DE4438389A1

DE4438389A1 - Verfahren und Anordnung zur Anregung eines Gaslasers über eine Hochspannungsentladung

Info

Publication number: DE4438389A1
Application number: DE4438389A
Authority: DE
Inventors: Ralf Benninger; Oliver Roempp
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 1996-05-02
Also published as: US5822344A; GB2294579A; GB2294579B; GB9521783D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anregung eines Gaslasers über eine Hochspannungsentladung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Anordnung zur Anregung eines Gaslasers über eine Hochspannungsentladung nach dem Oberbegriff des Anspruches 6.

Die Anregung des aktiven Lasermediums erfolgt in Gaslasern üblicherweise über eine elektrische Entladung. Bei einer Reihe von Gaslasertypen wie etwa dem Argon-Ionen-Laser wird hierzu eine Hochspannungsentladung in einer Gasentladungsröhre gezündet. Dabei wird das gasförmige Lasermedium, z. B. die Argon-Ionen, durch die bei der Entladung freiwerdenden Elektronen über verschiedenste Stoßprozesse angeregt. Üblich war in Argon-Ionen-Lasern bislang überwiegend, die Entladung über einen Hochspannungs-Zündpuls im kV-Bereich zu starten und anschließend die Gasentladung bei einer deutlich geringeren, an der Gasentladungsröhre anliegenden Spannung aufrecht zu erhalten. Der Argon-Ionen-Laser liefert dann Laserstrahlung innerhalb der jeweils gewünschten Wellenlängenbereiche im cw-Betrieb. Wegen der großen Stromdichten sowie der hohen Plasmatemperaturen in der Gasentladungsröhre resultieren jedoch enorme Anforderungen an die Kühlung eines derart betriebenen Argon-Ionen-Lasers, wenn Ausgangsleistungen im Bereich mehrerer Watt benötigt werden. Insbesondere ist ein aufwendiger Kühlkreislauf erforderlich, über den die entstehende Wärme zuverlässig abgeführt wird. Beim Einsatz von Gaslasern ist nunmehr nicht für alle Anwendungen der kontinuierliche Laser-Betrieb erforderlich, d. h. mitunter wird vielmehr nur der zeitweilige Betrieb eines derartigen Lasers gewünscht, wie beispielsweise in der Ophthalmologie bei der Behandlung von Netzhautschäden mittels eines Argon-Ionen-Lasers.

Für derartige Anwendungen kann der kontinuierlich erzeugte Ausgangsstrahl des Argon-Ionen-Lasers über einen entsprechenden Shutter im Strahlengang abgeblockt werden, die Freigabe des Shutters bzw. des Laserstrahles in Richtung Zielebene erfolgt über ein entsprechendes Signal, das beispielsweise über einen Fußschalter ausgelöst wird.

Nachteilig an dieser Lösung ist nunmehr, daß die eigentliche Nutzdauer des Lasers nur einen relativ geringen Bruchteil der Laser-Laufzeit ausmacht, wobei jedoch die oben erwähnten aufwendigen Kühlungsmaßnahmen ständig erforderlich sind. Ein derartiger Betrieb eines Gaslasers ist demzufolge unter dem Gesichtspunkt der Energiebilanz als nicht optimal zu betrachten.

Ferner ist bekannt, den Gaslaser nach dem Zünden der Gasentladung und dem gewünschten zeitweiligen Laser-Betrieb in einem "stand-by"-Modus weiter zu betreiben. Hierbei wird die Gasentladung in der Röhre ständig bei einem deutlich verringerten Betriebsstrom aufrechterhalten. Auch in diesem Modus sind jedoch relativ aufwendige Kühlungsmaßnahmen erforderlich, die einen erhöhten Energieverbrauch sowie eine entsprechende Geräuschentwicklung zur Folge haben.

In der US 5,280,536 wird deshalb vorgeschlagen, den Laserbetrieb eines derartigen Gaslasers über ein Auslösesignal nur zu den gewünschten Bearbeitungs- oder Behandlungszeiten bzw. -Intervallen zu aktivieren, in den dazwischen liegenden Standzeiten wird die Gasentladungsröhre dagegen in einem Betriebszustand gehalten, der deutlich geringere Kühlungsanforderungen stellt.

Nachteilig an der beschriebenen Anordnung ist jedoch, daß Schwankungen in den Betriebsparametern der Gasentladungsröhre mitunter dazu führen, daß trotz angelegtem Zündpuls die Gasentladung in der Röhre nicht gestartet wird oder aber nicht hinreichend vollständig abläuft. Der definierte Laser-Betrieb zum gewünschten Zeitpunkt bzw. in den gewünschten Zeitintervallen kann über diese Anordnung somit nicht mit der erforderlichen Sicherheit gewährleistet werden. Für Anwendungen von Gaslasern im medizinischen Bereich erweist sich dies als nachteilhaft.

Aufagbe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren bzw. eine Anordnung zu schaffen, über die eine sichere Anregung eines Gaslasers durch eine Hochspannungsentladung gewährleistet ist. Gleichzeitig sollen die Anforderungen an die Kühlung eines derartigen Gaslasers reduziert werden und ein unter dem Gesichtspunkt der Energiebilanz optimierter Betrieb sichergestellt sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Maßnahmen im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Eine Anordnung, über die die angesprochene Problematik gelöst wird, ist Gegenstand des Anspruches 6. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den von diesem Anspruch abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird nunmehr über eine mit der Gasentladungsröhre verbundene Detektor-Einheit während des Zündvorganges der Hochspannungsentladung on-line ein Rückmeldungs-Signal für eine Zündelektronik-Einheit generiert. Das Rückmeldungs-Signal liefert hierbei Informationen, ob tatsächlich eine erfolgreiche Zündung der Gasentladung in der Röhre stattgefunden hat, d. h. Informationen über dem aktuellen Betriebszustand der Gasentladungsröhre. Hat keine erfolgreiche Zündung der Gasentladung stattgefunden, so wird ein erneuter Zündpuls über die Zündelektronik-Einheit an die Gasentladungsröhre angelegt usw. Dies geschieht erfindungsgemäß solange, bis das Rückmeldungs-Signal der Detektor-Einheit eine erfolgreiche Zündung der Gasentladung in der Röhre und damit ein Anschwingen des Lasers anzeigt. Die ggf. erforderlichen Zündpulse werden über die Zündelektronik- Einheit hierbei in hochfrequenter Folge erzeugt, so daß der Benutzer von einer ein- oder mehrmaligen Fehlzündung der Gasentladung praktisch nichts merkt.

Die Detektor-Einheit überwacht zum Generieren des Rückmeldungs- Signales laufend den aktuellen Betriebszustand der Gasentladungsröhre und liefert je nach entsprechendem Zustand ein geeignetes Signal an die Zündelektronik-Einheit. In einer vorteilhaften Ausführungsform erfaßt die Detektor-Einheit hierzu die an der Gasentladungsröhre anliegende Betriebsspannung als Meßgröße für den zu überwachenden Betriebszustand.

Es ist demzufolge nunmehr sichergestellt, daß bei der Aktivierung eines Auslösesignales für den gewünschten Laserbetrieb aus einem Stand- bzw. Ruhebetrieb der Gasentladungsröhre heraus, auf jeden Fall die erforderliche Hochspannungsentladung korrekt gestartet wird.

Im erwähnten Standbetrieb kann die Gasentladungsröhre bzw. der komplette Gaslaser mit einer relativ wenig aufwendigen Kühlung betrieben werden, d. h. es resultiert als Vorteil ein entsprechend geringer apparativer Aufwand für einen derartig betriebenen Gaslaser. Die ist darauf zurückzuführen, daß im Standbetrieb die Gasentladung nicht mit einem verringerten Betriebsstrom aufrechterhalten wird, sondern die Gasentladungsröhre im Standbetrieb zwischen den gewünschten Aktivierungszeiten praktisch stromfrei gehalten wird.

Weiterhin erweist sich als vorteilhaft, die Zündelektronik- Einheit über einen Bypass-Kondensator vom vorgesehenen Versorgungs-Netzteil der Gasentladungsröhre zu trennen, die die erforderliche Betriebsspannung für den erwähnten Standbetrieb der Röhre sowie zur Aufrechterhaltung der gezündeten Gasentladung liefert. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß das Versorgungs-Netzteil nicht vom jeweiligen Hochspannungs-Zündpuls beschädigt wird.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Figuren.

Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur grundsätzlichen Anordnung der Zündelektronik und der Gasentladungsröhre in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Zündelektronik-Einheit aus Fig. 1 in einer detaillierteren Darstellung;

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform der Detektoreinheit aus Fig. 1 und 2 in einer detaillierteren Darstellung.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild zur grundsätzlichen Anordnung der Zündelektronik-Einheit (3), der Detektor-Einheit (DET) sowie der Gasentladungsröhre (1) innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.

Im folgenden wird in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Funktionsweise eines Argon-Ionen-Lasers beschrieben, d. h. die Gasentladungsröhre (1) ist mit einer Argon-Füllung unter niedrigem Druck versehen. Dieser Gaslaser liefert eine Reihe von Wellenlängen, von denen insbesondere die Wellenlängen 514 µm und 529 µm für medizinische Anwendungsgebiete, z. B. in der Ophthalmologie, geeignet sind.

Zwischen den Elektroden (1.1, 1.2) der Gasentladungsröhre (1) werden beim Zünden der Hochspannungsentladung freie Elektronen sowie Argon-Ionen produziert. Die frei werdenden Elektronen gewinnen durch die Beschleunigung im angelegten elektrischen Feld der Gasentladung kinetische Energie und übertragen diese kinetische Energie auf die Argon-Ionen. Die Argon-Ionen wiederum werden durch diese Stöße auf die zum Laserbetrieb erforderlichen höheren Energiezustände angeregt.

Die Gasentladungsröhre (1) ist in bekannter Art und Weise gefertigt, d. h. das Rohrmaterial besteht aus einem Keramik- Material, beispielsweise Berylliumoxid. Daneben ist vorgesehen, während der stattfindenden Hochspannungs-Gasentladung ein magnetisches Feld parallel zur Längsachse der Gasentladungsröhre (1) anzulegen, um die resultierende Gasentladung auf den Achsbereich zu konzentrieren. Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Anordnung ein Versorgungs- Netzteil (2), das die erforderliche Betriebsspannung der Gasentladungsröhre (1) liefert. Das Versorgungs-Netzteil (2) wird über das 230 V Wechselspannungsnetz (Weltspannungsreihe) versorgt und transformiert die anliegende Wechselspannung in die erforderliche stabilisierte Gleichspannung.

Neben der Gleichspannungs-Versorgung der Gasentladungsröhre (1) kann die vom Versorgungs-Netzteil (2) gelieferte Gleichspannung auch zur Erzeugung der Hochspannungs-Zündpulse über die Zündelektronik-Einheit (3) verwendet werden, wie im noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiel einer geeigneten Zündelektronik-Einheit in Fig. 2 erläutert wird.

Vorzugsweise findet als Versorgungs-Netzteil (2) ein bekanntes, transistorgesteuertes Schaltnetzteil Verwendung, das eine stabilisierte Gleichspannungs-Versorgung mit 300 V im Leerlaufbetrieb sicherstellt.

Die vorgesehene Zündelektronik-Einheit (3) ist erfindungsgemäß nunmehr in der Lage, eine hochfrequente Folge von erforderlichen Zündpulsen zu liefern, um die Hochspannungs- Gasentladung in der Gasentladungsröhre (1) zu starten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird über die Zündelektronik- Einheit (3) ein Zündpuls von ca. 7 kV erzeugt, der eine Pulsdauer t_P < 1 µsec aufweist.

Die Zündelektronik-Einheit (3) wird hierzu über ein Auslösesignal aktiviert bzw. getriggert, das über einen geeigneten Schalter und eine entsprechende Signalverbindung an die Zündelektronik-Einheit (3) angelegt wird. Hierfür kann etwa ein Fußschalter vorgesehen sein, den der Benutzer beim gewünschten Laser-Betrieb betätigt.

Über eine mit der Zündelektronik-Einheit (3) gekoppelte erste Induktivität (L1) wird der erzeugte Zündpuls auf eine benachbart angeordnete weitere Induktivität (L2) übertragen, die wiederum seriell zur Gasentladungsröhre (1) geschaltet ist. Die beiden benachbart angeordneten Induktivitäten (L1, L2) stellen somit eine bekannte Hochspannungs- Übertragungseinrichtung dar, die seriell zur Gasentladungsröhre (3) angeordnet ist. Die erforderliche Zündpuls-Spannung läßt sich dabei durch die Wahl geeigneter Windungsverhältnisse der beiden Induktivitäten (L1, L2) in bekannter Art und Weise definiert einstellen.

Ferner ist eine Detektor-Einheit (DET) innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, die mindestens während des initiierten Zündvorganges der Gasentladung laufend den aktuellen Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) überwacht und ein entsprechendes Rückmeldungssignal korrespondierend zum aktuellen Status bzw. Betriebszustand der Gasentladungsröhre erzeugt. Das Rückmeldungssignal wird hierbei laufend der Zündelektronik-Einheit (3) zugeführt, die je nachdem, ob bereits eine erfolgreiche Zündung der Entladung in der Gasentladungsröhre (1) stattgefunden hat oder nicht weitere Zündpulse generiert etc. Die ggf. erforderlichen mehrmaligen Zündpulse können von der Zündelektronik-Einheit (3) dabei in hochfrequenter Folge im kHz-Bereich abgegeben werden, so daß sich für den Benutzer ein erstmaliger Fehlversuch oder aber mehrmalige Fehlversuche beim Zünden der erforderlichen Gasentladung praktisch nicht signifikant bemerkbar machen.

Die Detektion des aktuellen Betriebszustandes der Gasentladungsröhre (1) über die Detektor-Einheit (DET) kann auf verschiedenste Art und Weise innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. im erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden. Beispielsweise ist es möglich - wie im folgend beschriebenen Ausführungsbeispiel in Fig. 2 - laufend die an der Gasentladungsröhre (1) anliegende Betriebsspannung bzw. Röhrenspannung als Meßgröße zu erfassen. Die anliegende Betriebsspannung ist ein Indikator des jeweils aktuellen Betriebszustandes der Gasentladungsröhre (1) bzw. des Gaslasers. Im Falle einer erfolgreichen Zündung der Entladung in der Gasentladungsröhre (1) und einem Anschwingen des Gaslasers sinkt die Betriebsspannung von der vorgegebenen Versorgungs-Leerlaufspannung auf einen deutlich geringeren Spannungswert ab, was als eindeutiges Signal hinsichtlich der erfolgreichen Zündung der Gasentladung von der Zündelektronik- Einheit (3) verwertet werden kann. Im Falle einer Versorgungs- Leerlaufspannung von ca. 300 V beträgt die Betriebsspannung nach erfolgreicher Zündung lediglich noch ca. 180 V.

Alternativ wäre es jedoch auch jederzeit möglich, den Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) über eine Detektor- Einheit (3) anderweitig zu erfassen. Hierzu könnte etwa der durch die Gasentladungsröhre fließende Strom bestimmt werden oder aber eine Detektion des emittierten Laserlichtes erfolgen. Sowohl der Aufbau einer bevorzugten Detektoreinheit (DET) wie auch Details zu möglichen Alternativ-Konfigurationen werden im folgenden noch erläutert.

Parallel zur Gasentladungsröhre (1) ist innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung ferner ein Bypass-Kondensator (C1) geschaltet. Der Bypass-Kondensator (C1) wirkt für die durch die Zündelektronik-Einheit (3) erzeugten Hochspannungs-Zündpulse wie ein Kurzschluß, schirmt das Versorgungs-Netzteil (2) von den erzeugten Hochspannungs-Zündpulsen ab und sorgt derart für eine entsprechende Absicherung dieser Komponente der erfindungsgemäßen Anordnung. Vorteilhafterweise wird als Bypass-Kondensator ein sogenannter MKP-Kondensator verwendet (Polypropylen-Kondensator), der in der Lage ist auch große Spannungsänderungen innerhalb kurzer Zeit zu verarbeiten. Alternativ wäre hierzu auch der Einsatz eines sogenannten MKT- Kondensators möglich, der ähnliche Eigenschaften aufweist.

Anhand der Fig. 2 sei nunmehr die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung auf Grundlage einer detaillierten Darstellung eines konkreten Ausführungsbeispieles der Zündelektronik-Einheit (3) erläutert. Hierbei sind die bereits in Fig. 1 dargestellten funktionsgleichen Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung mit den identischen Bezugszeichen versehen.

Die zur Zündelektronik-Einheit (3) gehörenden Komponenten sind in Fig. 2 dabei innerhalb des gestrichelten Bereiches dargestellt.

Das Versorgungs-Netzteil (2) liefert die benötigte Gleichspannung für die erfindungsgemäße Anordnung. Die gelieferte Gleichspannung von ca. 300 V dient im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl zur Versorgung der Gasentladungsröhre (1) als auch zum Erzeugen der Hochspannungs- Zündpulse mit Hilfe der Zündelektronik-Einheit (3).

Selbstverständlich kann die Versorgung der Zündelektronik- Einheit (3) auch über eine separate Spannungsversorgung alternativ zur dargestellten Ausführungsform realisiert werden. Wie ebenfalls bereits erläutert ist ein Bypass-Kondensator (C1) vorgesehen, der parallel zur Gasentladungsröhre (1) geschaltet ist und das Versorgungs-Netzteil (3) von den Hochspannungs- Zündpulsen der Zündelektronik-Einheit (3) abschirmt.

Ferner ist eine Detektor-Einheit (DET) vorgesehen, die den Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) während des Zündvorganges laufend überwacht.

Die Überwachung des Betriebszustandes mit Hilfe der Detektor- Einheit (DET) geschieht im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Brückenschaltung. Mit Hilfe eines Spannungsteilers wird hierbei die Betriebsspannung erfaßt, die über der Gasentladungsröhre (1) anliegt und mit einer Referenzspannung verglichen. Ein vorgesehener Optokoppler innerhalb der Detektor-Einheit (DET) sollte in der Lage sein, die Brückenspannung bei möglichst geringem Versorgungsstrom rasch zu erfassen. Die konkrete Funktionsweise der vorgesehenen Detektoreinheit sowie möglicher Alternativ-Varianten werden anhand der Fig. 3 im folgenden noch detailliert erläutert. Das entsprechende Rückmeldungs-Signal der Detektor-Einheit (DET) wird über eine Signalverbindung (6) an eine Oszillatorstufe (5) in der Zündelektronik-Einheit (3) übergeben. Zur Oszillatorstufe (5) innerhalb der Zündelektronik-Einheit (3) führt eine weitere Signalverbindung (7), über die der Oszillatorstufe (5) das Auslösesignal zugeführt wird, um die Oszillatorstufe zu aktivieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu ein Trigger-Signal einer Prozessoreinheit (CPU) vorgesehen. Die Prozessoreinheit (CPU) wiederum ist mit einem geeigneten Schalter (8) versehen, über den der jeweilige Benutzer den Laserbetrieb zum gewünschten Zeitpunkt aktiviert.

Die Oszillatorstufe (5) der Zündelektronik-Einheit (3) ist ferner mit einem Schaltwerk (SW) verbunden, das von der Oszillatorstufe (5) getaktet wird. Die gewählten Taktfrequenzen der Oszillatorstufe (5) liegen im dargestellten Ausführungsbeispiel bei ca. 2,5 kHz, wobei die erforderlichen Taktfrequenzen jedoch je nach Anforderung entsprechend gewählt und an die Betriebsparameter der Röhre angepaßt werden können. Ist nunmehr kein Trigger-Signal, bzw. Auslösesignal an die Oszillatorstufe (5) angelegt, d. h. wird derzeit kein Laserbetrieb gewünscht, so sind der als Transistor ausgeführte Schalter S1 sowie der als Thyristor ausgeführte Schalter S2 offen bzw. in einem nicht-leitenden Zustand. Gleichzeitig befindet sich ein seriell zur Übertrager-Induktivität (L1) der Zündelektronik-Einheit (3) geschalteter Kondensator (C3) im entladenen Zustand. Ein zweiter Kondensator (C2), der parallel zum Versorgungsnetzteil (2) und zur Gasentladungsröhre (1) angeordnet ist, befindet sich zu diesem Zeitpunkt im aufgeladenen Zustand, wobei die anliegende Spannung der Versorgungsspannung des Versorgungs-Netzteiles (2) bzw. der Röhrenleerlaufspannung in Höhe von ca. 300 V entspricht. Im folgenden sei nunmehr das Signal-Verhalten innerhalb der Zündelektronik-Einheit (3) beschrieben, wenn ein Auslösesignal bzw. Triggersignal von der Prozessoreinheit (CPU) an die Oszillatorstufe (5) angelegt wird, also der Schalter (8) vom Benutzer betätigt wird, um den gewünschten Laserbetrieb auszulösen und die Oszillatorstufe (5) zu aktivieren. Zunächst wird dabei über das Schaltwerk (SW) der erste Schalter S1 leitend geschaltet. Die am Kondensator C2 anliegende Spannung schwingt über die Induktivität (L1) der Hochspannungs- Übertragungseinrichtung auf den anderen Kondensator C3 um.

Hierbei wird durch eine entsprechend zwischen den Kondensatoren (C2, C3) geschaltete Diode (D1) ein Zurückschwingen verhindert.

Nach dem Abschluß des Umschwing-Vorganges beträgt die am Kondensator C3 anliegende Spannung etwa 600 V, wobei diese Maßnahme erforderlich ist, um eine genügend hohe Primärspannung der Hochspannungs-Übertragungseinrichtung zu erhalten.

Im nächsten Schritt werden über das Schaltwerk (SW) die beiden Schalter S1 und S2 wiederum nichtleitend geschaltet bzw. geöffnet. Die zu diesem Zeitpunkt am Kondensator C3 anliegende Spannung beträgt weiterhin 600 V, während sich am anderen Kondensator C2 wiederum eine Spannung von 300 V aufbaut, die der gelieferten Versorgungsspannung des Versorgungs-Netzteiles (2) entspricht.

Anschließend wird vom Schaltwerk (SW) der Schalter S2 geschlossen, d. h. leitend geschaltet, worauf sich der Kondensator C3 über die Induktivität (L1) der Hochspannungs- Übertragungseinrichtung entlädt. Hierbei wird der resultierende Entladestrom lediglich von der Übertrager-Induktivität und den üblicherweise geringen Leitungs- und Kontaktwiderständen innerhalb der Anordnung begrenzt. Der Entladestrom kann hierbei mehrere hundert Ampere erreichen.

Es handelt sich hierbei somit ebenfalls um einen realisierten Schwingkreis, der über die Diode D2 und den Schalter S2 ausschwingt.

Bei der Entladung des Kondensators C3 wird über die benachbarten Induktivitäten (L1, L2) der Hochspannungs- Übertragungseinrichtung schließlich der für die Zündung der Gasentladung erforderliche Hochspannungs-Zündpuls erzeugt, der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Spannung von ca. 7 kV erreicht.

Im nächsten Schritt wiederum werden vom Schaltwerk (SW) die beiden Schalter (S1, S2) nichtleitend geschaltet bzw. geöffnet.

Innerhalb des dargestellten Ausführungsbeispieles der Zündelektronik-Einheit ist desweiteren eine mit dem Schaltwerk (SW) bzw. den beiden Schaltern (S1, S2) verbundene Treiberstufe (TS) vorgesehen, die lediglich sicherstellt, daß sich zu keinem Zeitpunkt die beiden Schalter (S1, S2) gleichzeitig im geschlossenen Zustand befinden und dadurch ggf. ein Kurzschluß verursacht würde.

Die beschriebene prinzipielle Signal folge kann nunmehr in hochfrequenter Folge, getaktet von der Oszillatorstufe (5) der Zündelektronik-Einheit (3), solange ablaufen, bis die Detektor- Einheit (DET) registriert, daß eine erfolgreiche Zündung der Gasentladung stattgefunden hat und ein entsprechendes Rückmeldungssignal an die Oszillatorstufe (5) abgibt, um diese zu deaktivieren und die Zündpulsfolge zu stoppen oder aber etwa vom Benutzer die Aktivierung des Auslösesignals abgebrochen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet demzufolge, daß im Fall des gewünschten Laser-Betriebes aus einem Standbetrieb heraus auf jeden Fall eine erfolgreiche Zündung der Gasentladung innerhalb der Gasentladungsröhre stattfindet. Im Standbetrieb kann der Gaslaser hierbei mit einer bedeutend geringeren Kühlleistung betrieben werden, da in diesem Zustand die Gasentladungsröhre praktisch stromfrei ist. Das sichere Starten der Gasentladung bzw. das definierte Anschwingen des Gaslasers wird über die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt.

Bei entsprechender Auslegung des Kühlkreislaufes und lediglich kurzen Betriebsintervallen des Gaslasers resultieren damit deutlich geringere Anforderungen an die Kühlung des Gesamtsystems.

Anhand der Fig. 3 sei im folgenden eine bevorzugte Ausführungsform einer geeigneten Detektoreinheit (DET) beschrieben, wie sie in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 eingesetzt werden kann.

Wie bereits angedeutet, wird über die im folgenden beschriebene Ausführungsform der Detektor-Einheit (DET) während des Zündvorganges der Gasentladungsröhre laufend die an der Gasentladungsröhre anliegende Betriebsspannung U_R erfaßt, um derart auf den aktuellen Betriebszustand der Röhre rückzuschließen, d. h. zu entscheiden ob bereits eine erfolgreiche Zündung der Gasentladung stattgefunden hat oder nicht. Im Fall der noch nicht erfolgten Zündung beträgt die an der Röhre anliegende Betriebsspannung U_R im dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 300 V, während im Fall einer erfolgreichen Zündung die Betriebsspannung U_R auf ca. 180 V absinkt.

Zur Erfassung der Betriebsspannung U_R wird in der Detektoreinheit (DET) eine Brückenschaltung mit zwei Spannungsteiler-Widerständen (R1, R2) verwendet, die die an der Gasentladungsröhre anliegende aktuelle Spannung in einem definierten Verhältnis teilen. Das Teilungsverhältnis läßt sich in bekannter Art und Weise über die Dimensionierung der beiden Spannungsteiler-Widerstände (R1, R2) einstellen und wird vorteilhafterweise so gewählt, daß die Betriebsspannung im Leerlaufbetrieb, d. h. wenn die Gasentladung noch nicht erfolgt ist, ca. 5 V über der Spannung liegt, die an der Zenerdiode D3 anliegt. Die Spannung von ca. 5 V resultiert aus der Addition der an den beiden Dioden D4 und D5 sowie an der Sendediode D6 eines Optokopplers (10) abfallenden Einzelspannungen.

Solange an der Gasentladungsröhre die Leerlauf-Betriebsspannung von 300 V anliegt, fließt Strom vom Spannungsteiler-Brückenzweig über den Zenerdioden-Brückenzweig und damit durch die Sendediode D6 des Optokopplers (10). Der durch den Optokoppler (10) bzw. die Sendediode (D6) fließende Strom wird durch den Widerstand R1 begrenzt, muß jedoch so groß sein, daß die Sendediode D6 des Optokopplers in diesem Röhren-Betriebszustand genügend ausgesteuert wird, um den Ausgangstransistor (9) des Optokopplers (10) sicher anzuregen. Der Ausgangstransistor (9) des Optokopplers (10) liefert dann das entsprechende Rückmeldungssignal für die Oszillatoreinheit (5) über die Signalverbindung (6). Ferner leuchtet in diesem Betriebszustand die optional vorgesehene Leuchtdiode D3.

Bricht nach dem erfolgreichen Zünden der Gasentladung die Leerlaufspannung wie oben beschrieben zusammen, so ist der Spannungsabfall über dem Widerstand R2 kleiner als die erforderliche Zenerspannung der Zenerdiode D3. Über den Optokoppler (10) bzw. die entsprechende Sendediode D6 des Optokopplers (10) fließt dann kein Strom mehr, d. h. der Ausgangstransistor (9) wird nicht mehr angeregt und es wird kein Rückmeldungssignal korrespondierend zum Leerlaufbetrieb mehr an die Oszillator-Stufe (5) übergeben. Auch die zur Kontrolle vorgesehene Leuchtdiode D5 leuchtet dann nicht mehr. Über die Dimensionierung des Spannungsteilers sowie die entsprechende Wahl der Zenerdioden-Durchbruchsspannung läßt sich der Umschaltpunkt der Detektoreinheit (DET) definiert einstellen, d. h. an die jeweiligen Gasentladungsröhren- Betriebsparameter anpassen.

Bei der Auswahl sämtlicher Bauelemente innerhalb der Detektoreinheit (DET) ist jeweils darauf zu achten, daß zum Betrieb der einzelnen Bauelemente keine hohen Versorgungsströme benötigt werden, da anderweitig die beiden Widerstände R1 und R3 eine zu hohe Verlustleistung abgeben müßten.

Alternativ zur in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform der Detektor-Einheit (DET) kann der jeweils aktuelle Betriebszustand der Gasentladungsröhre auch über den Röhrenstrom erfaßt werden. Hierzu eignet sich etwa eine Hallsonde, über die der Röhrenstrom erfaßt und anschließend in einer Komparatorstufe mit einem wählbaren Schwellwert verglichen und ausgewertet wird. Vorteilhafterweise ist hierbei ein RC-Glied vorgesehen, das transiente Stromänderungen unterdrückt, und dadurch eine sichere Detektion des aktuellen Betriebszustandes gewährleistet.

Alternativ kann die Detektor-Einheit (DET) auch das nach einer erfolgreichen Zündung der Gasentladung emittierte Laserlicht erfassen, um so ein Rückmeldungssignal zum aktuellen Betriebszustand der Gasentladungsröhre zu generieren. Hierzu ist ein geeigneter Photoempfänger vorgesehen, dessen resultierende Photo-Spannung verstärkt und die verstärkte Spannung in einer Komparatorstufe mit einem einstellbaren Schwellwert verglichen wird, ab dem ein Rückmeldungssignal zur erfolgreichen Zündung der Gasentladung generiert wird.

Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel existieren somit noch eine Reihe weiterer Realisierungsmöglichkeiten für die erforderliche Detektoreinheit innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung.

Claims

1. Verfahren zur Anregung eines Gaslasers über eine Hochspannungsentladung, bei dem mindestens ein Zündpuls an eine Gasentladungsröhre angelegt wird, der über ein Zündelektronik-Einheit erzeugt und durch ein Auslösesignal gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, daß solange Zündpulse an die Gasentladungsröhre (1) angelegt werden, bis über eine Detektor-Einheit (DET), die den Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) überwacht, ein Rückmeldungs-Signal über die erfolgreiche Zündung der Gasentladung in der Gasentladungsröhre (1) an die Zündelektronik-Einheit (3) geliefert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Einheit (DET) laufend die an der Gasentladungsröhre (1) anliegende Betriebsspannung als Meßgröße für den Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) erfaßt und ein dem Betriebszustand korrespondierendes Rückmeldungssignal an die Zündelektronik-Einheit (3) übergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Gasentladungsröhre (1) angelegten Zündpulse eine Spannung von 7 kV sowie eine Wiederholfrequenz von 2,5 kHz aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß damit ein Argon-Ionen-Laser angeregt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oszillatorstufe (5) innerhalb der Zündelektronik- Einheit (3) vorgesehen ist, die über das Auslösesignal aktiviert und über das Rückmeldungs-Signal der Detektor- Einheit (DET) deaktiviert wird und im aktivierten Zustand die Frequenz der Schaltfolge eines Schaltwerkes (SW) taktet.

6. Anordnung zur Anregung eines Gaslasers über eine Hochspannungsentladung durch mindestens einen an eine Gasentladungsröhre angelegten Zündpuls, wobei eine Zündelektronik-Einheit vorgesehen ist, die durch ein Auslösesignal startbar mindestens einen Zündpuls an die Gasentladungsröhre anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Detektor-Einheit (DET) vorgesehen ist, die laufend ein Rückmeldungs-Signal über den Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) erfaßt und das Rückmeldungs- Signal mindestens solange an die Zündelektronik-Einheit (3) übergibt, bis die Gasentladung in der Gasentladungsröhre (1) erfolgreich gezündet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektronik-Einheit (3) eine Oszillatorstufe (5) umfaßt, die die Folge der Zündpulse vorzugsweise hochfrequent taktet und die Taktfrequenz der Oszillatorstufe (5) einstellbar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektronik-Einheit (3) ein Schaltwerk (SW) umfaßt, das von der Oszillatorstufe (5) hochfrequent taktbar ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverbindung (7) der Oszillatorstufe (5) der Zündelektronik-Einheit (3) mit einer Prozessoreinheit (CPU) vorgesehen ist, über die das Auslösesignal von der Prozessoreinheit (CPU) an die Oszillatorstufe (5) übergeben wird.

10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverbindung (6) der Oszillatorstufe (6) der Zündelektronik-Einheit (3) mit der Detektor-Einheit (DET) vorgesehen ist, über die laufend ein Rückmeldungssignal zum aktuellen Betriebszustand der Gasentladungsröhre (1) von der Detektor-Einheit (DET) an die Oszillatorstufe (5) übergeben wird.

11. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektronik-Einheit (3) in Serie mit der Gasentladungsröhre (1) geschaltet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Zündelektronik-Einheit (3) eine erste Übertrager- Induktivität (L1) verbunden ist, zu der benachbart eine zweite Übertrager-Induktivität (L2) angeordnet ist, die wiederum seriell zur Gasentladungsröhre (1) geschaltet ist.

13. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Gasentladungsröhre (1) und seriell zur Zündelektronik-Einheit (3) ein Bypass-Kondensator (C1) geschaltet ist, der ein Versorgungs-Netzteil (2) der Gasentladungsröhre (1) gegen die Zündpulse abschirmt.

14. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Einheit (DET) eine Brückenschaltung mit einem Zenerdioden-Brückenzweig umfaßt, in dem ein Optokoppler (10) angeordnet ist, der das Rückmeldungssignal für die Zündelektronik-Einheit (3) liefert, wobei die Brückenschaltung so dimensioniert ist, daß im Falle einer erfolgreichen Zündung der Gasentladung über das registrierte Absinken der Betriebsspannung (U_R) der Gasentladungsröhre (1) das Rückmeldungssignal für die Zündelektronik-Einheit (3) über den Optokoppler (10) erzeugbar ist.