NL8203305A - DEVICE FOR GENERATING A LASER-ACTIVE STATE IN A FAST SUB-SONIC FLOW. - Google Patents

Description

L·' * - 1 -L · '* - 1 -

Inrichting voor het voortbrengen van een laser-actieve toestand .in een snelle sub-sonische stroming.Apparatus for generating a laser active state in a rapid sonic flow.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het voortbrengen van een laser-actieve toestand in een snelle sub-sonische stroming met een stromingskanaal, met een eerste elektrodenpaar met tegenover elkaar 5 liggende dielektrische elektroden in het wandgebied van het stromingskanaal, alsmede een tweede elektrodenpaar, waarvan de ene elektrode in het stromingskanaal stroomopwaarts van de ontlading en de andere elektrode in het stromingskanaal stroomafwaarts van de ontlading 10 is geplaatst, waarbij de elektroden van het eerste elektrodenpaar zijn verbonden met een hoogfrequent span-ningsbron.The invention relates to a device for generating a laser active state in a rapid sonic flow with a flow channel, with a first electrode pair with opposite dielectric electrodes in the wall region of the flow channel, and a second electrode pair, one electrode is located in the flow channel upstream of the discharge and the other electrode is placed in the flow channel downstream of the discharge 10, the electrodes of the first electrode pair being connected to a high-frequency voltage source.

Sedert geruime tijd worden elektrische glim-ontladingen toegepast voor het exciteren van molecuul-15 gassen voor lasers, in het bijzonder voor C02-lasers.Electric glow discharges have been used for some time to excite molecular gases for lasers, in particular for CO2 lasers.

De ontwikkeling van CC^-lasers begon met langsontladingen in glasbuizen. Hierbij is het uitschakelbare vermogen krachtens de warmte-afvoer van het plasma naar de wand door diffusie begrensd op circa 80 W/m, 20 Een toename van het specifieke uitgangsvermogen bereikt men met convectieve warmte-afvoer in een snelle stroming in de langsrichting van de ontladingsbuis. Tezamen met een ontladingsstabilisatie door turbulentievorming bereikt men 50 W/m. De resulterende hoge stromingsweer-25 standen vereisen hoge drukverschillen om deze te over-winnen en eisen verder een kostbaar pompsysteem voor de gaskringloop.The development of CCL lasers started with longitudinal discharges in glass tubes. Hereby the switchable power due to the heat dissipation from the plasma to the wall by diffusion is limited to approximately 80 W / m. 20 An increase in the specific output power is achieved with convective heat dissipation in a rapid flow in the longitudinal direction of the discharge tube. . 50 W / m are achieved together with a discharge stabilization by turbulence formation. The resulting high flow resistances require high pressure differentials to overcome them and further require an expensive gas circuit pumping system.

Dwarsgestroomde lasers, waarbij in een stroming loodrecht op de optische as een sterke warmte-afvoer 30 plaatsvindt, verschaffen hogere vermogens. De elektrische ontlading is hierbij weer loodrecht op of evenwijdig met de stroming gericht. Beide werkwijzen vereisen bijzondere maatregelen voor het stabiliseren van de ontlading.Transverse-flow lasers, in which a strong heat dissipation takes place in a flow perpendicular to the optical axis, provide higher powers. The electrical discharge is again directed perpendicular to or parallel to the flow. Both methods require special measures to stabilize the discharge.

De ontlading heeft de neiging om in de stromingsrichting 35 insnoeringen te vertonen wegens niet-homogeniteiten, 8203305 v> ' i - 2 - in het bijzonder van de temperatuur en de elektronen-dichtheid, die door de in de stroming liggende elektroden zijn bepaald. Voor het onderdrukken van de van dergelijke plaatsen uitgaande a-stabiliteiten moeten sterke turbulenties 5 aangewakkerd worden, waartoe extra apparatuur moet worden gebruikt (Nighan e.a. in Appl. Phys. Lett. 25_, 633, 1974).The discharge tends to exhibit constrictions in the direction of flow due to non-homogeneities, especially of the temperature and electron density determined by the electrodes in the flow. In order to suppress the a-stabilities emanating from such sites, strong turbulences must be created, for which additional equipment must be used (Nighan et al. In Appl. Phys. Lett. 25_, 633, 1974).

Bij ontladingen loodrecht op de stroming moeten maatregelen worden genomen, die afvoeren van de lading in de stromingsrichting tegenwerken.For discharges perpendicular to the flow, measures must be taken that counteract discharge of the load in the flow direction.

10 Dergelijke dwar.sontladingen zijn in meerdere variaties intensief onderzocht: 1) Zelfstandige gelijkstroomontladingen:10 Such transverse discharges have been intensively investigated in several variations: 1) Independent DC discharges:

Hierbij kan krachtens de direkte samenhang tussen de veldsterkte en het voortbrengen van de ladings-15 dragers (extreme afhankelijkheid van de ionisatie- coefficienten van de elektrische veldsterkte) op stabiele wijze slechts een begrensde vermogensdichtheid worden bereikt. Voor het stabiliseren van de ontlading zijn der-halve elektroden met sterke segmentering en kostbare 20 koeling met een net van voor-weerstanden vereist.Due to the direct relationship between the field strength and the generation of the charge carriers (extreme dependence of the ionization coefficients on the electric field strength), only a limited power density can be achieved in a stable manner. Therefore, to stabilize the discharge, electrodes with strong segmentation and costly cooling with a network of pre-resistors are required.

2) Gecombineerde ontladingen:2) Combined discharges:

Door het scheiden van de funkties voor het voortbrengen van de ladingsdragers en exciteren van de vibratie bereikt men een verbetering van de ontladingsstabiliteit 25 en hiermee een verhoging van de vermogensdichtheid. Bekende methoden voor het voortbrengen van gescheiden ladingdragers zijn de volgende: a) Pulser-sustainer:By separating the functions for generating the charge carriers and exciting the vibration, an improvement in the discharge stability and thus an increase in the power density is achieved. Known methods for generating separate charge carriers are the following: a) Pulser sustainer:

Met een niet-zelfstandige gelijkstroomontlading 30 van lage elektrische veldsterkte zijn korte hoogspannings-pulsen van hoge frequentie geinterfereerd voor het ioniseren van het plasma. De veldsterkte van de gelijkstroomontlading is in het algemeen lager dan bij zelfstandige ontladingen en afgestemd op een optimaal exciteren van de vibratie 35 van het molecuulgas. De korte hoogspanningspulsen veroor-zaken een hoge elektronendichtheid in een stabiel, over de tijd overwegend recombinerend plasma. De verbetering van de ontlading gaat evenwel gepaard met een gecompli-ceerde energievoorziening. Dit idee werd verder ontwikkeld 40 door een extra geinterfereerde UV-voorionisering met de 8203305 - 3 - zgn. PIE-ontlading (NAM e.a. in IEEE J. Quantum Electronics, QE 15, 44, 1979).With a non-self-contained low electric field strength DC discharge 30, high frequency short high voltage pulses are interfere for ionizing the plasma. The field strength of the DC discharge is generally lower than that of stand-alone discharges and is tuned to optimally excite the vibration of the molecular gas. The short high voltage pulses cause a high electron density in a stable, predominantly recombinant plasma over time. However, the improvement in discharge is accompanied by a complicated energy supply. This idea was further developed by an additional interfere UV pre-ionization with the 8203305-3 so-called PIE discharge (NAM et al. In IEEE J. Quantum Electronics, QE 15, 44, 1979).

b) Onzelfstandige gelijkstroomontlading met elektronenstraalionisering: 5 Met dit ontwerp zijn de beste vermogenswaarden te bereiken, doch de installatie is kostbaar en gevoelig.b) Stand-alone DC discharge with electron beam ionization: 5 This design achieves the best power values, but the installation is costly and sensitive.

De elektronenstraal wordt via een dunne metaalfolie inge-koppeld in de ontlading, waarvan de breuk tot zwaarwegende bedrijfsstoringen leidt. Het bedrijf is niet zonder problemen, 10 daar hoge spanningen en een afscherming tegen rontgenstraling vereist zijn.The electron beam is coupled into the discharge via a thin metal foil, the breakage of which leads to serious operational disturbances. Operation is not without problems, since high voltages and X-ray shielding are required.

3) Zelfstandige hoogfrequent-ontladingen:3) Independent high-frequency discharges:

Overeenkomstig de verandering over de tijd van het elektrische veld bestaat de hoogfrequent-ontlading uit 15 een wisselende reeks van korte zelfstandige en langdurige niet-zelfstandige ontladingsfasen bij over de tijd constante elektronendichtheid. In een recombinatie-vast plasma verschuift het intreden van volume-a-stabiliteiten naar f hogere specifieke vermogensdichtheden.De hoogfrequent-20 ontlading biedt de mogelijkheid om door een geschikte keuze van de frequentie de verliezen aan ladingsdragers te reduceren. Dit vindt plaats doordat de amplitude van de elektronendriftbeweging klein ten opzichte van de af-stan-d tussen de elektroden wordt gehouden, De inschakeling 25 van hoogfrequent energie kan via metallische elektroden of capacitief plaatsvinden (Europees Offenlegungsschrift 3280, Amerikaans octrooischrift 3.748.594; Gavrilyuk e.a. in Sov. J. Quantum Electron. 9_, 326, 1979; Christensen e.a. in IEEE Quantum Electronics QE 16, 949, 1980).In accordance with the change over time of the electric field, the high-frequency discharge consists of an alternating series of short independent and long-term non-independent discharge phases at constant electron density over time. In a recombination solid plasma, the onset of volume a-stabilities shifts to higher specific power densities. The high-frequency discharge offers the possibility of reducing the losses of charge carriers by an appropriate choice of frequency. This takes place because the amplitude of the electron drift movement is kept small relative to the distance between the electrodes. The activation of high-frequency energy can take place via metallic electrodes or capacitive (European Offenlegungsschrift 3280, U.S. Pat. No. 3,748,594; Gavrilyuk et al in Sov. J. Quantum Electron 9, 326, 1979; Christensen et al in IEEE Quantum Electronics QE 16, 949, 1980).

30 Bij het inschakelen met elektroden wordt ten opzichte van de gelijkstroomontlading het verdere voor-deel verschaft, dat de polariteitswisseling de kathode-funktie van de betreffende elektrode periodiek in tijds-intervallen onderbreekt, die zeer veel kleiner zijn dan 35 de kenmerkende aangroeitijd van thermische a-stabiliteiten, die anders van de kathode zouden uitgaan. Derhalve kan in vergelijking met gelijkstroomontladingen de hoogfrequent-ontlading via bijzonder eenvoudig opgebouwde elektroden met grove segmentering ingeschakeld worden. Verder vertoont 40 de hoogfrequent-ontlading een positieve stroom/spanning- 8203305 - 4 - karakteristiek, waardoor zij de anders gebruikelijkeWhen switching on with electrodes, the further advantage is provided with respect to the DC discharge that the polarity change interrupts the cathode function of the relevant electrode periodically in time intervals which are very much less than the characteristic growth time of thermal a -stabilities, which would otherwise emanate from the cathode. Therefore, in comparison with direct current discharges, the high-frequency discharge can be switched on via particularly simply constructed electrodes with coarse segmentation. Furthermore, the high-frequency discharge has a positive current / voltage characteristic - 8203305-4, making it different from the usual

Ohmse stabilisering overbodig maakt (DE-octrooischrift 29 17 995; Schock e.a. in Laser + Elektro-Optik 2, 76, 1981).Makes ohmic stabilization superfluous (DE patent 29 17 995; Schock et al. In Laser + Elektro-Optik 2, 76, 1981).

Verder is het bekend met een evenwijdig met de 5 stromingsrichting verlopend elektrisch gelijkstroomveld een dwars op de stroming gericht elektrisch hoogfreguent veld te interfereren en hierdoor de vermogensdichtheid van de ontlading te verhogen (Eckbreth e.a. in Appl. Phys. Elett. 21^ 25 1972). De interferering met het hoogfrequent 10 veld dient hierbij voor de stabilisatie van de gelijkstroom-langsontlading. Bij deze bekende inrichting treedt evenwel evenals bij de vorengenoemden het probleem op, dat wegens de in de kanaaldwarsdoorsnede geplaatste metallische elektroden niet-homogeniteiten de vermogensdichtheid be-15 grenzen.Furthermore, it is known to interfere with a high current electric field transverse to the flow with a DC electric field running parallel to the flow direction and thereby increase the power density of the discharge (Eckbreth et al. In Appl. Phys. Elett. 21 ^ 25 1972). The interference with the high-frequency field serves for the stabilization of the DC longitudinal discharge. With this known device, however, as with the aforementioned, the problem arises that, because of the metallic electrodes placed in the channel cross section, non-homogeneities limit the power density.

De uitvinding heeft ten doel een inrichting van deze bekende soort zodanig te verbeteren, dat in een snelstromend gas een homogene elektrische excitatie van hogere vermogensdichtheid mogelijk is.The object of the invention is to improve a device of this known type in such a way that a homogeneous electrical excitation of higher power density is possible in a fast-flowing gas.

20 Volgens de uitvinding wordt dit oogmerk bij een inrichting van de bovenbeschreven soort hierdoor bereikt, dat de elektroden van het tweede elektrodenpaar met een tweede hoogfrequent-spanningsbron zijn verbonden, en dat de elektroden van het tweede elektrodenpaar meerdere, 25 over de dwarsdoorsnede van het stromingskanaal verdeelde dielektrische afzonderlijke elektroden omvatten, die een door een dielektrisch materiaal alzijdig omgeven metallische kern hebben.According to the invention, this object is achieved in a device of the above-described type, that the electrodes of the second electrode pair are connected to a second high-frequency voltage source, and that the electrodes of the second electrode pair are several, across the cross-section of the flow channel. divided dielectric separate electrodes having a metallic core surrounded on all sides by a dielectric material.

Door de verbinding van het tweede elektrodenpaar 30 met een hoogfrequent-spanningsbron verkrijgt men een elektrisch veld, waarvan de elektrische veldfaktor in waarde en/of richting verandert.By connecting the second pair of electrodes 30 to a high-frequency voltage source, an electric field is obtained, the electric field factor of which changes in value and / or direction.

De stabilisatie berust in hoofdzaak op de vol-gende effekten: 35 a) de richtingsverandering van de elektrische veldfaktor onderdrukt het aangroeien van richtingsvaste a-stabiliteiten.The stabilization is mainly based on the following effects: a) the direction change of the electric field factor suppresses the growth of directionally stable a-stabilities.

b) De waardeverandering van de elektrische veldfaktor heeft tot gevolg, dat zelfstandige en niet-40 zelfstandige ontladingsfasen elkaar afwisselen. Gedurende 6203305 - 5 - de niet-zelfstandige ontladingsfase is het plasma recombi-natievast en werkt hierdoor stabiliserend.b) The change in value of the electric field factor causes independent and non-independent independent discharge phases to alternate. During the non-autonomous discharge phase, the plasma is recombination-resistant and has a stabilizing effect.

Voor het bij zondere geval van het loodrecht interfereren en de faseverschuiving over de tijd van ~ 5 treedt een rondlopende veldsterktevector van constante waarde op.For the special case of perpendicular interference and the phase shift over time of ~ 5, a circumferential field strength vector of constant value occurs.

Ook kan het gun&tig zijn wanneer de beide hoogfrequent-spanningsbronnen verschillende frequenties zonder fasekoppeling leveren.It may also be advantageous if the two high-frequency voltage sources supply different frequencies without phase coupling.

10 Voor het geval, dat de generatoren ongelijke frequenties leveren en een fasekoppeling ontbreekt, treedt een veldsterktevector op met statistische hoeksnelheid en modulatie van de waarde.In case the generators supply uneven frequencies and phase coupling is missing, a field strength vector occurs with statistical angular velocity and modulation of the value.

In dit verband wordt erop gewezen, dat reeds 15 een experiment bekend is, waarbij binnen een glasbuis de ontlading met een gelijkvormig roterende E-veldvector wordt uitgevoerd (Zhilinskii e.a. in Sov. Phys. Tech. Phys.In this connection it is pointed out that an experiment is already known in which the discharge is carried out within a glass tube with a uniformly rotating E-field vector (Zhilinskii et al. In Sov. Phys. Tech. Phys.

23, 1293, 1978). Het inschakelen van de hoogfrequent- energie -vindt hierbij plaats door twee elektrodenparen 20 die buiten een glasbuis zijn opgesteld. Krachtens deze buisinrichting is de bereikbare vermogensdichtheid begrensd, hetwelk blijkt uit de bereikte ingekoppelde elektrische 3 vermogensdichtheid van 4 W/cm .23, 1293, 1978). The switching on of the high-frequency energy takes place here by two electrode pairs 20 which are arranged outside a glass tube. The attainable power density is limited under this tube arrangement, which is evidenced by the coupled electrical 3 power density of 4 W / cm.

Bij deze uitvoering zou een begrensde vermogens-25 toename denkbaar zijn door een extra interfereren met een langsstroming in de buis. Daarentegen maakt de inrichting volgens de uitvinding van het tweede elektrodenpaar in het stromingskanaal en de verdeling hiervan in afzonderlijke elektroden een interfereren met een dwarsstroming met hoge 30 gassnelheid mogelijk. Hiermee kunnen de voordelen van een roterend elektrisch veld met die van een snelle gasuit-wisseling in de ontlading gecombineerd worden.In this embodiment, a limited power increase would be conceivable by additional interference with a longitudinal flow in the tube. On the other hand, the device according to the invention of the second pair of electrodes in the flow channel and its division into separate electrodes permits interference with a cross flow at a high gas velocity. This allows the advantages of a rotating electric field to be combined with those of a rapid gas exchange in the discharge.

De in afzonderlijke elektroden verdeelde, stroomopwaarts van het ontladingsgebied geplaatste elek-35 trode heeft daarenboven echter ook een stromingstechnische funktie, te weten het homogeniseren van de in het ontladingsgebied intredende gasstroming. Op soortgelijke wijze heeft ook de stroomafwaarts gelegen, in afzonderlijke elektroden verdeelde elektrode een extra funktie, te weten 40 het begrenzen van het ontladingsgebied aan de stroomaf- 8203305 - 6 - waarts gelegen zijde van het ontladingsgebied en het hierdoor doeltreffend verhinderen van een afvoeren van de ontlading in de stromingsrichting.However, the electrode distributed upstream of the discharge region in separate electrodes also has a flow-technical function, namely, the homogenization of the gas flow entering the discharge region. Likewise, the downstream electrode divided into separate electrodes also has an additional function, namely to limit the discharge area on the downstream side of the discharge area and thereby effectively prevent discharge of the discharge in the flow direction.

Het toepassen van met dielektrisch materiaal 5 ommantelde elektroden in het tweede elektrodenpaar maakt een homogene stroomaanloop aan de elektroden mogelijk zonder de anders noodzakelijke maatregelen van het seg-menteren van de elektroden enerzijds en de Ohmse stabili-satie anderzijds. Hierdoor vervalt de in het bijzander bij 10 hoogvermogenslasers kostbare koeling. Bovendien wordt door het toepassen van dielektrische elektroden een direkt contact tussen gas en metaal vermeden, hetwelk tot een verbeterd gedrag over langere tijdsduur van de laser leidt.The use of electrodes sheathed in dielectric material 5 in the second electrode pair allows a homogeneous current supply to the electrodes without the otherwise necessary measures of segmenting the electrodes on the one hand and ohmic stabilization on the other. This eliminates the need for costly cooling with 10 high-power lasers. Moreover, the use of dielectric electrodes avoids a direct contact between gas and metal, which leads to an improved behavior over a longer period of time of the laser.

Krachtens haar elektrische eigenschappen (door-15 slagveldsterkte, dielektrische constante) is in het bijzonder geschikt als dielektricum.Due to its electrical properties (through-field strength, dielectric constant) it is particularly suitable as a dielectric.

Bijzonder gunstig is het wanneer de afzonder-lijke elektroden de vorm van platen hebben, die met onderlinge afstanden evenwijdig met de stromingsrichting 20 zijn geplaatst. Het afvlakkingseffekt van de stroming bij het intreden in het ontladingsgebied is door deze uitvoering bijzonder geprononceerd.It is particularly advantageous if the individual electrodes are in the form of plates, which are spaced parallel to the direction of flow. The flattening effect of the current upon entering the discharge region is particularly pronounced by this embodiment.

Bij een gunstig uitvoeringsvoorbeeld is zorggedragen, dat de afzonderlijke elektroden stroomop-25 waarts direkt v66r de elektroden van het eerste elektrodenpaar eindigen en dat de afzonderlijke elektroden stroom-afwaarts direkt achter de elektroden van het eerste elektrodenpaar beginnen. Men verkrijgt hierdoor een nauwkeurig gedefinieerd ontladingsgebied tussen de elek-30 trodenvanhet eerste elektrodenpaar.In a favorable embodiment, care is taken that the individual electrodes end upstream directly before the electrodes of the first electrode pair and that the individual electrodes start downstream directly behind the electrodes of the first electrode pair. This provides a precisely defined discharge area between the electrodes of the first electrode pair.

A1 naar gelang de toepassing van de laser kan deze continu, gepulseerd of pulsgeinterfereerd worden bedreven. Wanneer bijv. den van de beide elektrodensystemen gevoed wordt met een continue hoogfrequent spanning en 35 het andere met een gepulseerde spanning, kan onder gebruikmaking van de hierbij optredende E-vectordraaiing een stabiele ontlading voor een continue laserstraling met pulsinterferentie worden geleverd.A1 depending on the application of the laser, it can be operated continuously, pulsed or pulse interfered. For example, when the two electrode systems are supplied with a continuous high-frequency voltage and the other with a pulsed voltage, a stable discharge for continuous laser radiation with pulse interference can be provided using the E-vector rotation that occurs here.

De uitvoering volgens de uitvinding van het 40 elektrodensysteem, dat ten dele bovendien de funktie van 8203305 - 7 - de stromingsbelnvloeding en van de ontladingsbegrenzing overneemt, maakt het mogelijk zeer hoge gassnelheden toe te passen zonder dat hierbij de ontlading wordt afgevoerd in de stromingsrichting. Hierdoor worden gelijktijdig drie 5 maatregelen voor de ontladingsstabilisatie gecombineerd: a) hoge stromingssnelheid, b) variatie van de waarde van de elektrische veldsterkte, c) richtingsverandering van veldsterktevectors.The embodiment according to the invention of the electrode system, which in addition also takes over the function of flow control and of the discharge limitation, makes it possible to use very high gas velocities without discharge being discharged in the flow direction. As a result, three measures for the discharge stabilization are combined simultaneously: a) high flow velocity, b) variation of the value of the electric field strength, c) change of direction of field strength vectors.

10 De voordelen van de inrichting volgens de uitvinding kunnen worden samengevat door de volgende karakteristieke.ikenmerken: 1) De hoge bereikbare vermogensdichtheid maakt de bouw van compacte lasers met eenvoudige elektroden 15 mogelijk door het wegvallen van de anders gebruikelijke segmentering en voorionisatie.The advantages of the device according to the invention can be summarized by the following characteristic features: 1) The high achievable power density allows the construction of compact lasers with simple electrodes 15 by eliminating the otherwise usual segmentation and pre-ionization.

2) Een verliezen met zich meebrengende Ohmse stabilisering vervalt.2) A loss with associated ohmic stabilization is canceled.

3) Er is geen elektrodenkoeling nodig.3) No electrode cooling is required.

20 4) In het ontladingsgebied vervallen metalen contacten met het plasma, waardoor het gedrag van de laser over langere tijd wordt verbeterd.20 4) In the discharge area, metal contacts with the plasma decay, improving the behavior of the laser over time.

5) De elektrodenopstelling maakt een puls-gelnterfereerd permanent bedrijf van de laser mogelijk.5) The electrode arrangement allows pulse-interfered permanent laser operation.

25 In het bijzonder de punten 1 tot 3 hebben tot gevolg, dat de technische kosten voor het lasersysteem gering zijn en desalniettemin het rendement ervan hoog is.In particular points 1 to 3 have the consequence that the technical costs for the laser system are low and nevertheless their efficiency is high.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van de enkele tekening, waarin bij 30 wijze van voorbeeld gedeeltelijk een langs- doorsnede en gedeeltelijk een aanzicht van een gunstige uitvoeringsvorm van de inrichting voor het voortbrengen van een laser-actieve toestand volgens de uitvinding is weergegeven.The invention will be explained in more detail below with reference to the single drawing, in which, by way of example, partly a longitudinal section and partly a view of a favorable embodiment of the device for generating a laser active state according to the invention displayed.

35 In een kanaal 1, dat bij voorkeur een recht- hoekige dwarsdoorsnede heeft, zijn in tegenover elkaar gelegen zijwanden 2 en 3 elektroden 4 en 5 ingebouwd, die tezamen een eerste elektrodenpaar vormen. De vlakke elektrodenoppervlakken sluiten met de zijwanden het kanaal 40 af en bestaan uit een dielektricum 6 met geringe verlies- 8203305 - 8 - hoek, dat aan de achterzijde voorzien is van een metaal-bekleding 7. In het volumegebied 8 tussen de beide elektroden 4 en 5 bevindt zich de resonator van de laser.In a channel 1, which preferably has a rectangular cross-section, electrodes 4 and 5 are built into opposite side walls 2 and 3, which together form a first pair of electrodes. The flat electrode surfaces close the channel 40 with the side walls and consist of a dielectric 6 with a low loss angle 8203305-8, which is provided at the rear with a metal coating 7. In the volume area 8 between the two electrodes 4 and 5, the resonator of the laser is located.

V66r en achter het volumegebied 8 bevinden zich 5 verdere elektroden 9 en 10, die tezamen een tweede elektro-denpaar vormen. Beide elektroden worden opgebouwd door afzonderlijke elektroden 11 resp. 12, die in het gegeven uitvoeringsvoorbeeld de vorm van platen hebben, die op onderlinge afstand evenwijdig met de stromingsrichting 10 over.de dwarsdoorsnede van het kanaal 1 zijn verdeeld.In front of and behind the volume region 8 there are 5 further electrodes 9 and 10, which together form a second electrode pair. Both electrodes are built up by separate electrodes 11 resp. 12, which in the given exemplary embodiment are in the form of plates which are spaced parallel to the direction of flow 10 over the cross section of the channel 1.

De afzonderlijke elektroden 11 en 12 bestaan uit een metallische kern 13 resp. 14, die omgeven is door een dielektrisch materiaal 15 resp. 16. De elektroden van het eerste elektrodenpaar en de elektroden van het tweede 15 elektrodenpaar zijn via inductieve elementen 16 en 17, resp. 19 en 20, verbonden met de hoogfrequent-generator 21.resp. 22.The individual electrodes 11 and 12 consist of a metallic core 13 and 12, respectively. 14, which is surrounded by a dielectric material 15 resp. 16. The electrodes of the first electrode pair and the electrodes of the second electrode pair are connected via inductive elements 16 and 17, respectively. 19 and 20, connected to the high frequency generator 21.resp. 22.

De inductieve elementen compenseren de capa-citieve Wattloze weerstand van de elektroden, zodat de 20 generatoren enkel met de weerstand van de ontlading zijn afgesloten.The inductive elements compensate for the capacitive Watt-free resistance of the electrodes, so that the 20 generators are closed only with the resistance of the discharge.

Het gas, waarin de laser-actieve toestand moet worden voortgebracht, stroomt in de richting van de pijl;A door de inrichting, waarbij de gasstroom door de 25 afzonderlijke elektroden 11 aan het stroomopwaarts gel^gen uiteinde van het volumegebied 8 wordt afgevlakt en gehomogeniseerd. Het gas doorstroomt het volumegebied 8, waarbij het van richting en sterkte veranderende elektrische veld een ontlading in de gasstroom doet ontstaan 30 die zich' dwars op de stromingsrichting homogeen over het gehele volumegebied 8 uitbreidt en aan de stroom-afwaarts gelegen zijde van het volumegebied 8 door de afzonderlijke elektroden 12 wordt'hegrensd. Hoofdzaak is hierbij, dat de aanloop van de ontlading plaatsvindt 35 over een groot vlak van het plaatoppervlak, zodat in tegenstelling tot de gebruikelijke gelijkstroomlangs-ontladingen, geen insnoeringen van het plasma in het ontladingsgebied voorkomen.The gas, in which the laser-active state is to be generated, flows in the direction of the arrow A through the device, smoothing and homogenizing the gas flow through the separate electrodes 11 at the upstream end of the volume region 8. . The gas flows through the volume region 8, the electric field of direction and strength changing causing a discharge in the gas flow 30 which homogeneously extends transversely of the flow direction over the entire volume region 8 and on the downstream side of the volume region 8 is limited by the individual electrodes 12. The main thing here is that the discharge starts up over a large area of the plate surface, so that, in contrast to the usual direct current longitudinal discharges, no streaks of the plasma occur in the discharge region.

Met de inrichting volgens de uitvinding kunnen 40 buitengewoon hoge vermogensdichtheden worden bereikt.With the device according to the invention, 40 extremely high power densities can be achieved.

8203305 - 9 -8203305 - 9 -

Bij eerste onderzoekingen met een dergelijke inrichting in continu. bedrijf werd bijv. een homogene ontlading met een hoge vermogensdichtheid van 35 KW/1 en hiermee een CC^-laser met een totaal rendement van 20 % ver-5 wezenlijkt. Het ontladingsvolume bedroeg hierbij 0,35 1. Als elektroden zijn keramiekplaten (Al^O^) met een dikte van 2,5 mm toegepast. De generatorfrequentie bedraagt 6 MHz.During initial investigations with such a device in continuous. For example, a homogeneous discharge with a high power density of 35 KW / 1 and thus a CCL laser with a total efficiency of 20% was realized. The discharge volume here was 0.35 l. The electrodes used were ceramic plates (Al 2 O 3) with a thickness of 2.5 mm. The generator frequency is 6 MHz.

82033058203305

Claims (6)

1. Inrichting voor het voortbrengen van een laser-actieve toestarid in een snelle sub-sonisch stroming met een stromingskanaal, met een eerste elektrodenpaar-met tegenover elkaar liggende dielektrische elektroden 5 in het wandgebied van het stromingskanaal, alsmede een tweede elektrodenpaar,waarvan de ene elektrode in het stromingskanaal stroomopwaarts van de ontlading en de andere elektrode in het stromingskanaal stroomafwaarts van .de ontlading is geplaatst, waarbij de elektroden van 10 het eerste elektrodenpaar zijn verbonden met een hoog-frequente spanningsbron, methet kenmerk, dat de elektroden (9,10) van het tweede elektrodenpaar zijn verbonden- met een tweede hoogfrequent spanningsbron (22), en dat de elektroden (9,10) van het tweede elektroden-15 paar meerdere, over de dwarsdoorsnede van het stromingskanaal (1) verdeelde dielektrische afzonderlijke elektroden (11.12) omvatten, die een door een dielektrisch materiaal (11.12) alzijdig omgeven metallische kern hebben.1. Apparatus for generating a laser active device in a rapid subsonic flow with a flow channel, having a first pair of electrodes with opposing dielectric electrodes 5 in the wall region of the flow channel, and a second pair of electrodes, one of which electrode is placed in the flow channel upstream of the discharge and the other electrode is placed in the flow channel downstream of the discharge, the electrodes of the first electrode pair being connected to a high-frequency voltage source, characterized in that the electrodes (9, 10) ) of the second pair of electrodes are connected to a second high-frequency voltage source (22), and that the electrodes (9, 10) of the second electrodes-pair are several dielectric electrodes (11.12) distributed over the cross section of the flow channel (1) ), which have a metallic core surrounded on all sides by a dielectric material (11.12). 2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het 20 kenmerk, dat de afzonderlijke elektroden (11,12) de vorm van platen hebben, die op een afstand van elkaar evenwijdig met de stromingsrichting zijn geplaatst.2. Device according to claim 1, characterized in that the individual electrodes (11, 12) are in the form of plates, which are spaced parallel to each other in the direction of flow. 3. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektroden (4,5) van 25 het eerste elektrodenpaar bestaan nit een dielektrische plaat, aan de achterzijde waarvan een metallische plaat is aangebracht of een metallische laag is opgebracht.Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (4,5) of the first electrode pair consist of a dielectric plate, on the back of which a metallic plate is applied or a metallic layer is applied. 4. Inrichting volgens e§n der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afzonderlijke elek- 30 troden (11) stroomopwaarts direkt voor de elektroden (4,5) van het eerste elektrodenpaar eindigen en dat de afzonderli jke elektroden (12) stroomafwaarts direkt achter de elektroden (4,5) van het eerste elektrodenpaar beginnen. 8203305 - 11 -Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the individual electrodes (11) end upstream directly before the electrodes (4,5) of the first pair of electrodes and in that the individual electrodes (12) go downstream start directly behind the electrodes (4,5) of the first electrode pair. 8203305 - 11 - 5. Inrichting volgens een der voorgaande conelusies, met het k e n m e r k, dat de tweede hoogspanningsbron (22) een hoogspanning van dezelfde frequentie levert als de eerste, waarbij beide hoogfrequent spanningen een vaste 5 fasebetrekking met een faseverschuiving tonen.5. Device according to any one of the preceding coneluses, characterized in that the second high voltage source (22) supplies a high voltage of the same frequency as the first, wherein both high frequency voltages show a fixed phase relationship with a phase shift. 6. Inrichting volgens £§n der conclusies 1-4, met hetkenmerk, dat de beide hoogfrequent span-ningsbronnen (21,22) verschillende frequenties zonder fase-koppeling leveren. 82033056. Device according to any one of claims 1-4, characterized in that the two high-frequency voltage sources (21, 22) provide different frequencies without phase coupling. 8203305