• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1986003065A1
    申请号:PCT/EP1985/000601
    申请日:1985-11-12
    公开日:1986-05-22
    发明作者:Harald Gerhardt
    申请人:Carl-Zeiss-Stiftung Handelnd Als Carl Zeiss；
    IPC主号:H01S3-00
    专利说明:
    [0001] Beschreibung:
    [0002] Gαslαser, insbesondere Ionenlαser
    [0003] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gαslαser, insbesondere einen Ionenlαser. Bei einem solchen Laser brennt in einem gasgefüllten zwischen einer Kathode und einer Anode angeordneten Entladungsrohr eine Plasma-Entladung, in der die Gasatome oder Gasionen angeregt und zur Lichtemission gebracht werden.
    [0004] Bei einem Ionenlaser wird im Betrieb das Entladungsrohr sehr heiß, was u.a. die Belastbarkeit und die Lebensdauer des Lasers begrenzt.
    [0005] Aus der US-PS 4 378 όOO ist ein Ionenlaser bekannt, bei dem das Entla- dungsrohr gekühlt wird. Bei diesem Laser ist das Entladungsrohr mit Hilfe mehrerer Scheiben in einem gasgefüllten Trägerrohr abgestützt, das von einem Außenrohr mit Abstand umgeben wird. Der von diesen beiden Rohren gebildete Außenraum ist von einem Kühlmittel durchströmt. Die Abstützscheiben sind aus Kupfer ausgebildet und transportieren durch Wärmeleitung die Wärme vom Entladungs- zum Trägerrohr. Das Kühlmittel, welches das Trägerrohr umströmt transportiert die Wärme von diesem weg.
    [0006] Dieser bekannte Ionenlaser hat den Nachteil, daß durch Wärmeleitung über die Abstützscheiben und das Trägerrohr die Kühlung des Entladungs- rohres nicht schnell und nicht effektiv bewirkt wird, so daß die Temperatur des Entladungsrohres noch recht hohe Werte erreicht.
    [0007] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gaslaser, insbeson¬ dere einen Ionenlaser zu schaffen, der sich durch eine hohe Lebensdauer und eine gute Reproduzierbarkeit der erzeugten Strahlung auszeichnet.
    [0008] Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Gaslaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Außenraum in mehrere, in achsialer Richtung verlaufende Sektoren geteilt ist, und daß die Abstützscheiben Kanäle zum Durchfluß des Kühlmittels enthalten, deren Ein- und Ausflußöffnungen jeweils in einen zugeordneten Sektor des Außenraumes münden. Das in einem Sektor des Außenraumes zufließende Kühlmittel fließt bei dem Laser nach der Erfindung parallel durch alle Abstützscheiben, kühlt diese also direkt und fließt über einen anderen Sektor des Außenraumes wieder ab. Ein solcher, gleichzeitig und parallel durch alle über das gesamte Entladungsrohr verteilte Abstützscheiben bewirkter Kühlmittel¬ fluß kühlt das Entladungsrohr durch Wärmetausch schnell und effektiv. Durch Wahl des Kühlmittels und der Geschwindigkeit des Kühlmittelflußes läßt sich die Kühlung so steuern, daß das Entladungsrohr bei einer bestimmten Leistung des Lasers eine vorgewählte Temperatur nicht überschreitet.
    [0009] Ganz besonders vorteilhaft ist es wegen des geringen Strömungsquer¬ schnitts an die entsprechenden Zu- und Abflußöffnungen des Laser-Außen¬ raumes einen geschlossenen Kühlmittel-Kreislauf anzuschließen. Wird in diesen ein Thermostat eingeschaltet, so läßt sich die Temperatur des Kühlmittels und damit auch die bei einer vorbestimmten Laserleistung erreichte Temperatur des Entladungsrohres konstant halten.
    [0010] Es ist ohne weiteres klar, daß bei dem Laser nach der Erfindung durch die effektive Kühlung des Entladungsrohres eine hohe Lebensdauer des Lasers erreicht wird. Durch entsprechende Wahl der Kühlmittel-Parameter läßt der Laser auch den Betrieb bei höheren Leistungen zu, und zwar ohne Verringerung seiner Lebensdauer im Vergleich zu Ionenlasern bekannter Bauart, die mit geringeren Leistungen betrieben werden. Schließlich kann bei dem Laser nach der Erfindung das Entladungsrohr mit höheren Strömen belastet werden, so daß sich im Vergleich mit herkömmlichen Gaslasern höhere Ausgangsleistungen bei gleichen Abmes¬ sungen des Lasers erreichen lassen.
    [0011] Durch die effektive Kühlung des Entladungsrohres bleibt bei dem Laser nach der Erfindung dieses Rohr während des Betriebes in seiner Position und Länge konstant, d.h. das Laservolumen bleibt konstant. Damit wird eine verbesserte Stabilität in der Ausgangsleistung und in der spek¬ tralen Verteilung der erzeugten Laserstrahlung erreicht; der Laser erzeugt Strahlung in einer stabilen Grundmode.
    [0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Abstützscheiben und der Kühlmittel- kαnäle ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-4. Die Abstützscheiben sind aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer gefertigt. Die Scheiben selbst sind zweckmäßig einstückig und die Kühlmittelkanäle sind durch Bohrungen gebildet. Es ist jedoch auch möglich jede Scheibe aus zwei Hälften zusammenzusetzen, wenn die Kühlmittelkanäle einen gebogenen Verlauf haben sollen.
    [0013] Zweckmäßige Ausgestaltungen des Entladungs- und des Trägerrohres sind
    [0014] Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 8. 0
    [0015] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1-5 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
    [0016] Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Lasers ''*•■ nach der Erfindung;
    [0017] Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil eines anHeren Ausführungs- beispiels,*
    [0018] 0 Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2;
    [0019] Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch ein anderes Aus- führungsbeipiel einer Abstützscheibe;
    [0020] 5 Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abstützscheibe;
    [0021] Fig. ό eine schematische Darstellung eines Lasers mit geschlossenem Kühlmittel-Kreislauf. 0
    [0022] In Fig. 1 ist mit 1 eine Kathode und mit 2 die zugeordnete Anode des dargestellten Gaslasers bezeichnet. Kathode 1 und Anode 2 sind in einem Trägerrohr 3 angeordnet, daß aus mehreren Teilen besteht. Mehrere Ab¬ stützscheiben 4 aus Material guter Wärmeleitfähigkeit bilden im darge- 5 stellten Ausführungsbeispiel Teile des Trägerrohres 3. Jede der Ab¬ stützscheiben 4 weist eine Zentralbohrung auf, in welcher ein kurzes Rohrstück 5 gehaltert ist. Alle diese Rohrstücke 5 sind so angeordnet, daß ihre Achsen mit der optischen Achse ό des Lasers fluchten. Sie bilden zusammen das Entladungsrohr.
    [0023] Das Trägerrohr 3 ist an seinen beiden Ende vakuumdicht abgeschlossen *•' und mit einem aktiven Gas, beispielsweise Argon oder Krypton gefüllt. Während des Betriebes des Lasers brennt zwischen Kathode 1 und Anode 2 eine Plasmaentladung, welches sich entlang des Entladungsrohres 5 erstreckt. Durch diese Entladung wird das Gas im Entladungsrohr 5 angeregt. Es treten im Bereich des Entladungsrohres 5 hohe Ionenener- 0 gien auf. Aus diesem Grunde sind die Teile 5 des Entladungsrohres aus sputterresistenten Material gefertigt, d.h. aus Material das bei der auftretenden hohen Ionenenergie eine möglichst geringe Abtragerate aufweist. Als solches Material kann beispielsweise Wolfram oder auch Keramik wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrit Verwendung finden. 5
    [0024] Das Trägerrohr 3 besteht aus den Abstützscheiben 4 zwischen die jeweils ein Ring 7, beispielsweise aus Keramik gelegt ist. Die Scheiben 4 und die Ringe 7 sind beispielsweise durch Hartlöten miteinander verbunden um eine vakuumdichte Verbindung zu erzielen. 0
    [0025] Das Trägerrohr 3 ist von einem Außenrohr 8 umgeben und in dem dadurch entstehenden Außenraum 10 fließt ein Kühlmittel von einer Zuflußöffnung zu einer Abflußöffnung. Als Kühlmittel kann z.B. Wasser, Öl oder eine der sonst üblichen Kühllösungen Verwendung finden. Das Kühlmittel um- strömt nicht nur das Trägerrohr 3 sondern fließt auch durch Kanäle 11 in den Abstützscheiben 4, d.h. es findet über die gesamte Länge des Entladungsrohres 5 ein Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel statt, das die erzeugte Wärme vom Entladungsrohr 5 abtransportiert.
    [0026] Die Kathode 1 des Lasers ist in einem becherförmigen Teil 13 des
    [0027] Trägerrohres 3 angeordnet, in welches ein Rohrstück 14 eingesetzt ist das ein Brewster-Fenster 15 trägt. Das Rohrstück steht über eine Bohrung 1ό mit dem Innenraum des Trägerrohres 3 in Verbindung.
    [0028] Die Anode 2 ist in ein becherförmiges Teil 17 des Trägerrohres 3 einge¬ bracht und dort mittels zweier Abstützscheiben 18, 19 gehaltert, die ebenso wie die Abstützscheiben 4 mit Kanälen zum Durchfluß des Kühlmit- tels versehen sind. In das Teil 17 ist ein Rohrstück 20 eingesetzt, das ebenfalls ein Brewster-Fenster 21 trägt. Das Rohrstück 20 steht über eine Bohrung 22 mit dem Innenraum des Trägerrohres 3 in Verbindung.
    [0029] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind Abstützscheiben 24 aus Kupfer vorgesehen, die in einer Zentralbohrung die Stücke 5 des Entladungs¬ rohres tragen. Der äußere Umfang der Abstützscheiben 24 ist ringförmig verdickt und von einem Ring 25 aus einem Material geringer Wärmeaus¬ dehnung, beispielsweise aus rostfreiem Stahl umgeben. Zwischen die
    [0030] 10 Abstützscheiben 24 sind ringförmige Keramikteile 27 eingefügt. Diese Keramikteile sind zumindest an den Rändern ihres Außenumfangs metalli¬ siert und werden entlang ihrer horizontalen Berührungsfläche mit dem ringförmig verdickten Rand der Abstützscheiben 24 hartverlötet. Der Außenring 25 dient dazu während des Hartlötvorganges den Spalt zwischen
    [0031] "•-•*• dem Ring 27 und dem verdickten Teil der Scheibe 24 nicht zu groß werden zu lassen.
    [0032] Wie Fig. »3 zeigt, ist der Außenraum 10 zwischen dem Außenrohr 8 und dem Trägerrohr 3 durch achsial verlaufende Teile 28, 29, 30, 31 in vier
    [0033] 20 Sektoren 32, 33, 34, 35 geteilt. Jede Abstützscheibe 24 ist mit Bohrun¬ gen versehen, welche in Richtung auf das Entladungsrohr 5 verlaufen und die zusammen mehrere Kühlmittelkanäle 36, 37, 38, 39 bilden. Der Kühlmittelkanal 36 wird im dargestellten Beispiel aus der Kammer 32 mit Kühlmittel versorgt, welches in Richtung des Pfeiles in den Kühlkanal 5 3ό eintritt und diesen im Sektor 33 wieder verläßt. Die Sektoren 32 und 34 sind jeweils mit einer Zuflußöffnung für das Kühlmittel versehen, während die Sektoren 33 und 35 mit jeweils einer Abflußöffnung versehen sind. Die Abstützscheiben 24 sind weiterhin mit Bohrungen 40 versehen, welche den Gasdurchfluß zwischen den einzelnen durch die Scheiben 24 0 voneinander getrennten Bereichen des Trägerrohres 3 ermöglichen.
    [0034] Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlmit¬ telkanäle durch geradeverlaufende Bohrungen 41, 42, 43, 44 gebildet. Diese Ausführungsform ist in der Fertigung einfacher herzustellen als 5 die Form der Fig. 3, sie ist jedoch nicht so kühlwirksam wie diese.
    [0035] Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind vier Kühlmittelkanäle 45, 46, 47, "48 vorgesehen, welche einen gebogenen Verlauf haben und .deshalb sehr nahe an das Entladungsrohr 5 herangeführt sind. Solche Kühlkanäle lassen sich nicht mehr durch Bohren eines massiven Teiles erzeugen, so daß in diesem Beispiel jede Abstützscheibe 24 aus zwei Hälften zusam- mengesetzt wird.
    [0036] Der in den Figuren dargestellte Gaslaser nach der Erfindung weist wegen der effektiven Kühlung durch die Abstützscheiben 4 im Vorratsbereich seitlich des Entladungsrohres 5 eine relativ hohe Gasdichte auf. Dadurch wird das sogenannte Gaspumpen vermindert und die dadurch entstehenden Verunreinigungen sind geringer. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, haben die Gasdurchlaßbohrungen 40 in den Scheiben 4 bzw. 24 einen geringeren Durchmesser als die zur Aufnahme des Ent¬ ladungsrohres 5 dienende Zentralbohrung.
    [0037] In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Entladungsrohr jeweils aus einzelnen Stücken 5 zusammengesetzt. Es ist jedoch auch möglich das Entladungsrohr aus einem einzigen Stück herzustellen, das in den Abstützscheiben 4 bzw.- 24 gehaltert ist. Ein solches einstücki- ges Gasrohr ist mit Gasdurchlaßbohrungen senkrecht zu seiner Achse zu versehen.
    [0038] Üblicherweise findet bei dem Laser nach der Erfindung ein Kühlmittel Verwendung, das elektrisch nicht leitend ist und das entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. ό in einem, geschlossenen Kühlmittel-Kreis¬ lauf zirkuliert. In Fig. 6 ist dieser Kreislauf schematisch darge¬ stellt, wobei mit 50 eine Umwälzpumpe und mit 51 ein Thermostat be¬ zeichnet ist, welcher dazu dient das Kühlmittel auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.
    [0039] Als Kühlmittel kann natürlich auch normales Wasser verwendet werden, wobei es dann notwendig ist die auf Spannung liegenden Teile mit einer Isolierschicht zu überziehen.
    权利要求:
    Claims Patentansprüche:
    1. Gaslaser, insbesondere Ionenlaser mit einem zwischen einer Kathode (1) und einer Anode (2) angeordneten Entladungsrohr (5), das mit Hilfe mehrerer Scheiben (4) in einem gasgefüllten Trägerrohr (3) ab¬ gestützt ist, sowie einem vom Trägerrohr (3) und einem dieses umgebenden Außenrohr (8) gebildeten, von einem Kühlmittel durch¬ strömten Außenraum (10), dadurch gekennzeichnet, daß der Außenraum (10) in mehrere, in achsialer Richtung verlaufende Sektoren (32-35)
    10 geteilt ist, und daß die Abstützscheiben (4, 24) Kanäle (11, 36-39) zum Durchfluß des Kühlmittels enthalten, deren Ein- und Ausflußöff¬ nungen jeweils in einen zugeordneten Sektor des Außenraums münden.
    2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstütz- 1**- Scheiben (4, 24) eine zur Halterung des Entladungsrohres (5) die¬ nende Zentralbohrung aufweisen, und daß die Kühlmittelkanäle (11, 36-39) im wesentlichen in Richtung dieser Zentralbohrung verlaufen.
    3. Gaslaser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder 20 Abstützscheibe (4, 24) mehrere, voneinander getrennte Kühlmittel¬ kanäle (36-39) vorgesehen sind.
    4. Gaslaser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab¬ stützscheiben (4, 24) zusätzliche, zum Gasdurchtritt dienende
    25 Bohrungen (40) aufweisen.
    5. Gaslaser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ent¬ ladungsrohr (5) einstückig ist und mehrere Radialbohrungen aufweist.
    306. Gaslaser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ent¬ ladungsrohr aus mehreren kurzen Rohrstücken (5) besteht, die jeweils in den Zentralbohrungen von Abstützscheiben (4, 24) gehaltert sind.
    7. Gaslaser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das 35 Trägerrohr (3) aus Ringen (7, 27) aus einem Material hohen elektri¬ schen Widerstandes besteht, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Ringen (7, 27) jeweils eine Abstützscheibe (4, 24) angeordnet und vakuumdicht mit den Ringen verbunden ist.
    8. Gaslaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (7, ^ 27) aus Keramik bestehen.
    9. Gaslaser nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, da¬ durch gekennzeichnet, daß jeder der im Außenraum (10) gebildeten Sektoren (32-35) mit einer Einlaß- bzw. einer Auslaßöffnung für das Kühlmittel versehen ist, und daß an diese Öffnungen ein geschlos¬ sener Kühlmittel-Kreislauf angeschlossen ist.
    10. Gaslaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl¬ mittel-Kreislauf einen Thermostaten (51) zur gleichbleibenden 5 Temperierung des Kühlmittels enthält.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    EP2633543B1|2015-03-18|Vorrichtung zum erzeugen eines elektronenstrahls
    KR101793314B1|2017-11-02|개선된 열전달과 신규한 조립 방법을 가진 플라즈마 토치용 전극
    Schoenbach et al.1996|Microhollow cathode discharges
    DE4012019B4|2004-11-18|Drehanode für eine Röntgenröhre
    US5601734A|1997-02-11|Electrode for a plasma arc torch
    KR100203994B1|1999-06-15|수냉 세라믹 콘파인먼트 튜브를 가지는 고성능 유도 플라즈마 토오치
    KR100940385B1|2010-02-02|플라즈마 아크 토치용 냉각제 튜브, 냉각제 튜브를 포함하는 플라즈마 아크 토치 및 냉각제 튜브의 정렬을 위한 방법
    US4865712A|1989-09-12|Apparatus for manufacturing planarized aluminum films
    US6778633B1|2004-08-17|Method and apparatus for prolonging the life of an X-ray target
    EP0142249B1|1988-11-30|Drehanoden-Röntgenröhre mit Hochvakuum
    JP2807305B2|1998-10-08|無電極低圧放電ランプ
    EP0186937B1|1990-12-27|Drehanodenröntgenröhre
    US4540876A|1985-09-10|Furnace suitable for heat-treating semiconductor bodies
    US4622687A|1986-11-11|Liquid cooled anode x-ray tubes
    US6212211B1|2001-04-03|Shock wave dissipating laser chamber
    US4500998A|1985-02-19|Gas laser
    US4942588A|1990-07-17|Laser device
    US4953191A|1990-08-28|High intensity x-ray source using liquid gallium target
    US6713945B2|2004-03-30|Coolable infrared radiator element of quartz glass
    US4635270A|1987-01-06|Laser apparatus
    US5438605A|1995-08-01|Ring tube x-ray source with active vacuum pumping
    JP3663111B2|2005-06-22|回転陽極型ｘ線管
    US4096450A|1978-06-20|Conductively cooled flashlamp
    US4443059A|1984-04-17|High energy laser mirror
    US6650668B2|2003-11-18|Cylindrical two-dimensional diode-laser arrays and method for making same
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US4752936A|1988-06-21|
    JPS62501461A|1987-06-11|
    EP0184029B1|1988-07-06|
    JPH0548636B2|1993-07-22|
    DE8433460U1|1985-03-21|
    EP0184029A1|1986-06-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US3531734A|1965-03-15|1970-09-29|Bell Telephone Labor Inc|Ion laser having metal cylinders to confine the discharge|
    FR1570768A|1967-05-29|1969-06-13|||
    US3763442A|1972-07-07|1973-10-02|American Laser Corp|Ion laser plasma tube cooling device and method|
    US3894795A|1974-01-04|1975-07-15|France Etat|Plural element window construction for an opening of a laser cavity|
    WO1982003950A1|1981-05-04|1982-11-11|Inc Coherent|Improved gas laser|EP0713272A1|1994-11-15|1996-05-22|Hughes Aircraft Company|Verfahren und Vorrichtung zur Prallkühlung einer Laserstab|US4378600A|1981-05-04|1983-03-29|Coherent, Inc.|Gas laser|US4953172A|1986-12-22|1990-08-28|Thomas R. Gurski|Gas Laser|
    US4930136A|1989-03-07|1990-05-29|American Laser Corporation|Segmented air cooled laser tube|
    US5020070A|1989-12-14|1991-05-28|I. L. Med., Inc.|Gas laser|
    US5177761A|1991-10-17|1993-01-05|Spectra-Physics Lasers, Inc.|Gas discharge tube having refractory ceramic coated bore disc for ion laser|
    WO1993010583A1|1991-11-22|1993-05-27|Omnichrome Corporation|Liquid stabilized internal mirror lasers|
    JP2870618B2|1992-01-24|1999-03-17|日本電気株式会社|イオンレーザ管|
    US6738400B1|1993-07-07|2004-05-18|The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy|Large diameter lasing tube cooling arrangement|
    DE4428356C2|1994-08-10|1996-07-11|Nwl Laser Tech Gmbh|Kühlvorrichtung eines Gasentladungsrohres|
    EP1475866B1|1996-07-01|2007-03-28|Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.|Lasergerät|
    AT405776B|1997-11-24|1999-11-25|Femtolasers Produktions Gmbh|Kühlvorrichtung für einen laserkristall|
    US6859472B2|2001-11-13|2005-02-22|Raytheon Company|Multi-jet impingement cooled slab laser pumphead and method|
    JP2005088052A|2003-09-18|2005-04-07|Disco Abrasive Syst Ltd|レーザー加工装置|
    US7719676B2|2007-02-15|2010-05-18|Baker Hughes Incorporated|Downhole laser measurement system and method of use therefor|
    US8770170B2|2012-01-04|2014-07-08|GM Global Technology Operations LLC|Bedplate assembly and method|
    法律状态:
    1986-05-22| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]