DE2113334C2

DE2113334C2 - Elektrodenanordnung für eine Gaslaser-Entladungsröhre

Info

Publication number: DE2113334C2
Application number: DE2113334A
Authority: DE
Inventors: Roger Orsay Dumanchin; Jean-Clause Saint-Michel-sur-Orge Farcy; Jean Paris Rocca-Serra
Original assignee: GENERALE D'ELECTRICITE 75382 PARIS FR Cie
Current assignee: GENERALE D'ELECTRICITE 75382 PARIS FR Cie
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1971-03-19
Publication date: 1982-04-15
Also published as: US3740662A; FR2120191A5; NL173223C; BE764029A; GB1279948A; NL7103479A; JPS5340878B1; CH534436A; DE2113334A1; NL173223B

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für eine Gaslaser-Entladungsröhre mit einer Anode, einer Kathode und mindestens einem elektrischen Zusatzleiter, der von der Kathode durch einen festen Isolator getrennt und elektrisch mit der Anode verbunden ist.

Aus der C. R. Acad. Sc. Paris, t269 (3. November 1969), Serie B, Seiten 916, 917 ist eine derartige Elektrodenanordnung für eine Gaslaser-Entladungsröhre bekannt. Bei dieser Elektrodenanordnung sind die Anode und die Kathode jeweils eben ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Im Bereich der ebenen Kathode sind zwei Zusatzleiter angebracht und von dieser durch ein festes Isoliermittel getrennt.

Diese bekannte Elektrodenanordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß für eine Entladung in einem unter verhältnismäßig hohem Druck stehenden Gas eine relativ hohe elektrische Spannung erforderlich ist und daß eine von den beiden plattenförmigen Hauptelektroden ausgehende transversale Entladung die Tendenz hat, sich einzuschnüren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrodenanordnung der eingangs angeführten Gattung zu schaffen, in der homogene Entladungen ohne Lichtbogen in einem beträchtlichen aktiven Volumen und mit hoher Wiederholungsfrequenz durch Anlegen verhältnismäßig schwacher elektrischer Spannungen erzielt werden.

Gelöst wird die Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß die Kathode mindestens einen Teil mit einem spitzen Ende aufweist, wobei dieser Teil der Anode gegenüberliegt und in der Nähe des elektrischen Zusatzleiters angeordnet ist.

Mit dieser Elektrodenanordnung können in einem unter verhältnismäßig hohem Druck stehenden Gas bereits bei niedrigen Spannungen relativ starke Entladungen erzeugt werden.

Eine besonders günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung besteht darin, daß die Kathode zylindrisch ist und mehrere Vorüprünge mit spitzen Enden, die auf dem Kathodenumfang verteilt sind, und mehrere Zusatzleiter aufweist, die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorsprüngen angeordnet sind.

Bei einer derartigen Ausführung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung ist insbesondere gewährleistet, daß stets homogene Entladungen erzeugt werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Erfin-

dungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand vgd Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen

Fig.l und 2 zwei Querschnittsdarstellungen zweier Ausführungsformen einer koaxialem Elektrodenanordnung mit mehreren axial angeordneten streifenförmigen Vorsprüngen der Kathode,

Fig. 3 und 4 zwei Längsschnittdarstellungen zweier in Ausführuhgsformen einer koaxialen Elektrodenanordnung mit einem einzigen vorspringenden, wendeiförmigen Streifen der Kathode,

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, die einen ΐί flachen Aufbau und ebene, quer angeordnete, streifenförmige gerade Vorsprünge der Kathode aufweist,

F i g. 6 eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform mit einem nahezu flachen Aufbau, und

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform einer Elektrodenanordnung mit einem flachen Aufbau, in der die Vorsprünge die Form von Querstiften haben.

Fig.l zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektrodenanordrung für eine Gaslaser-Entladungsröhre. Die Elektrodenanordnung ist koaxial aufgebaut und weist eine an positives Potential angelegte, als Mittelleiter ausgebildete Anode 1 sowie eine an negatives Potential angelegte, als Außenleiter ausgebildete Kathode 2 auf. Die Kathode 2 besitzt auf ihrer Innenseite eine Reihe von Vorsprüngen 3, die als relativ dünne Entlacungsstreifen ausgebildet, in Axialrichtung angeordnet und auf die Anode 1 hin ausgerichtet sind.

Diese Entladungsstreifen, bei denen es sich um Stahlstreifen, beispielsweise Rasierklingen oder derglei- <i chen, handeln kann, haben eine möglichst scharfe Kante, damit die Spitzenentladung so stark wie möglich ist. In der Nähe einns Metallteils, an das ein hohes elektrisches Potential angelegt ist und bei dem ein Ende in eine Spitze ausläuft, d. h.. dessen Oberfläche an einem Ende einen sehr kleinen oder fast NuM betragenden Krümmungsradius aufweist (scharfe Kante oder Spitze), erzeugt bekanntlich die Verengung der elektrischen Kraftlinien hohe elektrische Felder von 10^b V/cm, die zu Spitzenentladungen führen.

Elektrische Zusatzleiter 5 sind in dem durch zwei aufeinanderfolgende streifenförmige Vorsprünge 3 begrenzten Raum angeordnet und von den Seitenflächen der Vorsprünge 3 und der Innenfläche der Kathode 2 durch einen festen Isolator 4 getrennt. Der Zusatzleiter 5 kann vor seiner Anbringung zwischen den Vorsprüngen 3 mit diesem Isolator 4 umgeben werden. Der Isolator 4 kann aber auch unmittelbar in den Raum zwischen den Vorsprüngen 3 vergossen werden. Dieser Isolator 4 muß so beschaffen acin, daß er durch Wärme und durch Zersetzungsprodukte der in der Entladungsröhre enthaltenen Gase usw. nicht zerstört wird.

Die elektrischen Zusaizleiter 5 sind an ein höheres Potential als das der Kathode 2 bzw. der Vorsprünge 3 angelegt, beispielsweise durch eine elektrische Verbin- t>o dung mit der Anode 1,

Die elektrischen Zusatzleiter 5 werden vorzugsweise so dicht wie möglich an den Kanten zweier aufeinanderfolgender Vorsprünge 3 angeordnet. Dabei bewirkt die Spitzenentladung einen Entzug von Elektronen, welche 6¹S die Entladung zwischen den negativen Vorsprüngen 3 der Kathode 2 und der positiven Anode 1 auslösen. Die Aufteilung der streifenförmigen Vorsprünge 3 bewirkt eine homogene Entladung, wahrend ihre scharfen Kanten eine Entladung in einem unter verhältnismäßig hohem Druck stehenden Gas mit einer verhältnismäßig schwachen Spannung bewirken. Die an positives Potential in bezug auf die Kathode 2 angelegten elektrischen Zusatzieiter 5 dienen als Hilfelektroden und fördern das Auftreten von Elektronen und verbessern gleichzeitig die Homogenität der Entladung. Die elektrischen Zusatzleiter 5 haben eine um so größere Wirkung, je näher sie an den aktiven Teilen (Kanten) der streifenförmigen Vorsprünge 3 angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung. Es unterscheidet sich vom vorherigen nur dadurch, daß die die Emladungsstreifen bildenden Vorsprünge 3 und die elektrischen Zusatzleiter 5 auf der Oberfläche einer als Innenleiter ausgebildeten Kathode 22 der koaxialen Elektrodenanordnung angeordnet sind. Bei dieser Elektrodenanordnung ist eine Anode 21 als Außenleiter ausgebildet.

F i g. 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Elektrodenanordnung mit einem ähnlichen Aufbau wie in Fig.l. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle einer Vielzahl von in Axialrichtung angeordneter streifenförmiger Vorsprünge ein einziger Vorsp-ung 6 als wendeiförmiger Streifen ausgebildet, der auf der Innenseite einer als Außenleiter ausgebildeten Kathode 32 der koaxialen Elektrodenanordnung angebracht ist. Bei dieser Elektrodenanordnung ist eine Anode 31 als Innenleiter ausgebildet.

In der in F i g. 4 gezeigten Elektrodenanordnung sind, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, mehrere axial angeordnete Voraprünge durch einen einzigen Vorsprung 7 ersetzt, der als wendeiförmiger Streifen ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dieser Vorsprung 7 jedoch auf einer als Mittelleiter ausgebildete.i Kathode 42 der koaxialen F.lektrodenanordnung befestigt. Bei dieser Anordnung ist eine Anode 4t als Außenleiter ausgebildet. In den F i g. 3 und 4 ist ein isolierter elektrischer Zusatzleiter 8 wendelförmig angeordnet.

Fig. 5 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung mit flachem, nicht koaxialem Aufbau. Bei der in F i g. 5 dargestellten Anordnung sind die Kathode 9 und die Anode 10 eben, streifenförmige, scharfe Kanten aufweisende Vorsprünge 11 parallel auf der Kathode 9 und elektrische Zusatzleiter 12 mit einem Isolator 13 nahezu in Höhe der Kanten der Vorsprünge 11 angeordnet.

Fig. 6 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Elektrodenanordnung, in der die Kathode 14 der Röhre aus mehreren halbzylindrischen Metallflächen besieht, die durch Aufbringung einer Metallschicht auf einen Isolator 15 bildende Stifte erzielt wird, welche vorteilhafterweise einen zylindrischen, halbzylindrischen oder im allgemeinen einen runden Querschnitt aufweisen.

Die Metallflächen der Kathode 14 können beispielsweise mit einem Pinsel oder auf irgendeine andere Weise aufgetragen werden. Ihr Rand muß so dünn wie möglich sein, damit eine scharfe Außenkante 16 entsteht, die eine starke Spitzenentladung verursacht.

Vorteilhafterweise dient der Stift aus Isoliermaterial als Isolator !5 für einen elektrischen Zusatzleiter 17, der an positives Potential in bezug auf die Kathode 14, beispielsweise durch Verbindung mit der Anode 18, angelegt ist. Dieser elektrische Zusatzleiter 17 hat die

gleiche Funktion wie die elektrischen Zusatzlciler 5, 8 und 12in den Fig. 1 bis5.

F i g. 7 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Abwandlung der Anordnung nach Fig. 5. Bei diesem Ausführungsbeispiei werden anstelle eines streifenförmigen Vorsprungs 11 der Fig. 5 als getrennte Stifte ausgebildete Vorsprünge 51 mit spitzen Enden verwendet. In dieser Anordnung sind die durch einen festen Isolator 52 gehaltenen Stifte an die negative Klemme einer Hochspannungsquelle entweder durch einzelne Leiter oder durch eine als Metallplatte ausgebildete Kathode 23 angeschlossen.

In Fig. 7 sind die die gleiche Funktion wie die elektrischen Zusatzleiter 5, 8,12 und 17 der F i g. 1 bis 6 ausübenden elektrischen Zusalzleiter 24 als Zylinder ausgebildet, die jeweils die als Stifte ausgebildeten Vorsprünge 51 umgeben, wobei zwischen den Stiften und den Zusatzleitern ein Isolator 25 angebracht ist.

Um unerwünschte Entladungen zwischen den Vorsprüngen 51 und den elektrischen Zusatzleitern 24 zu vermeiden, ist das Ende der Zusatzleiter vorzugsweise mit dem Isolator überzogen, wie auf dem Teil 26 rechts in der F i g. 8 veranschaulicht.

Die Gaslaser-Entladungsröhren, für die die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung gedacht ist, sind in einem aus zwei Reflexionsspiegel bestehenden Hohlraumresonator angeordnet, und zwar derart, daß die optische Achse dieses Hohlraumresonators beispielsweise nahezu parallel zur Anode und nahezu im gleichen Abstand von der Anodenebene und von der Ebene liegt, die von den Enden der die Kathode bildenden Spitzen definiert wird. Bei Entladungsröhren mit koaxialem Aufbau füllt die optische Achse mit der Achse der Mittelelektrode zusammen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodenanordnung für eine Gaslaser-Entladungsröhre mit einer Anode (1, 10, IS, 21, 31, 41), einer Kathode (2,9,14,22,23,32,42) und mindestens einem elektrischen Zusatzleiter (5, 8,12, 17, 24), der von der Kathode durch einen festen Isolator (4, 13, 15, 25, 52) getrennt ist und elektrisch mit der Anode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (2, 9, 22, 23, 32, 42) mindestens einen Teil (3, 6, 7, 11, 51) mit einem spitzen Ende aufweist, wobei dieser Teil der Anode gegenüberliegt und in der Nähe des elektrischen Zusatzleiters (5,12,24) angeordnet ist.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil mit spitzem Ende ein Vorsprung der Kathode ist.

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (2, 22, 32, 42) zylindrisch ist und mehrere Vorsprünge (3, 6, 7) mit spitzen Enden, die auf dem Kathodenumfang verteilt sind, und mehrere Zusatzleiter (5,8) aufweist, die jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorsprüngen angeordnet sind.

4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (3) auf dem Außenumfang der Kathode (22) angeordnet sind.

5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (3) auf dem Innenumfang der Kathode (2) angeordnet sind.

6. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1, 21) und die Kathode (2,22) koaxial aulgebaut sind.

7. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (9, 23) und die Anode (10,18) eben sind, und daß die Vorsprünge (11,51) senkrecht zur Kathodenebene verlaufen.

8. Elektrodenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorsprünge (11, 51) und Zusatzleiter (12, 24) vorgesehen sind, wobei die Zusatzleiter jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorsprüngen angeordnet sind.

9. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (32, 42) und die Anode (31, 41) koaxial aufgebaut sind, und daß der Vorsprung (6, 7) ein wendeiförmiger Streifen ist, der auf der Kathodenoberfläche senkrecht dazu angeordnet ist.

10. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2. so dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzleiter (8) wendelförmig ist.

11. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzleiter (12) etwa in der gleichen Ebene liegt wie das spitze Ende des Vorsprungs (11).

12. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzleiter (5, 8, 12) zylindrisch ist, und daß der feste Isolator (4, 13) den Zusatzleiter umgibt.

13. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzleiter (24) röhrenförmig ist und den Vorsprung (51) umschließt.

14. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (14) durch eine Metallablagerung gebildet ist, die auf dem festen Isolator (15) aufgebracht ist.

15. Elektrodenanordnung nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolator (15) eine zylinderförmige Stange ist, wobei eine Außenkante (16) der Metallablagerung eine spitze Form hat.

16. Elektrodenanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzleiter (17) auf der Innenseite der zylinderförmigen Stange eingebettet ist

17. Elektrodenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolator (52) eine Scheibe ist, auf deren einer Seite die Kathode (23) angeordnet ist

18. Elektrodenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzleiter (24) durch eine Metallablagerung auf der Seite des festen Isolators (52) ausgebildet ist, die der Seite, auf der die Kathode (23) liegt, gegenüberliegt.