DE19623637C2 - Gaslasereinrichtung mit einer Gaszirkulationsanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gaslasereinrich­ tung mit einer Gaszirkulationsanordnung.

Bei mikrowellengepumpten Gaslasereinrichtungen werden Moleküle eines Lasermediumgases durch Mikrowellen oder RF-Energie auf ho­ he Energieniveaus erregt durch einen Entladeprozess, um eine La­ seroszillation zu erreichen. Das Lasermediumgas wird während der Laseroszillation erhitzt. Um fortlaufend eine hohe Effizienz der Laseroszillation zu erhalten, ist es wünschenswert, das Laserme­ diumgas zu kühlen. Die japanische Offenlegungsschrift JP 1- 189974 A offenbart eine Gaslasereinrichtung mit einer Kühlanord­ nung. Die Gaslasereinrichtung in der JP 1- 189974 A hat ein Auslassrohr, das mit einem Lasermediumgas ge­ füllt ist. Ein Paar von Elektroden, die an eine RF-Energiequelle angeschlossen sind, erstrecken sich jeweils entlang sich gegenü­ berliegenden Seiten des Auslassrohrs bzw. des Entladerohres. Die Elektroden führen eine RF-Energie zu dem Lasermediumgas in dem Auslassrohr, wodurch das Lasermediumgas erregt wird und eine La­ seroszillation erzeugt wird. In der JP 1- 189974 A hat die Kühlanordnung in der Gaslasereinrichtung einen Kühlkanal. Erste und zweite Enden des Kühlkanals sind jeweils an sich gegenüberliegenden Enden des Auslassrohres angeschlossen. Ein Turbogebläse, das in dem Kühlkanal angeordnet ist, zirku­ liert das Lasermediumgas durch das Auslassrohr und den Kühlka­ nal. Kühler sind an dem Kühlkanal angeschlossen und dienen zur Kühlung des Lasermediumgases. Das Turbogebläse in der JP 1-189974 A verwendet ein magnetisches Lager.

Die DE 38 21 580 A1 verwendet ein herkömmliches Turbogebläse mit herkömmlicher Lagerung, das in der Schnittansicht in Fig. 4 in einer stehenden Anordnung unterhalb einer optischen Bank gezeigt ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gaslaser­ einrichtung mit einer verbesserten Gaszirkulationsanordnung zu schaffen.

Ein erster Aspekt dieser Erfindung schafft eine Lasereinrichtung mit einem Ausgabespiegel, einem Totalreflexionsspiegel, einem Auslass- bzw. Entladerohr, das zwischen dem Abgabespiegel und dem Totalreflexionsspiegel angeordnet ist und ein Lasermediumgas enthält, einem ersten Block, der an ein erstes Ende des Entla­ derohres angeschlossen ist und das erste Ende des Entladerohres sowie den Abgabespiegel trägt, einen zweiten Block, der an ein zweites Ende des Entladerohres angeschlossen ist und das zweite Ende des Entladerohres sowie den Totalreflexionsspiegel trägt, ein dritter Block, der an einen Zwischenabschnitt bzw. Mittenab­ schnitt des Entladerohres angeschlossen ist und den Mittenab­ schnitt des Entladerohres trägt, eine optische Bank, welche den ersten Block, den zweiten Block und den dritten Block trägt, ein Turbogebläse, das an dem dritten Block angeschlossen ist und durch den dritten Block abgestützt wird, einen erste Kanal, der das Turbogebläse und den ersten Block miteinander verbindet und einen zweiten Kanal, der das Turbogebläse mit dem zweiten Block verbindet, wobei das Turbogebläse das Lasermediumgas von dem Entladerohr über den dritten Block ansaugt und das Lasermedium­ gas zum Entladerohr über den ersten Kanal, den zweiten Kanal, den ersten Block sowie den zweiten Block zurückführt.

Ein zweiter Aspekt dieser Erfindung basiert auf dem ersten As­ pekt und schafft eine Lasereinrichtung, wobei sich eine Achse des Turbogebläses, eine sich vertikal erstreckende prinzipielle Achse des dritten Blocks 11 und eine sich vertikal erstreckende prinzipielle Achse der optischen Bank im Wesentlichen fluchtend zueinander zu befinden.

Ein dritter Aspekt dieser Erfindung basiert auf dem ersten As­ pekt, wobei eine Lasereinrichtung geschaffen wird, die des Weiteren umfasst: einen Wärmeaustauscher, der zwischen dem dritten Block und dem Turbogebläse vorgesehen ist.

Ein vierter Aspekt dieser Erfindung basiert auf dem ersten As­ pekt und schafft eine Lasereinrichtung, welche des Weiteren hat, einen Wärmeaustauscher, der in dem ersten Kanal vorgesehen ist.

Ein fünfter Aspekt dieser Erfindung basiert auf dem vierten As­ pekt und schafft eine Lasereinrichtung, die des Weiteren auf­ weist: einen weiteren Wärmeaustauscher, der in dem zweiten Kanal vorgesehen ist.

Ein sechster Aspekt dieser Erfindung basiert auf dem ersten As­ pekt und schafft eine Lasereinrichtung, die ferner aufweist, ein Lasereinrichtungsabstütz- bzw. -lagerbauteil, das die optische Bank abstützt, wobei eine Achse des Turbogebläses, eine sich vertikal erstreckende prinzipielle Achse des dritten Blocks, ei­ ne sich vertikal erstreckende prinzipielle Achse der optischen Bank sowie eine sich vertikal erstreckende Achse des Laserein­ richtungs-Abstützbauteils im Wesentlichen fluchtend zueinander sind.

Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung basiert auf dem ersten As­ pekt und schafft eine Lasereinrichtung, wobei das Turbogebläse ein unteres Ende hat, welches mit einem abwärts vertikal ausge­ richteten Gaseinlass ausgeformt ist, wobei das Turbogebläse eine Magnetlagerung hat.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines bevor­ zugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine diagrammartige Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Lasereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Gemäß der Fig. 1 hat eine Lasereinrichtung einen Abgabespiegel 1, einen Endspiegel oder einen Totalreflexionsspiegel 2, sowie ein Entladerohr 7. Das Entladerohr 7 erstreckt sich horizontal zwischen dem Abgabespiegel 1 und dem Endspiegel 2. Der Abgabe­ spiegel 1 und der Endspiegel 2 bilden einen optischen Resonator. Der Abgabespiegel 1 ist auf ein Ende des Entladerohres 7 ausge­ richtet. Der Endspiegel 2 ist auf das andere Ende des Entla­ derohres 7 ausgerichtet. Das Entladerohr 7 besteht aus zwei Hälften 7a, 7b, die im Tandem koaxial angeschlossen sind. Das Entladerohr 7 ist mit einem Lasermediumgas befüllt. Das Entla­ derohr 7 bildet einen Teil eines Kanals, entlang welchem das La­ sermediumgas strömt. Die Lasereinrichtung gemäß Fig. 1 hat des Weiteren RF-Energiequellen 5a und 5b sowie Wellenführungen bzw. -leitungen 6a, 6b. Die Wellenleitungen 6a, 6b sind an die RF- Energiequellen 5a bzw. 5b angeschlossen. Die Wellenleitungen 6a, 6b sind an die äußeren Flächen der Entladerohrhälften 7a bzw. 7b angeschlossen. Eine RF-Energie, welche durch die RF-Energie­ quellen 5a und 5b erzeugt wird, wird auf die Wellenleitungen 6a und 6b übertragen, bevor sie an das Lasermediumgas in dem Entla­ derohr 7 abgegeben wird. Die angelegte RF-Energie erregt das La­ sermediumgas, wodurch eine Laseroszillation erzeugt wird.

Die Lasereinrichtung gemäß Fig. 1 hat eine Kühlanordnung, die ein Turbogebläse 3 sowie Wärmeaustauscher 4a, 4b und 4c umfasst. Das Turbogebläse 3 hat einen Propeller 8, eine drehbare Welle 16, ein Magnetlager 12 und einen Motor 14. Der Propeller 8 ist koaxial an einem Ende der Welle 16 montiert. Der Motor 14 dreht die Welle 16 und den Propeller 8. Das magnetische Lager 12 stützt die Welle 16 drehbar ab. Das Magnetlager 12 dient als ein kontaktloses Lager.

Ein Hauptblock 10a trägt den Abgabespiegel 1 und ein Ende des Entladerohres 7. Insbesondere erstreckt sich ein Ende der Entla­ derohrhälfte 7a in den Hauptblock 10a. Der Hauptblock 10a hat einen Gaseinlass, welcher mit dem inneren der Entladerohrhälfte 7a fluidverbunden ist. Ein Hauptblock 10b trägt den Endspiegel 2 sowie das andere Ende des Entladerohres 7. Insbesondere er­ streckt sich ein Ende der Entladerohrhälfte 7b in den Hauptblock 10b. Der Hauptblock 10b hat einen Gaseinlass, der mit dem inne­ ren der Entladerohrhälfte 7b fluidverbunden ist. Ein mittlerer Block 11 trägt einen zentralen Teil des Entladerohres 7. Insbe­ sondere erstrecken sich Enden der Entladerohrhälfte 7a und 7b in den mittleren Block 11. Der mittlere Block 11 hat einen Gasaus­ lass, der mit dem inneren der Entladerohre 7a und 7b fluidver­ bunden ist.

Die Hauptblöcke 10a und 10b sowie der mittlere Block 11 sind platziert auf und werden durch eine optische Bank 9 abgestützt. Die optische Bank 9 ist platziert auf und wird durch ein Lase­ reinrichtungs-Abstützbauteil 15 abgestützt. Das Lasereinrich­ tungs-Abstützbauteil 15 ist beispielsweise auf dem Boden plat­ ziert.

Der mittlere Block 11 fluchtet vertikal mit dem Lasereinrich­ tungs-Abstützbauteil 15. In anderen Worten ausgedrückt, er­ streckt sich der mittlere Block 11 direkt oberhalb des Laserein­ richtungs-Abstützbauteils 15.

Der Wärmeaustauscher 4b sowie das Turbogebläse 3 sind sequen­ tiell auf dem mittleren Block 11 platziert. Der mittlere Block 11, der Wärmeaustauscher 4b sowie das Turbogebläse 3 sind verti­ kal fluchtend zueinander angeordnet. Der Wärmetauscher 4b ist an den mittleren Block 11 fest fixiert. Ein unteres Ende des Turbo­ gebläses 3 hat einen abwärts vertikal ausgerichteten Gaseinlass, der mit dem Gasauslass des mittleren Blocks 11 über den Wärme­ austauscher 4b fluidverbunden ist. Die Achsen des Propellers 8 und der Welle 16 des Turbogebläses 3 erstrecken sich vertikal. Die sich vertikal erstreckenden Zentralachsen (prinzipielle Ach­ sen) des Turbogebläses 3, des Wärmeaustauschers 4b, des mittle­ ren Blocks 11, der optischen Bank 9 sowie des Lasereinrichtungs- Abstützbauteils 15 sind im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet. Darüber hinaus ist die Drehmittelachse der Welle 16 des Turbogebläses 3 im Wesentlichen fluchtend mit den sich vertikal erstreckenden Zentralachsen (prinzipielle Achsen) des Wärmeaustauschers 4b, des mittleren Blocks 11, der optischen Bank 9 sowie des Lasereinrichtungs-Abstützbauteils 15. Darüber hinaus fällt die Achse des Turbogebläses 3 mit einer Verlänge­ rung einer vertikalen geraden Linie zusammen, welche die Schwer­ punkte des Wärmeaustauschers 4b, des mittleren Blocks 11, der optischen Bank 9 sowie des Lasereinrichtungs-Abstützbauteils 15 verbindet.

Das Turbogebläse 3 hat erste und zweite Gasauslässe, welche mit dessen Gaseinlass über eine Kammer fluidverbunden sind, welche den Propeller 8 aufnimmt. Der erste Gasauslass des Turbogebläses 3 ist an den Gaseinlass des Hauptblocks 10a über einen Kühlkanal angeschlossen, der durch eine geeignete Leitung ausgebildet wird. Der Wärmeaustauscher 4a ist in dem Kühlkanal zwischen dem Turbogebläse 3 und dem Hauptblock 10a angeordnet. Der zweite Ga­ sauslass des Turbogebläses 16 ist an den Gaseinlass des Haupt­ blocks 10b über einen Kühlkanal angeschlossen, der durch eine geeignete Leitung ausgebildet wird. Der Wärmeaustauscher 4c ist in den Kühlkanal zwischen dem Turbogebläse 3 und den Hauptblock 10b angeordnet. Während des Betriebs der Lasereinrichtung gemäß Fig. 1 saugt das Turbogebläse 3 das Lasermediumgas aus den Ent­ laderohrhälften 7a und 7b über den mittleren Block 11 und den Wärmeaustauscher 4b ein. Das Lasermediumgas wird durch den Wär­ meaustauscher 4b gekühlt während es diesen passiert. Das Turbo­ gebläse 3 trennt den ankommenden Strom des Lasermediumgases in zwei ausgehende bzw. abgehende Ströme. Das Turbogebläse 3 treibt einen der abgehenden Ströme an Lasermediumgas entlang einem der Kühlkanäle zu der Entladerohrhälfte 7a über den Wärmeaustauscher 4a und den Hauptblock 10a. Folglich wird das Lasermediumgas zu der Entladerohrhälfte 7a zurückgeführt. Das Turbogebläse 3 treibt den anderen ausgehenden Strom an Lasermediumgas entlang dem anderen Kühlkanal zu der Entladerohrhälfte 7b über den Wär­ meaustauscher 4c und dem Hauptblock 10b. Folglich wird das La­ sermediumgas zu der Entladerohrhälfte 7b zurückgeführt. Das La­ sermediumgas wird durch die Wärmeaustauscher 4a und 4c gekühlt, während es diese passiert. Auf diese Weise wird das Lasermediumgas durch die Entladerohrhälften 7a und 7b sowie die Kühlkanäle zirkuliert. In den Entladerohrhälften 7a und 7b strömt das La­ sermediumgas entlang axialer Richtungen.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, hat das Turbogebläse 3 das Magnetlager 12. Das Turbogebläse 3 ist an dem Wärmeaustau­ scher 4b platziert. Das Turbogebläse 3 hat den abwärts vertikal ausgerichteten Gaseinlass, der an einen Gasauslass des Wärmeaus­ tauschers 4b angeschlossen ist. Der Wärmeaustauscher 4b ist an dem mittleren Block 11 befestigt. Der mittlere Block 11 wird durch die optische Bank 9 abgestützt. Der mittlere Block 11 er­ streckt sich unmittelbar oberhalb des Lasereinrichtungs-Abstütz­ bauteils 15. Folglich wird das Gesamtgewicht des Turbogebläses 3 durch das Lasereinrichtungs-Abstützbauteil 15 über den Wärmeaus­ tauscher 4, den mittleren Block 11 und die optische Bank 9 gela­ gert. Gemäß vorstehender Beschreibung sind die sich vertikal erstreckenden Mittelachsen (prinzipielle Achsen) des Turbogeblä­ ses 3, des Wärmeaustauschers 4b, des mittleren Blocks 11, der optischen Bank 9 und des Lasereinrichtungs-Abstützbauteils 15 im Wesentlichen fluchtend miteinander ausgerichtet. Diese Konstruk­ tion stützt die optische Bank 9 und den optischen Resonator vor einer ungünstigen Deformierung. Der optische Resonator ist auf der optischen Bank 9 platziert. Gemäß der vorstehenden Beschrei­ bung hat der optische Resonator den Abgabespiegel 1 und den End­ spiegel 2. Das Turbogebläse 3 ist vorteilhaft dahingehend, dass das Niveau an Vibrationen, welches hierdurch erzeugt wird, rela­ tiv gering ist. Darüber hinaus zeigt das Turbogebläse 3 bezüg­ lich des Druckverlustes gute Werte. Das Magnetlager 12 in dem Turbogebläse 3 schützt das Lasermediumgas davor, durch Schmier­ mittel kontaminiert zu werden, obgleich der Gaseinlass des Tur­ bogebläses 3 abwärts ausgerichtet ist. Darüber hinaus unter­ drückt das Magnetlager 12 Vibrationen des Turbogebläses 3. Der Wärmeaustauscher 4b kann auch weggelassen werden. In diesem Fall wird das Turbogebläse 3 unmittelbar an den mittleren Block bzw. Zwischenblock 11 angeschlossen. Es ist auch vorteilhaft, dass der Propeller 8 des Turbogebläses 3 aus einem wärmebeständigen Material wie beispielsweise Keramik gefertigt ist.

Wie vorstehend beschrieben ist die Rotationsmittelachse der Wel­ le 16 des Turbogebläses 3 im Wesentlichen mit den sich vertikal erstreckenden Mittelachsen (prinzipielle Achsen) des Wärmeaus­ tauschers 4b, des mittleren Blocks 11, der optischen Bank 9 so­ wie des Lasereinrichtungs-Abstützbauteils 15 fluchtend angeord­ net. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die sich vertikal erstreckenden Mittelachsen (prinzipielle bzw. gedachte Achsen) der Welle 16 des Turbogebläses 3, des Wärmeaustauschers 4b, des mittleren Blocks 11, der optischen Bank 9 sowie des Laserein­ richtungs-Abstützbauteils 15 auch außerhalb der exakten Fluch­ tung miteinander angeordnet sein können. In diesem Fall ist es geeignet, dass die sich vertikal erstreckenden Mittelachsen (prinzipielle Achsen) der Welle 16 des Turboladers 3, des Wärme­ austauschers 4b, des mittleren Blocks 11, sowie der optischen Bank 9 sich in Regionen unmittelbar oberhalb des Lasereinrich­ tungs-Abstützbauteils 15 befinden. Es ist vorteilhaft, dass die Rotationsmittelachse der Welle 16 des Turbogebläses 3 sich mit der sich vertikal erstreckenden Mittelachse (prinzipielle Achse) des Turbogebläses 3 deckt. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Rotationsmittelachse der Welle 16 des Turbogebläses 3 auch außerhalb der exakten Deckung mit der sich vertikal erstre­ ckenden Mittelachse (prinzipielle Achse) des Turbogebläses 3 an­ geordnet sein kann. In diesem Fall ist es geeignet, dass die sich vertikal erstreckenden Zentralachse (prinzipielle Achse) des Turbogebläses 3 sich in einem Bereich unmittelbar oberhalb des Lasereinrichtungs-Abstützbauteils 15 befindet.

Claims (6)

1. Gaslasereinrichtung, mit
einem Ausgangsspiegel (1),
einem Totalreflexionsspiegel (2),
einem Entladerohr (7), das zwischen dem Ausgangsspie­ gel (1) und dem Totalreflexionsspiegel (2) angeordnet ist und ein Lasermediumgas enthält, und
einem Turbogebläse (3), das einen Propeller (8), eine drehbare Welle (16), ein magnetisches Lager (12) und einen Motor (14) hat, wobei der Propeller (8) eine sich in einer senkrechten Richtung erstreckende Achse hat, die Welle (16) sich in senkrechter Richtung erstreckt, der Motor (14) mit der Welle (16) zur Drehung der Welle (16) verbunden ist und die Welle (16) berührungsfrei durch das magnetische Lager (12) drehbar gehalten ist,
gekennzeichnet durch
einen ersten Block (10a), der an ein erstes Ende des Entladerohrs (7) angeschlossen ist und das erste Ende des Entladerohres (7) sowie den Ausgangsspiegel (1) hält,
einen zweiten Block (10b), der an ein zweites Ende des Entladerohres (7) angeschlossen ist und das zweite Ende des Entladerohres (7) und ferner den Totalreflexionsspiegel (2) trägt,
einen dritten Block (11), der mit einem mittleren Ab­ schnitt des Entladerohres (7) verbunden ist und den mittle­ ren Abschnitt des Entladerohres (7) trägt,
eine optische Bank (9), die den ersten Block (10a), den zweiten Block (10b) sowie den dritten Block (11) trägt, an den das Turbogebläse (3) angeschlossen ist und durch den dritten Block (11) gehalten ist,
einen ersten Kanal, der das Turbogebläse (3) und den ersten Block (10a) verbindet, und
einen zweiten Kanal, der das Turbogebläse (3) und den zweiten Block (10b) verbindet,
wobei das Turbogebläse (3) das Lasermediumgas aus dem Entladerohr (7) über den dritten Block (11) in einer Rich­ tung mit einer aufwärtigen Komponente einsaugt und das La­ sermediumgas über den ersten Kanal, den zweiten Kanal, den ersten Block (10a) und den zweiten Block (10b) zu dem Ent­ laderohr (7) zurückführt, und wobei der Motor (14) oberhalb des Propellers (8) angeordnet ist.

2. Lasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass eine Achse des Turbogebläses (3), eine sich ver­ tikal erstreckende Hauptachse des dritten Blocks (11) und eine sich vertikal erstreckende Hauptachse der optischen Bank (9) im Wesentlichen miteinander fluchtend ausgerichtet sind.

3. Lasereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher (4b), der zwischen dem dritten Block (11) und dem Turbogebläse (3) vorgesehen ist.

4. Lasereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Wärmeaustauscher (4a), der in dem ersten Ka­ nal vorgesehen ist.

5. Lasereinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen weiteren Wärmeaustauscher (4c), der in dem zweiten Kanal vorgesehen ist.

6. Lasereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Lasereinrichtungs-Abstützbauteil (15), welches die op­ tische Bank (9) abstützt, wobei die Achse des Turbogebläses (3), eine sich vertikal erstreckende Hauptachse des dritten Blocks (11), eine sich vertikal erstreckende Hauptachse der optischen Bank (9) und eine sich vertikal erstreckende Hauptachse des Lasereinrichtungs-Abstützbauteils (15) im Wesentlichen fluchtend miteinander ausgerichtet sind.