DE2135109B2

DE2135109B2 - Gaslaser

Info

Publication number: DE2135109B2
Application number: DE2135109A
Authority: DE
Inventors: Dirk Basting; Fritz Peter Prof. Dr. Schaefer; Bernhard Dipl.-Chem. Steyer
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1971-07-14
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2135109C3; DE2135109A1; US3757246A

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einer Entladungskammer, in der in Ausstrahlungsrichtung der stimulierten Emission verlaufende, einander gegenüberliegende Elektroden angeordnet sind, mit Energiespeichern, die auf gegenüberliegenden Seiten der Entladungskammer angeordnet sind, wobei jeder Energiespeicher aus einer Isolierschicht besteht, auf deren Flächen leitende Beläge angeordnet sind, und bei dem die für die Hochspannung bestimmten Beläge mit den Elektroden in der Entladungskammer verbunden sind, und mit einer Auslöseeinrichtung, die in der Entladungskammer eine in Ausstrahlungsrichtung fortschreitende elektrische Entladung auslösen kann. Ein derartiger Gaslaser ist aus der Zeitschrift :>Applied Physics Letters«, 10 (1.1.1967) 1, S. 3 und 4 bekannt

Dieser bekannte Gaslaser weist einen aus einem einfachen Bandleiter bestehenden Energiespeicher und zur Einleitung der Entladung mehrere Funkenstrecken auf, die mittels dielektrischer Schalter nacheinander gezündet werden und durch fortschreitende elektrische Entladungen eine Anregungswelle in der Entladungskammer erzeugen. Nachteilig bei diesem bekannten Gaslaser ist die komplizierte Bauweise und die Verwendung einer großen Zahl dielektrischer Schalter, die bei einmaliger Entladung zerstört werden. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß durch die unvermeidbaren zeitlichen Abweichungen der einzelnen Funkenstrekken von der gewünschten Schaltfolge die Form des Entladungsimpulses verschlechtert wird.

Der Erfindung iiegt die Aufgabe zugrunde, bei einer vereinfachten Bauweise des Lasers einen besser reproduzierbaren Verlauf der Anregungswelle und einen repetierenden Betrieb zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einer Seite der Entladungskammtr die Beläge jeweils die Gestalt eines rechtwinkligen Dreiecks haben, dessen eine Kathete entlang der Entladungskammer verläuft, und daß eine zur Einleitung der Entladung dienende Funkenstrecke an der der Entladungskammer gegenüberliegenden Ecke des Dreiecks angeordnet ist. Die dreieckige Form des Energiespeichers ist besonders deshalb vorteilhaft, weil dadurch mit nur einer einzigen Funkenstrecke eine in Ausstrahlungsrichtung des Lasers fortschreitende elektrische Entladung erzeugt werden kann. Sie ermöglicht die Impedanztransformation des relativ hohen Widerstandes der Funkenstrecke an den relativ niedrigen Widerstand des Entladungsplasmas.

Die Elektroden der Entladungskammer sind in einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel als in Ausstrahlungsrichtung verlaufende Schienen ausgebildet. Die Ausführungsform der Elektroden ist aber nicht auf Schienen beschränkt. Es können auch andere geeignete Elektrodenformen, z.B. Nadelreihen verwendet werden.

Für eine kurze Anstiegszeit des Entladungsimpulses ist es vorteilhaft, daß die Funkenstrecke aus parallelen und großflächigen Metallelektroden besteht, von denen die eine Elektrode mit jedem der auf hohem Potential liegenden dreieckigen Beläge und die andere Elektrode mit jedem der auf Erdpotential liegenden leitenden Beläge verbunden ist.

Zur Erzielung eines sehr schnellen Kurzschlusses und für einen repetierenden Betrieb ist die Funkenstrecke zweckmäßigerweise triggerbar, wofür in die auf Erdpotential liegende Elektrode der Funkenstrecke eine Triggerelektrode eingebaut ist.

Für eine raumsparende Bauweise ist es günstig, daß die Bandleiter aus der Ebene der Entladungselektroden gefaltet sind.

Um auch noch die rückwärtslaufende Laseremission zu nutzen, wird zweckmäßigerweise das rückwärtige Austrittsfenster der Entladungskammer verspiegelt.

Die Erfindung ist insbesondere für mit Stickstoff betriebene Gaslaser vorteilhaft, weil sie gestattet, sehr kurze Pulse zu erzeugen.

So wird beispielsweise mit einer einseitig verspiegel-

ten 90 cm langen und mit Stickstoff gefüllten Entladungskammer bei einem Druck von 30 bis 70 Torr und einer angelegten Spannung von 20 KV eine Ausgangsleistung von mindestens 5,5 MWatt bei einer Wellenlänge von 337,1 mm erzeugt Mit einer einseitig verspiegelten 30 cm langen und mit Luft gefüllten Entladungskammer wird bei gleichem Druck und gleicher Spannung eine Ausgangsleistung von 1 MWatt erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be- ίο schrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf den e: findungsgemäßen Gaslaser,

F i g. 2 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Gaslaser,

F i g. 3 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gaslasers, bei dem die Bandleiter aus der Ebene der Entladungselektroden gefaltet sind.

Im einzelnen ist in den Figuren mit 1 die Entiadungskammer bezeichnet, mit 2 und 2' das aus zwei parallel zueinander verlaufenden Bandleitern bestehende Energiespeichersystem und mit 3 die Funkenstrecke. Die rechteckig geformte Entladungskammer 1 wird aus den aus hochspannungsfesten und temperaturbeständigen Kunststoffen bestehenden oberen und unteren Begrenzungsflächen 4 und seitlich von zwei sich gegenüberliegenden nach außen vakuumsicher abgedichteten Elektroden 5, 5' gebildet. Die an die Elektroden 5, 5' angesetzten Schienen 15, 15' durchlaufen die Entladungskammer auf der ganzen Länge in Ausstrahlungsrichtung 16.

Das zur Laseremission anzuregende Gas kann durch nicht eingezeichnete Öffnungen entweder longitudinal oder transversal durch den Eiuladungsraum gepumpt werden. Jeder der Bandleiter 2 und 2' besteht aus je zwei leitenden Flächen 6 und 7 bzw. 6' und 7', die als dünne Beläge auf einer Isolierschicht 8 aufgebracht sind. In dem verwendeten doppelten Bandleitersystem ist gegenüber den in bekannten Gaslasern verwendeten einfachen Bandleitern die Impedanz auf die Hälfte reduziert und die Kapazität verdoppelt. Die auf der Innenseite des Systems angebrachten leitenden Beläge 7 bzw. T sind jeweils galvanisch miteinander verbunden und können auf eine variable Hochspannung gegenüber den durch das Dielektrikum 8 getrennten und auf Erdpotential liegenden äußeren Belägen 6 aufgeladen werden. Die Funkenstrecke 3 besteht aus parallelen und großflächigen Metallelektroden 9 und 10. Die Elektrode 9 ist mit den beiden auf hohem Potential liegenden inneren Belägen 7 und die Elektrode 10 mit den auf Erdpotential Hegenden äußeren Belägen 6 so verbunden, daß ein sehr niederinduktives Gesamtsystem entsteht. Zwischen den beiden Elektroden 9 und 10 sind die als isolator wirkenden Formteile 11 und 12 eingebaut. In der auf Erdpotential liegenden Elektrode 10 ist außerdem noch eine Triggerelektrode 13 eingebaut, die mit einer mechanischen und elektrisch besonders stark belastbaren Keramik 14 gegen die Hauptelektrode 10 isoliert ist

Der in F i g. 1 und 2 links von der Entladungskammer liegende Teil 2 des Energiespeichersystems ist erfindungsgemäß als rechtwinkliges Dreieck ausgeführt Die Abmessungen ergeben sich aus der Forderung, eine Anregungswelle in der Entladungskammer zu erzeugen. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel haben die Katheten a und b eine Länge von 0,9 und 0,6 m. Nach dem Triggern der Funkenstrecke 3 entsteht ein sehr schneller Kurzschluß zwischen den Belägen 6 und 7, der sich kreisförmig ausbreitet. Durch die dreieckige Form des zwischen der Funkenstrecke 3 und Entladungskammer 1 angeordneten Teils 2 des Energiespeichersystems erreicht dieser Kurzschluß die Entladungskammer zuerst am nahen Ende. Dort erfolgt der erste Durchschlag zwischen den beiden Elektroden 5, 5'. Dieser Durchschlag bewegt sich dann bei geeigneter Ausführung des Pulsformteils mit Lichtgeschwindigkeit in Ausstrahlungsrichtung 16 zum anderen Ende der Entladungskammer. Dadurch kommt es beim Durchgang der an einem Ende der Entladungskammer 1 ausgelösten Photonen zu einer phasengekoppelten Verstärkung. Der Photonenstrom, der in entgegengesetzter Richtung verläuft, wird nur auf einem geringen Teil des Weges verstärkt. Das Verhältnis der in Ausbreitungsrichtung des Kurzschlusses emittierten Laserleitung zu der in entgegengesetzter Richtung emittierten Leistung beträgt im beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 11:1.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gaslaser mit einer Entladungskammer, in der in Ausstrahlungsrichtung der stimulierten Emission verlaufende, einander gegenüberliegende Elektroden angeordnet sind, mit Energiespeichern, die auf gegenüberliegenden Seiten der Entladungskammer angeordnet sind, wobei jeder Energiespeicher aus einer Isolierschicht besteht, auf deren Flächen leitende Beläge angeordnet sind, und bei dem die für die Hochspannung bestimmten Beläge mit den Elektroden in der Entladungskammer verbunden sind, und mit einer Auslöseeinrichtung, die in der Entladungskammer eine in Ausstrahlungsrichtung fortschreitende elektrische Entladung auslösen kann, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite der Eritladungskammer (1) die Beläge (7) jeweils die Gestalt eines rechtwinkligen Dreiecks haben, dessen eine Kathete entlang der Entladungskammer (1) verläuft, und daß eine zur Einleitung der Entladung dienende Funkenstrecke (3) an der der Entladungskammer (1) gegenüberliegenden Ecke des Dreiecks angeordnet ist.

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5) der Entladungskammer (Ϊ) als in Ausstrahlungsrichtung verlaufende Schienen (15,15') ausgebildet sind.

3. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5, 5') als Nadelreihen ausgebildet sind.

4. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (3) aus parallelen und großflächigen Metallelektroden (9,10) besteht, von denen die eine Elektrode (9) mit jedem der auf hohem Potential liegenden dreieckigen Beläge (7) und die andere Elektrode (10) mit jedem der auf Erdpotenial liegenden leitenden Beläge (6) verbunden ist

5. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der auf Erdpotential liegenden Elektrode (10) der Funkenstrecke eine Triggerelektrode (13) eingebaut ist.

6. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Energiespeicher in der Ebene der Entladungselektroden (5, 5') iiegt/liegen.

7. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Energiespeicher aus der Ebene der Entladungselektroden (5,5') herausgefaltet ist/sind.

8. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtige Abschlußfläche der Entladungskammer (1) verspiegelt ist.