DE2934048C2

DE2934048C2 - Verfahren zur elektrische Anregung von CO↓2↓-Hochleistungslasern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2934048C2
Application number: DE19792934048
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. 8033 Krailling Opower
Original assignee: Individual
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1979-08-23
Filing date: 1979-08-23
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE2934048B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Anregung von COz-Hochleistungslasern, bei dem ein CXVNj-Gasgemisch durch inelastische Elektronenstöße in einer unselbständigen Hauptentladung zu Schwingungen angeregt wird und die zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Hauptentladung notwendigen Ladungsträger durch eine Hilfsentladung notwendigen Ladungsträger durch eine Hilfsentladung erzeugt werden. Sie betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Für COrHochleistungslaser ist der Wirkungsgrad, mit dem die eingespeiste elektrische Energie in Strahlungsenergie umgesetzt wird, von ausschlaggebender Bedeutung. Dies bedingt neben einer optimalen Gestaltung des optischen Resonators eine räumlich und zeitlich genau angepaßte elektrische Entladung.

Die Anregung der CO2· und der N2-Moleküle geschieht durch inelastische Stöße mit Elektronen. Im Hinblick auf eine möglichst vollständige Energieübertragung soll im idealfall die eingespeisve elektrische Energie ausschließlich auf Elektronen verteilt werden,

wobei deren im angelegten elektrischen Feld erlangte kinetische Energie im Bereich der maximalen Anregungsquerschnitte liegen soll. Dies bringt mit sich, daß elektrische Felastärken benutzt werden müssen, die

ί bedeutend niedriger liegen, als für selbständige Entladungen notwendig wäre. Daraus folgt, daß zwei getrennte Entladungsprozesse erforderlich sind, nämlich eine der eigentlichen Anregung dienende Hauptentladung und eine der Erzeugung der Elektronen dienende

in Hilfsentladung. Während die Gestaltung der Hauptentladung keine Schwierigkeiten bereitet ist der F'rozeß der Elektronen-Erzeugung kompliziert und wirft erhebliche technische Probleme auf, vor allem dann, wenn eine sehr hohe Elektronendichte erzeugt werden soll.

Bisher wurden zwei Verfahren zur Elektronenerzeugung angewandt:

1. Erzeugen der Elektronen mit Hilfe einer ultravioletten Strahlung, die durch Funken- oder Kji-onaentladung außerhalb des eigentlichen Anregungsraumes entsteht

2. Einschießen hochenergetischer Elektronen in das Lasergas.

Die erste Methode ist auf sehr kurze Zeiten (< 1 usec)

beschränkt und vermag nur eine verhältnismäßig niedrige Elektronendichte zu erzeugen (DE-OS 23 50 717). Die zweite Methode ist technisch außerordentlich aufwendig, weil eine Beschleunigung der Elektronen bis in den Megavolt-Bereich notwendig ist

Hinzu kommt bei hoher Elektronendichte noch das Materialproblem bei der Trennwand zwischen dem Lasergasraum und dem zur Beschleunigung der Elektronen erforderlichen hochevakuierten Raum. Demgegenüber sieht das Verfahren nach der

Erfindung eine wesentlich einfachere Methode vor, nämlich die, daß eine großflächige Bogenentladung hoher Ladungsträgerdichte in einer -dünnen Raumschicht unmittelbar im Anschluß an die negative Elektrode der Hauptentladung angefacht wird. Eine solche großflächige Bogenentladung mit hoher Elektronendichte ist dann möglich, wenn zur Initiierung der Entladung bereits eine über die Kathodenoberfläche gleichmäßig verteilte Elektronenkonzentration vorliegt Dieses wird durch die Verwendung einer geheizten Kathode bewirkt weil auf diese Weise eine gleichmäßige thermische Elektronenemission stattfindet Gegenüber der elektronenemittierenden Kathode wird eine teildurchlässige gekühlte Elektrode angeordnet, so daß zwischen dieser und der Kathode eine großflächige

ίο Bogenentladung brennen kann. Die der eigentlichen Anregung dienende Hauptentladung wird zwischen der Anode und der halbdurchlässigen Elektrode unterhalten, wobei die Ladungsträger aus dem Bereich des Bogens in den Hauptentladungsraum eindringen. Die gekühlte teildurchlässige Elektrode hat auch die Aufgabe, den Anregungsraum von der Wärme des Bogens und der Kathode abzuschirmen. Im Hinblick darauf, daß nur ein sehr kleiner Teil der gesamten elektrischen Energie für die Bogenentladung aufgewen-

en det werden soll, muß der Abstand zwischen der Kathode und der teildurchlässigen Elektrode klein gegen den Anodenabstand sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrischen Anregung von COrHochleistungslasern, bei dem ein COrNz-Gemisch durch inelastische Elektronenstöße in einer unselbständigen Hauptentladung zu Schwingungen angeregt wird und die zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Hauptentladung notwendigen Ladungsträger durch eine Hilfsentladung erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsentladung eine großflächige Bogenentladung darstellt, deren primäre Ladungsträger durch thermische Elektronenemission aus einer geheizten Kathode erzeugt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte, von Haupt- und Hilfsentladung umfaßte Raum von mindestens drei Elektroden begrenzt wird, wobei die elektronenemittierende Kathode aus engliegenden dünnen Drähten besteht und aus einem temperatur- und korrosionsbeständigen Material gefertigt ist, und daß gegenüber der Kathode eine gekühlte, teHehendurchlässige Elektrode angeordnet ist und im Abstand davon sich eine massive Anode befindet

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der elektronenemittierenden Kathode und der gekühlten teildurchlässigen Elektrode klein ist im Vergleich zum Abstand der letzteren zur Anode.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte, teildurchlässige Elektrode stets mit dem Erdpotential verbunden ist und daß an der Kathode während der für die Hilfsentladung erforderlichen Zeitdauer eine negative Vorspannung anliegt