DE2735299A1

DE2735299A1 - Elektrisch angeregter gaslaser

Info

Publication number: DE2735299A1
Application number: DE19772735299
Authority: DE
Inventors: Hans Opower; Nikolaus Skribanowitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Heraeus Industrielaser GmbH
Priority date: 1977-08-05
Filing date: 1977-08-05
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2735299C2

Description

Elektrisch angeregter Gaslaser
Die Erfindung befaßt sich mit speziellen Anregungsoethoden fur elektrisch angeregte Gaslaser, vorzugsweise CO2-Laser nach Patent (Anm. AZ P 26 08 830.2-33).
Die Erzeugung einer Besetzungsinversion bei Molekulschwingungszu stunden in elektrischen Entladungen ist nur möglich, wenn das aus Elektronen, Ionen, neutralen Molekülen und Atomen bestehende Plasma eine zwar hohe Elektronentexperatur, aber niedrige Gasteeperotur besitzt, d.h. ein thermodynamisches Ungleichgewicht zwischen dem Elektronengas einerseits und dem Molekulgas andererseits aufweist. Diese Voraussetzung ist im Bereich der sogenannten Glimmentladung erfullt. Bei Ubergang zu hohen Gasdichten und hohen Entladungsstromstörken treten Instabilitäten auf, die zu seitlichen Einschnürungen it den Charakter von Bogenentladungen fUhren, in denen eine Besetzungsinversion wegen der hohen Molekulgastemperatur nicht oehr zustande konvt. Die Stabilisierung einer Gli.mentladung kann durch Wechselwirkung mit den Wänden des Entladungsrau.es erfolgen und auch durch eine rasche Gasströmung, die lokale Erhitzung unterbindet. In einem ausgedehnten Volumen ist bei hoher Gasdichte eine Gleichfeldentladung nur in besonders durchdachten Anordnungen zu stabilisieren. Im Hauptpatent ist eine solche Gleichfeldentlodung in axialer oder radialer Richtung oder eine externe Anregung vorgesehen.
Aufgobe der Erfindung ist es, daruberhinour Entladungsformen und die dazu erforderlichen konstruktiven Einrichtungen zu schaffen, die höhere spezifische Leistungen ermöglichen.
Zum einen wird diese Aufgabe gelöst durch die Maßnahmen, die Gegenstand des Anspruchs 1 sind.
Eine hochfrequente Wechselfeldentladung bringt erhebliche Vorteile mit sich, da hierbei immer ein homogenes Plasma entsteht, sofern die elektrische Feldstörke homogen ist.
FUr die koaxialen Laserwellenleiter nach dem Hauptpatent ist gerade dieses von besonderem Nutzen, weil sich auf einfache Weise rotationssymmetrische HF-Felder erzeugen lassen, die den Laserbereich gleichmößig beaufschlogon.
In den Unteransprüchen sind die zwei grundsätzlichen Anordnungen, nämlich: die Verwendung einer Hochfrequenz-Koaxialleitung mit Frequenzen von MHz bis in den Gigahertzbereich und die Verwendung eines Mikrowellen Hohlraumresonators, der bevorzugt mit Wellen im Gigahertzbereich betrieben wird (Anspruch 5) aufgeführt.
Die Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 7 arbeiten mit Gleichfeldentladungen, bevorzugt für leistungsstarke Wellenleiterlaser. Die Entladungen sind tangential gerichtet und werden von der axialen Gasströmung so stark aufgefächert, daß eine hohe elektrische Leistungsdichte erzielt wrd. Im Falle zweier gegenuberliegender itauptelektroden (Anspruch 7) muß Sorge getragen werden, daß die Entladung in beiden Rohrhälften gleichmäßig brennt; dies wird unter Abstimmung von Gasdruck und elektrischem Strom durch zwei Seitenelektroden erreicht, die zur Potentialsteuerung dienen.
Elektradengruppen dieser Art können zur Erhöhung dei Laser leistung in beliebiger Anzahl in axialer Richtung hintereinander ongeordnet werden.

Claims

Patentonspruche S Elektrisch angeregter Gaslaser, dessen Entladungsrau. von eng benachbarten Wänden so begrenzt ist, daß er fUr die sich darin aufbauende Loserstrohlung als Wellenleiter mit zwei äquidistonten Wellenleiterfldchen wirkt, deren Ausdehnung senkrecht zur Strahlrichtung groß gegen ihren Abstand ist und dessen Resonotorbegrenzung in Strahl richtung entweder durch unmittelbar an den Entlodungsroum sich anschließende ebene Spiegel oder durch konkav gekrümmte Spiegel in einige. Abstond vom Entladungsraum gebildet wird und wobei die Wellenleiterflöchen die Mantelflächen zweier konzentrischer Zylinder sind, nach Patent (ada. AZ P 26 08 830.2-33), dadurch gekennzeichnet, daß fUr die Anregung des Lasergoses hochfrequente elektro.ag netische Felder in den Wellenleiterraum eingekoppelt sind.
2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter fUr die Laserstrahlung konzentrisch innerhalb eines HF-Koaxialleiters angeordnet ist, der von einem HF-Sender gespeist ist.
3. Laser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter fUr die Laserstrahlung und der HF-Koaxialleiter dieselben metallischen Innenleiter haben und der Außenleiter fUr die Laserstrahlung aus einem nichtleitenden dielektrischen Material besteht, dos innerhalb des Mikrowellenoußenleiters angeordnet ist.
4. Laser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Begrenzungen des Wellenleiters fUr die Laserstrahlung aus einem nichtleitenden Dielektrikum bestehen.
5. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem dielektrischen Material bestehende Wellenleiter fUr die Laserstrahlung innerhalb eines Mikrowellen-Hohlroumresonators angeordnet ist.
6. Laser nach Anspruch 1 und 3 der Hauptanmeldung (P 26 08 830 2-33), dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch elektrische Entladungen angeregt wird, die zwischen rodial angeordneten Elektroden brennen.
7. Laser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da13 die don Hauptstrom fUhrenden Elektroden sich gegenuberliegen und symmetrisch zur Verbindungslinie der beiden Elektroden zwei weitere Elektroden angebracht sind, die Uber cinen Widerstand elektrisch mit der negativen Hauptelektrode verbunden sind.
8. Laser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere radiale Elektrodengruppen in axialer Kichtung getrennt voneinander angeordnet sind.