DE60106378T2 - Grossflächiger Laser - Google Patents

Grossflächiger Laser Download PDF

Info

Publication number
DE60106378T2
DE60106378T2 DE60106378T DE60106378T DE60106378T2 DE 60106378 T2 DE60106378 T2 DE 60106378T2 DE 60106378 T DE60106378 T DE 60106378T DE 60106378 T DE60106378 T DE 60106378T DE 60106378 T2 DE60106378 T2 DE 60106378T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrodes
gas laser
electrode
discharge
slab
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60106378T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60106378D1 (de
Inventor
John Edmonton Alberta Tulip
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.)
Tulip John Edmonton
Original Assignee
Tulip John Edmonton
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 Tulip John Edmonton filed Critical Tulip John Edmonton
Application granted granted Critical
Publication of DE60106378D1 publication Critical patent/DE60106378D1/de
Publication of DE60106378T2 publication Critical patent/DE60106378T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/0315Waveguide lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/038Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/0818Unstable resonators

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Vor dem Slabgaslaser wurden diffusionsgekühlte Gasentladungslaser durch eine Ausgangsleistung pro Längeneinheit Entladung charakterisiert und waren üblicherweise auf eine maximale Ausgangsleistung von 100 Watt beschränkt. Die Erfindung des Slabgaslasers hat zur Bedeutung, dass zum ersten Mal die Ausgangsleistung von diffusionsgekühlten Lasern eher über die Entladungsfläche als nur über die Länge angezeigt werden kann und über einen neuen Gütefaktor charakterisiert werden kann, nämlich über die Wattausgangsleistung pro Einheit Entladungsfläche. Zur Zeit sind CO2-Slablaser mit mehr als drei Kilowatt kommerziell erhältlich.
  • Um das Entladungskühlen zu maximieren, beträgt die Flächenentladung des Slab-CO2-Lasers üblicherweise nur ein bis zwei Millimeter und die Entladungselektroden werden als optische Wellenleiter verwendet. Um die schwache Gasentladung zu stabilisieren und um die Laserausgangsleistung zu maximieren, wird der Slablaser bei hoher Frequenz, welche üblicherweise 100 MHz beträgt, betrieben. Mit dieser Betriebsentladungsfrequenz ist die elektrische Wellenlänge üblicherweise mit den Dimensionen der Laserstruktur vergleichbar. Stehende Wellen von Strom und Spannung treten zwischen den Entladungselektroden auf und die daraus entstehende ungleichmäßige Entladung verursacht, sofern nicht Korrekturmaßnahmen getroffen werden, einen ernsthaften Qualitätsverlust der Laserleistung.
  • Ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Verminderung der ungleichmäßigen Entladung, die von den elektrischen stehenden Wellen resultiert, ist eine lineare Anordnung von Induktoren, die die Entladungselektroden entlang der Länge der Entladung verbinden. Diese Induktoranordnung wird an einer oder an beiden Seiten der Elektroden angeordnet. Diesem Verfahren sind Grenzen auferlegt, da es linear ist und die stehende Wellen nur entlang der Länge der Elektroden eliminiert. Slab-Laser vom Stand der Technik sind üblicherweise lang und schmal, sodass dieses lineare Entladungsverfahren angepasst wurde.
  • Versuche, Slab-Laser auf eine hohe Leistung hin einzustellen, um den Erfordernissen von modernen Materialverarbeitungsmaschinerien zu entsprechen, hat zur Kommerzialisierung von Slab-Lasern mit großer Entladungsfläche geführt. Jedoch ist die maximale Ausgangsleistung von Slab-Lasern vom Stand der Technik durch die Entladungsfläche, die derzeit ausführbar ist, begrenzt. Die Elektrodenlänge ist durch mechanische und thermische Verformung des Wellenleiters auf etwa 100 cm begrenzt und die Breite ist durch die stehende Welle, die eine ungleichmäßige Entladung induziert, auf etwa 20 cm begrenzt.
  • Es wurden im Stand der Technik ringförmige Wellenleitungslaser mit großer Fläche als Alternative zu ebenen Slab-Lasern offenbart. Eine zylindrische Struktur ist intrinsisch mechanischer stabil als eine ebene Struktur und eine große Entladungsfläche kann in einer physikalisch kleineren Struktur als in einer Platte enthalten sein. Jedoch hat sich der ringförmige Laser aufgrund von praktischen Schwierigkeiten nicht als Alternativtechnologie in Bezug auf den Slab-Laser entwickelt. Die Bildung einer stehenden elektrischen Welle entlang der Länge und um den Umfang, die strukturellen Schwierigkeiten beim Betrieb und beim Kühlen der koaxial zylindrischen Elektroden und die Schwierigkeiten, die mit dem Erhalt eines kohärenten Laserstrahls von einem ringförmigen Wellenleiter in Verbindung stehen, haben bis jetzt die praktische Verwendung von ringförmigen Wellenleitungsgaslasern verhindert.
  • Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Anregungsverfahren von Gasentladungslasern.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Es wird ein neues Verfahren der elektrischen Anregung einer Plattenentladung offenbart. Es wird eine zweidimensionale Anordnung von Induktoren verwendet, um das Feldpattern der stehenden Welle entlang der Länge und über die Breite der Elektroden zu eliminieren. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um eine einheitliche Gasentladungsintensität für Elektroden von beliebiger Länge, Breite und Gestalt zu bilden. Die Anwendung dieser neuen Entladungsausgleichstechnik ermög licht eine größere Elektrodenfläche als es mit Slab-Lasern vom Stand der Technik her möglich ist und somit eine höhere Leistung.
  • Somit wird gemäß einem Gegenstand der Erfindung ein Laser offenbart, der erste und zweite Elektroden umfasst, die nebeneinander angeordnet sind, um dazwischen einen Spalt zu bilden, wobei sich jede der ersten und zweiten Elektrode seitlich davon erstreckt; ein Lasergas, welches sich innerhalb des Spalts befindet; eine Einrichtung, um eine elektrische Anregung für die erste und zweite Elektrode bereitzustellen und um eine Laserentladung innerhalb des Spalts zu erzeugen; Spiegel, die einen Resonator abgrenzen, die an entgegengesetzten Enden des Spalts angeordnet sind, und eine Induktionsanordnung, die auf der anderen Seite und entlang wenigstens einer der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist, um Entladungsinhomogenitäten an der Seite zu vermindern. Die Induktionsanordnung ist mit der Elektrode und mit einer Grund- oder Bezugsebene verbunden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist der Laser ein Gas-Slablaser mit planaren und vorzugsweise parallelen Elektroden. Der Resonator ist vorzugsweise ein instabiler Resonator. Die Induktionsanordnung ist vorzugsweise mit einem externen Leiter verbunden, der als Grund- oder Bezugsebene fungiert. In noch einer weiteren Ausführungsform sind die Elektroden zylindrisch und weisen dazwischen einen ringförmigen Entladungsspalt auf. Beim Betrieb des Lasers verursachen die Induktoren eine verteilte parallele Plattenresonanz zwischen den Elektroden, was zu einer Variation der Spannung entlang der Breite und Länge der Elektroden von weniger als 5 % führt.
  • Diese und andere Gegenstände der Erfindung sind in der detaillierten Beschreibung der Erfindung beschrieben und in den nachfolgenden Ansprüchen beansprucht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung nur zum Zweck der Veranschaulichung beschrieben und nicht mit der Absicht, den Rahmen der Erfindung einzuschränken, wobei gleiche Ziffern die gleichen Elemente bezeichnen und wobei:
  • 1 eine Seitenansicht ist, die schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit planaren Elektroden zeigt;
  • 2 eine Seitenansicht ist, die schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 3 eine Seitenansicht ist, die schematisch eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4 einen Draufsicht auf eine Ausführungsformen der Erfindung ist, die einen Lichtstrahl durch eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 5 eine Ansicht durch eine Elektrode ist, die die Verteilung der Induktoren in einer Anordnung entlang dem Inneren der Elektrode zwischen den Kanten der Elektrode zeigt;
  • 6 ein Querschnitt durch einen ringförmigen Laser gemäß der Erfindung ist; und
  • 7 ein Querschnitt durch einen ringförmigen Laser ist, der die Induktoren auf der inneren Elektrode eines ringförmigen Lasers zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • In diesem Patentdokument bedeutet „umfassend" „einschließend" und schließt andere vorhandene Elemente nicht aus. Zusätzlich schließt eine Bezugnahme auf ein Element über den unbestimmten Artikel „ein" die Möglichkeit nicht aus, dass mehr als ein Element vorhanden ist.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung, die in den 1, 2 und 3 gezeigt sind, umfassen jeweils eine erste Elektrode 10 und eine zweite Elektrode 12, die auf gewöhnliche Weise mit einer Hochfrequenzanregungsquelle 14 mit einem Spalt 11 dazwischen verbunden sind. Ein gemeinsames Merkmal dieser verschiedenen Aus führungsformen ist eine zweidimensionale Anordnung 16A, 16B und 16C an Induktoren 18, die mit der Hochspannungselektrode 10 verbunden sind. Die Anordnung erstreckt sich über und zwischen der Elektrode 10, wobei die Induktoren 18 mit dem Inneren der Elektrode 10 über seitliche Kanten der Elektroden 10, 12 verbunden sind. Die Induktoren 18, die mit der Hochspannungselektrode 10 verbunden sind, sind auch mit einer Grund- oder Bezugsebene 20 verbunden, welche eine kontinuierliche Platte oder ein Gitter an Leitern sein kann. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind die Induktoren 18 über Durchführungen 21 mit der ebenen Erdungselektrode 12 verbunden. Entgegen den Lasern vom Stand der Technik, bei denen Induktoren linear entlang einer Elektrode angeordnet sind, erstreckt sich die Induktoranordnung 16A entlang der Elektrodenbreite wie auch entlang der Elektrodenlänge. 4 veranschaulicht die Verteilung der ausgleichenden Induktoren 18 in Bezug auf die Laseroptik.
  • Ein Nachteil an dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Verbindungen 21 der Induktionsanordnung 16A zu der Erdungselektrode 12 ein optisches Hindernis in Bezug auf den Laserresonator darstellen. Es ist deswegen in dieser Ausführungsform notwendig, den Resonator in parallele Wege zu segmentieren, die sich durch die Leitung der Induktorverbindungen aufteilen. Geeignete Resonatoren umfassen einen Oszillator in einem optischen Segment mit nachfolgenden Verstärkungsstufen in den verbleibenden Segmenten.
  • Ein anderer geeigneter Resonator, der in 4 gezeigt ist, ist ein geklappter instabiler Resonator, wobei geklappte Spiegel 22, 24, 26 und 28 an entgegengesetzten Enden der Elektroden 10, 12 angeordnet sind. Die geklappten Spiegel 22, 24, 26 und 28 erzeugen zahlreiche Wege zwischen der Leitung der Induktoren 18, damit das Licht durch den Spalt 11 zwischen den Elektroden 10, 12 geleitet wird. Das Licht reflektiert zwischen den Resonatorspiegeln 30 und 32, bis sich das Licht auf gewöhnliche Weise an dem Ausgangsresonatorspiegel 32 entlädt.
  • Ein Vorteil der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, liegt darin, dass die Induktorverbindungen 21 zu der Erdungselektrode 12 üblicherweise mit einem keramischen Isolater, der in der Lage ist, der angrenzenden Gasentladung standzuhalten, isoliert sind. Dieser Isolater kann auch als ein Träger für die Elektroden 10, 12 fungieren, sodass das Problem der mechanischen Senkung, welches bei breiten Elektroden auftreten kann, vermieden werden kann.
  • 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei die die Entladung ausgleichenden Induktoren 18 nicht mit der Erdungselektrode 12 verbunden sind, sondern mit einer anderen Grundfläche 20, die auf einer anderen Seite der Erdungselektrode 12 von der Hochspannungselektrode 10 angeordnet sind. Diese Ausführungsformen verhindert die Störung des optischen Wegs durch Induktorverbindungen wie Durchführungen 21. Ein Nachteil an dieser Ausführungsform liegt darin, dass keine Trägerstrukturen zwischen den Seiten der Elektrode angeordnet sind, sodass in einer breiten Struktur, bei dem ein Senken auftreten kann, Verstärkungsstrukturen erforderlich sein können, um die Elektrodenentladungsspalteinheitlichkeit entlang der Elektrodenbreite aufrechtzuerhalten.
  • Die Ausführungsformen, die in den 1 und 2 gezeigt sind, werden auch im Stand der Technik in Bezug auf die Hochfrequenzelektrik als nicht ausgleichende Strukturen bezeichnet. Eine Elektrode wird bei hoher Spannung gehalten und die andere Elektrode wird bei einer Referenz- oder Grundspannung gehalten. 3 zeigt eine andere Ausführungsform dieser Erfindung, welche im Stand der Technik in Bezug auf die Elektrode als ausgeglichen bezeichnet wird. In dieser Ausführungsform werden beide Elektroden 10, 12 bei hoher Spannung gehalten und beide sind zur benachbarten Grundebene 20 durch Induktionsanordnungen 16C verbunden. Diese Ausführungsform teilt die gleichen Vorteile und Nachteile wie die Ausführungsform der 2.
  • Die offenbarte Induktionsanordnung teilt nicht die Beschränkungen, die im Stand der Technik in Bezug auf lineare Induktionsanordnungen offenbart sind. Die Induktoren 18 weisen die gleiche Größe auf und können daher nah an die Elektrodenkanten angeordnet werden, ohne eine Uneinheitlichkeit der Entladung zu verursachen. Die Induktoren sind vorzugsweise in einem äquidistanten einheitlichen Muster, wie es in 4 veranschaulicht ist, angeordnet. Die Gestalt der Elektroden 10, 12 kann rechteckig sein, aber auch unregelmäßig, wie es für geklappte optische Resonatoren erforderlich ist. Die Gesamtinduktanz der Induktionsanordnungen 16A, 16B, 16C und die gesamte Elektrodenkapitanz liegt vorzugsweise in naher Resonanz zu der betriebenen elektrischen Frequenz der Anregungsquelle 14. Für die Erzeugung einer einheitlichen Entladung ist dies nicht notwendig, aber wünschenswert, da die Netto-Reaktanz, die durch den betriebenen elektrischen Kreislauf verursacht wird, minimiert wird, wenn die Resonanzbedingung erreicht wird. Die Induktoranordnung, die in dieser Erfindung offenbart ist, verhält sich auf ähnliche Weise konsistent zu der verteilten parallelen Plattenresonanz.
  • In einer Ausführungsform des Lasers mit großer Fläche, die in 2 gezeigt ist, sind die Elektroden 35 cm lang und 35 cm breit und sind beabstandet, um eine Lücke von 3 mm zu bilden. Die relative Anordnung von 16 Induktoren 18, die über und entlang der Hochspannungselektrode 10 verbunden sind, ist in 5 gezeigt, wobei die Induktoren mit dem Inneren der Elektrode verbunden sind, d.h. mit dem Abschnitt der Elektroden zwischen den seitlichen Kanten. Die rechteckige Beabstandung der Induktoren 18 beträgt 11,5 cm und die Induktoren sind etwa einen Zentimeter von den seitlichen Kanten 34 der Elektrode angeordnet. Die Elektrodenkapitanz und die Gesamtinduktanz der parallelen Induktoren 18 sind mit einer Frequenz von etwa 70 MHz, der Betriebsfrequenz, in Resonanz. Die Grundebene 20, die in Nähe zu der Hochspannungselektrode 10 angeordnet ist, ist mit der Erdungselektrode 12 mit einem Kupferband mit geringer Impedanz auf der Seite der Elektroden 10, 12 entgegengesetzt des Betriebspunktes 36 (2) angeordnet. Die Verteilung der Spannung über die Hochspannungselektrode 10 wurde unter Verwendung eines Hochspannungshochfrequenzvoltmessers gemessen. Die Spannung war an allen Punkten der Elektrode 10 mit einem Messfehler von 5% einheitlich. Dies trat trotz der Tatsache auf, dass so viel wie 10% Variation bei den Induktanzwerden der Induktoren 18 gemessen wurde.
  • In der Ausführungsform, die in den 6 und 7 gezeigt ist, wird eine Induktionsanordnung an einen ringförmigen Entladungslaser mit großer Fläche angeschlossen. Die offenbarte Struktur ist physikalisch weniger komplex als ringförmige Entladungslaser vom Stand der Technik und der Durchmesser der Entladung und somit die Laserleistung können auf hohe Werte skaliert werden. Ringförmige Laser vom Stand der Technik werden unter Verwendung von zwei koaxialen zylindrischen Elektroden konstruiert und die Lasergasentladung wird in eine ringförmige Lücke zwischen den inneren und äußeren zylindrischen Elektroden gebildet. Ringförmige Laser mit größerem Durchmesser vom Stand der Technik erfordern eine Außenelektrode, welche aufgeteilt wird, um eine einheitliche Entladung um den Umfang zu erreichen. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform dieser Erfindung. Dieser ringförmige Laser weist eine triaxiale Konstruktion auf und besteht aus einer inneren zylindrischen Elektrode 40 und einer äußeren zylindrischen Elektrode 42 und die Laserentladung wird in einen ringförmigen Spalt 44 zwischen diesen Elektroden auf eine ähnliche Weise wie bei ringförmigen Lasern vom Stand der Technik gebildet. Die äußere Entladungselektrode wird mit der Laserumhüllung 45 verbunden und geerdet gehalten.
  • In dem Entladungsanregungsverfahren wird, im Gegensatz zu ringförmigen Lasern vom Stand der Technik, ein dritter zylindrischer Leiter 46, der die Außenelektroden 42 umgibt, verwendet. Dieser zylindrische Leiter ist mit der Außenelektrode 42 über eine Induktorenanordnung 48 verbunden und ist auch mit dem Boden über eine Verbindung mit geringer Impedanz verbunden. Die äußere Entladungselektrode 42 wird von der Laserstruktur isoliert und ist mit der Hochspannungsbetriebselektronik 50 über eine isolierte elektrische Durchführung 52 verbunden. Ein Kühlfluid, wie destilliertes Wasser, wird durch beide Elektroden unter Verwendung von isolierenden Flüssigfließrohren durchgeleitet, welche nicht gezeigt sind, aber für ringförmige Laser konventionell sind. Die koaxiale Anordnung aus drei Leitern wird in einer Vakuumumhüllung 45 angeordnet, welche verwendet wird um die Elektroden 40, 42 in Lasergasen mit geringem Druck zu umhüllen. Diese Umhüllung 45 kann auch zylindrisch sein, was aber nicht notwendig ist. Die Induktoren 48 sind über (d. h. um) die Elektrode 42 und entlang der Länge der Elektrode 42 angeordnet, um eine zweidimensionale Anordnung mit einem typischen Abstand von 10 cm zu bilden. Ringförmige Laserresonatorspiegel 54 werden proximal und zu beiden Enden der ringförmigen Entladung 44 benachbart auf gewöhnliche Weise angeordnet. Die Spiegel 54 können an einen ausgerichteten Mechanismus, der entweder an den Enden der Laserumhüllung 45 oder an einem thermo-mechanisch stabilen Resonatorgerüst innerhalb der Laserumhüllung 45 angeordnet ist, aufgehängt werden. Dieses Gerüst, die Resonator spiegel 54 und die Vakuumumhüllung 55 werden bei einer Grundspannung gehalten. Das Laserlicht verlässt auf gewöhnliche Weise die Laserumhüllung 45 durch ein Ausgangsfenster 56.
  • Eine zylindrische Elektrodenkonstruktion ist in Bezug auf planare Slab-Laser mit großer Fläche elektrisch unterschiedlich. Elektrische Wellen reflektieren von den Kanten der Elektroden 10, 12 des Slab-Lasers und die reflektierten Wellen bilden komplexe stehende Wellen, die von der Elektrodengestalt abhängig sind. Im Gegensatz zum Slab-Laser werden sich elektrische Wellen ungehindert um den Umfang einer zylindrischen Elektrode fortpflanzen und dazu entgegengesetzte fortpflanzende Wellen bilden eine stehende Welle und eine nicht einheitliche Entladungsbetriebsspannung. Aus diesem Grund sind bei ringförmigen Lasern mit großem Durchmesser vom Stand der Technik die Elektroden in Außenelektroden aufgeteilt. In dem offenbarten ringförmigen Laser wird eine Anordnung an Induktoren 48, die um den Elektrodenumfang und entlang der Länge der Elektroden angeordnet ist, verwendet, um die stehenden Wellen zu korrigieren. Ungeachtet der Tatsache, dass diese ringförmige Struktur sich in hohem Maße sowohl mechanisch als auch elektrisch von dem planaren Slab-Laser mit großer Fläche unterscheidet, wird eine Induktoranordnung die elektrischen stehenden Wellen entlang den zylindrischen Elektrodenoberflächen vermindern.
  • In einem Beispiel der Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, hat eine ringförmige Entladungsstruktur einen inneren zylindrischen Elektrodendurchmesser von 170 mm und einen äußeren Elektrodendurchmesser von 172 mm, wobei ein Entladungsspalt von 2 mm gebildet wird. Die Elektroden wurden präzise ausgerichtet, um einen einheitlichen Entladungsspalt mit Abweichungen von nicht mehr als + – 0,1 mm zu bilden. Es wurden Induktoren von gleicher Größe entlang der Elektrodenoberfläche in einer viereckigen Anordnung von Induktoren im Abstand von 89 mm und einer Resonanz bei 72 MHz angeordnet. Der Induktanzwert der Induktoren wurde eingestellt, um eine Impedanzübereinstimmung zwischen der Entladung und der Hochfrequenzleistungsquelle, die verwendet wird um die Entladung zu betreiben, zu ermöglichen. Die elektrische Spannungsverteilung entlang der Elektrodenoberfläche ohne Induktoren variierte um mehr als 40 % mit einer Betriebsfrequenz von 100 MHz. Mit der Induktoranordnung wurde die Elektrodenspannungsvariation unter die Messgenauigkeit der Instrumente vermindert. Das sichtbare Leuchten von der Laserentladung, welches ein bewährter Indikator der Entladungseinheitlichkeit ist, war innerhalb der Messgenauigkeit um den Umfang konstant.
  • Wie in der 7 gezeigt, konnten die Induktoren innerhalb einer Innenelektrode 60 angeordnet werden. Eine Außenelektrode 62 wird konzentrisch um die Innenelektrode 60 innerhalb einer Vakuumumhüllung 70 angeordnet, um einen ringförmigen Entladungsspalt 64 zu bilden. Die Elektrode 62 kann als Teil der Umhüllung 70 maschinell hergestellt werden und ist geerdet. Die Innenelektrode 60 innerhalb der Umhüllung 70 wird von einer elektrisch isolierenden Anordnung 78 gestützt. Spiegel 66, die an jedem Ende des Entladungsspalts 64 angeordnet sind, bilden mit einem Außenfenster 67 einen Resonator. Die Induktoren 68 werden in einer Anordnung über und entlang der Innenseite der Innenelektrode 60 angeordnet und sind sowohl mit der Innenelektrode 60 als auch mit einem geerdeten Leiter 72 verbunden. Der Leiter 72 kann auch als Teil der Vakuumumhüllung 70 gebildet werden. Die Innenelektrode 60 wird mit elektrischer Energie von der Energiezufuhr 74 gespeist, die mit der Elektrode 60 über eine elektrische Durchführung 76 verbunden ist. Solch eine Anordnung ist weniger geeignet. Die Induktoren können sich nicht über die Elektroden 60, 62 erstrecken, da sie sonst den Strahl blockieren würden. Ein zentraler Stab, der als Hochleistungsleiter 72 fungiert, kann verwendet werden, wenn er nicht zu dünn und induktiv ist. In diesem Falle würde sich die Außenelektrode 62 am Boden befinden was ein wünschenswertes Merkmal ist. Der Innenleiter 72 muss keine kontinuierliche Platte aufweisen.
  • Welche Elektrode für einen Slab-Laser auch verwendet wird, sei es planar oder ringförmig, der Laser ist einfacher aufzubauen, wenn der Außenleiter, der mit den Induktoren verbunden ist, eher ein Gitter an Leitern ist als ein Feststoff, weil es dann möglich ist, die Spannung über jeden Induktor zu messen. Der Außenleiter für den ringförmigen Laser und die Platte mit großer Fläche mit planaren Elektroden ist ein Leiter mit geringer Impedanz, der die Elektroden durch die Induktoranordnung verbindet. Die bevorzugte Ausführungsform ist die, bei der die Anordnung der In duktoren sich nicht über den Spalt erstrecken und eine Störung des Resonators verursachen. Gerade solange die Induktoranordnung ausgeglichen ist, üblicherweise um gleiche Induktanzwerte zu ergeben, kann dann der äußere Leiter irgendeine Gestalt die geeignet ist, beispielsweise rechteckig, annehmen.
  • Groß im Sinne einer Induktionsanordnung mit großer Fläche bedeutet einen Laser, dessen querverlaufende Dimensionen ausreichend groß sind, wobei die seitlichen Entladungsuneinheitlichkeiten ausreichend sind, um einen beträchtlichen Einfluss auf die Strahlqualität zu bewirken.
  • Die Elektroden 60, 62 können auch die Form eines Segments eines Zylinders oder irgendeine Oberfläche aufweisen, die für eine Laserlichtfortschreitung geeignet ist und die groß genug ist, um stehende Wellenmuster zu bilden und sind vorzugsweise zueinander parallel.
  • Dieses ringförmige Entladungsverfahren ist für irgendeine Entladungsstruktur geeignet, bei der die Größe der Struktur mit der Größe der elektrischen Wellenlänge der Entladungsenergiezufuhr vergleichbar ist, sodass es nicht auf Wellenleiterstrukturen beschränkt ist.
  • Das Lasergas kann das sein, welches üblicherweise bei CO2-Lasern verwendet wird und kann beispielsweise eine Mischung aus Kohlendioxid, Helium und Stickstoff sein. Die Anregungsfrequenz kann beispielsweise 10 MHz bis 200 MHz betragen und wird ausgewählt, um einen Laserentladung innerhalb des Lasergases zu erzeugen.
  • Während die 6 und 7 Schnitte in einer Ebene zeigen, die sowohl die Zentralachse als auch einen Durchmesser der Struktur umfassen, ist es klar, das ein Schnitt senkrecht zu der Achse auch die gleich beabstandeten Induktoren um eine oder beide Elektroden mit einem Abstand von zum Beispiel 89 mm, wie es in dem Beispiel der Struktur von 6 offenbart ist, zeigen würde.
  • Es können geringfügige Veränderungen der Erfindung, die beschrieben ist, vorgenommen werden, ohne von dem Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims (14)

  1. Slab-Gaslaser, umfassend: – erste und zweite Elektroden (10, 12; 40, 42; 60, 62), die nebeneinander angeordnet sind, um dazwischen einen Spalt (11; 44; 64) zu bilden, wobei sich jede der ersten und zweiten Elektrode (10, 12; 40, 42; 60, 62) seitlich davon erstreckt; – ein Lasergas, welches sich innerhalb des Spalts (11; 44; 64) befindet; – eine Einrichtung (14), um eine elektrische Anregung für die erste und zweite Elektrode (10, 12; 40, 42) bereitzustellen und um eine Laserentladung innerhalb des Spalts (11; 44) zu erzeugen; und – Spiegel (22, 24, 26, 28, 30, 32; 54; 66), die einen Resonator abgrenzen, die an entgegengesetzten Enden des Spalts (11; 44) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweidimensionale Induktionsvorrichtung (16A, 16B, 16C, 18; 48; 68) auf der anderen Seite und entlang wenigstens einer der ersten und zweiten Elektrode (10, 12; 40, 42) angeordnet ist, um Entladungsinhomogenitäten an der Seite zu vermindern.
  2. Slab-Gaslaser nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Elektrode (10, 12) planar sind.
  3. Slab-Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und zweite Elektrode (10, 12) parallel zueinander angeordnet sind.
  4. Slab-Gaslaser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktionsvorrichtung mit einem externen Leiter verbunden ist.
  5. Slab-Gaslaser nach Anspruch 4, wobei der externe Leiter eine kontinuierliche Platte ist.
  6. Slab-Gaslaser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Betrieb des Lasers die Induktionsvorrichtung eine verzweigte parallele Plattenresonanz zwischen den Elektroden bewirkt.
  7. Slab-Gaslaser nach Anspruch 1, wobei die Elektoden (40, 42; 60, 62) zylindrisch sind und wobei sich dazwischen ein ringförmiger Entladungsspalt (44; 64) befindet.
  8. Slab-Gaslaser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lasergas Kohlendioxid umfasst.
  9. Slab-Gaslaser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator ein instabiler Resonator ist.
  10. Slab-Gaslaser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktionsvorrichtung (16A, 16B, 16C, 18; 48; 68) zwischen der ersten und zweiten Elektrode (10, 12; 40, 42; 60, 62) angeordnet ist.
  11. Slab-Gaslaser nach Anspruch 10, wobei an eine der ersten und zweiten Elektrode (10, 12; 40, 42; 60, 62) eine Referenzspannung angelegt wird.
  12. Slab-Gaslaser nach Anspruch 11, wobei die Referenzspannung geerdet ist.
  13. Slab-Gaslaser nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (10, 12; 40, 42; 60, 62) einen Lichtleiter für das Licht bilden, dass durch den Spalt (11; 44; 64) hindurchtritt.
  14. Slab-Gaslaser nach Anspruch 13, ferner umfassend Induktoren, die mit den seitlichen Kanten der Elektroden verbunden sind.
DE60106378T 2000-12-07 2001-12-06 Grossflächiger Laser Expired - Lifetime DE60106378T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US25152000P 2000-12-07 2000-12-07
US251520P 2000-12-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60106378D1 DE60106378D1 (de) 2004-11-18
DE60106378T2 true DE60106378T2 (de) 2006-03-09

Family

ID=22952314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60106378T Expired - Lifetime DE60106378T2 (de) 2000-12-07 2001-12-06 Grossflächiger Laser

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6704333B2 (de)
EP (1) EP1217700B1 (de)
DE (1) DE60106378T2 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8599898B2 (en) * 2004-12-22 2013-12-03 Universal Laser Systems, Inc. Slab laser with composite resonator and method of producing high-energy laser radiation
GB0611843D0 (en) * 2006-06-14 2006-07-26 Mason Paul Laser device
KR100708591B1 (ko) 2006-07-04 2007-04-18 한국과학기술원 정재파를 이용한 클럭 분배 방법 및 그 장치
US7778303B2 (en) * 2007-11-02 2010-08-17 Trumpf, Inc. Laser having distributed inductances
WO2012058685A2 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Trumpf, Inc. Rf-excited laser assembly
DE102012222469B4 (de) 2012-12-06 2017-03-30 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Diffusionsgekühlte Gaslaseranordnung und Verfahren zur Einstellung der Entladungsverteilung bei einer diffusionsgekühlten Gaslaseranordnung
TWI590753B (zh) * 2016-11-02 2017-07-01 和碩聯合科技股份有限公司 引腳包覆裝置及應用其之雙向光學組裝裝置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4352188A (en) * 1980-07-03 1982-09-28 Hughes Aircraft Company rf Pumped waveguide laser with inductive loading for enhancing discharge uniformity
US4363126A (en) * 1980-12-10 1982-12-07 United Technologies Corporation Tuned-circuit RF-excited laser
US4443877A (en) 1982-02-01 1984-04-17 United Technologies Corporation Uniformly excited RF waveguide laser
US4601039A (en) 1983-09-01 1986-07-15 The Regents Of The University Of California Inductively stabilized, long pulse duration transverse discharge apparatus
US4719639B1 (en) 1987-01-08 1994-06-28 Boreal Laser Inc Carbon dioxide slab laser
DE3729053A1 (de) 1987-08-31 1989-03-16 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Hochleistungs-bandleiterlaser
JPS6469084A (en) 1987-09-10 1989-03-15 Toshiba Corp Gas laser equipment
DE3828951A1 (de) 1988-08-26 1990-03-01 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Wellenleiteranordnung
US5079773A (en) * 1991-01-15 1992-01-07 United Technologies Corporation Tailored cross section optical waveguide laser array
GB9316282D0 (en) 1993-08-05 1993-09-22 Univ Heriot Watt Uniformly excited radiofrequency gas discharge of large electrode area
US5610936A (en) * 1995-09-28 1997-03-11 Technology Development Corporation Extended multiply folded optical paths

Also Published As

Publication number Publication date
DE60106378D1 (de) 2004-11-18
EP1217700A2 (de) 2002-06-26
US20040013150A1 (en) 2004-01-22
US6704333B2 (en) 2004-03-09
EP1217700B1 (de) 2004-10-13
EP1217700A3 (de) 2002-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0249298B1 (de) Oberflächenspule für Hochfrequenzmagnetfelder bei Kernspinuntersuchungen
DE963704C (de) Anpassungsanordnung fuer Wanderfeldroehren
DE4300700A1 (en) Carbon di:oxide plate laser group arrangement - has channel between wave-conducting electrode surfaces subdivided into multiple parallel laser resonators
DE3237250A1 (de) Schaltungskreismaessig konzentrierter resonator
EP0306506B1 (de) Mikrowellengepumpter hochdruckgasentladungslaser
EP0361190A1 (de) Oberflächenspulenanordnung für Untersuchungen mit Hilfe der kernnmagnetischen Resonanz
DE3300767C2 (de)
DE69927780T2 (de) Plasmabearbeitungsgerät und Werkzeug zur Impedanzmessung
DE60106378T2 (de) Grossflächiger Laser
DE2917794A1 (de) Resonator fuer elektronenspinresonanzexperimente
EP0432241B1 (de) Probenkopf für die kernresonanz-ganzkörper-tomographie oder die ortsabhängige in-vivo kernresonanz-spektroskopie
DE3504403C2 (de) Quer angeregter Wellenleiter-Laser
EP0954009A2 (de) Abstimmbare elektromagnetische Strahlungsquelle
DE3700844A1 (de) Ringlaser
EP0285020A2 (de) Vorrichtung zur Einbringung von Mikrowellenenergie mit einem offenen Mikrowellenleiter
DE3614247C2 (de) Hochfrequenztransformator
DE4104079A1 (de) Probenkopf fuer die nmr-tomographie
DE3212705C2 (de)
EP0242658B1 (de) Gaslaser mit einem in Axialrichtung vom Gas durchströmten Entladungsrohr
DE3937491A1 (de) Wellenleiterlaser mit mikrowellenanregung
DE4107630C2 (de) Resonator für die Elektronenspinresonanz-Spektroskopie
DE2735299A1 (de) Elektrisch angeregter gaslaser
DE3933619A1 (de) Vorrichtung zur elektrischen anregung eines gases mit mikrowellen
EP0204104A2 (de) Resonatoranordnung
DE1046128B (de) Kapazitiv gekoppelter Hohlraumresonator

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: REINHARDT, M., DIPL.-ING.UNIV., PAT.-ANW., 83224 G