Fluidmechanisch und elektrophysikalisch optimierte Entladungsstrecken für CO2-Hochleistungslaser / Laser in der Materialbearbeitung (PDF)

In der materialbearbeitenden Industrie ist der Kohlendioxid-(CO2)-Gaslaser der am häufigsten eingesetzte Lasertyp. Trotz dieses erreichten Industriestandards verbleibt ein Forschungs- und Entwicklungsbedarf insbesondere hinsichtlich Systemwirkungsgrad, Fokussierbarkeit der Strahlung sowie Systemkompaktheit. - Die Arbeit setzt an dieser Stelle ein. Durch eine geeignete Gestaltung der Gasströmung in Kombination mit einem darauf abgestimmten Elektrodendesign kann eine hohe optische Qualität des laseraktiven Mediums realisiert werden. Diese Grundvoraussetzung für eine gute Fokussierbarkeit der Strahlung erlaubt zugleich einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsdichte zu realisieren, also auch Kompaktheit. Für eine optimale Gestaltung der Gasentladungsstrecken ist eine genaue Kenntnis der relevanten fluidmechanischen und elektrophysikalischen Vorgänge unerläßlich. Es werden deshalb interferometrische Verfahren zur Bestimmung von Temperaturleitfähigkeit, Drall sowie der Gasdichteverteilung in schnell längsgeströmten hochfrequenzangeregten Gasentladungsstrecken vorgestellt. - Für eine gezielte Kompensation bzw. Beeinflussung dieser Vorgänge werden konkrete Gestaltungen von Strömungsführung und Elektrodenform vorgeschlagen. Damit können Gasentladungsstrecken realisiert werden, die bei höchstmöglichen Strömungsgeschwindigkeiten und hohen Leistungsdichten stabile Gasentladungen bei hoher optischer Qualität produzieren. Aus dem Inhalt: Liste der verwendeten Symbole / Einleitung / Fluidmechanische Grundlagen der Kohlendioxidlaser / Zustandsgleichungen der quasi-eindimensionalen Strömung / Die Interferometrie als optisches Meßverfahren / Strömungsvorgänge in schnellgeströmten Rohren ohne Gasentladung / turbulenz und Drall bei Rohrströmungen / Wärmedurchgang bei Gasentladungsrohren / Phasendeformation in einer Gasentladungsstrecke / Betriebsbereiche von Gasentladungen / Bemer