Vorrichtung zur Erzeugung von LaserStrahlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Laser¬ strahlung, mit einer aus isolierendem Material hergestellte Ent¬ ladungskammer im wesentlichen rechteckigen Querschnitts, einem Paar Entladungselektroden, zwischen denen eine durch UV- Vorionisierung mittels Koronaentladung unterstützte Gasentladung transversal zum optischen Resonator erzeugbar ist, sowie einen Lade- und Entladekreis und einem Gasumwälz- und Kühlsystem.

Transversal angeregte Impulslaser arbeiten vorzugsweise bei Atmosphärendruck und sind als TEA-Laser (transversely excited at ospheric pressure laser) bekannt. Solche Laser haben einen guten Wirkungsgrad und gute Ausstrahlungseigenschaften, wenn die Anregung das Volumen zwischen den Elektroden gleichmäßig erfaßt und sich nicht zu einem Funken zusammenzieht. Eine gleichförmige Entladung läßt sich erreichen, wenn man das Lasergas vorioni¬ siert. In Betracht kommen hierfür Doppelpulsentladungen und Vor¬ ionisierung durch Elektronenstrahl oder UV-Licht, wobei das UV- Licht in einer Koronaentladung entstehen kann.

Es ist auch bekannt, daß man auf spezielle Vorrichtungen zur Vorionisier ng verzichten kann, wenn normale Metallteile der Konstruktion an einer Elektrode isoliert vorbeiführen und auf dem Potential der Gegenelektrode liegen (Optical Engineering 15 (1976) 17-19, H. Jetter, K. Gürs, DE-OS 31 18 868). Auch in die¬ sem Fall bildet sich eine Koronaentladung aus und emittiert UV-Licht. Bei diesem Laser nach DE-OS 31 18 868 stehen sich zwei Elektroden gegenüber, zwischen denen das Lasergas hindurch¬ strömt. Dies ermöglicht einen Laserbetrieb mit hoher Impulsfre- quenz. Die untere Elektrode wird durch isolierte Stangen gehal¬ ten, die gleichzeitig der Stromzufutirung dienen. Sie führen an der oberen Elektrode vorbei und liegen auf dem Potential der unteren Elektrode, so daß sich eine Koronaentladung ausbilden kann. Nachteil dieser Anordnung ist der relativ große technische Aufwand, der mit der Befestigung der zweiten Elektrode auf

Stangen und der sicheren Isolierung dieser Stangen gegenüber der ersten Elektrode verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen TEA-Laser mit schneller Pulsfolge zu entwickeln, bei dem die Nachteile bekannter Anordnungen nicht auftreten und die Ausbil¬ dung der Koronaentladung ohne großen technischen Aufwand möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zwei gegenüberliegenden Flächen der Entladungskammer, auf denen die Elektroden angeordnet sind, mit einer Metallbelegung versehen sind und daß die verbleibenden Seitenwände der Entladungskammer gegen den Innenraum isolierte LeiterStrukturen tragen, die sich beiderseits bis auf die Höhe der Metallbelegung erstrecken. Vor¬ teilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 1 bis 10 erläutert.

O H

Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnungen näher erläu¬ tert. Es zeigt in schematischer Vereinfachung

Fig.l Im Schnitt quer zur Resonatorachse die erfindungsgemäß mit Metallbelegungen und LeiterStrukturen versehene Ent¬ ladungskammer. Fig.2 Eine mögliche Anbringung der LeiterStrukturen,

Seitenansicht. Fig.3 Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung mit angrenzendem Gasum- wälz- und Kühlsystem.

Fig.4 Eine mögliche Ausführ ngsform für die Trennwand zwischen der Entladungskammer und dem Gasu wälz- und Kühlsystem. Fig.5 Eine weitere Ausführungsform, bei der das Gasumwälz- und Kühlsystem und die Entladungskammer zwei separate Einheiten darstellen, die miteinander gasdicht verbunden sind.

Erfindungsgemäß wird eine Laserkammer 1 mit im wesentlichen quadratischem oder rechteckigem Querschnitt verwendet. Zwei ge¬ genüberliegende Flächen der Entladungskammer 1 tragen Metallbe¬ legungen 2a und 2b, z.B. Metallplatten oder -bleche, auf denen die Elektroden 3a und 3b sitzen.

Die Kammer 1 ist aus einem isolierenden Material, z.B. Keramik oder Kunststoff hergestellt. Als Kunststoffe sind z.B. Plexi¬ glas, Polypropylen, Teflon oder SOLEF (PVDF) geeignet. In die Seitenwände der Kammer 1 ist in geringem Abstand zur inneren Oberfläche (einige Millimeter) auf beiden Seiten ein Drahtnetz 4 eingelassen, das auf beiden Seiten, d.h. oben und unten, bis auf die Höhe der Metallplatten 2a und 2b reicht.

Wie sich gezeigt hat, entsteht in dieser Ausführungsform bei schnellen Anlegen einer Spannung an die Rogowski-Elektroden

OMPI

Seitenwände entlang dem Drahtnetz 4 im Inneren der Laserkammer 1 eine Koronaentladung, die UV-Licht abgibt und für eine sehr gleichförmige Entladung sorgt.

Die Drahtnetze 4 erlauben bei Herstellung der Entladungskammer aus einem transparenten isolierenden Material eine Beobachtung der Gasentladung von außen. Ansonsten lassen sich die beiden Drahtnetze 4 auch durch Metallfolien oder -platten 5 ersetzen, die auch außen angebracht werden können, wie es z.B. in Fig. 2 in Seitenansicht dargestellt ist. Jedoch ist zu beachten, daß die isolierende Schicht zwischen Drahtnetz 4 bzw. Folie und In¬ nenwand der Entladungskammer 1 nicht zu groß werden darf, so daß sich auch aus Gründen der mechanischen Stabilität wie angegeben das Einbetten der Drahtnetze 4 bzw. Folien empfiehlt. Damit lö- sen sich auch Probleme der Isolierung und der Befestigung, und die Konstruktion wird besonders einfach und billig.

In einer entsprechenden Konstruktion für schnelle Impulsfolge wird das Lasergas rasch mit Lüftern 6 umgewälzt und über einen Kühler 7 geleitet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Das Gasumwälz- und Kühlsystem 6 und 7 wird angrenzend in die eine Elektrode 3b tragende Wand der Entladungska mer 1 angeordnet. Die Anordnung des Gasumwälz- und KühlSystems wird in Seitenansicht auch in Fig. 2 dargestellt. Die Trennwand und Metallbelegung 2b wird in dem von der Elektrode 3b nicht bedeckten Bereich mit Durch¬ brüchen 8 versehen, damit das Lasergas auf einer Seite der Elek¬ trode zugeführt und auf der anderen Seite abgezogen werden kann.

Eine solche Ausführung ist in Fig. 4 verdeutlicht, in der ent¬ lang der Elektrode 3b die Trennwand solche Durchbrüche 8 auf¬ weist. Statt einer Reihe von Axiallüftern kommt auch ein

O PI

Radiallüfter passender Länge für diese Anwendung in Betracht. Dabei kann auf der Seite der Durchbrüche die KunststoffZwischen¬ wand eingespart werden, so daß die Elektrode 3b allein von dem als Trennwand dienenden Metallblech 2a getragen wird. Zur Ver- Stärkung der Koronaentladung kann das Drahtnetz 4 auf beiden Seiten mit einer der beiden Metallplatten 2b leitend verbunden werden (Fig. 3) .

Für verschiedene Anwendungen mit großer mechanischer Beanspru- chung des Lasers hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Laserteil und Lüfterteil mit Kühler in Modulbauweise auszuführen. Beide Teile können durch Lösen von Klammern voreinander getrennt wer¬ den. In dieser Version ist der erfindungsgemäße Laser besonders Wartungsfreundlich.

Fig. 5 zeigt einen solchen Laser mit Entladekondensatoren und Funkenstrecke zum Zünden der Gasentladung im Querschnitt. Auf¬ grund des symmetrischen Aufbaus der Laserkammer können die Kon¬ densatoren und Funkenstrecke symmetrisch angeordnet werden. Auf diese Weise ergibt sich ein sehr induktivitätsarmer Entladungs¬ kreis und eine sehr kurze Entladungsdauer. Auch dieser Umstand trägt dazu bei, daß der erfindungsgemäße Laser eine sehr homoge¬ ne Gasentladung aufweist und infolge davon die erzeugten Impulse sehr gut reproduzierbar sind und entsprechend gute Strahleigen¬ schaften haben.

Selbstverständlich besteht keine Notwendigkeit, Laserkammer und Kammer für Lüfter und Kühler gleich groß zu machen. Vielmehr sind die relative Größe den jeweiligen Erfordernissen (Pulsfol- gefreguenz bzw. Strömungsgeschwindigkeit und Kühlleistung sowie Gasvorrat) anzupassen.