DE4030184A1 - Hochleistungspulsgenerator geringer impedanz, insbesondere fuer pulslaser und elektronenstrahlquellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungspulsgenerator geringer Impedanz, insbesondere für Pulslaser, mit einer gepulst betreibbaren, eine Parallelimpedanz aufweisenden Last, einer in die Last getriggert entladbaren Anordnung, bestehend aus ersten und zweiten Ladekapazitäten in einer LC-Inversions­ schaltung, einer Hochspannungsquelle zur Aufladung der Lade­ kapazitäten auf die Ladespannung, und einer Hochspannungs- Triggerschaltungs-Anordnung, bei deren Betätigung eine Entladung der Ladekapazitäten in die Last derart auslösbar ist, daß die Ladespannungen der Ladekapazitäten sich zu einer vergrößerten resultierenden Pulsspannung addieren.

Ein solcher Hochleistungspulsgenerator ist durch die EP-B1- 00 24 576 bekannt, siehe dort insbesondere Fig. 1. Moderne Anwendungen der Plasmaphysik, wie z. B. UV- oder röntgenvorioni­ sierte Laser mit selbständiger Hochdruckglimmentladung, Teil­ chenbeschleuniger oder gepulste Röntgenquellen erfordern schnelle Hochleistungspulsgeneratoren mit hoher Pulsenergie und hoher Ausgangsleistung. In der vorerwähnten EP-Bl wird eine Vorrichtung zur Erzeugung schneller gepulster Entladungen in einem Laser beschrieben, die es ermöglicht, Pulse sehr hoher Leistung an einer niederinduktiven Last zu erzeugen. Die hier mit einem pulserzeugenden Netzwerk in LC-Inversionsschaltung (auch Blümlein-Schaltung genannt) erzielbare Spannung ist praktisch gleich der doppelten Ladespannung der Ladekapazitäten, wobei die Ladespannung durch die maximal zulässige Haltespannung des Hochspannungs-Triggerschalters vorgegeben ist.

Spannungsvervielfacher-Schaltungen sind in verschiedenen Aus­ führungsformen bekannt geworden, siehe z. B. die Arbeit von R.A. Fitch "Marx and Marx-like High Voltage Generators" in: IEEE TRANS. NUCL. SCI. (USA) Vol. NS 18, No. 4, S. 190-198, August 1971.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochleistungs­ pulsgenerator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definier­ ten Art so auszubilden, daß einerseits eine über eine Spannungs­ verdopplung hinausgehende Spannungsvervielfachung ermöglicht ist, andererseits eine extrem niedrige Ausgangsimpedanz erreicht werden kann, so daß mit dem Hochleistungspulsgenerator auf nieder­ ohmige Lasten ohne aufwendige Anpassungs-Netzwerke und eventuell notwendige Schalter für höchste Spannungen gearbeitet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die erste und zweite Ladekapazität jeweils aus der Reihenschal­ tung wenigstens eines ersten und eines zweiten bzw. eines dritten und eines vierten Ladekondensators derart bestehen, daß sich wenigstens zwei Ladekondensator-Paare ergeben, daß den wenigstens zwei Ladekondensator-Paaren mindestens je ein Hoch­ spannungs-Triggerschalter zugeordnet ist, wobei die Hochspan­ nungs-Triggerschalter gleichzeitig triggerbar sind, und daß die beiden Ladekondensator-Paare während des Entladevorgangs seriell zueinander in die Last mit einer resultierenden Pulsspannung entladbar sind, welche mindestens dem theoretisch vierfachen Wert der Einzelladespannung eines Ladekondensators entspricht.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 13 angegeben.

Die dem Hochleistungspulsgenerator nach der Erfindung zugrunde­ liegende Schaltung des pulserzeugenden Netzwerks ist eine weiterentwickelte LC-Inversionsschaltung oder abgekürzt LCI- Schaltung, die in ihrer Grundform auch als "Blümlein-Schaltung" bekannt ist. In der besonderen Ausgestaltung nach Anspruch 2 kann man von einer Doppel-LC-Inversionsschaltung oder kurz: DLCI- Schaltung sprechen, weil die Anzahl der Ladekondensatoren minde­ stens verdoppelt ist. Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, daß die Anordnung der Ladekapazitäten eine Reihenschaltung aus wenig­ stens einem ersten und einem zweiten seriellen Ladekondensator-Paar ist, daß ein erster Hochspannungs-Triggerschalter an das erste und ein zweiter Hochspannungs-Triggerschalter an das zweite serielle Ladekondensator-Paar jeweils mit einer ersten Polarität an die erste bzw. an die zweite Mittelanzapfung des ersten bzw. zweiten Ladekondensator-Paares angeschlossen sind und daß die Hochspannungs-Triggerschalter mit ihrer anderen Polarität an das eine äußere Ende der Reihenschaltung bzw. an eine zwischen bei­ den Ladekondensator-Paaren befindliche dritte Mittelanzapfung angeschlossen und gleichzeitig triggerbar sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Einzelkondensatoren der jeweiligen Lade­ kondensator-Paare beim Aufladevorgang zueinander parallel ge­ schaltet sind; erst bei Schließen der wenigstens zwei Hoch­ spannungs-Triggerschalter erfolgt eine Umladung (LC-Inversion) einer der beiden Ladekondensatoren des jeweiligen Ladekondensator- Paares, so daß für den Entladevorgang in die Last vier in Reihe zueinander liegende Ladekondensatoren zur Verfügung stehen.

Das Schaltprinzip nach der Erfindung läßt sich gemäß Anspruch 3 auch so verwirklichen, daß an je einen Pol der Last je eine, von einer eigenen Hochspannungsquelle versorgte LC-Inversionsschal­ tung mit ihrem hochliegenden Pol angeschlossen ist, wobei die Hochspannungsquelle der einen LC-Inversionsschaltung entgegen­ gesetzt zur Hochspannungsquelle der anderen LC-Inversionsschal­ tung gepolt ist und die Hochspannungs-Triggerschalter der beiden LC-Inversionsschaltungen gleichzeitig triggerbar sind, so daß sich die Teilpulsspannungen der beiden LC-Inversionsschaltungen zu einer resultierenden Pulsspannung der angenähert doppelten Größe der Teilpulsspannungen der beiden LC-Inversionsschaltungen addieren. Diesen Schaltungstyp kann man als bipolare IC-Inversions­ schaltung oder kurz: BLCI-Schaltung bezeichnen.

Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstands werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in welcher mehrere Ausführungsbeispiele für einen Hochleistungspulsgenerator nach der Erfindung dargestellt sind. Darin zeigen in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 das Schaltbild einer Doppel-LC-Inversionsschaltung (DLCI- Schaltung);

Fig. 2 die Transposition der Schaltung nach Fig. 1 in eine dreidimensionale Kondensatoranordnung, wobei die Konden­ sator-Beläge als Platten ausgebildet sind, die in ein flüssiges Dielektrikum tauchen;

Fig. 3 eine Abwandlung des Gegenstands nach Fig. 2 in perspek­ tivischer Darstellung mit dem Wasserkondensator in der Mitte zwischen der rechts dargestellten Last (insb. einer Laserkammer) und der an der linken Längsseite des Wasserkondensators dargestellten, übereinander angeordne­ ten beiden Triggerschaltern;

Fig. 4 die ineinander verschachtelte Anordnung zweier Trigger­ schalter als Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3, wobei im übrigen der Wasserkondensator und die Last-Einheit so ausgebildet sind wie im Beispiel nach Fig. 3;

Fig. 5 ein zweites grundsätzliches Schaltungsbeispiel mit einer bipolaren LC-Inversionsschaltung (BLCI-Schaltung);

Fig. 6 ein Hochleistungspulsgenerator nach Fig. 5, transponiert in eine dreidimensionale Kondensatoranordnung, welche in einem mittleren Zwischenraum die Last bzw. die Laser­ kammer und an ihren beiden Längsseiten die beiden Hoch­ spannungs-Triggerschalter aufweist, und

Fig. 7 in perspektivischer Darstellung den Gegenstand nach Fig. 6.

Das Ersatzschaltbild für einen Hochleistungspulsgenerator nach Fig. 1 zeigt eine Last LK, insbesondere einen Pulslaser, im Lastzweig 5 mit einer in Reihe zur Last LK liegenden Ersatz­ induktivität L5 und den beiden Elektroden E1, E2. Parallel zur Reihenschaltung aus LK und L5 liegt in einem Parallelzweig 6 die Parallelimpedanz L4. In einem weiteren Parallelzweig 7, der parallel zur Parallelschaltung aus L4 und L/L5 angeschlossen ist, ist die Reihenschaltung 8, bestehend aus ersten bis vierten Ladekondensatoren C1 bis C4, angeordnet. Die zu den Ladekonden­ satoren gehörenden Beläge sind in der Reihenfolge von unten nach oben für den Ladekondensator C1 mit 1.1, 1.2, für C2 mit 2.1, 2.1, für C3 mit 3.1, 3.2 und für C4 mit 4.1, 4.2 bezeichnet. Die Ladekondensatoren C1 und C2 bilden ein erstes Ladekondensator- Paar CP1, die oberen beiden Ladekondensatoren C3 und C4 bilden ein zweites Ladekondensator-Paar CP2.

Den beiden Ladekondensator-Paaren CP1, CP2 ist je ein Hochspan­ nungs-Triggerschalter S1 bzw. S2 zugeordnet, wobei die Hochspan­ nungs-Triggerschalter S1, S2 gleichzeitig triggerbar sind. Eine Ansteuerschaltung zum gleichzeitigen Schließen der Triggerschal­ ter S1, S2 ist zur Vereinfachung nicht dargestellt. Im folgenden werden die Hochspannungs-Triggerschalter S1, S2 abgekürzt als Triggerschalter bezeichnet. Der erste Triggerschalter S1 ist an das erste Ladekondensator-Paar CP1 mit einer ersten Polarität S11 über die eine Ersatzinduktivität L1 enthaltende Verbindungs­ leitung 9 angeschlossen, und zwar an die erste Mittelanzapfung M1 zwischen den beiden Ladekondenstatoren C1, C2. Mit seiner anderen Polarität S12 ist der Triggerschalter S1 an die Masse­ schiene 10 am Schaltungspunkt 11 angeschlossen. Diese Masse­ schiene 10 verbindet außerdem die Fußpunkte 12 des Zweigs 7, 13 eines weiteren Zweigs 14, 15 des Zweigs 6 sowie den Massepol E1 der Last L miteinander. Der gegenüberliegende Pol der Last LK ist mit E2 bezeichnet.

Der zweite Triggerschalter S2 ist an das zweite serielle Lade­ kondensator-Paar CP2 mit seiner ersten Polarität S21 über die eine Ersatzinduktivität L2 enthaltende Verbindungsleitung 16 angeschlossen, und zwar im Schaltungspunkt M2 einer zweiten Mittelanzapfung. Mit seiner anderen Polarität S22 ist der Triggerschalter S2 an eine zwischen beiden Ladekondensator- Paaren CP1, CP2 befindliche dritte Mittelanzapfung M3 über die Anschlußleitung 17 angeschossen. Die Pulsaufladeeinrichtung 18 oder allgemein: Hochspannungsquelle ist mit ihrem Pol 18.1 an die Masseschiene 10 angeschlossen und mit ihrem anderen hoch­ liegenden Pol 18.2 zum einen über den Zweig 19 mit Ersatz­ induktivität L6 an den ersten Pol S11 des Triggerschalters S1 und zum anderen über die Leitung 20 mit Ersatzinduktivität L7 an den ersten Pol S21 des Triggerschalters S2. Der die dritte Mittelanzapfung M3 mit der Masseschiene 10 verbindende Zweig 14 enthält eine weitere Ersatzinduktivität L3.

Funktion der DLCI-Schaltung nach Fig. 1: Die Aufladung der Ladekondensatoren C1 bis C4 erfolgt mittels der Pulsauflade­ einrichtung 18. Die Ladekondensatoren C1 und C2 bzw. C3 und C4 werden parallel zu einander über die Ersatzinduktivitäten L6 bzw. L7 aufgeladen. Die Induktivitäten L3 und L4 sind im Vergleich zu L6 und L7 klein; sie erden den Knotenpunkt M3 und den im Zweig 5 angeordneten Knotenpunkt 21 während des Auflade­ vorgangs. Die Streuinduktivitäten L1, L2 und L5 sind vom Wert her so klein, daß sie bei dem relativ langsamen Aufladevorgang vernachlässigt werden können. Erreicht die Spannung an den Ladekondensatoren C1 bis C4 ihren Scheitelwert, so werden die Triggerschalter S1 und S2 gleichzeitig getriggert. Jetzt bilden C1 und L1 sowie C3 und L2 Schwingkreise hoher Güte, so daß sich die Ladekondensatoren C1 und C3 auf umgekehrte Polarität im Vergleich zu ihrem Aufladezustand umladen. Die beiden Schwing­ kreise L1-C1 und L2-C3 sind auf gleiche Schwingungsdauer ausge­ legt, das heißt L1 · C1 = L2 · C3.

Während des Umschwingvorgangs liegen die Ladekondensatoren C1, C4 in Reihe, und es baut sich über dem Elektrodenpaar E1-E2 der Last L in der Zeit

eine Spannung bis zur Höhe der vierfachen Ladespannung auf.

Die elektrische Durchschlagsfeldstärke der Last LK wird an die maximal erreichbare Spannung U_max angepaßt. Die Induktivitäten L3 und L4 stellen für den kurzen Spannungsimpuls hohe Impedan­ zen dar, so daß die durch sie fließenden Teilströme vernach­ lässigt werden können.

Die Entladung der vier in Reihe liegenden Ladekondensatoren C1 bis C4 erfolgt mit einem sehr schnellen und intensiven Strom­ impuls durch die Last LK.

Der Innnenwiderstand des Hochleistungspulsgenerators nach Fig. 1 kann durch sehr niederinduktiv aufgebaute Kondensator­ stapel, wie sie im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben werden, sehr niedrige Werte annehmen. Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Hochleistungspulsgenerator, bei welchem die Beläge 1.1, 1.2 bis 4.1, 4.2 der einzelnen Ladekondensatoren C1 bis C4 plattenförmig und - in ein flüssi­ ges Dielektrikum 22 eintauchend - zu einer dreidimensionalen Kondensatoranordnung C* aneinandergereiht sind. Die Indukti­ vitäten L1, L2 und L5 aus Fig. 1 erscheinen in dieser Darstel­ lung nicht. Es handelt sich um Streuinduktivitäten, die haupt­ sächlich in den Eigenabmessungen der Triggerschalter S1 und S2 und der Last L sowie in deren Stromzu- und -rückführungen zu suchen sind. Wie man erkennt, sind die potentialgleichen Beläge, also 1.2/2.1, 2.2/3.1 und 3.2/4.1 der Einzelkondensatoren C1 bis C4 zu gemeinsamen Platten baulich vereinigt. Die mit C1 bis C4 bezeichneten Teilkondensatoren des Stapels C* bilden einen Teilstapel C*/4; daran schließt sich ein weiterer Teilstapel C*/4 mit der gespiegelten Reihenfolge der Teilkondensatoren C4-C3-C2-C1 an. Die Stapelrichtung f1 der dreidimensionalen Kondensatoranordnung bzw. des Stapels C* läuft achsparallel zur Achsrichtung 0-0. Die Last ist also beim Beispiel nach Fig. 2 entsprechend demjenigen nach Fig. 1 als ein Pulslaser ausgebildet, vorzugsweise als ein Excimer-Laser. Auch die Flucht der Elektroden S11, S12 des Triggerschalters S1 und S21, S22 des Triggerschalters S2 verläuft bevorzugt, wie dargestellt, parallel zur Laserachsrichtung 0-0 und damit parallel zur Stapelrichtung f1. In Fig. 2 ist der kleinste Teilstapel C*/4. Der zweite daran angrenzende Teilstapel C*/4 stellt gewisser­ maßen den ersten Teilstapel C*/4 gespiegelt an der Querebene 23, dar. Beide Teilstapel C*/4 ergeben den größeren Teilstapel C*/2. In Fig. 2 sind zwei aufeinander folgende vergrößerte Teilstapal C*/2 dargestellt. Grundsätzlich kann man in Richtung f1 mehr als zwei Teilstapel C*/2 aufeinander folgen lassen, ohne die Induktivität der dreidimensionalen Kondensatoranordnung C* zu vergrößern. Bei n Teilstapeln (n = 1, 2, 3 . . . n - 1, n) kann man so die gewünschte Speicherkapazität der Kondensator­ anordnung C* in Anpassung an die Leistung des Lasers erhalten.

Als Triggerschalter S1, S2 lassen sich Funkenstrecken, Thyratrons oder sogenannte Pseudofunkenschalter verwenden. Letztere sind besonders in Gestalt der sogenannten Vielkanalpseudofunken­ schalter geeignet. Dabei werden eine Mehrzahl oder Vielzahl von elektrisch zueinander parallel geschalteten Einzel-Pseudofunken­ schaltern in einer Flucht, vorzugsweise parallel zur Stapel­ richtung f1, aneinandergereiht; vergleiche dazu die DE-OS 38 38 723.

Fig. 3 zeigt im wesentlichen den Gegenstand nach Fig. 2 in einer mehr der Praxis angenäherten Ausführung, bei welcher die beiden Triggerschalter S1 und S2 mit langgestreckten Gehäusen 24, 25 versehen und mit diesen Gehäusen übereinander an der einen Längsseite 26 der Kondensatoranordnung C* befestigt sind. An der anderen Längsseite 27 ist das Gehäuse 28 der Laser­ kammer LK angeordnet, welche boden- und deckseitig mit Schlitzen 29 zum Hindurchgleiten des Lasergases 30 als Querströmung versehen ist. Mit E2 ist die eine Laserelektrode bezeichnet, mit E1 die im Querschnitt U-förmige gegenüberliegende Laser­ elektrode, welche als Stromrückführung dient und an Masse gelegt ist.

Das stark vereinfacht dargestellte Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 3 dadurch, daß die Triggerschalter S1, S2 ineinander verschachtelt ange­ ordnet sind, wobei der eine Triggerschalter S2 unmittelbar benachbart zu der Kondensatoranordnung C* und der andere Trigger­ schalter S1 auf der Außenseite des ersten Triggerschalters S2 angeordnet ist. Mit 31 bis 33 sind U-förmige Potential-Verbin­ dungen zwischen den Triggerschaltern S1 bzw. S2 und zugehörigen (nicht näher ersichtlichen) Anschlußlaschen an den Platten der Kondensatoranordnung C* bezeichnet. Die Potentialverbindung 34 beim Triggerschalter S2 braucht als innerste Stromverbindungs­ schiene bzw. -lasche nicht U-förmig zu sein.

Bei beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 ist der Anschluß der Last L bzw. der Laserkammer LK gleichartig. Die Version nach Fig. 4 hat im Vergleich zur Version nach Fig. 3 den Vorteil, daß das auf hohes Potential springende Schalt­ element (Triggerschalter S2) berührungssicher im Inneren des Hochleistungspulsgenerators angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß wegen der unterschiedlichen Anschluß­ längen der Triggerschalter durch Hinzufügen einer Zusatz­ induktivität in die Stromzuführung 34 des Triggerschalters S2 ein genauer Abgleich herbeigeführt werden. Bezeichnet man die Zusatzinduktivität mit LZ, dann muß gelten:

L1 · C1 = (L2 + LZ) · C3.

Der Hochleistungspulsgenerator nach Fig. 5 ist so geschaltet, daß an je einen Pol E1, E2 der Last L bzw. eines entsprechenden Pulslasers LK (vergleiche Fig. 6) je eine, von einer eigenen Hochspannungsquelle 18a bzw. 18b versorgte LC-Inversionsschal­ tung 35, 36 mit ihrem hochliegenden Pol A bzw. B angeschlossen ist. Dabei ist die Hochspannungsquelle 18a der einen LC-Inver­ sionsschaltung 35 entgegengesetzt zur Hochspannungsquelle 18b der anderen LC-Inversionsschaltung 36 gepolt, wie es die Spannungs­ pfeile +U₀ und -U₀ in Fig. 5 demonstrieren. Die Triggerschalter S1, S2 der beiden LC-Inversionsschaltungen 35, 36 sind wieder gleichzeitig triggerbar, so daß sich die Teilpulsspannungen -2U₀ und +2U₀ der beiden LC-Inversionsschaltungen 35 und 36 zu einer resultierenden Pulsspannung in der Größe von 4U₀ addieren, welche praktisch der doppelten Größe der Teilpulsspannungen |-2U₀| und |+2U₀| entspricht.

Die Ladekondensatoren der einen LC-Inversionsschaltung sind mit C5 und C6, ihre Beläge mit 5.1, 5.2 bzw. 6.1, 6.2 bezeichnet. Bei der anderen LC-Inversionsschaltung 36 sind die Ladekonden­ satoren mit C7 bzw. C8 und die zugehörigen Beläge mit 7.1, 7.2 bzw. 8.1, 8.2 bezeichnet. Durch die Impedanz L30 wird der Kon­ densatorbelag 6.2 und durch die Impedanz L40 der Kondensator­ belag 8.2 auf Erdpotential gelegt, so daß sich während des Ladevorgangs beide Ladekondensatoren der beiden Kondensator-Paare CP3 bzw. CP4 auf die Ladespannung aufladen können. L50 bzw. L60 sind wieder Ersatzinduktivitäten, die in Reihe zu den beiden Lastpolen bzw. Laser-Elektroden E1-E2 liegen. Die Induktivität der Impedanzen L30 und L40 ist wieder so klein, daß sie die Entladung zwischen den Elektroden E1 und E2 nicht stören. L10, L20 sind Ersatzinduktivitäten, welche in den auf Hochspannung liegenden Zweigen 20a bzw. 20b der Pulsaufladeeinrichtungen 18a, 18b liegen, wobei diese Zweige 20a, 20b zu je einer Mittel­ anzapfung M1 bzw. M2 der beiden Kondensator-Paare CP3 bzw. CP4 geführt sind.

Bei der BLCI-Schaltung nach Fig. 5 werden also zwei Pulsauflade­ einheiten oder -einrichtungen 18a, 18b verwendet. Die Ladekon­ densatoren C5 und C6 erhalten durch Aufladung aus der Pulsauflade­ einheit 18a über L10 positive Polarität, während die Ladekonden­ satoren C7 und C8 über die Induktivität L20 aus der zweiten Pulsaufladeeinheit 18b negativ aufgeladen werden. Während des relativ langsamen Aufladevorgangs liegen die Elektroden E1 und E2 über die Impedanzen L30, L40 an Erdpotential. Die Induktivitäts­ werte von L30 und L40 sind klein gegenüber denjenigen von L10 und L20.

Zur bipolaren Aufladung auf positives und negatives Potential kann anstelle der zwei getrennten Pulsaufladeeinheiten 18a, 18b ein einziger Pulsübertrager mit geerdeter Mittelanzapfung verwendet werden (nicht dargestellt). Wie schon anhand des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 erläutert, werden bei der BLCI-Schaltung eines Hochleistungspulsgenerators nach Fig. 5 die beiden Triggerschalter S1 und S2 gleichzeitig getriggert, damit die Spannung an den Ladekondensatoren C5 und C7 invertiert werden kann. Über die Elektrodenstrecke E1-E2 der Last L baut sich hierbei eine Spannungsdifferenz entsprechend der etwa vierfachen Kondensatorladespannung auf, indem die Elektrode E1 z. B. auf positives und die Elektrode E2 auf negati­ ves Potential gegenüber Erdpotential "springt". Bei Überschreiten der Durchbruchfeldstärke der Last entladen sich die vier in Reihe liegenden Ladekondensatoren C5 bis C8 in die Last L mit einem sehr schnellen Impuls hoher Stromstärke. Dieser Entladungs­ vorgang verläuft ähnlich demjenigen, wie er beim Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 auftritt.

Fig. 6 zeigt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine dreidimensionale Kondensatoranordnung in Draufsicht mit einer in der Mitte schematisch angedeuteten Laserkammer LK und ihrer optischen Achse 0-0. Im Unterschied zu Fig. 2 befindet sich hier die Laserkammer LK nicht an der Außenseite der Konden­ satoranordnung C′, sondern etwa in deren Mitte, wogegen die beiden Triggerschalter S1, S2 an den äußeren Längsseiten der Kondensatoranordnung C′ angeordnet sind. Es sind parallel zur Laserachsrichtung 0-0 zwei aneinandergereihte Kondensatorteil­ stapel C′/4 dargestellt, die zusammen einen Teilstapel C′/2 ergeben. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können, allgemein gesprochen, n Kondensatorteilstapel C′/4 parallel zur Laser­ achsrichtung 0-0, also in Stapelrichtung f1, aneinandergereiht werden, wobei n = 1, 2, 3 . . . n-1, n. Durch einen Vergleich der Bezugszeichen für die Kondensatorbeläge nach Fig. 5 und 6 ist erkennbar, daß bei der Transposition nach Fig. 6 wieder poten­ tialgleiche Beläge der Einzelkondensatoren C5 bis C8 zu gemein­ samen Platten 5.1/7.1, 5.2/6.1, 7.2/8.1 vereinigt sind.

Fig. 7 zeigt, daß die Last L bzw. die Laserkammer LK mit ihren beiden Polen E1, E2 im Zwischenraum D zwischen je einer, je einen Pol der Last zugeordneten dreidimensionalen Kondensator­ anordnung C5/C6 bzw. C7/C8 angeordnet ist, wobei je ein Trigger­ schalter S1 bzw. S2 an den beiden äußeren, der Last L bzw. LK abgewandten Enden der beiden Kondensatoranordnungen C5/C6 bzw. C7/C8 angeordnet ist. Die Schlitze in der Laserkammer LK für die Gasquerströmung sind wieder mit 29, die Gasströmungspfeile mit 30 bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen beide Triggerschalter S1 und S2 während des Betriebes mit ihren Stromrückführungen auf Erdpotential, wie man es durch einen Vergleich mit Fig. 5 feststellt. Dies hat den Vorteil des berührungssicheren Einbaus und erleichtert die Triggerung des zweiten Triggerschalters S2.

Claims (13)

1. Hochleistungspulsgenerator geringer Impedanz, insbesondere für Pulslaser und Elektronenstrahlquellen, mit

• - einer gepulst betreibbaren, eine Parallelimpedanz aufweisen­ den Last (LK),
• - einer in die Last (LK) getriggert entladbaren Anordnung, bestehend aus ersten und zweiten Ladekapazitäten (C1-C4) in einer LC- Inversions-Schaltung,
• - einer Hochspannungsquelle (18) zur Aufladung der Ladekapazitäten (C1-C4) auf die Ladespannung (U₀), und
• - einer Hochspannungs-Triggerschaltung-Anordnung, bei deren Betätigung eine Entladung der Ladekapazitäten (C1-C4) in die Last (LK) derart auslösbar ist, daß die Ladespannungen der Ladekapazitäten (C1-C4) sich zu einer vergrößerten resultie­ renden Pulsspannung addieren, dadurch gekennzeichnet,
  daß die erste und zweite Ladekapazität jeweils aus der Reihen­ schaltung wenigstens eines ersten und eines zweiten (C1, C2) bzw. eines dritten und eines vierten (C3, C4) Ladekondensators derart bestehen, daß sich wenigstens zwei Ladekondensator-Paare (CP1, CP2) ergeben,
  daß den wenigstens zwei Ladekondensator-Paaren (CP1, CP2) min­ destens je ein Hochspannungs-Triggerschalter (S1 bzw. S2) zugeord­ net ist, wobei die Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) gleich­ zeitig triggerbar sind,
  und daß die beiden Ladekondensator-Paare (CP1, CP2) während des Entladevorgangs seriell zueinander in die Last mit einer resul­ tierenden Pulsspannung (U_max) entladbar sind, welche mindestens dem theoretisch vierfachen Wert der Einzelladespannung eines Ladekondensators (C1, C2, C3, C4) entspricht.

2. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Anordnung der Ladekapazitäten eine Reihenschaltung aus wenigstens einem ersten und einem zweiten seriellen Lade­ kondensator-Paar (CP1, CP2) ist,
• - daß ein erster Hochspannungs-Triggerschalter (S1) an das erste (CP1) und ein zweiter Hochspannungs-Triggerschalter (S2) an das zweite (CP2) serielle Ladekondensator-Paar jeweils mit einer ersten Polarität (S11, S21) an die erste (M1) bzw. an die zweite (M2) Mittelanzapfung des ersten bzw. zweiten Ladekon­ densator-Paares (CP1, CP2) angeschlossen sind,
• - und daß die Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) mit ihrer anderen Polarität (S12, S22) an das eine äußere Ende der Reihenschaltung (8) bzw. an eine zwischen beiden Ladekondensa­ tor-Paaren (CP1, CP2) befindliche dritte Mittelanzapfung (M3) angeschlossen sind.

3. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an je einen Pol (E1, E2) der Last (L) je eine, von einer eigenen Hochspannungs­ quelle (18a, 18b) versorgte LC-Inversionsschaltung (35, 36) mit ihrem hochliegenden Pol (A, B) angeschlossen ist, wobei die Hochspannungsquelle (18a) der einen LC-Inversionsschaltung (35) entgegengesetzt zur Hochspannungsquelle (18b) der anderen LC- Inversionsschaltung (36) gepolt ist und die Hochspannungs-Trigger­ schalter (S1, S2) der beiden LC-Inversionsschaltungen (35, 36) gleichzeitig triggerbar sind, so daß sich die Teilpulsspannungen der beiden LC-Inversionsschaltungen (35, 36) zu einer resul­ tierenden Pulsspannung der angenähert doppelten Größe der Teilpulsspannungen (-2U₀, +2U₀) addieren.

4. Hochleistungspulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge (1.1-4.2; 5.1-8.2) der Ladekondensatoren (C1-C4; C5-C8) platten­ förmig und - in ein flüssiges Dielektrikum (22) eintauchend - zu einer dreidimensionalen Kondensatoranordnung C*, C′) aneinander­ gereiht sind.

5. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß potential­ gleiche Beläge (1.2-2.1, 2.2-3.1, 3.2-4.1; 5.1-7.1, 5.2-6.1, 7.2-8.1) der Einzelkondensatoren (C1-C4; C5-C8) zu gemeinsamen Platten miteinander baulich vereinigt sind.

6. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel­ richtung (f1) der Kondensatorplatten parallel zur optischen Achse (0-0) eines mit der Kondensator-Anordnung (C*; C′) baulich vereinigten Pulslasers (LK) verläuft.

7. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulslaser ein Excimerlaser ist.

8. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Elektrodenflucht der Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) parallel zur Stapelrichtung (f1) der Kondensatorplatten verläuft.

9. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) übereinander angeordnet sind.

10. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) ineinander verschachtelt sind, wobei der eine Hochspannungs-Triggerschalter (S2) unmittel­ bar benachbart zu der Kondensator-Anordnung (C*) und der andere Hochspannungs-Triggerschalter (S1) auf der Außenseite des erst­ genannten Triggerschalters (S2) angeordnet ist.

11. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 3 sowie einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (LK) mit ihren beiden Polen (E1, E2) im Zwischenraum zwischen je einer, je einem Pol der Last zugeordneten dreidimensionalen Kondensator Anordnung (C5/C6; C7/C8) angeordnet ist, wobei je ein Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) an den beiden äußeren, der Last abgewandten Enden der beiden Kondensator-Anordnungen (C5/C6, C7/C8) angeordnet ist.

12. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen beiden Ladekondensator-Paaren (CP1, CP2) befindliche Mittelanzapfung (M3) über eine Impedanz (L3) an Masse (10) gelegt ist.

13. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pole (E1, E2) der Last über je eine Impedanz (L30, L40), welche das den betreffenden Lastpol zugeordnete Ladekondensator-Paar (CP3, CP4) überbrückt, an Masse gelegt sind.