CH667948A5 - Gaslaser. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Ein Entladungsstromkreis für einen Gaslaser umfasst kurz gesagt eine positive Elektrode, die mit einer Gleichstromquelle verbunden ist und mehrere dieser gegenüber angeordnete negative Elektroden, die über den Strom stabilisierende Widerstände mit der negativen Elektrode der Stromquelle verbunden sind. In einem Entladungsstromkreis gemäss dieser Anordnung ergeben sich keine speziellen Probleme bei kontinuierlicher Entladung. Jedoch bei gepulster Entladung wenn eine Stromquelle für pulsierenden Strom anstelle der vorgenannten Gleichstromquelle verwendet ist, ist auch die Entladung unterbrechend, so dass die Anschaltung des Entladestromes verzögert wird, wodurch die Einschwingzeit extrem lange wird. Dementsprechend wird bei Verwendung einer rechteckförmigen Welle als Zündstromwelle die Einschaltung des Entladestroms erheblich verzögert und die Wellenform bricht zusammen.

Um die Verzögerung der Einschaltung beim obengenannten Zündstrom zu verkleinern, wird üblicherweise eine extrem schwache Stromentladung auf einem Pegel aufrecht erhalten, wo die Lasererzeugung nicht stattfindet, diese Entladung ist als Vorentladung bekannt (im englischen Sprachbereich als «simmer» Entladung bezeichnet). Die pulsierende Spannung wird in diesem Zustand akkumuliert und die Impulsentladung wird in üblicher Weise durchgeführt. In einer Anordnung, bei der diese Art von Impulsentladung durchgeführt wird, ist eine positive Elektrode sowohl mit der Vorstromquelle als auch mit der Impulsstromquelle verbunden und eine Anzahl negativer Elektroden sind gegenüberliegend angeordnet. Je einer einer Anzahl Strom stabilisierender Widerstände für den Vorstrom ist in Reihe mit den negativen Elektroden und je einer einer Anzahl Strom stabilisierender Widerstände für den Zündstrom, die mit der Zündstromquelle verbunden sind, ist parallel zu den erstgenannten Strom stabilisierenden Widerständen geschaltet. Die Strom stabilisierenden Widerstände für den Vorstrom sind auf einen Wert eingestellt der das Mehrfache des Wertes der Strom stabilisierenden Widerstände für den Impulsstrom ist, um den Vorstrom wesentlich kleiner zu halten als den Zündstrom.

In herkömmlichen Schaltungsanordnungen mit der oben beschriebenen Anordnung haben die Vorstromquelle und die Zündstromquelle im ausgeschalteten Zustand eine sehr hohe Impedanz. Der Zündstrom ist in ausgeschaltetem Zustand gehalten und der Vorstrom wird zuerst eingeschaltet. Die Spannung der Vorstromquelle steigt und wenn sie die ursprüngliche Entladungsspannung zwischen den positiven und den negativen Elektroden übersteigt, ergibt sich eine Entladung zwischen der positiven Elektrode und einer der negativen Elektroden. Sobald diese Entladung beginnt fliesst ein Strom zwischen der positiven Elektrode und dieser einen negativen Elektrode und die Spannung zwischen der positiven Elektrode und dieser einen negativen Elektrode wird die Entladungsunterstützungsspannung, die von ihrem ursprünglichen Wert um den Betrag des Produktes von Strom stabilisierendem Vorstrom widerstand und dem Strom abgesenkt. Diese Entladungsunterstützungsspannung ist erheblich niedriger als die ursprüngliche Entladungsspannung.

Auf diese Weise fliesst ein Strom von der positiven Elektrode und dieser einen negativen Elektrode durch den Strom stabilisierenden Vorstromwiderstand, der mit dieser einen Elektrode verbunden ist. Dann fliesst der Strom durch den parallelen Stromkreis mit den Strom stabilisierenden Impulswiderständen und den Strom stabilisierenden Vorstromwiderständen, die mit den anderen negativen Elektroden verbunden ist und kehrt dann zurück zur Vorstrom-Stromquelle. In diesem Falle ist die Spannung zwischen der positiven Elektrode und diesen anderen negativen Elektroden um ein weniges höher als die Spannung zwischen der positiven Elektrode und dieser einen negativen Elektrode, aber sie ist wesentlich niedriger als die Zündspannung. Dementsprechend, damit die Zündung zwischen dieser positiven Elektrode und den anderen negativen Elektroden stattfindet, ist eine hohe Spannung notwendig mit dem Resultat, dass auch ein hoher Strom benötigt wird.

Aus diesem Grunde muss die Spannung der Vorstrom-Stromquelle extrem hoch sein, damit sich eine Entladung zwischen der positiven Elektrode und diesen anderen negativen Elektroden stattfindet, nachdem die Entladung zwischen der positiven Elektrode und der einen negativen Elektrode stattgefunden hat. Insbesondere wird eine hohe Spannung und ein hoher Strom für die Vorstrom-Stromquelle benötigt und es fliesst ein hoher Strom zwischen der positiven Elektrode und dieser einen negativen Elektrode während des Intervalls bis zum Beginn der Entladung zwischen der positiven Elektrode und den anderen negativen Elektroden. Dementsprechend ist ein hoher Strom notwendig um die Entladung zwischen der positiven Elektrode und allen negativen Elektroden zu erhalten.

Weil jedoch ein extrem kleiner Strom bei der Vorentladung, wenn keine Entladung stattfindet, fliesst, ergibt sich eine Vorentladung zwischen einer Anzahl der negativen Elektroden und einem Teil der positiven Elektrode. Dementsprechend wenn dann eine Impulsspannung angelegt wird, wird diese gleichzeitig zwischen den Elektroden bei denen die Vorentladung stattfindet und auch bei den Elektroden an denen keine Vorentladung stattfindet, angelegt. Im Falle wo die Impulsspannung zwischen den Elektroden, an denen die Vorentladung stattfindet angelegt wird, ist die Aufbauzeit des Entladestromes kurz, so dass die Variation zwischen jedem Impuls sehr klein ist. Jedoch bei den Elektroden, bei denen keine Vorentladung stattfindet, ist die Aufbauzeit für den Entladungsstrom gross, so dass die Variation zwischen jedem Impuls auch gross wird.

Dementsprechend ist in einer üblichen Schaltungsanordnung, bei der die Vorentladung zwischen der positiven Elektrode und einem Teil der negativen Elektroden erzeugt wird, und nicht zwischen der positiven Elektrode und allen negativen Elektroden, die Impulsaufbauzeit gross für alle Impulsentladungsströme, die die akkumulierten Entladungsimpulsströme

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zwischen der positiven Elektrode und jeder negativen Elektrode in Abhängigkeit zur Wellenform der angelegten Impulsspannung ist. Zudem fällt die Impulswellenform zusammen. Mit einer Impulswellenform, in der der Entladungsstrom in dieser Weise zusammenfällt, fällt auch die Ausgangswellenform des Laserstrahls zusammen und dazu wird dann eine Erhöhung der Impulsfrequenz erschwert.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile der herkömmlichen Gaslaservorrichtungen zu beheben und eine Lösung zu schaffen, bei der die genannten Probleme mittels eines Gaslasers behoben sind, wobei der Laserimpuls mit nur geringem Zusammenbrechen der Impulswelle erzeugt wird.

Eine zweite Aufgabe besteht darin einen Gaslaser zu schaffen, bei dem die Spannung der Vorstromquelle kleiner sein kann als die ursprüngliche Entladungsspannung und dementsprechend auch nur ein geringer Strom benötigt wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäss einer Ausführungsform hat der Gaslaser eine positive Elektrode, die sowohl mit der Vorstrom-Stromquelle und der Entladungsstrom-Stromquelle verbunden ist und eine Anzahl negativer Elektroden, die der positiven Elektrode gegenüber angeordnet sind, sind mit einer Anzahl erster Strom stabilisierender Widerstände zur Begrenzung des Stromes mit der Vorstrom-Stromquelle verbunden und eine Anzahl zweiter Strom stabilisierender Widerstände zur Begrenzung des Stromes der Hauptentladungsstromquelle sind parallel zu den ersten Strom stabilisierenden Widerständen geschaltet und eine Anzahl von Elementen zur Verhinderung eines Rückwärtsstromes sind in Reihe mit den zweiten Strom stabilisierenden Widerständen geschaltet.. In dieser Art wird infolge der Anordnung mit den Elementen für die Verhinderung eines Rückwärtsstromes, die in Reihe mit jedem der zweiten Strom stabilisierenden Widerständen geschaltet sind, bei der Erzeugung einer Vorstromentladung zwischen der positiven Elektrode und einer geeigneten negativen Elektrode verhindert, dass ein Strom in umgekehrter Richtung durch die zweiten Strom stabilisierenden Widerstände, die mit den anderen benachbarten negativen Elektroden verbunden sind fliesst, so dass keine Entladung zwischen der positiven Elektrode und diesen anderen negativen Elektroden stattfinden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der korrekten Entla-dungsimpulsstromwelle für die Spannung der Impulsstromquelle, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Gaslasers zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein Gaslaser 1 mit einer positiven Elektrode A gegenüber mehreren negativen Elektroden Kl bis K5 angeordnet und ein total reflektierender Spiegel 3 und ein reflektierender Spiegel 5 sind dargestellt. Zur Vervollständigung der Gaslaser wäre noch eine Gaszuführung für C02, N2, He und dergleichen notwendig, die jedoch weil gut bekannt zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet wurden. Es sei nur soweit darauf eingetreten, als die Zuführung des Gases zwischen der positiven Elektrode A und den negativen Elektroden Kl bis K5 erfolgt und dazu noch eine Umwälzung des Gases vorgesehen sein muss.

Die positive Elektrode A und die negativen Elektroden Kl bis K5 sind mit einer Vorstrom-Stromquelle ES und mit einer Hauptentladungsstromquelle EM verbunden. Jede der negativen Elektroden Kl bis K5 sind in Reihe mit der Vorstrom-Stromquelle ES über einen ersten Strom stabilisierenden Widerstand RS1 bis RS5 verbunden. Dazu ist noch jede negative Elektrode Kl bis K5 mit der Hauptentladungsstromquelle EM über einen zweiten Strom stabilisierenden Widerstand RM1 bis RM5 verbunden, welche Widerstände parallel zu den erstgenannten Widerständen RS1 bis RS5 verbunden sind. Ein Element zur Verhinderung eines Rückwärtsstromes Dl bis D5, die beispielweise Dioden sein könnten, ist in Reihe mit jedem der zweiten Strom stabilisierenden Widerstände RMI bis RM5 verbunden. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Elemente Dl bis D5 zur Verhinderung eines Rückwärtsstromes als Dioden dargestellt. Dies ist jedoch in keiner Weise als Begrenzung gedacht und es könnten auch andere Elemente, wie beispielsweise Transistoren verwendet werden.

In der oben beschriebenen Konfiguration wird eine Vorentladung zwischen der positiven Elektrode A und einer geeigneten negativen Elektrode, z.B. die Elektrode Kl, erzeugt und wenn eine Vorentladung nicht zwischen der positiven Elektrode A und den anderen negativen Elektroden K2 bis K5 stattfindet, fliesst der Strom von der positiven Elektrode A zur negativen Elektrode Kl durch den ersten Strom stabilisierenden Widerstand RS1 und kehrt zur Vorstrom-Stromquelle ES zurück. Somit fliesst ein Teil des Stromes durch den zweiten Strom stabilisierenden Widerstand RMI und das Element Dl zur Verhinderung eines Rückwärtsstromes und hat damit die Tendenz durch die anderen zweiten Strom stabilisierenden Widerstände RM2 bis RM5 zu fliessen. Weil jedoch je eines der Elemente D2 bis D5 zur Verhinderung eines Rückwärtsstromes mit jedem der zweiten Strom stabilisierenden Widerstände RM2 bis RM5 verbunden ist, fliesst kein Strom durch diese zweiten Strom stabilisierenden Widerstände RM2 bis RM5.

Dementsprechend, auch wenn eine Vorentladung zwischen der positiven Elektrode A und einer geeigneten negativen Elektrode, beispielsweise Kl, entsteht wird die Spannung zwischen der positiven Elektrode A und den anderen negativen Elektroden K2 bis K5 infolge der Strom stabilisierenden Widerstände RM2 auf den Wert der Vorstrom-Stromquelle ES gehalten. Somit ist die Spannung der Vorstrom-Stromquelle ES geeignet um eine anfängliche Zündspannung zu erzeugen um eine Vorentladung zu erhalten und die Kapazität der Vorstrom-Stromquelle kann für einen geringen Strom bemessen sein.

Auch mit einem kleinen Strom bei dem noch keine Lasererzeugung stattfindet, ist eine Vorstromentladung zwischen der positiven Elektrode A und jeder der negativen Elektroden Kl bis K5 möglich. Demgemäss, wenn die Hauptentladungsstromquelle EM benützt wird, wird eine Impulsspannung zwischen der positiven Elektrode A und den negativen Elektroden Kl bis K5 erzeugt wie in Fig. 2 dargestellt ist und die Impulsaufbauzeit ti, t2 des Impulsentladungsstromes P' ist sehr klein in Bezug auf die Spannung T der Impulsstromquelle und es ergibt sich eine genaue Wellenform, wodurch die Ausgangswelle des Laserstrahls auch eine genaue Form hat und dazu kann die Impulsfrequenz hoch sein.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 insofern, als auch jedem ersten Strom stabilisierenden Widerstand RS1 bis RS5 ein Element zur Verhinderung eines Rückwärtsstromes di bis d5 in Reihe zugeordnet ist. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist identisch mit derjenigen des ersten Ausführungsbeispieles. Und dazu ist jedoch die Entladung mit der Hauptentladungsstromquelle EM stabilisiert.

Wie aus den obigen Erläuterungen ersichtlich ist, kann mittels der vorliegenden Erfindung die Spannung der Vorstrom-Stromquelle niedriger sein, als die ursprüngliche Entladungsspannung und auch der benötigte Strom ist sehr klein. Wenn dazu eine Impulsstromquelle als Hauptentladungsstromquelle verwendet wird, kann eine genaue Impulsform mit extrem ge5

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ringem Zusammenbruch des Imulsentladungsstromes erhalten werden und es ist möglich einen Laserstrahl mit genauer Ausgangswellenform zu erhalten.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht auf die dargestellten Formen beschränkt, sondern es könnten beispielsweise auch die ersten Strom stabilisierenden Widerstände und die zweiten Strom stabilisierenden Widerstände in Serie geschaltet sein oder es könnte einer dritten Satz von Strom stabilisierenden Widerständen zusätzlich bei den negativen Elek-5 troden angeschlossen sein.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Gaslaser, bei dem ein Laser-Medium in einem Entladungsraum mittels einer Entladung erregt wird, gekennzeichnet durch eine positive Elektrode und eine Anzahl gegenüber angeordnete negative Elektroden, die mit einer Vorstromquelle für einen Vorstrom und mit einer Stromquelle für Zündstrom verbunden sind,

eine Anzahl erster den Strom stabilisierender Widerstände, um den Strom aus der Vorstromquelle zu begrenzen und die je mit einer der negativen Elektroden verbunden sind, und eine Anzahl Elemente zur Verhinderung eines Rückwärtsstromes, von denen jedes parallel zu einem der ersten den Strom stabilisierenden Widerstände an die negativen Elektroden und an die Stromquelle für Zündstrom angeschlossen ist.

2. Gaslaser nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl zweiter den Strom stabilisierender Widerstände, von denen je einer parallel zu den genannten ersten Strom stabilisierenden Widerständen geschaltet ist, um den Strom aus der Stromquelle für Zündstrom zu begrenzen, und dass die genannten Elemente zur Verhinderung des Rückwärtsstromes in Reihe mit den genannten zweiten Strom stabilisierenden Widerständen geschaltet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gaslaser nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Elemente zur Verhinderung des Rückstromes in Reihe mit den genannten ersten Strom stabilisierenden Widerständen geschaltet sind.