DE1947572A1

DE1947572A1 - Gaslaser mit verbesserter Zuendung

Info

Publication number: DE1947572A1
Application number: DE19691947572
Authority: DE
Inventors: Hans Golser
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1969-09-19
Publication date: 1971-04-01
Also published as: GB1283825A; FR2062921A1; FR2062921B1

Description

S 13JlEIIS AKi¹IEITGESELLSCHAPT München 2, den 1 9. SER196

Berlin und München Wittelsbaeherplatz

pa 69/2867

Gaslaser mit verbesserter Zündung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einem in einem optischen Resonator angeordneten, das laseraktive Medium enthaltenden und mit einer Gleichstromentladung betriebenen Entladungsrohr, dessen Entladungsstrecke vorzugsweise in mehrere Abschnitte unterteilt ist ο

Ein wesentliches Problem von mit Gleichstromentladungen betriebenen Gaslasern liegt in der Zündung der Gasentladung beim Einschalten des Lasers, wobei dieses Problem dann besonders schwierig wird, wenn der Laser auch im Pulebetrieb arbeiten soll. Üblicherweise verwendet man zur Zündung eine besondere Zündspule, die mit einem geeigneten Hochspannungserzeugungssystem, welches im allgemeinen einen Transformator enthält, versehen ist. Insbesondere in Fällen, in denen man zur Herabsetzung der Brennspannung die Entladungsstrecke in mehrere Abschnitte aufteilt, was für CC^-Laser von großer Bedeutung ist, hat es sich nun aber herausgestellt, daß die Zündung durch Hochfrequenzspulen sehr unregelmäßig erfolgt, so daß häufig einzelne Brennstrecken überhaupt nicht zünden.

Während diese Schwierigkeiten bei einem nur"im Dauerstriohbetrieb· arbeitenden Gaslaser eventuell noch hingenommen werden könnten, da es sich hier stets nur um ein einmaliges Einschalten für eine längere Betriebsdauer handelt, welche man notfalls auch mehrfach wiederholen könnte, führen diese Schwierigkeiten zur vollständigen Unbraiichbarkeit einer Las er anordnung, wenn diese im Impulsbotrieb verwendet wird, was zur Intensitätssteuerung

PA 9/492/715 109814/1799

IuUvBi .15.9.1969 - 2 -

ORIGINAL

von COp-lasern und anderen Hochleistungslasern nahezu unentbehrlich ist. . -

Auch bei der Verwendung der in einer früheren Anmeldung beschriebenen Anordnung mit einer angezapften Hochspannungskaskade können die genannten Schwierigkeiten nicht ausgeschaltet v/erden, da infolge der den Röhren parallel geschalteten Überbrückungswiderstände auch hier häufig die Gefahr besteht, daß nur eine Entladungsstrecke zündet, was stets zur Folge hat, daß die Zündspannung zusammenbricht, so daß äie zweite Strecke nicht mehr gezündet werden kann.

Eine Möglichkeit für ein sicheres Zünden jeder Entladungsstrecke der Gesamtentladung läge zwar an sich darin, die Betriebsspannung in Höhe der benötigten Zündspannung auszulegen, doch müßte dann unmittelbar nach dem Zünden die sehr große überschüssige Spannung, die zum Betrieb nicht benötigt wird, an Widerständen vernichtet werden, was Verlustleistungen in der Größenordnung von einigen Kilowatt zur 3?olge haben kann.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Gaslaseranordnung zu schaffen, welche auch im Impulsbetrieb stets ein sauberes Zünden der Entladung in allen Entladungsabschnitten bewirkt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Gaslaser der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Elektroden jedes Entladungsabschnitts zusätzlich zu ihrer schaltbaren Verbindung mit einer Betriebsspannungsquelle mit einer sehr hochohmigen zweiten Spannungsquelle (Zündspannung quelle) verbunden sind, "so daß die Summenspannung oberhalb der Zündspannung liegt. Bei dieser Anordnung soll die Zündspannungsquelle mindestens so lange vor der Betriebsspannung an die Elektroden der Entladungsstrecke(n) angelegt sein, daß jeweils beim Einschalten der Betriebsspannung bereits eine

PA 9/492/715 1098U/1799 _ ₃ _

. BAD ORIGINAL

im v/es entliehen stationäre stromschwache Dunkelentladung brennt« Dies wird am einfachsten dadurch erreicht, daß man während der Betriebsdauer des Lasers die Hilfsspannung ständig angelegt läßt, v/as schon deshalb ohne Schwierigkeiten möglich ist, da durch sie nur Ströme von einigen /uA fließen.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die im Betrieb mit einem geerdeten Pol der Betriebsspannungsquelle verbundenen Elektroden über hochohmige Widerstände mit einer Zundspannungsquelle verbunden sind, die eine der Betriebsspannung entgegengesetzte Polarität aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung ist darüberhinaus vorgesehen, daß zum Einschalten der Betriebsspannung von außen betätigbare Schaltelemente, insbesondere Röhrenj zwischen E^e und die entsprechenden Elektroden eingeschaltet sind«

Anhand des in der Figur der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeinpiels soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden.

Sin Hochspannungstransformator 1 erzeugt eine hochgespannte Wechselspannung, welche mit der G-leichricliterbrücke G^ gleichgerichtet und mittels des Kondensators C. geglättet wird. Die positive Seite dieser Spannung wird an die Anode der Gasentladungsstrecke geführt, während die negative Seite geerdet ist und an die Kathoden der mit den Kathoden 2 der Gasentladungsstrecken verbundenen Röhren Ro- und Röp gelegt ist. Sind diese von außen gesteuerten Röhren gesperrt, so fließt in diesen Kreis kein Strom.

Da die hier beschriebene Betriebsspannung von 10 KV nicht ausreicht, um die Gasentladung durchzuzünden, wird an die Kathoden der beiden Entladungsstrecken eine negative- Spannung von -10 KV angelegt, die gegen Masse durch die Röhren ge-

ΡΛ 9/492/715 1098U/1799 _ ₊ _

BAD ORieiNAt.

sperrt wird« Diese Spannung wird durch eine Villard-Verdopplerschaltung bestehend aus den Kondensatoren Cp und C, und den Gleichrichtern Gp und G~ gewonnen. Verdoppelt ist die Spannung -10 KV bezogen auf den Punkt +10 KV„

An den Entladungsstrecken liegt nun über die beiden Vorwiderstände R₁ und Rp eine Spannung von 20 KV, die ausreicht, um das, Laserrohr zu zünden, wobei ein Ionisierungsstrom von etwa 100 /uA fließt« Dieser Strom ruft noch keine nennenswerte Laserwirkung hervor, da er nicht ausreicht, eine genügende Umbesetzung der entscheidenden Energieniveaus zu bewirken.

Werden nun die beiden Röhren eingeschaltet, so fließt infolge dieser bereits vorhandenen Vorionisierung augenblicklich der durch den Innenwiderstand der Röhren vorgegebene Sntladungsstrom von etwa 10 bis 100 mi. Die Röhren dienen also als Schalter und gleichzeitig als regelbare Vorwiderstände für die Gasentladung.

Der Laser kann somit zu jedem beliebigen Zeitpunkt ohne Verzögerung ein- und ausgeschaltet werden, so daß auch ein Pulsbetrieb möglich ist.

Soll die Spannung auf der Wechselstromseite geschaltet werden, so ist zu berücksichtigen, daß durch die Aufladezeiten der Kondensatoren Schaltverzögerungen auftreten können ο

Soll die Zündspannung auch ausgeschaltet werden können, was insbesondere dann in Frage kommen kann, wenn man einen längeren Dauerstrichbetrieb anstrebt, so kann hierfür ein Schalter S.(z.B. Relaiskontakt) vorgesehen sein.

PA 9/492/715 1098 14/179 9 -5-

Y/iirde man die Arbeitsspannung auf 20 KV auslegen, so

müßte man in Betrieb 10 KV χ 100 mA = 1000 \7att vernichten.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden jedoch nur

10 KV χ 100/uA = 1 Watt in Wärme umgesetzt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt,, Abgesehen davon, daß man auch eine nichtunterteilte oder eine sogar stärker unterteilte Entladungsstrecke ver\venden könnte, wäre es auch prinzipiell möglich, die Zündspannung durch die Tastimpulse für die Röhren einschalten zu lassen, wobei es lediglich notwendig wäre, daß die Tastimpulse für die Röhren so weit gegenüber der Zündspannung verzögert sind, daß diese bereits zu einer im wesentlichen stationären stromschwachen Dunkelentladung geführt hat.

4 Patentansprüche
1 Figur

BAD ORIGINAL

1098 1 A/1799 ~ ^ύ ~

Claims

Patentansprüche

Ί/ Gaslaser mit einem in einem optischen Resonator angeordneten, das laseraktive Medium enthaltenden und mit einer Gleichstromentladung betriebenen Entladungsrohr, dessen Entladungsstrecke vorzugsweise in mehrere Abschnitte unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet ,daß die Elektroden (1,2) jedes Entladungsabschnitts zusätzlich au ihrer schaltbaren Verbindung mit einer Betriebsspannungsquelle (+10KV) mit einer sehr hochohmigen zweiten Spannungquelle (Zündspannungsquelle) verbunden sind, so daß die Summenspannung oberhalb der Zündspannung liegt.
2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die Zündspannungsquelle mindestens so lange vor der Betriebsspannung an die Elektroden der Entladungsstrecke(n) angelegt ist,daß jeweils beim Einschalten der Betriebsspannung bereits eine im wesentlichen stationäre stromschwache Dunkelentladung brennt.

3-. Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet ,daß die im Betrieb mit einem geerdeten Pol der Betriebsspannungsquelle verbundenen Elektroden (2) über hochohmige Widerstände (R.,, R₉) mit einer Zündspannungsquelle (-10KV) verbunden sind., die eine der Betriebsspannung entgegengesetzte Polarität aufweist,

ο Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d. u r c h ρ: ο Ic e η η ζ e i c h η e t ,daß zum Einschalten der Betriebsspannung von außen betätigbare Schaltelemente, insbesondere Röhren (Rb'.,,Röp), zwischen Erde und die entsprechenden Elektroden (2) eingeschaltet sind.

PA 9/492/715 1 0 9 8 1 A / 1 7 9 9