteren Laser- oder Verstärkungseinheit an
geordnet ist, die zusätzlich einen einen radialen Strahl einblendenden
Spiegel hat. Vorteilhafterweise sind der zusätzliche
Spiegel und ein Ausblendspiegel der weiteren Verstärkungseinheit
in demselben Gasleitgehäuse jeweils hinter einer Strahldurchtrittsöffnung
und mit entgegengesetzten Neigungen angeordnet.
Vorteilhafterweise sind der zusätzliche Spiegel und ein
Ausblendspiegel der weiteren Verstärkungseinheit in demselben
Gasleitgehäuse jeweils hinter einer Strahldurchtrittsöffnung
und mit entgegengesetzten Neigungen angeordnet. Es ist damit
möglich, eine Vielzahl von Einheiten anzuordnen, beispielsweise
kreis- oder spiralförmig um einen zentralen Laser herum.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Laser gemäß der
Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Nebeneinander
anordnung eines Gaslasers und einer Verstärkungs
einheit.
Der in Fig. 1 dargestellte Gaslaser hat einen Gasentla
dungsraum 10, der zwischen zwei dielektrischen Gasrohren 4, 6
vorhanden ist. Die Gasrohre 4, 6 tragen innen bzw. außen
Hochspannungselektroden 5, 7, mit denen im Entladungsraum 10 be
findliches Gas durch hochfrequente elektrische Felder angeregt
wird. Das infolgedessen entstehende Laserlicht strahlt achspa
rallel zur Längsachse 28 des Lasers auf Faltungsspiegel 3, 11,
die sphärisch ausgebildet und so angeordnet sind, daß der La
serstrahl zwischen den Faltungsspiegeln 3, 11 hin- und hergehend
den gesamten Gasentladungsraum 10 mit Strahlengangabschnitten
durchsetzt. Anfang und Ende dieses Strahlengangs 29 bilden End
spiegel 1, 12, welche die Resonatorstrecke begrenzen. Eine Aus
kopplung von Strahlungsenergie erfolgt mit einem Lochspiegel
14.
An den Enden des Gasentladungsraums 10 ist jeweils ein
Gasleitgehäuse 18 vorhanden, welches mit den Gasrohren 4, 6 ko
axial zusammengebaut ist. Das Gasleitgehäuse 18 besteht bei
spielsweise aus zwei Hälften, die mit Flanschen 30 aneinander
liegen und dort miteinander durch Verschraubung befestigt sind.
Das Gasleitgehäuse 18 umschließt die vorgenannten Faltungsspie
gel 3, 11, die einstückig ausgebildet sind und deren
Außendurchmesser 17 etwa dem Durchmesser der Außenelektrode 7
entspricht. Dieser Außendurchmesser 17 der Faltungsspiegel 3, 11
ist durch die Durchmessergröße des Gasentladungsraums 10 be
stimmt. Da der Gasentladungsraum 10 bei dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel ringspaltförmig ist, können die Faltungs
spiegel 3, 11 radiale Innenausnehmungen 31 haben, deren Durch
messer etwa dem Kühlkanaldurchmesser k entspricht, also dem
Durchmesser des Kühlkanals 15, der sich innerhalb der Innen
elektrode 5 über deren Länge erstreckt. Infolge dieser Bemes
sung der Innenausnehmungen 31 der Faltungsspiegel 3, 11 ist ein
vergleichsweise großer freier Durchmesser für der strömungs
behinderungsfreien Gasführung dienende Inneneinbauten im Be
reich der Faltungsspiegel 3, 11 vorhanden.
Im Inneren des Gasleitgehäuses 18 sind außer den Faltungs
spiegeln 3, 11 jeweils ein Radialgebläse 13 und ein Gasleitring
19 vorhanden. Das Radialgebläse 13 besteht aus einem auf einer
Lagerwelle 27 gelagerten Gebläserad 32 zwischen einer Stirnwand
18′ und dem entsprechend angepaßten unteren Bereich des Gas
leitrings 19. Die Lagerwelle 27 wird in der Stirnwand 18′ mit
einem schematisch dargestellten Lager 33 gelagert und bei
spielsweise von einem Elektromotor beaufschlagt. Das beim An
trieb des Gebläserades 32 geförderte Gas strömt entsprechend
dem Pfeil 34 radial in einen Gasleitkanal 17, der von dem Gas
leitgehäuse 18 und dem Gasleitring 19 gebildet wird. Der Gas
leitkanal 17 lenkt das vom Gebläse 13 geförderte Gas axial
zurück in den Gasentladungsraum 10, gemäß Pfeil 9 vorbei an den
Faltungsspiegeln 3, 11.
Der Gasleitring 19 ist zweiteilig aufgebaut. Ein ringzy
lindrischer Teil ist einerseits mit dem Gasrohr 4 zusammenge
baut und andererseits mit einem an das Gebläserad 32 angepaßten
Ringteil. Beide Ringteile bilden eine Ausnehmung 22 für die
Faltungsspiegel 3, 11 und begrenzen innen konisch einen Teil des
Gaskreislaufs, der vom Kühlkanal 15 zum Gebläse 13 überleitet.
Die Faltungsspiegel 3, 11 sind auf einer nicht dargestellten
Platte angeordnet, die mit schematisch dargestellten Stützen 35
am Gasleitgehäuse 18 befestigt ist. Diese Stützen sind um
fangsmäßig in Abständen angeordnet, so daß die Gasströmung
nicht wesentlich behindert wird. Auch der Gasleitring 19 ist
mit entsprechenden Stützen 36 am Gasleitgehäuse 18 befestigt.
Das vom Radialgebläse 13 durch zwei Teilkreisläufe in den
Gasentladungsraum 10 zurückgeförderte Gas durchströmt den Gas
entladungsraum 10 von dessen Enden her bis die Gasteilströme in
der Mitte zusammentreffen, wo in der Innenelektrode 5 und in
dem inneren Gasrohr 4 mehrere Gasauslaßöffnungen 16 vorhanden
sind, durch die das erwärmte Gas in den Kühlkanal 15 einströmt.
Entsprechend den Pfeilen 9′ wird das Gas in entgegengesetzten
Richtungen durch Gaskühler 8 strömen, die als Wärmetauscher
ausgebildet sind und für eine entsprechende Kühlung des Gases
sorgen. Die Gaskühler 8 sind in nicht dargestellter Weise an
einen sekundären Kühlkreislauf eines Kühlmittels angeschlossen,
beispielsweise an einen Wasserkreislauf. Die Gebläse 13 saugen
das Gas durch die Gaskühler 8 hindurch an und fördern es in der
beschriebenen Weise.
Die Endspiegel 1, 12 sind in Fig. 1 im Abstand von den Gas
leitgehäusen 18 dargestellt, um die Funktionselemente einzeln
besser erkennen zu können. Sie sind bei einer praktischen Aus
führung des Gaslasers beispielsweise direkt an der Stirnwand
18′ des Gasleitgehäuses 18 befestigt und überdecken deren
Strahldurchtrittsöffnung 20. Damit die Laserstrahlung durch den
Gasleitring 19 und den Faltungsspiegel 3 bzw. 11 nicht behin
dert wird, sind diese mit entsprechenden Strahldurchtrittsöff
nungen 20, 21 versehen.
Das in Fig. 1 rechte Gasleitgehäuse 18 beinhaltet einen
Lochspiegel 14, der mit dem Gasleitring 19 zusammengebaut ist.
Der Lochspiegel 14 ist unter 45° gegen die Strahldurchtrittsöff
nung 20 geneigt und sein Lochdurchmesser ist etwas kleiner als
der Durchmesser dieser Durchtrittsöffnung. Infolgedessen fällt
ein entsprechender Strahlungsanteil auf den Lochspiegel 14 und
dieser blendet diesen Strahlungsanteil vertikal bzw. radial
nach außen durch Ausblendöffnungen 37, 38 des Gasleitrings 19
und des Gasleitgehäuses 18 aus, wobei die Ausblendöffnung 38
mit Festkörpermaterial oder mit einem aerodynamischen Fenster
verschlossen ist.
Fig. 2 zeigt eine Nebeneinanderanordnung des vereinfacht
dargestellten Gaslasers der Fig. 1 mit einer Verstärkungseinheit
23. Der Lochspiegel 14 blendet Laserstrahlung radial bzw. quer
zur Längsachse 28 des Lasers aus, die mit einem strahlungsein
blendenden Spiegel 24 der Verstärkungseinheit 23 in letztere
eingeblendet wird. Ein Ausblendspiegel 25 der Verstärkungsein
heit 23 liefert einen Laserstrahl 26, der entweder einer weite
ren Verstärkungseinheit zugeleitet oder z. B. in einem Arbeits
verfahren eingesetzt wird. In der in Fig. 2 beispielhaft gezeig
ten Kombination wird also in der mit Endspiegeln 1,12 eines Re
sonators versehenen Baueinheit die Laserstrahlung erzeugt, die
in der Verstärkereinheit 23 lediglich verstärkt wird. Diese
Einheit vermag also nicht zu lasern, da sie keinen Resonator
besitzt.
Claims (11)
1. Gaslaser, insbesondere Kohlendioxidlaser, dessen Gas mit
Hochspannungselektroden angeregt ist, mit einem in einem
zylindrischen Bereich angeordneten gasdurchströmten
Gasentladungsraum, an dessen Enden den Strahlengang viefach
faltende Faltungsspiegel angeordnet sind und der an
einen der Gasumwälzung dienenden Kühlkanal angeschlossen
ist, der im Innendurchmesser des ringförmigen Bereich angeordnet
ist, dort mindestens einen mit dem Gasentladungsraum
gleichachsigen Gaskühler hat und an mindestens ein
mit dem Gasentladungsraum gleichachsiges Radialgebläse angeschlossen
ist, das sich in einem der Rücklenkung des gekühlten
Gases dienenden Gasleitkanal befindet, der von einem
Gasleitgehäuse und einem darin abgestützten Gasleitring
gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasleitgehäuse
(18) und sein Gasleitring (19) jeweils mit einem
einen ringzylindrischen Gasentladungsraum (10) begrenzenden
Gasrohr (4, 6) zusammengebaut sind, daß ein einstückiger,
eine Innenausnehmung (31) mit etwa dem Kühlkanaldurchmesser
(k) entsprechendem Innendurchmesser aufweisender
Faltungsspiegel (3, 11) in einer Umfangsausnehmung (22)
des Gasleitrings (119) angeordnet ist und der Gasleitkanal
(17) den Faltungsspiegel (3, 11) außen umschließt, und daß
das Radialgebläse (13) axial außerhalb des Faltungsspiegels
(3, 11) oder im Innendurchmesser (31) des Faltungsspiegels
(3, 11) angeordnet ist.
2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Radialgebläse (13) im Außendurchmesser (16) höchstens
etwa gleich dem Durchmesser (40) des Faltungsspiegels (3,
11) ist.
3. Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geennzeichnet,
daß die Faltungsspiegel (3, 11) am Gasleitgehäuse (18)
befestigt sind.
4. Gaslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Gasentladungsraums
je ein Radialgebläse (13) vorhanden und strömungsmäßig
an die Enden des Gasentladungsraumes (10) angeschlossen
ist, und daß eine gleichachsig mit dem Gasentladungsraum
(10) innen am inneren Gasrohr (4) angeordnete
Innenelektrode (5) mindestens eine Gasauslaßöffnung (16)
hat, aus der das zu kühlende Gas in den Kühlkanal (15) und
zurück zu den Gebläsen (13) strömt.
5. Gaslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gasleitring (19) innen
konisch ausgebildet ist.
6. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Gasleitgehäuse (18) einen auf den
Gasentladungsraum ausgerichteten Resonator-Endspiegel (1,
12) trägt, und daß es, sein Gasleitring (19) und der zugehörige
ringförmige Faltungsspiegel mit Stahldurchtrittsöffnungen
(20, 21) versehen sind.
7. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gebläserad (32) des Radialgebläses
(13) in einer Stirnwand (18′) des Gasleitgehäuses (18) von
einer Lagerwelle (27) gelagert ist, an der ein Elektromotor
angreift.
8. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in Strahlengangrichtung zwischen dem
Faltungsspiegel (3, 11) und dem Gasleitring (19) ein von
letzterem getragener strahlungsausblendender Lochspiegel
(14) angeordnet ist.
9. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß eine das äußere Gasrohr (6) umgebende
zylindrische Außenelektrode (7) Hochspannungspotential hat
und die Innenelektrode (5) mit dem Gasleitring (19) potentialmäßig
verbunden ist.
10. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß er achsparallel zu mindestens einer
weiteren Laser- oder Verstärkungseinheit (23) angeordnet
ist, die zusätzlich einen einen radialen Strahl einblendenden
Spiegel (24) hat.
11. Gaslaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der zusätzliche Spiegel (24) und ein Ausblendspiegel (25)
der weiteren Verstärkungseinheit (23) in demselben Gasleitgehäuse
(18) jeweils hinter einer Strahldurchtrittsöffnung
(20) und mit entgegengesetzten Neigungen angeordnet
sind.
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Publications (2)
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- 1989-08-12 DE DE19893926734 patent/DE3926734C2/de not_active Expired - Fee Related
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |