NO164447B

NO164447B - GAS LASER.

Info

Publication number: NO164447B
Application number: NO82821859A
Authority: NO
Inventors: Jack W Davis
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1980-10-06
Filing date: 1982-06-04
Publication date: 1990-06-25
Also published as: NO164447C; NO821859L; DE61482T1

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en gasslaser som omfatter en plan anode og en rekke katoder som er anordnet i et plan parallelt med anoden for å opprette en utladning mellom anoden og katodene, idet katodene omfatter et antall jevnt at-skilte, langstrakte kraftelektroder som er anordnet på tvers av iasergassens strømningsakse, og én rekke preioniseringselektroder scm er parallell med og anordnet oppstrøms for kraftelektrodene. The present invention relates to a gas laser comprising a planar anode and a series of cathodes arranged in a plane parallel to the anode to create a discharge between the anode and the cathodes, the cathodes comprising a number of evenly spaced elongated power electrodes arranged on across the flow axis of the ionizing gas, and one row of preionization electrodes scm is parallel to and arranged upstream of the power electrodes.

Fra US-patentskrift 4.145.669 er det kjent en gassformet laser som har et arrangement av et antall piggelektroder som er anordnet i rekker som har jevn innbyrdes avstand i gassens strøm-ningsretning (fig. 3 i patentskriftet) og som har en særlig hen-siktsmessig utforming, som er modifisert ved at noen av pigg-rekkene som befinner seg nedstrøms er erstattet med en stavelek-trode (fig. 4, 5 og 6 i patentskriftet). From US patent document 4,145,669, a gaseous laser is known which has an arrangement of a number of spike electrodes which are arranged in rows which have an even distance from each other in the direction of gas flow (Fig. 3 in the patent document) and which has a particular visual design, which is modified in that some of the rows of spikes located downstream are replaced with a rod electrode (fig. 4, 5 and 6 in the patent document).

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en gasslaser med en forbedret elektrodekonfigurasjon for elektrisk eksitering av lasergassen. The purpose of the present invention is to produce a gas laser with an improved electrode configuration for electrical excitation of the laser gas.

Gasslaseren ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjenne-tegnet ved at hver preioniseringselektrode har et betydelig strømemitterende areal og forløper stort sett parallelt med planet, og at rekken av preioniseringselektroder har større avstand fra nærmeste kraftelektrode enn avstanden er mellom kra ftelektrodene. The gas laser according to the present invention is characterized by the fact that each preionization electrode has a significant current-emitting area and runs largely parallel to the plane, and that the row of preionization electrodes has a greater distance from the nearest power electrode than the distance between the power electrodes.

Foretrukne utførelser av gasslaseren ifølge den foreliggende oppfinnelse fremgår av krav 2-5. .Oppfinnelsen skal nå beskrives ved help av eksempler, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Preferred embodiments of the gas laser according to the present invention appear from claims 2-5. .The invention will now be described with the help of examples, with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 viser et kjent elektrodearrangement. Fig. 1 shows a known electrode arrangement.

Fig. 2 viser et elektrodearrangement ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 shows an electrode arrangement according to the invention.

Fig. 3 viser forskjellige elektrodeutforminger. Fig. 3 shows different electrode designs.

Mest foretrukne utførelsesform. Most preferred embodiment.

Fig. 1 viser et planriss av et kjent arrangement av pigg-stavelektroder for en CC^-laser, hvor individuelt ballastede pigger 12 er anordnet i rekker 101, 102 oppstrøms for staver, 103, 104, 105, 106 i en gasstrøm 121. I dette arrangement er mellomrommet mellom piggrekken 102 og staven 103 den samme som arrangementets øvrige elektrodemellomrom i strømningsretningen, typisk i området 1-2,5 cm med avstand i sideretning mellom piggene på 1,0-1,7 cm for kanalhøyder i området 2,5-7,6 cm, gasstrømningshastigheter 31,5-189 m/s, trykk på 30-300 mm Hg, piggseriemotstander på 10.000-50.000 ohm og utladningsspenning på 1.000-20.000 volt. Fig. 1 shows a plan view of a known arrangement of spike-rod electrodes for a CC^ laser, where individually ballasted spikes 12 are arranged in rows 101, 102 upstream of rods, 103, 104, 105, 106 in a gas stream 121. I in this arrangement, the space between the spike row 102 and the rod 103 is the same as the arrangement's other electrode spaces in the direction of flow, typically in the range of 1-2.5 cm with a distance in the lateral direction between the spikes of 1.0-1.7 cm for channel heights in the range of 2.5 -7.6 cm, gas flow rates 31.5-189 m/s, pressures of 30-300 mm Hg, spike series resistances of 10,000-50,000 ohms and discharge voltages of 1,000-20,000 volts.

Elektrodearrangementet i fig. 1 er montert på den ene side av et vanlig laserapparat med sideveis utladning og med en plan elektrode anbrakt på den annen side av utladningsområdet i forhold til pigg-stavarrangementet samt med infrarødt transmit-terende vinduer som danner sidene i en kanal for gasstrømmen 121. Egnete pumper, energitilførsler etc. er velkjente på området og er på grunn av at de ikke utgjør noen del av oppfinnelsen utelatt fra tegningen. The electrode arrangement in fig. 1 is mounted on one side of a conventional laser apparatus with lateral discharge and with a planar electrode placed on the other side of the discharge area in relation to the spike-rod arrangement and with infrared transmitting windows forming the sides of a channel for the gas flow 121. Suitable pumps, energy supplies, etc. are well known in the field and, because they form no part of the invention, are omitted from the drawing.

Ved konstrueringen av høyenergi lasersystemer som anvender multielement-elektrodearrangementer er det viktig at den elektriske utladning som tjener til å pumpe lasergassen er jevn hen-over 1asorhulrommet, en strekning som kan være mer enn én meter. Dersom utladningen ikke er jevn, er den elektriske strøm tilbøye-lig til å konsentrere seg'i en gnist som avslutter laservirk-n.ingen. En meget jevn utladning vil gjøre det mulig å trekke ut mer energi av laseren før utladningen omdannes til en bue. In the construction of high-energy laser systems using multi-element electrode arrangements, it is important that the electrical discharge used to pump the laser gas is uniform across the laser cavity, a distance which can be more than one meter. If the discharge is not uniform, the electric current tends to concentrate in a spark which ends the laser effect. A very even discharge will make it possible to extract more energy from the laser before the discharge is converted into an arc.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse, hvor en utførelsesform er vist i fig. 2, er én eneste rekke 201 av korte elektroder 201 anordnet oppstrøms for en rekke staver 203, 204, 205, 206. Stavene er innbyrdes atskilt i strømningsretningen som ifølge kjent teknikk, men avstanden mellom rekken 201 og staven 203 er omtrent dobbelt så stor som mellomrommet mellom rekkene 102 og 103 i den kjente utførelse i fig. 1. I den viste utførelse har elektroder 14 en lengde i sideretningen på ca. 1,3 cm og et innbyrdes mellomrom sideveis på ca. 1,3 cm, noe som gir halvparten så mange elektroder pr. rekke, og elektrodene er anordnet i bare én rekke, noe som resulterer i anvendelse av en fjerdedel så mange seriemotstander som ifølge kjente løsninger. Elektrodene 14 i form av små staver har vært testet med forskjellige stavdia-metre i området fra 0,076 mm til 0,318 mm, og det har vist seg at utladningsstabiliteten før buedannelse samt stavtemepratur øker med avtakende stavdiameter. Som følge av at for sterk oppvarmming av staven kan forårsake uønskete effekter med nedsatt stavpålite-lighet og høye lokale gasstemperaturer er det vanligvis nødvendig med et kompromiss. Por lasere som arbeider i trykkområdet 50-150 mm Hg er segmenterte stavelektroder med diameter på ca. 0,15 mm velegnet. For lavere trykk anbefales det staver med større diameter, mens staver med mindre diameter kan anvendes effektivt ved høyere trykk. Forskjellige stavsegmentlengder på opp til ca, 5,1 cm er blitt testet, hvorved lengre segmenter hadde mindre utlad-ningnstabilitet. Segmenter med ca. 1,52 cm lengde har gitt like god stabilitet som det kjente arrangement. Som angitt ovenfor bedres utladningsstabilitet ifølge den foreliggende oppfinnelse når mellomrommet mellom rekken 201 og staven 203 øker, opp til en faktor på to i forhold til den kjente løsning, noe som gir et mellomrom på ca. 4 cm mellom rekken 201 og staven 203 og ca. 2 cm mellom stavene. Større mellomrom har ikke gitt vesentlig bedring av utladningsegenskapene. According to the present invention, where an embodiment is shown in fig. 2, a single row 201 of short electrodes 201 is arranged upstream of a row of rods 203, 204, 205, 206. The rods are mutually separated in the flow direction as according to known technology, but the distance between the row 201 and the rod 203 is approximately twice as large as the space between rows 102 and 103 in the known embodiment in fig. 1. In the embodiment shown, electrodes 14 have a length in the lateral direction of approx. 1.3 cm and a mutual space laterally of approx. 1.3 cm, which gives half as many electrodes per row, and the electrodes are arranged in only one row, which results in the use of a quarter as many series resistors as according to known solutions. The electrodes 14 in the form of small rods have been tested with different rod diameters in the range from 0.076 mm to 0.318 mm, and it has been shown that the discharge stability before arcing and the rod temperature increase with decreasing rod diameter. As a result of too strong heating of the rod can cause unwanted effects with reduced rod reliability and high local gas temperatures, a compromise is usually necessary. Por lasers that work in the pressure range 50-150 mm Hg are segmented rod electrodes with a diameter of approx. 0.15 mm suitable. For lower pressures, rods with a larger diameter are recommended, while rods with a smaller diameter can be used effectively at higher pressures. Different rod segment lengths of up to approx. 5.1 cm have been tested, whereby longer segments had less discharge stability. Segments with approx. 1.52 cm length has provided as good stability as the known arrangement. As stated above, the discharge stability according to the present invention is improved when the space between the row 201 and the rod 203 increases, up to a factor of two compared to the known solution, which gives a space of approx. 4 cm between row 201 and rod 203 and approx. 2 cm between the rods. Larger spaces have not provided a significant improvement in the discharge characteristics.

Variasjoner i elektrodeform er vist i fig. 3, hvorved den foretrukne utførelse for anvendelser med forholdsvis liten energi er den L-formete utførelse i fig. 3a, som er enkel å fremstille ved bøyning av en stav sammenliknet med utførelsen i fig. 3b. For anvendelser med høyere energi kan en hu 7., U-formet stav, såsom de som er vist i fig. 3c og 3d kjøles lettvintere enn en pigg. Dersom det er ønskelig kan det anvendes en utførelsesform som har en flat skive for åen strømemitterende flate, slik som vist i fig. 3e. Variations in electrode shape are shown in fig. 3, whereby the preferred design for applications with relatively low energy is the L-shaped design in fig. 3a, which is easy to produce by bending a rod compared to the design in fig. 3b. For higher energy applications, a hu 7., U-shaped rod, such as those shown in fig. 3c and 3d are cooled more easily than a spike. If desired, an embodiment can be used which has a flat disk for a current emitting surface, as shown in fig. 3rd.

Claims

1. Gas laser comprising a planar cinode and a plurality of cathodes (14, 203-206) arranged in a plane parallel to the anode to create a discharge between the anode and the cathodes, the cathodes comprising a number of evenly spaced elongated power electrodes (203-206) which is arranged across the flow axis of the laser gas, and a series of preionization electrodes (14) that are parallel to and arranged upstream of the power electrodes, characterized in that each preionization electrode (14) has a significant current-emitting area and largely parallel to the plane, and that the row of preionization electrodes has a greater distance from the nearest power electrode than the distance between the power electrodes.

2. Gas laser in accordance with claim 1, characterized in that at least one of the preionization electrodes has an emitting surface along a rod element which is oriented largely parallel to the plane.

3. Gas laser in accordance with claim 1, characterized in that the distance is at least one and a half times as great as the distance between the power electrodes.

4. Gas laser in accordance with claim 1, characterized in that the distance is at least 2 cm.

5. Gas laser in accordance with claim 1, characterized in that the distance is less than 7.6 cm.