EP0468986A1 - Gas-laser, insbesondere co2 - laser - Google Patents

Gas-laser, insbesondere co2 - laser

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Publication number
EP0468986A1
EP0468986A1 EP90905496A EP90905496A EP0468986A1 EP 0468986 A1 EP0468986 A1 EP 0468986A1 EP 90905496 A EP90905496 A EP 90905496A EP 90905496 A EP90905496 A EP 90905496A EP 0468986 A1 EP0468986 A1 EP 0468986A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
laser according
coupling
gas laser
space
Prior art date
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Ceased
Application number
EP90905496A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Krüger
Hubert Grosse-Wilde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP0468986A1 publication Critical patent/EP0468986A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

Definitions

  • Gas lasers especially C0 2 lasers
  • the laser-active medium is a gas that is excited into a plasma.
  • power must be constantly supplied, which is usually done by applying an electric field that can accelerate the free electrons.
  • the field can be an alternating or alternating field, with the coupling of HF power being particularly suitable.
  • the high-frequency excitation has the advantage that there are no losses at a series resistor or no voltage drops at the cathode.
  • the simple pulsability at the generators is advantageous for use with gas lasers.
  • so-called RF boundary layers occur in the plasma that are laser inactive. A comparatively expensive generator is also required.
  • the frequency of the excitation power can theoretically range up to the radio frequency range and beyond the microwave range.
  • stripline lasers are also known, in which the laser-active gas is located between opposite surfaces of two wall parts, which are equally designed as electrodes for coupling in the energy.
  • DE-OS 37 29 -. 053 - a high-frequency alternating electrical field is coupled into such a stripline laser.
  • the RF power is advantageously coupled in at several points.
  • Band conductor laser to increase the laser output line by increasing the coupled electrical power accordingly. At a constant temperature of the plasma gas, this is possible if the distance between the plasma-delimiting surfaces of the strip conductor laser is reduced, since this improves the diffusion cooling.
  • the object of the invention is therefore to improve the electrical power coupling in a gas laser according to the strip conductor concept in such a way that higher frequencies than previously can be used for uniform excitation and the electrode spacing can also be reduced, since the laser-inactive boundary layers become thinner with increasing frequency. As a result, the laser power can be increased while the dimensions are otherwise the same.
  • a band conductor spacing of about 1/10 mm and less should be achieved, so that the use of optical resonator configurations for gas lasers in the near infrared range after Band conductor concept is possible, which are already known for gas lasers in the far infrared range and for semiconductor lasers.
  • the distance between the wall parts and the opposite surfaces can be varied as desired by the invention. Distances from less than 30 ⁇ m to more than 5 mm are possible.
  • the gas pressure can be between 10 mbar and a few bar.
  • Lasers act, can be kept so low that, for example, regular periodic increases and / or depressions of, for example, 1/4 of the wavelength of the laser radiation can be effective for the formation of a laser resonator.
  • this periodic geometric structure it is also possible to use structures which represent a periodic change in the refractive index for the wavelength of the laser in question.
  • the periodic structure causes the laser radiation to be reflected.
  • Lasers of this type are known in other implementations as “distributed feed-back lasers” (DFB lasers). In such Lasers can be dispensed with the use of mirrors, which is detailed in the specialist literature (D. Marcuse, Hollow Dielectric Waveguide for Distributed Feed ⁇ back Lasers, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-8, No. 7, July 1972, pages 661 to 669).
  • the plasma space is part of a waveguide structure - hereinafter referred to as the coupling space or coupling waveguide - whose phase wavelength at the operating frequency f of the generator in the longitudinal direction corresponds approximately to the length of the plasma space or exceeds this dimension.
  • the phase wavelength is determined for the selected operating frequency by the cross-sectional geometry of the coupling space in accordance with the design rules for waveguide elements.
  • FIG. 1 shows the principle of a stripline laser
  • FIGS. 2 to 4 show exemplary embodiments of stripline lasers according to the invention in a perspective view
  • Figure 5 shows another embodiment of an inventive
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a transverse contour of the opposing surfaces of the wall parts of the plasma space
  • FIG. 7 shows a corresponding longitudinal contour
  • two plate-shaped wall parts 1 and 2 with associated end parts 3, 4 and 6 enclose a plasma space 5, which characterizes the principle of the stripline gas laser.
  • the wall parts 1 and 2 form electrodes for supplying HF power to a generator 9.
  • the plasma is usually excited with the aid of an electrical high-frequency field, the field strength of which is usually directed perpendicular to these surfaces.
  • the plates are kept at a constant temperature by means of adequately dimensioned water or air cooling.
  • the maximum temperature difference between the hottest point in the plasma, for example the central plane, and the wall is largely determined by the power loss in the plasma and the distance between the plates. If the maximum permissible gas temperature is determined by the laser process in the excitation plasma, for example in the case of the C0 2 and CO laser, the excitation power and consequently the laser output power can be made greater the smaller the distance between the strip conductors.
  • the highest permissible temperature difference between the hottest point in the plasma and the wall surfaces results from the fact that the generation of laser photons rapidly decreases in the plasma at the points where a certain limit temperature is exceeded and that the temperature of the wall surfaces due to the Arrangement of the cooling device and the heat output to be dissipated is specified.
  • the limit for the reduction of the plate spacing and thus also for the increase in laser power is determined by the fact that a boundary layer is always formed along the surfaces, which contributes little or nothing to the generation of the laser radiation.
  • a boundary layer is always formed along the surfaces, which contributes little or nothing to the generation of the laser radiation.
  • the thickness of the boundary layer is about inversely proportional to the frequency of the excitation power decreases.
  • the relative proportion of the usable plasma volume therefore increases at higher excitation frequencies, and the plate spacing can also be reduced to improve the cooling.
  • the laser power can therefore be increased if one goes to higher frequencies.
  • the structure 40 runs the entire length of the plates 10 and 20, while the coupling point 45 is in the middle
  • a distribution space 40 for microwaves is thus created, which is coupled into the structure from the wall parts 10 and 20 via the coupling wall 30.
  • This structure thus forms a coupling space for the microwaves, via which the HF power is transmitted into the plasma located between the surfaces 11 and 21.
  • the coupling wall 30 has coupling openings 31 and 32 which are distributed over the entire longitudinal direction.
  • slots, round or rectangular holes are used as coupling openings or a combination thereof.
  • two rows of slots 31 and 32 can be formed, each of which is spaced along its length.
  • the slots can also be zigzag-shaped or, in combination with round holes, form dumbbell-shaped structures.
  • coupling webs or coupling loops in the coupling wall are also possible.
  • the RF power is thus coupled in uniformly over the entire length of the stripline laser from one of the two sides.
  • the web 27 forms a reflection wall.
  • the HF power is supplied simultaneously from two opposite sides to a stripline laser with the wall parts 10 and 20 and the laser volume enclosed by the surfaces 11 and 21.
  • two distribution spaces 40 and 40 ', each with a horn 45 or 45', are mirrored, which each couple the RF power into the coupling space designed in accordance with FIG. 2 via a coupling wall 30 or 30 '.
  • the first coupling space 40 has, in a known manner, the horn 45 for connecting the HF generator and a coupling wall 30 'with offset coupling openings 33.
  • the HF power is transmitted to the coupling openings 33, which can also have a structure as in FIG second distributor space 40 ′′.
  • the RF power is coupled into the actual stripline laser from there via a second coupling wall 30 ′′ with coupling openings 34.
  • a further equalization of the power over the longitudinal extent of the laser can be achieved by the two adjoining distribution spaces 40 and 40 M , to which in particular the differently designed coupling openings 33 and 34 contribute. It is also possible to influence the waveguide structures by means of webs 41 or 42, which may be movable, in order to realize additional possible variations.
  • 10 and 20 mean the wall parts with their opposing surfaces 11 and 21 corresponding to FIG. 2.
  • a distribution space 40 is in turn assigned to the coupling space formed in this way, but in this embodiment is located below the coupling space formed by the wall parts 10 and 20 and adjoins this in the form of a rectangular waveguide 40.
  • a magnetron 46 is arranged directly on the base of the waveguide 40.
  • the RF power is transmitted via cutouts 51 and 52 at the end regions of the boundary wall 14, which are followed by parts 28 and 29 which are dielectric on both sides
  • the effect of the coupling walls 30 and 30 'of FIG. 3 is connected to the cutouts 51 and 52, respectively.
  • a magnetic field can be coupled on both sides from the single distribution space 40 into the coupling space results in largely constant field strength without waste.
  • the laser-active gas plasma can be maintained uniformly between the surfaces 11 and 21 by the predetermined field strength profile over the cross section of the coupling space according to one of FIGS. 2 to 5.
  • the plate spacing can be reduced to 30 ⁇ m, for example, without the boundary layers having a disruptive effect.
  • the gas pressure can vary depending on requirements are between 10 mbar and a few bar.
  • a gas mixture C0 2 : N 2 _He in a ratio of 20:20:60 is provided as the laser gas, for example.
  • FIG. 4 shows an arrangement of the coupling space according to FIG. 2, in which the two wall parts 10 and 20 with their opposing surfaces have a contour 12 and 22 in the transverse direction.
  • This contour can for example each form a circular section.
  • 5 shows a section perpendicular to FIG. 4, in which the wall parts 10 and 20 with their opposite surfaces form a longitudinal contour 12 ′ or 22 ′, which can likewise have a predetermined function.
  • the structures according to FIGS. 8 or 9 combine with the structure according to FIG. 10 in such a way that longitudinal structures are present in the central region of the wall parts 10 and 20 and transverse structures are present in the outer region at least on one of the surfaces.
  • These structures can also be combined at the same time in the case of transverse or longitudinal contours of the opposing surfaces 11 and 21 of the wall parts 10 and 20 which are designed in accordance with FIGS. 6 and 7.
  • HF power in the gigahertz range can be fed into the laser arrangements according to FIGS. 2 to 5 with possible modifications according to FIGS. 6 to 10, since waveguide-like structures for microwaves are formed.
  • the RF power is generated, for example, by means of a coupling pin or a coupling loop of a known coaxial line transition or directly using a coupling pin of a magnetron, for example for
  • Laser arrangements in which new gas is not continuously fed into the plasma are usually provided with a gas supply, the volume of which is, for example, 100 times the volume of gas excited to the plasma state.
  • the coupling space outside the mutually opposing surfaces 11 and 21 and the distributor space 40, which are to be sealed in a vacuum-tight manner, can advantageously be used here as storage space. Additional containers are then unnecessary. 5
  • the coupling walls 30 or 30 'or 30'', which are in the laser gas are located the occurring electric field strength must be sufficiently far below the ignition field strength of the laser gas. This can always be done.
  • Coupling means which emerge from the coupling wall for example webs and / or loops, can be used particularly advantageously here.
  • these devices require a certain temperature to perform their function, they can be heated in the arrangement by a small proportion of the HF power or heated for natural convection of the rising gas heated in the plasma.
  • a certain difficulty which affects many flat discharge paths with a small electrode spacing, lies in the fact that the ignition field strength is substantially higher than the focal field strength. It may therefore be necessary to provide auxiliary devices to ignite the laser plasma.
  • Such an auxiliary device can consist, for example, of a spark gap which is arranged in the vicinity of the two opposing surfaces 11 and 21 and can be ignited from the outside via a vacuum-tight, insulated electrical connection.
  • this UV source can be kept low, in particular if, after the laser plasma has been ignited, the electric field strength in this tube drops below the focal field strength.
  • the overall result is a stripline laser with increased power yield, the excitation power of which is generated and supplied comparatively easily and inexpensively and which is nevertheless designed to be so compact that it can be handled by a robot or other devices in automated production.

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Description

Gas-Laser, insbesondere C02-Laser
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gas-Laser, insbesondere einen C02-Laser, bei dem das Lasergas durch Zufuhr von Hochfre- qenz-Leistung angeregt wird. Dabei bezieht sich die Erfindung im einzelnen auf die Anregung eines Bandleiter-Lasers durch die spezifische Einkopplung der HF-Leistung.
Bei Gas-Lasern ist das laseraktive Medium ein Gas, das zu einem Plasma angeregt ist. Zur Aufrechterhaltung des Plasmazustandes muß ständig Leistung zugeführt werden, was üblicherweise über das Anlegen eines elektrischen Feldes erfolgt, das die freien Elektronen zu beschleunigen vermag. Das Feld kann prinzipiell ein Gleich- oder echselfeld sein, wobei sich insbesondere die Einkopplung von HF-Leistung anbietet. Die Hochfrequenz-Anregung hat den Vorteil, daß keine Verluste an einem Vorwiderstand bzw. keine Spannungsabfälle an der Kathode auftreten. Für die Ver¬ wendung bei Gaslasern ist die einfache Pulsbarkeit an den Gene¬ ratoren vorteilhaft. Allerdings treten sogenannte HF-Grenz- schichten im Plasma auf, die laserinaktiv sind. Außerdem wird ein vergleichsweise teurer Generator benötigt.
Die Frequenz der Anregungsleistung kann sich theoretisch bis in den Bereich der Radiofrequenzen bis über den Mikrowellenbereich hinaus bewegen. Bei hohen Frequenzen, beispielsweise im Bereich der für Mikrowellenanwendungen üblicherweise benutzten 2,45 GHz, wird es allerdings schwierig, die Mikrowellenleistung gleichmäßig und effektiv in Plasmen einzukoppeln, deren Ausdeh¬ nung so groß ist, wie dies eine Laser-Anordnung erfordert.
Aus der DE-OS 37 43 358 ist ein sogenannter "Fast-Flow"-Laser bekannt, der mit einer Frequenz von 2,45 GHZ betrieben wird und bei dem das mit hoher Geschwindigkeit den Laser axial durch¬ strömende Gas bereits vor Eintritt in den Laser mit Mikrowel- lenleistung gezündet wird. Derartige Laser können eine ver¬ gleichsweise hohe Leistung im Kilowattbereich erbringen; zwin¬ gend ist aber die hohe Durchströmgeschwindigkeit des Laserga¬ ses, um die Verlustleistung des Plasmas aus dem laseraktiven Volumen zu transportieren.
Aus der Fachliteratur (W. Renz "Untersuchungen zur C02-Laser- anregung mit Mikrowellen-Gasentladungen in nichtresonanten Strukturen", Dissertation (1988), FAU Erlangen-Nürnberg) ist eine Anregungsstruktur für einen Laser bekannt, bei der in einem Mikrowellenhohlleiter ein Keramikrohr, dessen Achse in Ausbreitungsrichtung der Mikrowellenleistung gerichtet ist, das laseraktive Gas enthält. Infolge dieser Konstruktion wird die Mikrowellenleistung durch das Plasma im Keramikrohr gedämpft, so daß die Leistungseinkopplung ins Plasma hinsichtlich der
Rohrlängsachse ungleichmäßig erfolgt. Folglich konnten auch nur sogenannte "Laufentladungen" in einem gepulsten Betrieb erzeugt werden, bei denen das Plasmavolumen nur zum Teil ausgenutzt wurde.
Weiterhin sind sogenannte Bandleiter-Laser bekannt, bei denen sich das laseraktive Gas zwischen gegenüberliegenden Flächen zweier Wandteile befindet, die gleichermaßen als Elektroden zur Einkopplung der Energie ausgebildet sind. Bei der DE-OS 37 29--.053 -wird in einen solchen Bandleiter-Laser ein hochfre¬ quentes elektrisches Wechselfeld eingekoppelt. Zur gleichmäßi¬ gen Aktivierung über die gesamte Länge ist dabei vorteilhafter¬ weise eine Einkopplung der HF-Leistung an mehreren Stellen vor¬ gesehen.
Schließlich ist aus der EP-A-0 275 023 ein derartiger Bandlei¬ ter-Laser bekannt, bei dem die Anregung mit HF-Leistung im Ra¬ diofrequenzbereich erfolgen soll, welche dem oberen Wandteil des in einem Behälter angeordneten Lasers über Leitungen zuge- führt wird. Die Frequenz ist hier nach oben begrenzt, da sich ansonsten stehende Wellen mit entsprechenden Ungleichmäßigkei- ten des Plasmas ausbilden.
Es ist wünschenswert, bei gegebenem Entladungsvolumen eines
Bandleiter-Lasers die Laser-Ausgangsleitung durch entsprechende Erhöhung der eingekoppelten elektrischen Leistung zu erhöhen. Bei konstanter Temperatur des Plasmagases ist dies dann mög¬ lich, wenn der Abstand der plasmabegrenzenden Flächen des Band- leiter-Lasers verringert wird, da hierdurch die Diffusionsküh¬ lung verbessert wird.
Bei den bisher bekannten Bandleiter-Lasern ist die Verringerung des Elektrodenabstandes aber dadurch begrenzt, daß die entlang den beiden Flächen der Bandleiter-Elektroden vorhandene laser¬ inaktiven Grenzschichten die Dicke der aktiven Plasmaschicht einschränken. Einen Ausweg bietet die Erhöhung der Betriebsfre¬ quenz, beispielsweise bis in den Mikrowellenbereich, da die Dicke der Grenzschichten mit zunehmender Frequenz abnimmt. Die Verwendung solch hoher Frequenzen für diesen Zweck ist je¬ doch dadurch begrenzt, daß sich im Plasmaraum stehende Wellen der HF-Leistung ausbilden. Um dieses zu vermeiden, fehlen aber bisher die apparativen Voraussetzungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Gaslaser nach dem Bandleiterkonzept die elektrische Leistungseinkopplung so zu verbessern, daß höhere Frequenzen als bisher zur gleichmäßigen Anregung verwendet werden können und auch der Elektrodenabstand verringert werden kann, da die laserinaktiven Grenzschichten mit steigender Frequenz dünner werden. Dadurch kann bei sonst gleichen Abmessungen die Laserleistung gesteigert werden. Dabei soll ein Bandleiterabstand von etwa 1/10 mm und weniger er¬ reicht werden, so daß auch die Nutzung von optischen Resonator¬ konfigurationen für Gaslaser im nahen Infrarotbereich nach dem Bandleiterkonzept möglich wird, welche für Gaslaser im fernen Infrarotbereich und für Halbleiterlaser bereits bekannt sind.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merk- male des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich durch die einzelnen abhängigen Unteransprüche, wobei diese - insbesondere auch die Betriebsweise eines erfindungsgemäß aus¬ gebildeten Lasers angeben.
Mit der Erfindung ist also eine Anordnung geschaffen, mit der die -Anregung eines Gaslasers nach dem Bandleiterkonzept mit Mikrowellen möglich ist. Erstmals wird eine flächige Plasma¬ schicht durch gleichmäßige Anregung mit Mikrowellen erzeugt, wobei mindestens eine Lineardimension der angeregten Plasma- schlicht ein Mehrfaches der Freiraumwellenlange des anregenden HF- oder Mikrowellen-Generators betragen kann.
Durch die Erfindung kann der Abstand der Wandteile mit den ge¬ genüberliegenden Flächen im erwünschten Sinne variiert werden. Es sind Abstände von unter 30 μm bis über 5 mm möglich. Der Gasdruck kann zwischen 10 mbar und einigen bar liegen.
Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß durch die Ver¬ ringerung der Grenzschichten an den Elektrodenoberflächen der Abstand der Elektroden, die gleichzeitig als Bandleiter des
Lasers wirken, so gering gehalten werden kann, daß z.B. regel¬ mäßige periodische Erhöhungen und/oder Vertiefungen von bei¬ spielsweise 1/4 der Wellenlänge der Laserstrahlung für die Bildung eines Laser-Resonators wirksam werden können. Anstelle dieser periodischen geometrischen Struktur ist es auch möglich, Strukturen zu benutzen, die einen periodischen Wechsel der Brechzahl für die Wellenlänge des betreffenden Lasers darstel- len. Die periodische Struktur bewirkt eine Reflexion der Laser¬ strahlung. Derartige Laser sind in anderen Realisierungen als "Distri-buted Feed Back Laser" (DFB-Laser) bekannt. Bei solchen Lasern kann auf die Verwendung von Spiegeln verzichtet werden, was in der Fachliteratur im einzelnen ausgeführt wird (D. Marcuse, Hollow Dielectric Waveguide for Distributed Feed¬ back Lasers, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-8, No. 7, July 1972, Seiten 661 bis 669 ) .
Das Material der Wandoberflächen, die den Wellenleiter bilden, besitzt vorzugsweise geringe Reflexionsverluste für die Strah¬ lung des Lasers, so daß die Dämpfung gering ist. Es sind sowohl metallische Oberflächen als auch Oberflächen aus halbleitenden Materialien wie dotiertes Silizium oder Germaniumoxid geeignet, ebenso aber auch nichtleitende Werkstoffe wie Aluminiumoxid oder Berylliumoxid.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß der Plasmaraum Bestandteil einer Hohlleiterstruktur - im folgenden Ankoppelraum oder Ankoppelhohlleiter genannt - ist, dessen Pha¬ senwellenlänge bei der Betriebsfrequenz f des Generators in der Längsrichtung etwa der Länge des Plasmaraumes entspricht oder diese Abmessung überschreitet. Die Phasenwellenlänge wird dabei für die gewählte Betriebsfrequenz durch die Querschnitts¬ geometrie des Ankoppelraumes nach den Auslegungsregeln für Hohlleiterelemente festgelegt. Alternativ ist es auch möglich, den Querschnitt des Ankoppelraumes so zu dimensionieren, daß die Phasenwellenlänge imaginär wird, daß also ein aperiodisch gedämpfter Hohlleiter vorliegt. Diesem Ankoppelraum wird die Leistung nunmehr nicht mehr wie beim Stand der Technik von den Enden des Lasers oder an wenigen Stellen dazwischen zugeführt, sondern im wesentlichen von mindestens einer Seite und zwar durch eine Vielzahl von Koppelöffnungen entlang der Längsachse verteilt. Die Koppelöffnungen stellen die Verbindung zu einem zweiten Hohlleiterelement her, dem Verteilerhohlleiter, der die gleiche Längsabmessung hat wie der Koppelhohlleiter. Der Ver¬ teilerhohlleiter wird ebenso wie der Ankoppelhohlleiter so aus- gelegt, daß seine Phasenwellenlänge die Längsabmessung des La- sers etwa erreicht oder überschreitet. In den Verteilerhohllei¬ ter wird die Mikrowellenleistung mittels bekannter Methoden, beispielsweise aus einem Magnetron über ein Hörn, eingespeist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei¬ spielen anhand der Zeichnung. Es zeigen Figur 1 das Prinzip eines Bandleiter-Lasers, Figuren 2 bis 4 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Bandleiter-Lasern in perspektivischer Darstellung,
Figur 5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Bandleiter-Lasers im Schnitt, Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer Querkontur der gegenüber¬ stehenden Flächen der Wandteile des Plasmaraums, Figur 7 eine entsprechende Längskontur und die
Figuren 8 bis 10 spezifische Strukturen auf einer oder beiden gegenüberstehenden Flächen der Wandteile.
Identische oder gleichwirkende Teile sind in den Figuren durch- weg mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren werden teilweise zusammen beschrieben.
In Figur 1 umschließen zwei plattenförmige Wandteile 1 und 2 mit zugehörigen Endteilen 3, 4 und 6 einen Plasmaraum 5, der das Prinzip des Bandleiter-Gaslasers kennzeichnet. Die Wand¬ teile 1 und 2 bilden Elektroden für die Zuführung von HF-Lei¬ stung eines Generators 9.
Als Bandleiter-Gaslaser bezeichnet man solche Laseranordnungen, bei denen das laseraktive Plasma zwischen zwei Wandflächen an¬ geregt ist, die sich beispielsweise als ebene Flächen im engen Abstand gegenüberstehen und bei denen diese Flächen für die im Plasma erzeugte Laserstrahlung so gute Reflexionseigenschaften aufweisen, daß sie die Strahlführung bestimmen. In den Endtei- len 3 und 4 können jeweils Spiegel angeordnet sein, wobei wei- terhin optische Mittel 6 und 7 zur Auskopplung und Fokussierung der Laserstrahlung vorhanden sind.
Die Anregung des Plasmas erfolgt üblicherweise unter Zuhilfe- nähme eines elektrischen Hochfrequenzfeldes, dessen Feldstärke zumeist senkrecht zu diesen Flächen gerichtet ist. Zur Abfüh¬ rung der thermischen Verlustleistung werden die Platten durch eine ausreichend dimensionierte Wasser- oder Luftkühlung auf konstante Temperatur gehalten. Die maximal auftretende Tempera- turdifferenz zwischen der heißesten Stelle im Plasma, bei¬ spielsweise der Mittelebene, und der Wand ist weitgehend durch die Verlustleistung im Plasma und den Plattenabstand bestimmt. Ist die maximal zulässige Gastemperatur durch den Laserprozeß im Anregungsplasma wie beispielsweise beim C02-und CO-Laser festgelegt, so kann die Anregungsleistung und demzufolge die Laserausgangsleistung um so größer gemacht werden, je kleiner der Abstand der Bandleiter ist.
Die höchste zulässige Temperaturdifferenz zwischen der heiße- sten Stelle im Plasma und den Wandflächen ergibt sich daraus, daß im Plasma an den Stellen, an denen eine bestimmte Grenz¬ temperatur überschritten wird, die Erzeugung von Laserphotonen schnell abnimmt und daß die Temperatur der Wandflächen durch die Anordnung der Kühleinrichtung und die abzuführende Wär e- leistung vorgegeben ist.
Beim bisherigen Stand der Technik ist die Grenze für die Ver¬ ringerung des Plattenabstandes und damit auch für die Steige¬ rung der Laserleistung dadurch bestimmt, daß sich entlang den Flächen stets eine Grenzschicht bildet, die zur Erzeugung der Laserstrahlung nur wenig oder nichts beiträgt. So ist z.B. bei einer Anregungsfrequenz von 100 MHz und einem Plattenabstand von 1,5 mm etwa ein Drittel des Plasmavolumens durch die beiden Grenzschichten an den Elektroden für die Laseranregung verlo- ren. Es ist jedoch bekannt, daß die Dicke der Grenzschicht etwa umgekehrt proportional zur Frequenz der Anregungsleistung ab¬ nimmt. Der relative Anteil des nutzbaren Plasmavolumens steigt also bei höheren Anregungsfrequenzen, und weiterhin kann dann auch der Plattenabstand zur Verbesserung der Kühlung verringert werden. Die Laserleistung kann daher gesteigert werden, wenn man zu höheren Frequenzen übergeht. Bisher konnte diese an sich bekannte Erkenntnis jedoch nicht ausgenutzt werden, weil sich bei den bekannten Einrichtungen über die Flächen eine Feld- und Leistungsverteilung ergibt, die um so ungleichmäßiger ist, je kleiner die Wellenlänge der Anregungsleistung etwa im Vergleich zum lOfachen der größten Längenabmessung ist.
In Figur 2 sind zwei Wandteile 10 und 20 derart ausgebildet, daß sie zusammen im Querschnitt einem Rechteck- oder Steghohl- leiter ähnlich sind. Die inneren Wandflächen 11 und 21 liegen einander gegenüber und schließen einen Plasmaraum ein. An der einen Seite ist diese Struktur über einen Steg 27 abgeschlos¬ sen, an άe~ anderen Seite befindet sich eine sogenannte Koppel¬ wand 30. Über die Koppelwand 30 sind die Wandteile 10 und 20 mit einer hohlleiterähnlichen Struktur 40 verbunden, in die seinerseits über einen Koaxialanschluß oder speziell ein Hörn 45 HF-Leistung im Mikrowellenbereich einkoppelbar ist.
Die Struktur 40 verläuft über die gesamte Länge der Platten 10 und 20, während die Einkoppelstelle 45 sich in der Mitte
(Schnittebene) befindet. Es ist somit ein Verteilerraum 40 für Mikrowellen geschaffen, die über die Koppelwand 30 in die Struktur aus den Wandteilen 10 und 20 eingekoppelt werden. Diese Struktur bildet damit einen Ankoppelraum für die Mikro- wellen, über den die HF-Leistung in das zwischen den Flächen 11 und 21 befindliche Plasma übertragen wird.
Die Koppelwand 30 weist Koppelöffnungen 31 und 32 auf, die über die gesamte Längsrichtung verteilt sind. Als Koppelöffnungen sind beispielsweise Schlitze, runde oder rechteckige Löcher oder auch deren Kombination möglich. Es können beispielsweise zwei Reihen von Schlitzen 31 und 32 gebildet werden, die über ihre Länge jeweils auf Lücke stehen. Alternativ dazu können die Schlitze auch zickzackförmig ausgebildet sein oder in Kombina- tion mit runden Löchern hanteiförmige Strukturen bilden. Statt der Koppelöffnungen sind ebenfalls auch Koppelstege oder Kop¬ pelschleifen in der Koppelwand möglich.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 wird also die HF-Leistung gleichmäßig über die gesamte Länge des Bandleiter-Lasers von einer der beiden Seiten eingekoppelt. Der Steg 27 bildet eine Reflexionswand. Insgesamt läßt sich bei der steghohlleiterähn- lichen Struktur über den Querschnitt eine Feldstärkeverteilung erreichen, die im Bereich des Plasmaraumes einer Sinusform ähnlich ist und auf einer Seite abfällt.
In Figur 3 wird einem Bandleiter-Laser mit den Wandteilen 10 und 20 und dem von den Flächen 11 und 21 umschlossenen Laser¬ volumen die HF-Leistung gleichzeitig von zwei gegenüberlie- genden Seiten zugeführt. Dafür sind spiegelbildlich zwei Ver¬ teilerräume 40 bzw. 40' mit je einem Hörn 45 bzw. 45' angeord¬ net, die über je eine Koppelwand 30 bzw. 30' die HF-Leistung in den entsprechend Figur 2 ausgebildeten Ankoppelraum einkoppeln.
Davon abweichend ist es gemäß Figur 4 auch möglich, zwei Ver¬ teilerräume 40 und 40' ' an einer Seite des Ankoppelraumes 10, 20 nebeneinander anzuordnen. Der erste Ankoppelraum 40 hat in bekannter Weise das Hörn 45 zum Anschluß des HF-Generators und eine Koppelwand 30' mit versetzten Koppelöffnungen 33. Über diese Koppelöffnungen 33, die auch eine Struktur wie in Figur 2 haben können, wird die HF-Leistung in den zweiten Verteiler¬ raum 40' ' übertragen. Ganz entsprechend wird von dort über eine zweite Koppelwand 30 ' ' mit Koppelδffnungen 34 die HF-Leistung in den eigentlichen Bandleiter-Laser eingekoppelt. Durch die beiden nebeneinanderliegenden Verteilerräume 40 bzw. 4OM kann eine weitere Vergleichmäßigung der Leistung über die Längsausdehnung des Lasers erreicht werden, wozu insbesondere die unterschiedlich ausgebildeten Koppelöffnungen 33 und 34 beitragen. Es ist auch möglich, die Hohlleiterstrukturen durch ggfs. verfahrbare Stege 41 bzw. 42 zu beeinflussen, um zusätz¬ liche Variationsmöglichkeiten zu realisieren.
In Figur 5 bedeuten 10 und 20 die Wandteile mit ihren gegen- überstehenden Flächen 11 und 21 entsprechend Figur 2. In den Wandteilen 10 und 20 sind jeweils Einschnitte 13 und 23 für eine Wasserkühlung vorhanden, die rückseitig durch Begrenzungs¬ wände 14 und,24 abgeschlossen sind. Dem so gebildeten Ankoppel¬ raum ist wiederum ein Verteilerraum 40 zugeordnet, der sich bei dieser Ausführungsform aber unter dem von den Wandteilen 10 und 20 gebildeten Ankoppelraum befindet und sich diesem in Form eines Rechteckhohlleiters 40 anschließt. An die Grundfläche des Hohlleiters 40 ist ein Magnetron 46 unmittelbar angeordnet. In diesem Fall erfolgt die Übertragung der HF-Leistung über Aus- -"- sparungen 51 und 52 an den Endbereichen der Begrenzungswand 14, denen sich beidseitig dielektrisch wirksame Teile 28 und 29 an¬ schließen. Die Teile 28 bzw. 29 haben also in der Verbindung mit den Aussparungen 51 bzw. 52 die Wirkung der Koppelwände 30 bzw. 30' der Fig. 3. Somit ist die beidseitige Einkopplung eines magnetischen Feldes vom einzigen Verteilerraum 40 in den Ankoppelraum möglich, wobei sich im Bereich des Bandleiters durch Überlagerung zweier Halbwellen eine weitgehend konstante Feldstärke ohne Abfall ergibt.
Durch den vorgegebenen Feldstärkeverlauf über den Querschnitt des Ankoppelraumes gemäß einer der Figuren 2 bis Figur 5 läßt sich zwischen den Flächen 11 und 21 das laseraktive Gasplasma gleichmäßig aufrechterhalten. Der Plattenabstand kann auf bei¬ spielsweise 30 μm verringert werden, ohne daß die Grenzschich- ten störend wirken. Der Gasdruck kann je nach Anforderungen zwischen 10 mbar und einigen bar liegen. Als Lasergas ist bei¬ spielsweise ein Gasgemisch C02:N2_He im Verhältnis 20:20:60 vorgesehen.
Bei einer konkreten Realisierung des Steghohlleiters bestehen die Wandteile 10 und 20 aus einem metallisch leitfähigem Mate¬ rial. In jedem Fall muß das Material dielektrisch wirksam sein, wobei zur Gewährleistung der infrarotoptischen Qualität vor¬ teilhafterweise die Wandflächen 11 und 21 metallisch oder mit einem geeigneten Material beschichtet sein können, beispiels¬ weise mit dotiertem Silizium oder Germaniumoxid. Vorteilhaft sind regelmäßige, periodische Bragg-Strukturen auf den Ober¬ flächen 11 und 21 der Wandteile 10 und 20. Es läßt sich somit bei dem realisierten Bandleiterlaser eine hohe Frequenzselek- tion erreichen, wobei auf Spiegel verzichtet werden kann.
Figur 4 zeigt eine Anordnung des Ankoppelraumes gemäß Figur 2, bei der die beiden Wandteile 10 und 20 mit ihren gegenüberlie¬ genden Flächen eine Kontur 12 bzw. 22 in Querrichtung haben. Diese Kontur kann beispielsweise jeweils einen Kreisausschnitt bilden. Ganz entsprechend ist in Figur 5 ein zu Figur 4 senk¬ rechter Schnitt dargestellt, bei dem die Wandteile 10 und 20 mit ihren gegenüberliegenden Flächen eine Längskontur 12' bzw. 22' bilden, welche ebenfalls eine vorbestimmte Funktion auf- weisen kann.
In Figur 6 sind auf den Flächen 11 oder 21 der Wandteile 10 oder 20 senkrecht zur Längsrichtung der Wandteile periodische Strukturen 61 aufgebracht. Diese Strukturen bilden Vorsprünge oder Einsenkungen und beeinflussen das Laserlicht. Die Struk¬ turen 61 können speziell gemäß Figur 7 Kreissegmente 71 sein oder andere vorbestimmte Formen haben. Es können aber auch in Axialrichtung der Wandteile 10 oder 20 verlaufende Längsstruk¬ turen 81 gemäß Figur 8 vorhanden sein. 12
1 Art und Geometrie der Strukturen lassen sich aus den
Bragg-schen Gleichungen ableiten und für die spezifischen La¬ serwellenlängen bestimmen. Es können damit Reflexionen bzw. ge¬ eignete Strahlführungen erreicht werden. Insbesondere lassen
5 sich die Strukturen gemäß den Figuren 8 oder 9 mit der Struk¬ tur gßmäß Figur 10 in der Weise kombinieren, daß im mittleren Bereich der Wandteile 10 und 20 Längsstrukturen und im äußeren Bereich jeweils Querstrukturen zumindest auf einer der Oberflä¬ chen vorhanden sind. Diese Strukturen können gleichzeitig auch 0 bei entsprechend den Figuren 6 und 7 ausgebildeten Quer- bzw. Längskonturen der einander gegenüberliegenden Flächen 11 und 21 der Wandteile 10 und 20 kombiniert werden.
In die Laser-Anordnungen gemäß den Figuren 2 bis 5 mit even- 5 tuellen Modifi___ierungen gemäß den Figuren 6 bis 10 kann HF-Lei¬ stung im Gigahertzbereich eingespeist werden, da hohlleiterähn¬ liche Strukturen für Mikrowellen gebildet sind. Die HF-Leistung wird beispielsweise mittels Koppelstift oder einer Koppel¬ schleife eines bekannten Koaxialleitungsüberganges oder direkt 0 mit einem Koppelstift eines Magnetrons, beispielsweise für
2,45 GHz, das etwa in der Mitte der Längsausdehnung des mit dem Koppeϊraum verbundenen Verteilerraumes angeschlossen ist, eingespeist. Es ergibt sich somit entlang des Plasmaraums ein weitgehend konstanter Feldverlauf. 5
Laseranordnungen, bei denen nicht laufend neues Gas in das Plasma geführt wird, sind üblicherweise mit einem Gasvorrat versehen, dessen Volumen beispielsweise das lOOfache des zum Plasmazustand angeregten Gasvolumens beträgt. 0
Als Vorratsraum kann hier vorteilhaft der Ankoppelraum außer¬ halb der einander gegenüberstehenden Flächen 11 und 21 und der Verteilerraum 40 verwendet werden, die vakuumdicht abzu¬ schließen sind. Zusätzliche Behältnisse sind dann überflüssig. 5 An den Koppelwänden 30 bzw. 30' oder 30' ', die sich im Lasergas befinden, muß die auftretende elektrische Feldstärke ausrei¬ chend weit unter der Zündfeldstärke des Lasergases liegen. Dies läßt sich stets bewerkstelligen. Besonders vorteilhaft sind hier Koppelmittel verwendbar, die aus der Koppelwand heraus- treten, z.B. Stege und/oder Schleifen.
Bei Molekül-Gaslasern ist damit zu rechnen, daß im Plasma ein Anteil des Gases zersetzt wird und andere Verbindungen eingeht. Zur Regeneration sind Einrichtungen, beispielsweise Katalysa- toren unterschiedlicher Ausführung und Zusammensetzung, be¬ kannt, für die im Ankoppelraum selbst oder im Verteilerraum ausreichend viel Platz vorhanden ist.
Soweit diese Einrichtungen zur Erfüllung ihrer Funktion eine bestimmte Temperatur benötigen, können sie in der Anordnung durch einen geringen Anteil der HF-Leistung erwärmt oder zur natürlichen Konvektion des im Plasma erhitzten, hochsteigenden Gases erwärmt werden. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Flächen 11 und 21 der Wandteile 10 und 20 im Betrieb möglichst senkrecht zu stellen und die Einrichtung darüber im Konvek- tionsstrom anzuordnen.
Eine gewisse Schwierigkeit, die viele flächenhafte Entladungs¬ strecken mit geringem Elektrodenabstand betrifft, liegt darin, daß die Zündfeldstärke wesentlich höher liegt als die Brenn¬ feldstärke. Es kann daher auch hier erforderlich sein, zur Zündung des Laser-Plasmas Hilfseinrichtungen vorzusehen.
Eine solche Hilfseinrichtung kann beispielsweise in einer Funkenstrecke bestehen, die in der Nähe der beiden gegenüber¬ stehenden Flächen 11 und 21 angeordnet ist und über eine vakuumdichte, isolierte elektrische Verbindung vom Außenraum her gezündet werden kann.
Alternativ läßt sich für den gleichen Zweck aber auch vorteil- haft die Ultraviolettstrahlung beispielsweise eines zu einem Plasma angeregten Gases verwenden, welches aufgrund seines Druckes und s-einer Zusammensetzung mit geringer elektrischer Feldstärke zündet und sich in einem vakuumdicht abgeschlosse- nen, für Ultraviolettstrahlung durchsichtigen Rohr, beispiels¬ weise aus Quarzglas, befindet. Aufgrund dieser Anordnung kann
es in den Raum zwischen den beiden einander gegenüberstehenden Flächen 11 und 21 der Wandteile 10 und 20 hineinstrahlen, wenn es durch HF-Leistung, insbesondere Mikrowellenleistung, ange¬ regt wird. Der Leistungsbedarf dieser UV-Quelle kann dabei ge¬ ring gehalten werden, insbesondere dann, wenn nach Zünden des Laser-Plasmas die elektrische Feldstärke in diesem Rohr unter die Brennfeldstarke absinkt.
Eine andere Möglichkeit, die Zündung zu verbessern, besteht darin, die Mikrowellenleistung in Form von Mikrowellenpulsen dem Plasmaraum zuzuführen in der Art, daß die Feldstärke zu Beginn jedes Pulses so hoch ist, daß die Plasmazündung sicher erfolgt und die Feldstärke im restlichen Verlauf des Pulses gerade ausreicht, das Plasma stabil brennen zu lassen.
Insgesamt ergibt sich so ein Bandleiter-Laser mit erhöhter Leistungsausbeute, dessen Anregungsleistung vergleichsweise einfach und preiswert erzeugt und zugeführt wird und der trotz¬ dem so kompakt ausgebildet ist, daß er von einem Roboter oder anderen Geräten in der automatisierten Fertigung handhabbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Gas-Laser, insbesondere C02-Laser, bei dem das Lasergas durch Zufuhr von Hochfrequenz-Leistung angeregt wird, mit fol- genden Merkmalen:
- Der Laser ist ein Bandleiter-Laser, bei welchem zwischen ein¬ ander gegenüberstehenden Flächen (11, 21) zweier Wandteile (10, 20) ein Plasmaraum (5) geringer Höhe für das laseraktive Plasma gebildet ist, - die Wandteile (10, 20) sind Bestandteile eines Ankoppelraumes mit wenigstens einer Koppelwand (30, 30', 30'■), die mit wenigstens einem Verteilerraum (40, 401, 4011) verbunden ist, wobei
- durch Einkopplung der HF-Leistung über die Koppelwand (30, 30', 301') das Plasma über seine gesamte Länge in gewünsch¬ ter Weise angeregt wird.
2. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß der Querschnitt des Ankoppelraumes (10, 20) dem Querschnitt eines Rechteck- oder Steghohlleiters ähn¬ lich ist.
3. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die gegenüberstehenden Flächen (11, 21) der Wandteile (10, 20) eine vorgegebene Kontur und/oder Struk¬ tur haben.
4. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß der Verteilerraum (40, 40', 40' ') die Form eines Hohlleiters hat.
5. Gas-Laser nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß an den Verteilerraum (40, 40', 40' ') ein HF-Generator (46) angeschlossen ist.
6. Gas-Laser nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß der Verteilerraum (40, 40', 40M) seit¬ lich neben dem Ankoppelraum (10, 20) angeordnet ist.
7. Gas-Laser nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß der Verteilerraum (40) unterhalb des An¬ koppelraums (10, 20) angeordnet ist.
8. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h.n e t, daß innerhalb des Verteilerraums (40, 40',
40M) Langsstege (41, 42) zur Erzwingung geeigneter Phasen¬ wellenlängen vorhanden sind.
9. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, daß die Koppelwand (30, 30', 30'') entlang ihrer Längsachse für Mikrowellen angepaßte Koppelöffnungen (31 bis 34), beispielsweise Schlitze, runde oder rechteckige Löcher oder deren, Kombination, aufweist.
10. Gas-Laser nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß zwei oder mehr Reihen von parallel lie¬ genden Schlitzen (34) vorhanden sind.
11. Gas-Laser nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n π - z e i c h n e t, daß die Schlitze (34) und/oder die Löcher (31) in vorgegebener Konfiguration über die gesamte Länge der Koppelwand (30, 30', 30''), beispielsweise zickzack-förmig oder hanteiförmig, verlaufen.
12. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Koppelwand (30) entlang ihrer Längs¬ achse Koppelstege oder -schleifen aufweist.
13. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, daß zwei Koppelwände (30, 30' , 30'') an gleichen oder unterschiedlichen Seiten des Ankoppelraumes (10, 20) vorhanden sind.
14. Gas-Laser nach Anspruch 13, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß über die beiden Koppelwände
(30, 30') die HF-Leistung aus einem einzigen Verteilerraum (40) gleichphasig von gegenüberliegenden Seiten in den Ankoppelraum (10, 20) eingekoppelt wird.
15. Gas-Laser nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß über die beiden Koppelwände (30, 30', 30'') HF-Leistung aus zwei Verteilerräumen (40, 40', 401') in den Ankoppelraum (10, 20) eingekoppelt wird.
16. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand zwischen den gegen¬ überliegenden Flächen (11, 21) der Wandteile (10, 20) wenig¬ stens 20 μm und höchstens 5 mm beträgt.
17. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die beiden das Plasma mit ihren gegenüberstehenden Flächen (11, 21) einschließenden Wandteile (10, 20) rückseitig eine durchgehende Wasserkühlung oder Luft¬ kühlung (13, 14; 23, 24) haben.
18. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die beiden das Plasma ein¬ schließenden Flächen (11, 21) der Wandteile (10, 20) seitlich durch senkrechte Stege (28, 29) aus isolierendem Material zumindest teilweise abgeschlossen sind.
19. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß der Ankoppelraum (10, 20) und/ oder der Verteilerraum (40) oder Teile davon durch nichtlei- tende Elemente vakuumdicht abgeschlossen sind und somit einen Vorratsraum für das Lasergas geschaffen wird. 20. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Wandteile (10,
20) aus einem dielektrisch wirksamen Material bestehen und daß zumin¬ dest deren gegenüberliegenden Flächen (11, 21) eine hohe opti- sehe Güte aufweisen.
21. Gas-Laser nach Anspruch 20, d a d u r c h g e ¬ k e n z e i c h n e t , daß die gegenüberliegenden Flächen (11,.21) der Wandteile (10, 20) mit optisch wirksamen Struktu- ren (61, 71, 81) versehen sind, die durch ihre räumliche Aus¬ dehnung und/oder durch wechselnde Anordnung von Materialien unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen und die durch verteilte Reflexion, Beugung und Brechung der Strahlführung die Ausnutzung des laseraktiven Plasmas und die Strahlqualität bzw. Auswahl der optischen Mode verbessern.
22. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die gegenüberliegenden Flächen (11, 21) der Wandteile (10, 20) beschichtet sind, beispielswei- se mit dotiertem Silizium oder Ge02.
23. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß das Lasergas ein Gemisch aus C02:N2:He, beispielsweise im Verhältnis 10:20:60 ist.
24. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß der Druck des Lasergases zwi¬ schen 10 mbar und 5 bar beträgt.
25. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die HF-Leistung zur Anregung des Laser¬ gases im GHz-Bereich, vorzugsweise bei 2,45 GHz, liegt.
26. Gas-Laser nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, daß die HF-Leistung durch ein mit dem An- koppelraum verbundenes Magnetron erzeugt wird.
27. Gas-Laser nach Anspruch 25 oder 26, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Einkopplung der HF-Leistung durch ein vakuumdichtes Fenster erfolgt.
28. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß im gesamten vom Lasergas eingenommenen Volumen außerhalb des Bereichs der einander gegenüberstehenden Flächen (11, 21) der Wandteile (10, 20) und außerhalb des Be¬ reiches von Einrichtungen, die für die Zündung des Plasmas zwischen den Flächen (11, 21) vorgesehen sind, die elektrische Feldstärke stets unter der zwischen den Flächen (11, 21) herr¬ schenden Feldstärke bleibt.
29. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß Koppelwände (30, 30') Verwendung finden, an denen eine so hohe magnetische und eine so geringe elektrische Feldstärke herrscht, daß letztere nicht zur Zün- düng des Plasmas führt.
30. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß sich im vom Lasergas eingenommenenen Volumen Einrichtungen befinden, die eine Regeneration des La- sergases zumindest teilweise bewirken.
31. Gas-Laser nach Anspruch 30, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Regeneration durch Absorption von HF-Leistung zustandekommt oder unterstützt wird.
32. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die einander gegenüberstehenden Flächen (11, 21) der Wandteile (10, 20) im Laserbetrieb waagerecht ste¬ hen.
33. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die einander gegenüberstehenden Flächen (11, 21) der Waπdteile (10, 20) im Laserbetrieb senkrecht ste¬ hen, um einen konvektiven Austausch des Gases aus dem Plasma mit dem übrigen Lasergas und ein Ausströmen eines gegebenen- enfalls vorhandenen Katalysators zu fördern.
34. Gas-Laser nach Anspruch 30, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß in der Nähe der sich gegenüberstehen- den Flächen (11, 21) der Wandteile (10, 20) Einrichtungen vor¬ handen sind, mittels denen die erforderliche Zündfeldstärke für das zwischen den Flächen (11, 21) befindliche Lasergas herabge¬ setzt werden kann.
35. Gas-Laser nach Anspruch 32, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Einrichtung zur Herabsetzung der Zündspannung aus einem separaten, im ultravioletten Spektralbe¬ reich durchsichtigen Behältnis besteht, das ein vakuumdicht abgeschlossenes Gasvolumen enthält, und daß dieses Gasvolumen durch einen Teil der eingespeisten HF-Leistung zur Abgabe ultravioletter Strahlrung angeregt wird.
36. Gas-Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die HF-Leistung gepulst zugeführt wird.
37. Gas-Laser nach Anspruch 36, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die HF-Leistung zu Beginn jedes Pulses höher ist als im weiteren Pulsverlauf.
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