DE3937490A1 - Mikrowellenangeregter hochleistungslaser - Google Patents
Mikrowellenangeregter hochleistungslaserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hochleistungslaser mit einem
in Richtung einer Resonatorachse einander gegenüberliegend
im Abstand angeordnete Spiegel aufweisenden Resonator,
welcher einen sich sowohl in Richtung der Resonatorachse
als auch in einer zu dieser senkrecht in Querrichtung aus
dehnenden Strahlenverlauf aufweist, mit einem vom Strahlen
verlauf durchsetzten und Lasergas beinhaltenden Gasentla
dungsraum und mit zwei einander gegenüberliegenden und
sich im wesentlichen parallel zur Resonatorachse und zur
Querrichtung erstreckenden sowie den Gasentladungsraum
begrenzend zwischen sich einschließenden Wandflächen.
Derartige Hochleistungslaser sind bekannt. Die Anregung
des Lasergases im Gasentladungsraum erfolgte jedoch bis
lang nur über Hochfrequenz, da nur bei dieser Anregungs
art eine Anregung des Gasentladungsraums in einem von
einem flächigen, das heißt sich sowohl in Richtung
der Resonatorachse als auch in der Querrichtung erstrecken
den Strahlenverlauf durchsetzten Volumenbereich möglich
war.
Die Hochfrequenzanregung eines Lasers hat jedoch den Nach
teil, daß sie insbesondere bei hohen Leistungen sehr kost
spielig ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Laser
der gattungsgemäßen Art mit einer kostengünstigeren Anregung
zu versehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
mindestens eine Wandfläche von einer dielektrischen Wand
gebildet ist, daß auf der dielektrischen Wand eine vom
Lasergas im Gasentladungsraum getrennte Mikrowellenresonanz
struktur sitzt, welche eine der dielektrischen Wand zuge
wandte Öffnung aufweist und in einem dieser gegenüberlie
genden Volumenbereich des Gasentladungsraums zu einer
Mikrowellenanregung des Lasergases führt, und daß in die
Mikrowellenresonanzstruktur Mikrowellen von einer Mikro
wellenquelle einspeisbar sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu
sehen, daß auf einfache Art und Weise eine Mikrowellen
anregung in einem Gasentladungsraum erreicht wurde, wel
che lediglich durch zwei einander gegenüberliegende
Wandflächen begrenzt ist und somit eine Zweidimensionale,
seitlich offene Struktur darstellt, welche selbst keinen
Resonator bilden kann.
Somit ist nun ein erfindungsgemäßer Hochleistungslaser ge
schaffen, welcher in kostengünstiger Weise durch Mikrowellen
angeregt werden kann.
Besonders vorteilhaft, insbesondere um eine möglichst gleich
mäßige Mikrowellenanregung im Gasentladungsraums zu erreichen,
ist es, wenn auf der dielektrischen Wand eine Vielzahl von
Mikrowellenresonanzstrukturen sind. Diese Mikrowellen
resonanzstrukturen können nun hinsichtlich ihres gegensei
tigen Abstandes in einfacher Weise so angeordnet werden,
daß eine möglichst gleichmäßige Mikrowellenanregung im
Gasentladungsraum erfolgt.
Als besonders zweckmäßig hat es sich hierbei erwiesen, wenn
die Mikrowellenresonanzstrukturen in einem gleichmäßigen
Flächenmuster angeordnet sind, da sich damit
Weise eine möglichst gleichmäßige Mikrowellenanregung im
Gasentladungsraum herstellen läßt.
Eine optimale Anpassung der Mikrowellen an den Strahlungs
verlauf ist dadurch möglich, daß die Mikrowellenresonanz
strukturen in einem einer Ausdehnung des Strahlenver
laufs in Richtung der Resonatorachse und in Querrichtung
entsprechenden Flächenbereich angeordnet sind. Um ins
besondere in Höhenrichtung, das heißt auch in Abstands
richtung der beiden Wandflächen eine möglichst gleichmäßige
Mikrowellenanregung des Lasergases zu erreichen, ist vor
gesehen, daß die Mikrowellenanregung zwischen den Wand
flächen des Gasentladungsraums über denselben ausgedehnt
ist.
Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde
lediglich davon ausgegangen, daß auf einer Wandfläche
Mikrowellenresonanzstrukturen sitzen. In diesem Fall ist
die diese Wandfläche tragende Wand dielektrisch ausgebil
det und die gegenüberliegende Wand kann dielektrisch ausge
bildet und metallbeschichtet sein oder ganz aus Metall sein.
Eine verbesserte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lö
sung sieht jedoch vor, daß beide Wandflächen von einer
dielektrischen Wand gebildet sind und auf diesen mindestens
jeweils eine Resonanzstruktur sitzt, so daß die Anregung
des Lasergases im Gasentladungsraum von zwei gegenüberlie
genden Seiten erfolgt. In diesem Fall ist es beispiels
weise auch möglich, daß sich die Mikrowellenanregung
nicht über den gesamten Gasentladungsraum zwischen den Wand
flächen ausdehnt, sondern sich beispielsweise auch die
Mikrowellenanregungen der beiden gegenüberliegenden Resonanz
strukturen ergänzen.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn auf beiden dielek
trischen Wänden eine Vielzahl von Resonanzstrukturen sitzt,
so daß sich durch die Anordnung der Vielzahl der Resonanz
strukturen in besonders einfacher Weise eine möglichst
gleichmäßige Anregung des Lasergases im Gasentladungsraum
erreichen läßt.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die auf den gegen
überliegenden Wänden angeordneten Resonanzstrukturen re
lativ zueinander versetzt sind, so daß die der jeweiligen
Mikrowellenresonanzstruktur zugeordneten Volumenbereiche
nicht deckungsgleich liegen.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn durch die Flächenmuster,
in denen die Mikrowellenresonanzstrukturen auf den einander
gegenüberliegenden Wänden angeordnet sind, die Resonanz
strukturen relativ zueinander auf Lücke angeordnet sind.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung hat sich ein Aus
führungsbeispiel als besonders vorteilhaft erwiesen, bei
welchem jeder Resonanzstruktur eine eigene Mikrowellen
quelle, vorzugsweise ein Magnetron, zugeordnet ist. In
diesem Fall ist nämlich neben einer möglichst gleichmäßigen
Anregung des Lasergases im Gasentladungsraum fast gleich
zeitig noch das Problem gelöst, wie mehrere Mikrowellenquellen
geringerer Leistung miteinander zur Anregung eines Hoch
leistungslasers gekoppelt werden können. Es entfallen
sämtliche aufwendigen Maßnahmen, die erforderlich sind,
um beispielsweise die Leistung mehrerer Mikrowellenquellen
in eine einzige Leitung einzuspeisen, da sich in letzt
genanntem Fall die Mikrowellenquellen gegenseitig beein
flussen und insbesondere auch stören. Durch die jeder
Mikrowellenquelle zugeordnete Resonanzstruktur ist die
ses Problem vollständig gelöst, da über die Resonanz
strukturen eine gegenseitige Beeinflussung der Mikrowellen
quellen auftritt und somit diese entkoppelt voneinander mit
ihrer vollen Leistung zur Anregung des Lasergases im Gas
entladungsraum beitragen können.
Damit ist die Möglichkeit geschaffen, die kommerziell
kostengünstig erhältlichen, aus Haushaltsgeräten bekannten
Magnetrons zur Anregung eines derartigen Lasers einzu
setzen.
Hinsichtlich der Art der Ausbildung der Resonanzstrukturen
wurden bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen
keine näheren Angaben gemacht. Besonders vorteilhaft ist
es hierbei, wenn die Resonanzstruktur ein Zylinderresonator
ist. Dabei kann die Resonanzstruktur vorzugsweise auch ein
Rechteckresonator sein.
Vorzugsweise ist der Zylinderresonator dabei so angeordnet,
daß er mit einer Stirnseite auf der dielektrischen Wand
sitzt.
Um eine optimale Ankopplung des Zylinderresonators an den
Gasentladungsraum zu erreichen, ist im einfachsten Fall
vorgesehen, daß der Zylinderresonator an der der dielektri
schen Wand zugewandten Stirnseite offen ist. In besonders
einfacher Weise läßt sich eine Verbindung zwischen der Mi
krowellenquelle und der Resonanzstruktur dadurch herstel
len, daß von der Mikrowellenquelle zur Resonanzstruktur
eine Koaxialleitung geführt ist.
Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden
hinsichtlich der den Gasentladungsraum begrenzenden Wand
flächen keine näheren Angaben gemacht. So ist bei
spielsweise bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Hochleistungslasers vorgesehen, daß die
Wandflächen als optisch reflektierende Wellenleiterflä
chen eines sich zwischen den Spiegeln im wesentlichen längs
der Resonatorachse erstreckenden Wellenleiters ausgebildet
sind. In diesem Fall handelt es sich bei dem erfindungs
gemäßen Hochleistungslaser um einen sogenannten Wellen
leiterlaser. In Kombination dazu ist es außerdem vorteil
haft, wenn der Resonator ein instabiler Resonator ist.
Bei diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
außerdem vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Gasent
ladungsraum mit nichtströmendem Lasergas gefüllt ist und
lediglich eine Kühlung des Lasergases durch Diffusion und
Wechselwirkung mit den Wandflächen erfolgt, die hierzu
vorzugsweise gekühlt sind.
Alternativ dazu ist bei einem weiteren bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lasers vorgesehen,
daß der Gasentladungsraum von Lasergas durchströmt ist.
Besonders zweckmäßig ist es in diesem Fall, wenn der Re
sonator in der Querrichtung von Lasergas durchströmt ist.
In diesem Fall handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen
Hochleistungslaser um einen quergeströmten Laser, welcher
insbesondere eine zweidimensionale, seitlich offene
Entladungsstruktur, ausschließlich gebildet durch die
beiden den Gasentladungsraum und somit auch den Gasent
ladungskanal bildenden Wandflächen erforderlich macht.
Eine gute Homogenisierung der Entladung läßt sich insbe
sondere bei einem quergeströmten Laser dadurch erreichen,
daß stromaufwärts des optischen Resonators die mikrowellen
angeregten Volumenbereiche angeordnet sind, so daß das
sich in diesen Volumenbereichen angeregte Lasergas
auf seinem Weg zu dem optischen Resonator durch die
Strömung homogenisiert. Dabei ist es besonders vorteil
haft, wenn zwischen den mikrowellenangeregten Volumen
bereichen und dem optischen Resonator ein mikrowellen
anregungsfreier Zwischenraum liegt.
Vorzugsweise ist dabei der Resonator ein gefalteter Re
sonator. Der Resonator kann dabei aber auch ein instabiler
Resonator sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung
sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der
zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Dar
stellung eines ersten Ausführungsbei
spiels;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2
in Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 2
durch eine Variante des ersten Ausfüh
rungsbeispiels;
Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch
eine weitere Variante des ersten Aus
führungsbeispiels;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die weitere
in Fig. 4 dargestellte Variante;
Fig. 6 eine schematische perspektivische Dar
stellung ähnlich Fig. 1 durch ein zweites
Ausführungsbeispiel und
Fig. 7 eine schematische perspektivische
Darstellung ähnlich Fig. 1 durch ein
drittes Ausführungsbeispiel.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hochleistungslasers, in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeich
net, umfaßt einen als Ganzes mit 12 bezeichneten Entladungs
kanal, welcher von zwei parallel zueinander verlaufenden
Wandplatten 14 und 16 gebildet ist, die einen Gasentla
dungsraum 18 zwischen sich einschließen. Dieser Gasentla
dungsraum 18 wird, wie durch die Pfeile 20 angedeutet,
von einer Lasergasströmung in einer Querrichtung 22 durch
setzt, wobei die Querrichtung 22 parallel zu dem Gasentla
dungsraum 18 zugewandten Wandflächen 24 und 26 der Wand
platten 14 und 16 verläuft und vorzugsweise auch noch paral
lel zu einer Breitseitenkante 28 der Wandplatten 14 und 16.
Die Lasergasströmung 20 tritt in den Gasentladungsraum 18
über die gesamte Längsausdehnung des Gasentladungskanals
12, das heißt zwischen den Längsseitenkanten 30 der Wand
platten 14 und 16 in den Gasentladungsraum 18 ein und
zwischen Längsseitenkanten 32 auf der gegenüberliegenden
Seite der Wandplatten 14 und 16 wieder aus dem Gasentla
dungskanal 12 aus.
Ein Resonator des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungs
gemäßen Hochleistungslasers umfaßt jeweils an gegenüber
liegenden Breitseitenkanten 28 der Wandplatten 14 und 16
angeordnete Spiegelsätze 34 und 36, wobei der Spiegelsatz
34 beispielsweise zwei parallel zueinander ausgerichtete
Einzelspiegel 38 und 40 aufweist, während der Spiegel
satz 36 zwei, beispielsweise in einem Winkel von 45° zu
der ihr zugeordneten Breitseitenkante 28 angeordnete Spie
gel 42 und 44 aufweist, die jeweils einander zugewandt
sind.
Die Spiegelsätze 34 und 36 bilden dabei einen Resonator mit
einer Resonatorachse 46, welche parallel zu den Längsseiten
kanten 30 und 32 verläuft, so daß ein den Gasentladungs
raum 18 durchsetzender Laserstrahl 48, beispielsweise von
dem Spiegel 38, in Richtung der Resonatorachse 46 zum
Spiegel 42 verläuft, vom Spiegel 42 auf den Spiegel 44
reflektiert wird und von diesem wieder in Richtung der
Resonatorachse 46 auf den Spiegel 40 zuläuft. Der Spiegel 40
ist vorzugsweise teildurchlässig ausgebildet, so daß ein
Teil des Laserstrahls 48 als austretender Laserstrahl 50
vom Spiegel 40 ausgekoppelt wird und in Richtung der Reso
natorachse 46 weiter durch den Spiegel 40 hindurchläuft.
Der in Fig. 1 dargestellte Resonator stellt nur ein Ausfüh
rungsbeispiel eines Resonators für einen quergeströmten
Hochleistungslaser dar. Selbstverständlich kann der Resona
tor auch mehrfach gefaltet sein, so daß der Laserstrahl 48
mehrfach hin- und herreflektiert durch den Gasentladungs
raum 18 verläuft, bis ein Teil desselben als austretender
Laserstrahl 50 ausgekoppelt wird. Darüber hinaus ist es
auch denkbar, den Resonator als optisch instabilen Resona
tor für einen quergeströmten Hochleistungslaser auszubilden.
Zur Anregung des den Gasentladungsraum 18 durchströmenden
Lasergases ist zumindest eine der Wandplatten, in Fig. 1
beispielsweise die Wandplatte 16, aus einem Dielektrikum
und direkt auf ihrer dem Gasentladungsraum 18 gegenüber
liegenden Seite sitzt eine Vielzahl von Resonatoren 52, welche
wie in Fig. 2 dargestellt, vorzugsweise als Zylinderreso
natoren ausgebildet sind und ein zylindrisches Resonator
gehäuse 54 aufweisen, welches mit einer Zylinderachse 56
vorzugsweise senkrecht auf der Wandplatte 16 steht. Eine
der Wandplatte 16 zugewandte Stirnseite 58 des Resonator
gehäuses 54 ist zu dieser hin vollständig offen, während
eine der Wandplatte 16 abgewandte Stirnseite 60 durch
einen Deckel 62 verschlossen ist, welcher in gleicher
Weise wie ein Zylindermantel 64 des Resonatorgehäuses 54
aus Metall ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist zum Deckel 62 eine Koaxialleitung 66
herangeführt, welche mit ihrem Außenleiter 68 mit dem
Deckel 62 verbunden ist, während ein Innenleiter 70 der
Koaxialleitung 66 isoliert durch den Deckel 62 hin
durchgeführt und in einem Innern 72 des Resonatorgehäu
ses 54 in Form einer Einkoppelschleife 74 zum Deckel 62
oder zum Zylindermantel 64 geführt ist.
Die Koaxialleitung 66 eines jeden Resonators 52 ist zu
einer diesem zugeordneten Mikrowellenquelle, vorzugs
weise einem Magnetron 76, geführt. Im Rahmen der vorlie
genden Erfindung ist es denkbar, mehrere Resonatoren von
einer Mikrowellenquelle 76 zu speisen. Besonders vorteil
haft ist es jedoch, wenn jeder der Resonatoren von
einer Mikrowellenquelle 76, insbesondere einem Magnetron,
gespeist ist, um so kommerziell kostengünstig erhältliche
Magnetrons zur Anregung des erfindungsgemäßen Lasers ver
wenden zu können, wobei insbesondere keine aufwendigen
Maßnahmen getroffen werden müssen, da sich in einem sol
chen Fall die Magnetrons 76 gegenseitig beeinflussen und
in ihrer Funktion stören.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Resonators 52′ ist in Fig. 3 dargestellt. Sofern dessen
Teile mit denen des Resonators 52 in Fig. 2 identisch
sind, ist dieser mit denselben Bezugszeichen versehen,
so daß auch auf die Ausführungen zum Resonator 52 in
Fig. 2 verwiesen werden kann. Der Resonator 52′ unter
scheidet sich vom Resonator 52 lediglich dadurch, daß
anstelle einer induktiven Einkopplung mit der Einkoppel
schleife 74 eine kapazitive Einkopplung über einen mit dem
Innenleiter 70 verbundenen und gegenüber dem Resonatorge
häuse 54 isolierten Einkoppelsteg 78 erfolgt.
Jeder der Resonatoren 52 und 52′ führt aufgrund der offenen
Stirnseite 58 zu einer Mikrowellenanregung in einem der
Stirnseite 58 gegenüberliegenden Volumenbereich 80 des
Gasentladungsraums 18, wobei der Volumenbereich 80 im
wesentlichen eine zylindrische Form ähnlich dem zylin
drischen Resonator 52 aufweist und vorzugsweise von der
dielektrischen Wandplatte 16 zur gegenüberliegenden Wand
platte 14 reicht und somit den gesamten Gasentladungsraum
18 in Höhenrichtung 83 durchsetzt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
ist eine Vielzahl von Resonatoren in einem vorgegebenen
Flächemuster 82 auf der Wandplatte 16 angeordnet, wobei
das Flächenmuster 82 vorzugsweise eine derartige Erstreckung
in Querrichtung 22 aufweist, daß es den vom Laserstrahl
48 durchsetzten Bereich des Gasentladungsraums 18 im
wesentlichen in dieser Querrichtung 22 vollständig über
deckt und außerdem auch in Richtung der Resonatorachse 46
eine möglichst große Ausdehnung aufweist.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel kann die Wandplatte
14 aus Dielektrikum sein, welche vorzugsweise noch metall
beschichtet ist, oder selbst voll aus Metall sein damit sie
eine reflektierende Wand für die von seiten der Wandplatte
16 angekoppelten Mikrowellen bildet.
Bei einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels, darge
stellt in den Fig. 4 und 5, ist vorgesehen, daß beide
Wandplatten 14 und 16 aus dielektrischem Material herge
stellt sind und Resonatoren 52 oder 52′ tragen, wobei
die Resonatoren 52 auf den einander gegenüberliegenden
Wandplatten 14 und 16 im gleichen Flächenmuster 82 ange
ordnet sind, allerdings die Flächenmuster 82 gegeneinander
versetzt liegen, so daß die Resonatoren 52 des Flächen
musters 82a gegenüber den Resonatoren 52 des Flächen
musters 82b auf Lücke sitzen und somit sich
die Volumenbereiche 80, in welchen durch die Resonatoren
52 eine Mikrowellenanregung im Gasentladungsraum 18 er
folgt, im wesentlichen vollständig überlappen und
eine im wesentlichen vollständige Mikrowellenanregung
im Gasentladungsraum 18 erfolgt.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsge
mäßen Hochleistungslasers, dargestellt in Fig. 6, bei wel
chem insbesondere eine schnelle Lasergasströmung 20′ den
Gasentladungsraum 18 durchsetzt, sind dieselben Teile,
insofern als sie mit denen des ersten Ausführungsbeispiels
identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so
daß bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführungen zum
ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Reso
nator so aufgebaut, daß der Laserstrahl 48′ in einem
stromabwärts zur Lasergasströmung 20′ liegenden Teilbe
reich 84 des Gasentladungsraums verläuft, und das Flächen
muster 82′ sich zumindest stromaufwärts des Teilbereichs 84
erstreckt, so daß die angeregten Volumenbereiche 80 zu
mindest stromaufwärts des Teilbereichs 84 liegen und gege
benenfalls noch in den Teilbereich 84 hineinreichen.
Dadurch wird insbesondere bei einer schnellen Lasergas
strömung 20 erreicht, daß das Lasergas bevor es in den
vom Resonator und vom Laserstrahl 48′ durchsetzten Teil
bereich 84 hineinströmt vollständig angeregt und durch
die Strömung homogen durchmischt ist und somit in dem
Teilbereich 84 sich eine kohärente Strahlung mit maximal
möglicher Leistung ausbilden kann. Je nach Ausdehnung
des Flächenmusters 82′ stromaufwärts in der Querrichtung 22
ist die Intensität und Zeitspanne, um die das Lasergas vor
Eintritt in den Teilbereich 84 angeregt wird, frei wählbar.
Besonders zweckmäßig ist ein mikrowellenanregungsfreier
Zwischenbereich zwischen den Volumenbereichen 80 des
Flächenmusters 82′ und dem Teilbereich 84.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsge
mäßen Hochleistungslasers, dargestellt in Fig. 7, sind
diejenigen Teile, die mit denen des ersten Ausführungs
beispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen
versehen, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die
Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhalt
lich Bezug genommen werden kann.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel dienen die
beiden Wandplatten 14 und 16 nicht lediglich zur Be
grenzung des Gasentladungsraums 18, sondern sind gleich
zeitig mit optisch einen Laserstrahl reflektiernden
Wandflächen 24′ und 26′ versehen, so daß die beiden Wand
platten 14 und 16 mit den Wandflächen 24′ und 26′ einen
als Ganzes mit 110 bezeichneten Wellenleiter bilden,
welcher außerdem fordert, daß die Wandflächen 24′ und 26′
in einem für einen Wellenleiter üblichen Abstand von
einander angeordnet sind.
Ferner ist der Resonator als optisch instabilder Resona
tor ausgebildet, welcher einen einer Breitseitenkante 28
zugeordneten konvexen Spiegel 112 und einen der gegen
überliegenden Breitseitenkante 28 zugeordneten konkaven
Spiegel 114 umfaßt. Der konvexe Spiegel 112 und der kon
kave Spiegel 114 haben einander zugewandte, vorzugsweise
konfokale Spiegelflächen 116 und 118, welche vorzugs
weise noch zylindrisch ausgebildet sind, daß heißt in
Höhenrichtung 83 eben. Besonders bevorzugt ist ein Re
sonator, bei welchem die Spiegelflächen 116 und 118 so aus
gebildet sind, daß sie die Hälfte eines symmetrischen in
stabilen Resonators bilden, so daß eine Resonatorachse
120 dieses instabilen Resonators beispielsweise jeweils
von der in Fig. 7 linken Seitenkante der Spiegelfläche
116 zur beispielsweise linken Seitenkante der Spiegelfläche
118 verläuft und dabei die Spiegelflächen 116 und 118 im
Schnittpunkt mit der Resonatorachse 120 senkrecht auf die
ser stehen.
Durch die Ausbildung der Spiegelflächen 116 entsteht durch
zunehmende Hin- und Herreflexion ein sich in der Quer
richtung 22 von der Resonatorachse 120 nach rechts aus
breitender Strahlenverlauf 122, welcher in einen austre
tenden Laserstrahl 124 übergeht, der seitlich den kon
vexen Spiegel 112 passiert, wobei der konvexe Spiegel 112
in der Querrichtung 22 eine geringere Erstreckung als der
konkave Spiegel 114 aufweist.
Vorzugsweise ist der Gasentladungsraum 18 auch nicht durch
strömt, sondern mit in diesem strömungsfrei stehendem
Lasergas gefüllt, so daß sämtliche Vorrichtungen zur Quer
strömung des Gasentladungsraums 18 entfallen.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist im Rahmen einer
ersten Variante des dritten Ausführungsbeispiels vorge
sehen, die Resonatoren 52 nur auf der Wandplatte 16 an
zuordnen, welche entsprechend dielektrisch ausgeführt sein
muß, während die Wandplatte 14 in diesem Fall aus Metall
oder aus einem metallbeschichteten Dielektrikum sein kann.
Das Flächenmuster 82 ist jeweils so zu bilden, daß es zu
mindest die Resonatorachse 120 überdeckt, um dem Resonator
die Möglichkeit zu geben, in der Resonatorachse 120 anzu
schwingen. Ferner sollte sich das Flächenmuster 82′′ mög
lichst weit in Querrichtung 22 erstrecken und den Strahlen
verlauf 122 in der Querrichtung 22 möglichst vollständig
überdecken. Darüber hinaus ist es außerdem vorteilhaft,
wenn sich das Flächenmuster 82′′ auch in Richtung der Reso
natorachse 120 möglichst weit erstreckt.
Bei einer weiteren Variante kann, genau wie in den Fig. 4
und 5 dargestellt, vorgesehen sein, daß sowohl die Wand
platte 14 als auch die Wandplatte 16 Resonatoren 52 in
entsprechenden gegeneinander versetzten Flächenmustern 82a
und 82b trägt.
Claims (20)
1. Hochleistungslaser mit einem in Richtung einer Resona
torachse einander gegenüberliegend im Abstand angeord
nete Spiegel aufweisenden Resonator, welcher einen
sich sowohl in Richtung der Resonatorachse als auch
in einer zu dieser senkrechten Querrichtung ausdehnen
den Strahlenverlauf aufweist, mit einem vom Strahlen
verlauf durchsetzten und Lasergas beinhaltenden Gas
entladungsraum und mit zwei einander gegenüberliegen
den und sich im wesentlichen parallel zur Resonator
achse und zur Querrichtung erstreckenden sowie den Gas
entladungsraum begrenzend zwischen sich einschließen
den Wandflächen,
dadurch gekennzeichnet, daß min
destens eine Wandfläche (24, 26) von einer dielektri
schen Wand (14, 16) gebildet ist, daß auf der dielek
trischen Wand (14, 16) eine vom Lasergas im Gasent
ladungsraum (18) getrennte Mikrowellenresonanzstruktur
(52) sitzt, welche eine der dielektrischen Wand (14,
16) zugewandte Öffnung aufweist und in einem dieser
gegenüberliegenden Volumenbereich (80) des Gasentla
dungsraums (18) zu einer Mikrowellenanregung des La
sergases führt, und daß in die Mikrowellenresonanz
struktur (52) Mikrowellen von einer Mikrowellenquelle
(76) einspeisbar sind.
2. Hochleistungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß auf der dielektrischen Wand (14, 16) eine Viel
zahl von Mikrowellenresonanzstrukturen (52) sitzt.
3. Hochleistungslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Mikrowellenresonanzstruktur (52) in einem
gleichmäßigen Flächenmuster (82a, b) angeordnet sind.
4. Hochleistungslaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mikrowellenresonanzstrukturen (52)
in einem einer Ausdehnung des Strahlenverlaufs (48, 122)
in Richtung der Resonatorachse (46, 120) und in Quer
richtung (22) entsprechenden Flächenbereich angeordnet
sind.
5. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen
anregung zwischen den Wandflächen (24, 26) des Gasentla
dungsraums (40) über denselben ausgedehnt ist.
6. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wandflächen
(24, 26) von einer dielektrischen Wand (14, 16) ge
bildet sind und daß auf diesen mindestens jeweils eine
Resonanzstruktur (52) sitzt.
7. Hochleistungslaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, daß auf beiden dielektrischen Wänden (14, 16)
eine Vielzahl von Resonanzstrukturen (52) sitzt.
8. Hochleistungslaser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die auf gegenüberliegenden Wänden (14,
16) angeordneten Resonanzstrukturen (52) relativ zuein
ander versetzt sind.
9. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Resonanz
struktur (52) einer eigenen Mikrowellenquelle (56) zuge
ordnet ist.
10. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanz
struktur (52) ein Zylinderresonator ist.
11. Hochleistungslaser nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Zylinderresonator (52) mit einer
Stirnseite (58) auf der dielektrischen Wand (14, 16)
sitzt.
12. Hochleistungslaser nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Zylinderresonator (52) an der der
dielektrischen Wand (14, 16) zugewandten Stirnseite
(58) offen ist.
13. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Mikro
wellenquelle zur Resonanzstruktur eine Koaxialleitung
(66) geführt ist.
14. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandflächen
(24′, 26′) als optisch reflektierte Wellenleiter
flächen eines sich zwischen den Spiegeln (112, 114)
im wesentlichen längs der Resonatorachse (120) er
streckenden Wellenleiters (110) ausgebildet sind.
15. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator
ein instabiler Resonator ist.
16. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasentladungs
raum (18) von Lasergas durchströmt ist.
17. Hochleistungslaser nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Resonator in der Querrichtung (22)
von Lasergas durchströmt ist.
18. Hochleistungslaser nach Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, daß stromaufwärts des Resonators
die mikrowellenangeregten Volumenbereiche (80) ange
ordnet sind.
19. Hochleistungslaser nach Anspruch 18, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem mikrowellenangeregten
Volumenbereich (80) und dem Resonator ein mikrowellen
anregungsfreier Zwischenraum liegt.
20. Hochleistungslaser nach einem der voranstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator
ein gefalteter Resonator ist.
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