DD295956A5 - Anordnung zum betrieb eines impulsgaslasers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist anwendbar fuer den Betrieb von Impulsgaslasern, die als Anregungslichtquelle in der zeitaufgeloesten Spektroskopie, als Pumplichtquelle fuer Farbstofflaser, als Werkzeug in der Mikromaterialbearbeitung, als Impulslichtquelle fuer optoelektronische Bauelemente und fuer die optische Datenverarbeitung eingesetzt werden. Ziel der Erfindung ist es, einen Impulsgaslaser mit einer hoeheren Laserleistung bei vergleichsweise geringerem technischen Aufwand zur Verfuegung zu stellen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache Anordnung zum effektiven Betrieb eines Impulsgaslasers mit einer hoeheren Laserleistung zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz die im Anregungskreis liegende Schaltfunkenstrecke raeumlich den Elektroden des Laserentladungsraumes so zugeordnet ist, dasz das im Schaltfunken erzeugte UV-Licht auf die Laserelektroden trifft und die Ausbildung der Laserentladung beguenstigt.{Impulsgaslaser; nichtstationaere Inversion; Schaltfunkenstrecke; Laserentladungsraum}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb eines Impulsgaslasers mit nichtstationärer Inversion. Derartige Impulsgaslaser werden eingesetzt als Anregungslichtquelle in der zeitaufgolösten Spektroskopie des Nano- und Subnanosekundenbereiches, als Pumplichtquelle für Farbstofflaser, als Werkzeug in der Material- und Mikromaterialbearbeitung, als Impulslichtquelle zur Testung optoelektronischer Bauelemente und optischer Übertragungsstrecken sowie für die optische Datenverarbeitung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß eine hohe Ausgangsleistung eines Impulsgaslasers durch die Qualität der Ausbildung einer homogenen Stoßglimmentladung im Laserkanal, bedingt durch einen sehr induktivitätsarmen Entladungskreis und optische Maßnahmen zur Beeinflussung der stimulierten Emission erreicht wird.

Es ist weiterhin bekannt (DD 116710), die Strahlungsqualität und damit die Leistungsdichte von Impulsgaslasern mit nichtstationärer Inversion zu erhöhen, indem der Laserentladungskanal in zwei ungleich lange Bereiche, einen als Resonator ausgebildeten Lasergeneratorbereich und einen Verstärkerbereich, unterteilt wird. Durch besondere Maßnahmen, wie z.B. eine externe ionisierende Hilfslichtquelle wird eine frühere Zündung der Entladung im Generatorbereich gegenüber dem Verstärkerbereich realisiert. Nachteilig ist dabei die zusätzlich erforderliche externe Hilfslichtquelle und eine für den zeitlichen Ablauf notwendige Synchronisierung.

Es ist außerdem vorgeschlagen worden (DD 224341), den Anlaufprozeß der stimulierten Emission mit optischen Mitteln zu beeinflussen, wobei eine sorgfältige Justierung der Spiegelflächen notwendig ist.

Es sind auch Laseranordnungen bekannt, bei denen ionisierende Hilfsentladungsfunkenstrecken innerhalb des eigentlichen Laserrohres angeordnet sind (DE 3212705, US 2350717). Diese haben nicht die Funktion eines Schalters im Hauptentladungskreis, sondern liegen zu diesem parallel und müssen für eine geringfügige Zündverfrühung gegenüber der Hauptentladung eingestellt sein, was sehr aufwendig ist.

Ferner ist eine mehrere Elektrodenpaare aufweisende Laseranordnung bekannt (DD 240101), bei der einer gemeinsamen über d'.e Länge des Laserkanals durchgehend sich erstreckenden ortsfesten Elektrode mindestens zwei transversal verstellbare Elektroden gegenüberstehen. Durch Justierung der Abstände der Gegenelektroden zur feststehenden Elektrode kann der Zeitpunkt der Emission zwischen den einzelnen Elektrodenpaaren variiert und dadurch die Arbeitsweise der Laserkanalbereiche als Sender, Verstärker oder Absorber festgelegt werden. Die Schaltfunkenstrecke für diese Anordnung ist räumlich getrennt vom Laserentladungskanal angeordnet, was einen höheren Aufwand bedeutet.

Das Ziel dor Erfindung ist os, einen Impulsgaslasor mit einer höheren Laserlelsuing bei vergleichsweise geringem technischem Aufwand zur VorfUgung zu stollen.

Darlegung dos Wosons dor Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache Anordnung zum effektiven Betrieb eines Impulsgaslasers mit einer höheren Laserleistung zu schaffen.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Im Anrogungskreis dos Lasers vorhandene Serienfunkenstrecke 1 indon Laserentladungsraum 6 integriert und den Laserelektroden 5,15-17 räumlich so zugeordnet ist, daß das Im Schaltfunken erzeugte UV-Licht auf die Laserelektroden trifft. Dadurch wird die Ausbildung der Lasorentladung begünstigt. Durch die Anordnung der Schaltfunkenstrecke direkt im Laserentladungsraum wird der zusätzliche technische Aufwand für eine getrennte Schaltfunkenstrecke vermieden und eine optimalere Betriebsweise des Lasers gegenüber bekannten Anordnungen ermöglicht. Vorteilhaft ist es, die Schaltfunkenstrecke im Laserentladungsraum 6 so auszubilden, daß eine der Lasorelektroden 5a, 5b zugleich als eine Elektrode der Schaltfunkenstrecke 1 fungiert. Dadurch wird der apparative Aufwand weiter verringert und eine wirkungsvolle UV-Einstrahlung auf die Laserelektroden erreicht. Um das Im Schaltfunken erzeugte UV-Licht optimal auf die Laserelektroden zu lenken, ist die Anordnung reflektierender optischer Elemente 7,10,11,20, wie Spiegel, insbesondere Planoder sphärische Spiegel, vor allem an der don Laserelektrodon abgewandten Seite 10 der Schaltfunkenstrecke günstig. Erfindungsgemäß kann die Schaltfunkenstrocke seitlich am Laserentladungsraum neben der einen Laserelektrode (Fig, 2), über einer der Elektroden des l.oserkanols (Fig. 3, Fig.4) oder als weiteres Elektrodonpaar neben den anderen Elektrodenpaaren (Fig. 5) einer Impulslaseranordnung angebracht sein. In jedem Fall ist hinter der Schaitfunkenstrecke zur Beleuchtung der nicht zur Schaltfunkenstrecke gehörenden Laserkanalelektrode ein Spiegel 10 angebracht, der metallisch oder mit dielektrischen Schichten versehen sein kann.

Die Elektrodenbereiche 5c und 9a, an denen der Schaltfunken angreift, bestehen aus besonders abbrandfestem Material, wie z. B. Wolfram-Kupfer-Molybdän-Sintormaterial, während die Lasorelektrode, auf der das UV-Licht der Schaitfunkenstrecke wirksam werden soll, aus einem Material mit geringer Austiittsarbeit, wie z. B. Aluminium, bestehen sollte. Die Gasführung im Laserentladungsraum erfolgt so, daß der Gasaustritt an der Seite des Laserentladungsraumes liegt, an der sich die Schaitfunkenstrecke befindet, während der Eintritt an der entgegengesetzten Seite liegt.

Die Serienfunkenstrecke kann freilaufend oder getriggert (Fig.6) betrieben werden, wobei die verschiedensten Arten der Triggerung, beispielsweise mit Triggerstift 18 nach dem Trigatronprinzip angewandt werden können. Bei dynamischem Betrieb der Schaitfunkenstrecke, d.h. bei Betrieb mit einer steil ansteigenden Durchschlagspannung, verursacht eine linienförmige Verbreiterung des Schaltfunkons, bzw. die Ausbildung mehrerer paralleler Schaltfunken, eine Verringerung der Induktivität im Hauptentladungskreis und eine intensivere UV-Bestrahlung über einen großen Bereich des Laserentladungsraumes. Das kann dadurch erreicht werden, daß die Schaltelektrode, die nicht gleichzeitig Bestandteil des Laserentladungskanals ist, statt kugelförmig z. B. zylinderförmig mit abgerundeten Stirnseiten ausgebildet ist, wobei die Länge des Zylinders etwa der Länge des Lasergeneratorbereiches entspricht

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1: Ersatzschaltbild für den elektrischen Kreis zum Betrieb eines Impulsgaslasers Fig. 2: Anordnung der Schaitfunkenstrecke neben einer Laserelektrode

Fig.3: Anordnung der Schaitfunkenstrecke über einer Elektrode des Laserentladungsraumes, der in Generator- und Verstärkerbereich unterteilt ist.

Fig. 4: Darstellung des Schnittes A,A₂ der Anordnung von Fig. 3

Fig. 5: Anordnung der Schaitfunkenstrecke als weiteres Elektrodenpaar neben 'Jen Laserelektrodenpaaren Fig. 6: Anordnung einer triggerbaren Schaitfunkenstrecke Fig.7: Laserkanal mit Schaitfunkenstrecke und Spiegel zur Einkopplung der UV-Strahlung in den Laserentladungsraum.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ersatzschaltbild für die Impulsanregung eines Gaslasors ist mit 1 die Schaitfunkenstrecke, mit 2 der Energiespeicherkondensator, mit 3 der Laserentladungsraum und mit 4 die Gesamtheit der verteilten Kapazitäten im Laserentladungsraum bezeichnet.

Fig. 2 zeigt die Schaitfunkenstrecke 1 in Verbindung mit einer bekannten Anordnung von Elektroden 5a und 5b, die Lasarentladungsraum 6 begrenzen. Ein kleines optisches Element 7 und ein Planspiegel 8 sind zueinander justiert und verbessern die Strahlungseigenschaften des transversal angeregten Impulsgaslasers. Die Schaitfunkenstrecke 1 wird aus der Elektrode 5b und der Elektrode 9 gebildet und ist somit an der einen Seite der Elektrode 5b angeordnet. Beide Elektroden sind im Bereich der Schaitfunkenstrecke in ihrer Form aneinander angepaßt. Zur Vermeidung des Abbrandes können die sich gegenüberstehenden Elektroden der Schaitfunkenstrecke 1 Kappen 5c und 9a aus besonders abbrandfestem Material besitzen. Der Elektrodenabstand wird nach dem im Laserentladungsraum vorgesehenen Gasdruck eingestellt. Die Schaitfunkenstrecke ist so angelegt, daß die in ihr entstehenden UV-Strahlung auf den in der Nähe des Spiegels 7 befindlichen Bereiche der Elektrode 5a fällt. Dieses Anliegen wird durch den Spiegel 10 unterstützt, der senkrecht zu der Mittellinie der Schaitfunkenstrecke 1 angeordnet ist.

Fig.3 und Fig.4 zeigen weitere Varianten der erfindungsgemäßen Anordnung. Hierbei ist die Schaitfunkenstrecke 1 über der Elektrode 5b des Lasergeneratorbereiches 13 im Laserentladungsraum angeordnet, der durch den Spiegel 11 und den teildurchlässigen Spiegel 12 gebildet wird. Mit 14 ist der Verstärkerbereich der bekannten Unterteilung des Laserentladungsraumes bezeichnet. Die Elektrode 9 kann kugelförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein, wobei die Länge

des Zylinders zweckmäßigerweise der Länge des Bereiches 13 angepaßt sein kann. Flg.5 zeigt, wie bei einer bekannter Laseranordnung mit mehreren Elektrodenpaaren, bei der die Losorborolcho 15, lOoclor 17 )o nach Elektrodenabstand als Sendor, Verstärker oder Absorber arbeiten, eine Schaltfunkonstrecko 1 mit don sich gegenüberstehenden Schnltorrogionon 9a und Bc

u. a. für die Vorionisation im Lnsorontlndungsraum Infolge UV-Erzougung nützlich sein kann. Dioso Wirkung wird durch einen Spiegel 10 neben der Schaltfunkonstrecke unterstützt. Im Sinne der Erfindung wäre auch eine Anordnung der Schaltfunkenstrecke statt neben don Elektrodenpaaren über einer Elektrode des Senderpaares möglich, ähnlich der in Fig, 3 und Fig.4 gezeigten Anordnung.

In Fig.6 ist dargestellt, daß die Serienfunkenstrecke 1 triggerbar sein kann, wie hler durch den Zündstift 18 angedeutet ist, der isoliert durch die Isolation 19 zur Stirnseite der Kalotte 9a geführt Ist.

Fig.7 zeigt den Fall, daß ein Umlenkspiegel 20 das in der Schaltfunfkenstrecke 1 entstehende UV-Licht in den Laserentladungsraum lenkt.

Claims (8)

1. Anordnung zum Betrieb eines Impulsgaslasers mit nichtstationärer Inversion, bestehend aus einer als Hochstromschalter wirkenden Schaltfunkenstrecke, einem Laserentladungsraum und Bandleitungen, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltfunkenstrecke innerhalb des Laserentladungsraumes den Laserelektroden räumlich so zugeordnet ist, daß das im Schaitfunken erzeugte UV-Licht auf die Laserelektrodon trifft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine der Laserelektroden zugleich als eine Elektrode der Schaltfunkenstrecke fungiert.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß reflektierende optische Elemente, vorzugsweise reflektierende Spiegel, an der den Laserelektroden abgewandten Seite der Schaltfunkenstrecke angeordnet sind.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltfunkenstrecke seitlich neben der Laserelektrode angeordnet ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltfunkenstrecke über dem Bereich der einen Laserelektrode angeordnet ist, der als Generator fungiert.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltfunkenstrecke bei einem Impulsgaslaser mit mehreren Elektrodenpaaren als weiteres Elektrodenpaar angeordnet ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektrode der Schaltfunkenstrecke, die nicht gleichzeitig als Laserelektrode fungiert, eine punktförmige oder linienförmige Ansatzsteile für den Schaltfunken aufweist.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltfunkenstrecke freilaufend oder getriggert ist.