(57)【要約】【課題】始動過程において信頼性の高い特性を備えたレーザ励起ランプもしくはポンピング光源を設ける。【解決手段】ガス室容積が、ピン陰極１の領域で減じられているようにした。【選択図】図１
2006114505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管と、高温で運転される、ピンの形の陰極とを備えたレーザ励起ランプにおいて、ガス室容積が、ピン陰極の領域で減じられていることを特徴とする、レーザ励起ランプ。
【請求項２】
減じられた容積が、陰極貫通案内シール部と、陰極の前方３ｍｍとの間でピンに沿って延びる領域を完全にまたは部分的にカバーしている、請求項１記載のランプ。
【請求項３】
放電管の内径が、ピン陰極の領域で減径されることによって、容積減少が達成されるようになっている、請求項１または２記載のランプ。
【請求項４】
放電管の容積が、ピン陰極の領域で充填されることによって、容積減少が達成されるようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載のランプ。
【請求項５】
陰極表面と、減じられた容積の周囲の材料の、陰極に近い方の表面との間の間隔が、０．５ｍｍよりも大きく寸法設定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のランプ。
【請求項６】
ピンの直径が、３ｍｍよりも少なく寸法設定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のランプ。
【請求項７】
当該ランプが、グロー陰極に、放電室に近い方の端部で、１８００℃よりも多くの温度を供給するようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載のランプ。
【請求項８】
ランプシール部と電流供給部とが、陰極に結合されたただ１つの熱導体である、請求項１から７までのいずれか１項記載のランプ。
【請求項９】
ランプシール部を通って延びる線材の直径が、０．９ｍｍよりも大きく寸法設定されていて、シール部を形成する石英被覆体またはガラス被覆体の内径よりも小さく寸法設定されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のランプ。
【請求項１０】
減じられた容積が円筒状である、請求項１から９までのいずれか１項記載のランプ。
【請求項１１】
グローピン陰極を有する、レーザ活性媒質に対するポンピング光源を製作するための方法において、陰極を取り囲むガス室を減じるための別の方法ステップが設けられていることを特徴とする、グローピン陰極を有する、レーザ活性媒質に対するポンピング光源を製作するための方法。
【請求項１２】
レーザ活性媒質に対するポンピング光源の放電管の容積を、ピン陰極の領域における材料の使用、特に石英ガラス管の使用によって減じるための方法。
【請求項１３】
種々異なる内径を備えた石英ガラス管を互いに結合し、小さな直径を備えた石英ガラス管を陰極に沿って配置する、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
ＨＰＳＳＬ（高出力固体レーザ）タイプのレーザ機器でのレーザ活性媒質に対するポンピング光源の使用において、ポンピング光源が、ピン陰極を有しており、該陰極を取り囲むガス室が、別の放電管のガス室に対して減じられていることを特徴とする、ＨＰＳＳＬタイプのレーザ機器でのレーザ活性媒質に対するポンピング光源の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電管と、高温で運転されるピン状の陰極とを備えたレーザ励起ランプ、レーザに対するポンピング光源としてのレーザ励起ランプの使用およびこのような形式のレーザの製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ピン状の陰極を備えた高出力放電ランプもしくはポンピング光源（励起光源）を古いレーザ機器タイプに適応している。適合されたレーザランプは、いわゆる「ピン陰極」を有している。このピン陰極は棒の形で付与されていて、尖った端部を有していない。このようなレーザランプはドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０８５８５号明細書に基づき公知であり、尖った端部を有する陰極を備えた標準ランプに比べて長い耐用年数を有している。このランプのピン陰極は、主として、放射冷却されているに過ぎず、したがって、高温で運転することができる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０８５８５号明細書に基づき、ピン電極を備えたランプが公知である。この公知のランプでは、陰極が尖った形状を有していない。公知のランプはエミッタ材料を有していない。さらに、陰極を取り囲んで、すなわち、陰極と放電管との間に多くの室が存在している。
【０００３】
このようなランプは高出力固体レーザ（ＨＰＳＳＬ：ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｌａｓｅｒ）に使用される。この高出力固体レーザは、レーザ活性媒質としてレーザ結晶が使用されるレーザに該当する。結晶は任意のあらゆる形状を有していてよいものの、板状のまたは棒状の構成が一般的である。
【０００４】
古いレーザ機器タイプにおける重大な問題を始動過程が成している。なぜならば、この古いレーザ機器タイプの制御部が始動過程を確実に制御することができないからである。このようなレーザ機器は、高い手間をかけて適合され得るにもかかわらず、通常、短い耐用年数を備えた古い標準ランプが使用されており、これによって、レーザ制御部がレーザ機器を確実に制御し、大規模な投資が回避される。標準タイプのランプは尖った陰極を有している。この陰極は、数ミリメートルの範囲内の放電管の十分な直径を先端部の後方に達成している。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０８５８５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、ピン陰極を有していて、したがって、より長い耐用年数を有している新たな高出力レーザランプの、古いレーザ機器タイプの始動過程において存在する問題を解決することである。
【０００６】
特に本発明の課題は、前述した公知先行技術に比べて、始動過程において信頼性の高い特性を備えたレーザ励起ランプもしくはポンピング光源を設けることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために本発明のレーザ励起ランプでは、ガス室容積が、ピン陰極の領域で減じられているようにした。
【０００８】
さらに、前記課題を解決するために本発明の第１の方法では、陰極を取り囲むガス室を減じるための別の方法ステップが設けられているようにした。
【０００９】
さらに、前記課題を解決するために本発明の第２の方法では、レーザ活性媒質に対するポンピング光源の放電管の容積を、ピン陰極の領域における材料の使用、特に石英ガラス管の使用によって減じるようにした。
【００１０】
さらに、前記課題を解決するために本発明の使用では、ポンピング光源が、ピン陰極を有しており、該陰極を取り囲むガス室が、別の放電管のガス室に対して減じられているようにした。
【００１１】
従属請求項には、有利な構成または実施態様が記載してある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の枠内では、古いレーザ機器タイプがレーザポンピングランプの始動過程を、ランプが高電圧トリガパルスにさらされた後の規定された期間後、一般的には数ミリ秒後のランプ電圧の量を介して制御することが認められた。ランプが点弧しない場合には、ランプ電圧はランプ電流供給部の無負荷電圧の最大値をとる。しかし、点弧が成功しない場合には、ランプ電圧は、通常のランプ運転時に見込まれる電圧よりも著しく高い。過度に高い電圧が認められると、レーザ制御部がランプ始動過程を停止し、故障状態に移行する。
【００１３】
ピン陰極を備えた新たなランプタイプはランプ点弧後に短期間でより高いランプ電圧をとることができる。このランプ電圧は、尖った陰極を備えた標準ランプでは知られていない。電圧のこのオーバシュート（行過ぎ量）はランプ点弧の結果ではなく、陰極に沿った石英ガラスと陰極との間の間隔が大きいピン陰極ランプの特性である。数ミリ秒後、ランプ電圧は、通常のランプ運転時に見込まれる電圧に低下する。
【００１４】
前記課題の解決手段は、ピン陰極の領域におけるガス室容積もしくはガス室の横断面（以下、自由横断面と呼ぶ）の減少、特に陰極と石英ガラス管との間の間隔の減少、有利には陰極に沿った管の減径された内径によって達成される。
【００１５】
すなわち、高温で運転される、ピンの形の陰極を備えた放電ランプでは、従来コンスタントに陰極および放電室を取り囲んで延びる被覆管の内径によって規定されたガス体積が陰極の領域で減じられる。つまり、自由横断面が陰極の領域で減じられる。
【００１６】
すなわち、本発明によれば、ランプが、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０８５８５号明細書、つまり、放電管と、高温で運転される、ピンの形の陰極とを備えたレーザ励起ランプに対して、陰極室で制限される。つまり、本発明によれば、このランプでは、ガス室容積もしくは自由横断面の減少がピン陰極の領域で実現される。
【００１７】
したがって、本発明は、ピン状の陰極を備えたガス放電技術をベースとした、レーザ活性媒質に対するポンピング光源に関する。ピン状の陰極の特殊性は、電極の、放電室に近い方の端部が、主として、放射冷却されていて、したがって、副次的にしか電極の内部の熱流によって冷却されないかまたはガス室と被覆管の壁とを介して冷却されないことにある。これによって、電極の冷却能力が著しく減じられている。この結果、やはり温度が放電過程後にゆっくりとしか冷却されず、引き続き、温度変動が次の放電過程まで、電極またはガス室および外壁とを介して一層強く冷却可能な電極よりも僅かに保たれる。電極の寿命は、この電極が、減じられた冷却によって高温で運転され得ることに関連している。当然ながら、このような形式の放電ランプは、被覆体によって閉じ込められたガス室を有している。このガス室内には電極も配置されている。本発明によれば、陰極の領域におけるガス室もしくは自由横断面を、引き続き放電室内に延びるガス室もしくは自由横断面と異なり狭隘する手段が講じられる。この狭隘は、半径方向で陰極を取り囲んで延びる領域もしくは電極作業面の近くの、放電室に向けられた領域で行われる。ガス放電室は、場合により陰極室の近くに位置する端片を除いて、主として、容積減少のための手段に関係していない。当然ながら、被覆体をシールするための手段も、陰極の挿入も、ランプの提供のための所要の手段として考慮されなければならず、本発明によるガス体積の減少のための手段として考慮される必要は決してない。容積減少は、従来高温で運転される陰極に対して考慮された手段、たとえば陰極の領域における被覆体の内径の完全なまたは部分的な減少またはこの領域への充填材料の供給に常に関連している。放電室もしくはこの放電室の自由横断面の不変の大きな中間部分に対する陰極の領域における室もしくは自由横断面の相対的なこの変化は、電極に対する最小の間隔に関して、熱伝達が過度に僅かな間隔で意義をもち、電極がもはや高温で運転され得ないことによって制限されている。また、容積減少の手段も任意に陰極端部から遠く離して放電室内に移動させることはできない。なぜならば、一方では、放電が徐々に妨害され、他方では、古いレーザ機器の制御に対する適応効果がすでに電極端部からの短い間隔の後方で失われていくからである。
【００１８】
本発明は、点弧電流に対するランプ電圧反応の時間依存性の要求と、尖った陰極を備えた標準ランプで生ぜしめられる要求との比較を許容するようにレーザランプの特性を変化させる。これによって、古いレーザ機器での高温のピン陰極を備えたレーザランプの信頼性の高い使用が可能となる。
【００１９】
したがって、すでに世界的に使用されているレーザ機器で高価な変更が不要となる。ポンピング光源の耐用年数は確実な点弧特性によって延長され得る。
【００２０】
石英ガラスから成る放電管が良好であると分かった。このような石英ガラス管は、陰極に沿った任意の箇所に放電領域よりも僅かな内径を有している。したがって、本発明は、石英ガラス管と陰極との間の小さな間隔、特に多くとも２ｍｍの間隔、有利には多くとも１ｍｍの間隔および全く有利には多くとも０．５ｍｍの間隔を備えたレーザランプも含んでいる。他方では、間隔が十分に大きく、これによって、ピン端部が熱伝導によって有効に冷却されない。０．１ｍｍの間隔、特に０．２ｍｍの間隔では、熱伝導による陰極の冷却が、実際にランプシール部および電流供給部を介してしか行われない。温度は、１８００℃を上回る値に維持することができる。
【００２１】
陰極に沿ったガス室容積は、陰極に沿った石英被覆体と陰極との間の間隔が減じられることによって減じることができる。
【００２２】
減じられた容積の領域を陰極の全長にわたって延在させることは不要である。さらに、ピン陰極の、放電室に近い方の端部は陰極作業面を成しており、減じられた容積の領域に対する臨界的な因子を成していない。減じられた容積は、（放電室内への）陰極作業面の前方０．５ｍｍの領域をとっていてもよいものの、陰極作業面の前方３ｍｍを上回っていないことが望ましい。また、減じられた容積領域の他方の端部がピン陰極の後方の貫通案内シール部にまで達していることも不要である。したがって、減じられた容積領域は、貫通案内シール部とピン陰極との間の任意の箇所に沿って位置することができ、選択的に僅かに陰極端領域の陰極作業面を越えるまで延びている。有利には、減じられた容積は、陰極作業面の後方０．５ｍｍに位置する箇所から、陰極の貫通案内シール部にまで延びている。減じられた領域の形状は重要ではなく、これによって、減じられた領域が任意のあらゆる形状をとることができる。有利には、減じられた容積の領域は円筒状である。
【００２３】
レーザランプは、種々異なる内径を備えた管によって製作することができる。したがって、小さな内径を備えた石英ガラス管が陰極に沿って配置される。
【００２４】
小さな内径を備えた管は、大きな内径を備えた管と同じ外径を有していてよい。両管は互いに固く継ぎ足すことができる。この事例では、小さな内径を備えた管の壁が、大きな内径を備えた管の壁よりも厚く形成されている。
【００２５】
一方の管を他方の管内に導入し、したがって、ガス室をピン陰極の領域で減じることも有利である。さらに、一方の管の外径が他方の管の内径にほぼ等しい石英管の使用も有利であると分かった。
【００２６】
別の有利な構成では、
−ピン陰極が主に棒状のランプ陰極であり、このランプ陰極において、約５ｍｍまで陰極作業面から延びるピンの端面の近くの部分が任意のあらゆる形状（たとえば一般的にピン自体の曲率半径に相当する任意の曲率半径を備えた「丸み付けられた端面」または球形）を有していてよく；
−棒状の電極の直径が３ｍｍよりも少なく、特に１ｍｍ〜２．５ｍｍであり；
−棒状の電極の長さが１０〜４０ｍｍ、特に２０〜３５ｍｍであり；
−ランプの被覆体が、石英ガラスから成る放電管であり、この放電管がランプの一部を被覆しており、この一部で放電またはアークが生ぜしめられ；この管がアークの特性、たとえばアークの場所、直径および温度を規定しており、
−石英または石英ガラスが極端に純粋な非晶質のＳｉＯ２から成っている。このＳｉＯ２はドーピング物質を含有しており、これによって、ランプ運転のために必要となる規定された物理的な特性、たとえば電磁的なスペクトルの光学的な範囲における透明度が満たされる。石英または石英ガラスは、天然の石英または合成の石英ガラスであってよい。一般的には、任意の非晶質のＳｉＯ２が使用される。このＳｉＯ２は、高い耐熱性と、５００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長範囲で高い透明度とを有している。
【００２７】
ランプシール部を通って延びる線材は、有利には少なくとも１．５ｍｍの直径を有していて、図１〜図３に示したように、シール部を形成する石英被覆体またはガラス被覆体の内径に多くとも相当している。この場合、ランプシール部および電流供給部の冷却時には、多くとも２５０℃の温度が達成され、これによって、外部の電流アダプタおよび機構アダプタが過熱に対して防護されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２９】
図１〜図３に示した量記載は、以下の寸法に該当している。
【００３０】
Ａは、本来の放電が行われる領域におけるレーザ励起ランプの放電管の内径である。
【００３１】
Ｂは、ピン陰極に沿った減じられた容積の内径、より正確には、ピン陰極の最も近くに位置する、このピン陰極に近い方の石英管の内径である。
【００３２】
Ａ＞Ｂは、本発明によれば、ここに図示した全ての構成に当てはまる。
【００３３】
Ｘは、ランプシール部、より正確には、ランプ室内への電流供給部の融合箇所から、陰極作業面、より正確には、ピン陰極の、放電室に近い方の終端面まで測定したピン陰極の長さである。
【００３４】
Ｚは、ランプ管の、放電領域と同じ内径がピン陰極に沿って設けられた領域の長さまたは延在長さである。Ｚは、陰極作業面から、ピン陰極を取り囲む材料の内径が変化する箇所まで測定される。
【００３５】
Ｚ≧０は、図示した全ての例１〜３に当てはまる（図６では、Ｚが負になってもよい）。
【００３６】
Ｚ＜Ｘは、本発明により当てはまる。仮にＺ＝Ｘは、改善したい点弧特性を備えたピン陰極ランプに相当している。
【００３７】
１）  図１に示した例では、陰極ピンの領域における石英ガラス管の外径と内径Ａとがより小さく寸法設定されている。さらに、陰極ピン１の領域における肉厚は石英管の主部分よりも厚く寸法設定されている。このような構成は、２つの石英管の結合２によって容易に達成することができる。有利には、一方の管の外径が他方の管の内径にほぼ相当している。さらに、小さい方の直径を備えた管の肉厚が、有利にはより厚く寸法設定されている。この場合、少ない方の直径部が陰極ピン１の全長Ｘに相当している必要はない。少ない方の直径部は、設定されたパラメータによって短縮されてよい。少ない方の直径部はＸに対して、有利には小さく寸法設定されている。有利には、ランプの長さは１０〜４０ｃｍである。ピン陰極の有利な長さは約１〜３ｃｍである。Ｚの有利な長さは多くとも１ｃｍである。
【００３８】
２）  図２に示した別の構成では、互いに異なる管が、確かに同じ外径を有しているが、しかし、管は陰極ピン１の領域により厚い肉厚を有しており、したがって、減じられた所要の容積が陰極ピンの領域に得られる。
【００３９】
３）  図３に示した別の構成には、石英ランプが示してある。この石英ランプは、ピン陰極の領域で充填材料３によって充填された管から成っている。有利には、充填材料３は石英ガラスである。充填材料３はピン陰極１から間隔を置いて配置されていて、ガラス管からも間隔を置いて配置されていてよい。充填材料３は、有利には不動にピン陰極１の領域に結合されている。充填材料３は、有利には同じく石英管である。
【００４０】
４）  陰極端領域における減じられた容積（図６参照）は、この減じられた容積を、アーク柱が生ぜしめられる箇所に設けるために、陰極作業面の近くの任意の箇所に配置されていてよい。容積は、互いに異なる直径を備えた２つの石英管が互いに結合されることによって減じることができる。別の方法は、より小さな直径を備えた短い石英片を放電管内に導入することである。有利には、内側の管の外径が外側の管の内径にほぼ相当している。放電管を旋削機械での製作の間に熱使用にさらしかつ放電管の直径を石英材料の変形加工によって所要のサイズに減径することも可能である。
【００４１】
ピン陰極はガス室を減じるために拡幅されない。なぜならば、まさにピン陰極の細長い形状が最小限の冷却を保証しているからである。材料と直径（２ｍｍ）とが変化させられるまで、３０±３ｍｍの長さと、１．５±０．２ｍｍの直径とを備えた陰極が有利であると分かった。全長は、この構成では、シール部まで４０±４ｍｍであり、ランプの外部の電気的な接続部まで６０±６ｍｍである。
【００４２】
円筒状の試験ランプによってポンピング（励起）されるレーザでは、ＮｄＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍ−Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ−Ｇｒａｎａｔ）から成る棒状の結晶または上述したレーザ励起ランプの２つによってポンピングされる類似の結晶が使用される。ランプと結晶とはキャビティ内に配置されている。このキャビティは、所要の光学的な成分と熱的な冷却成分（水）とを含んでいる。高出力固体レーザ（ＨＰＳＳＬ）は、このような数多くのキャビティのカスケードから成っている。各キャビティは、一般的には、１６〜２２ｋＷのランプ出力から変換された（各ランプの最大の出力は１１ｋＷ、一般的には８ｋＷである）５００〜６００Ｗのレーザ放射線を供給する。試験例では、１６個のキャビティが、８ｋＷの光学的な出発出力を備えた高出力固体レーザを形成するように配置されている。
【００４３】
図４に示したアーク柱は、陰極における、いわゆる「拡散したアーク柱４」である。このアーク柱４は、多くとも１０００ｈＰａの運転圧と、５Ａ未満の放電電流とを備えた低圧ランプから知られている。本発明によるランプは、少なくとも１００００ｈＰａの高い運転圧と、一般的に５〜５０Ａの範囲内の運転電流とを有している。この運転状態では、拡散したアーク柱４が、高い圧力による強い狭窄効果に耐える高い陰極温度によって達成される。この高い陰極温度によって得られる、電子放出に対する良好な条件は、陰極作業面の全面にわたって存在している。このような条件下では、アーク柱４が先端部／陰極作業面の範囲の大部分もしくは先端部の領域の５０％以上〜１００％を形成している。見たところ、アーク柱４が先端部／陰極作業面の領域を完全にカバーしていて、陰極の外側円筒周壁面の後続の部分を付加的にカバーしている。
【００４４】
このアーク柱では、陰極作業面における低い温度勾配（約１００℃／ｍｍ）と、低い材料負荷とで温度が均一に分配されている。これによって、陰極温度の変化に基づくエロージョンに対する材料のより高い耐性が得られる。この一時的な温度変化の原因は、ランプ電流の、その都度の使用事例に対する規定されたレーザ出力を達成したい調整にある。この調整は、いわゆる「スイッチングモード」である。このスイッチングモードでは、ランプが数秒（一般的には０．５〜２０秒）十分な出力下にあり、その後、数秒、レーザをスタンバイモードに変換するために、低い電流に切り換えられる。使用事例がバッチ処理である場合には、レーザは１０秒、切断、溶接または穿孔のために使用される。この場合、ランプ電流は４０Ａであり、ランプ出力は１０ｋＷである。その後、ワークが運動させられる間にレーザが引き続き１０秒間でスタンバイモードに移行する。このことは、６Ａまたは１ｋＷのランプ出力に相当している。電流が変化させられると、相応して、陰極における温度も、たとえば４０Ａで２５００℃〜６Ａで２０００℃に変化する。このような陰極の耐用年数は、スイッチングモードでさえ１０００時間以上であり得る。
【００４５】
これに比べて、図５に示したアーク柱５は、いわゆる「収縮させられた柱」である（スポットモード）。この柱は、冷陰極を備えた高圧ランプに対して一般的である。この高圧ランプでは、陰極温度がほんの１８００℃未満である。この陰極は、通常、エミッタ材料を備えている。このエミッタ材料は陰極の運転機能を低下させ、これによって、５０Ａの電流を得るためにさえ、電子放出が１８００℃未満の温度で生ぜしめられ得る。この温度は、電極材料の気化によって生ぜしめられるエロージョンを減じるために、低い値に保たれる。このランプは十分既知であり、定電流モードにおいて満足のいく形で作業する。これに対して、スポットモードでは、アーク柱５が、たとえば１７００℃の温度と、１ｍｍ以下の直径とを有する陰極の小さな領域を、極めてかなり低い温度を備えた材料によって取り囲まれてカバーしている。このことは、最大１００００℃／ｍｍまでの温度勾配を生ぜしめる。上述したスイッチングモードがこのような形式の陰極で使用される場合には、これによって、拡散したアーク柱を備えたピン陰極の事例よりも極めてかなり高い機械的な負荷が生ぜしめられる。このような形式の陰極の耐用年数は、拡散したアーク柱４を備えたピン陰極１に比べて短い。このタイプの陰極は、スイッチングモードでは、２５０時間を上回る耐用年数を滅多に達成しない。
【００４６】
ガス放電ランプの始動過程は、時間依存性の複雑なプロセスである。このプロセスでは、電流をガスによって案内するために、ランプガスが、良好な絶縁体を成す常温の状態（室温）から、十分に電子対／イオン対が存在する高温の状態（希ガス放電ランプでは７０００〜１５０００Ｋ）に移行される。この過程は、ランプポンピングされる一般的なＮｄＹＡＧレーザ（たとえばＴｒｕｍｐｆ社製レーザＨＬ４００６Ｄ）の例で説明される。
【００４７】
しかし、ランプの点弧は静的なプロセスである。このプロセスは、種々異なる理由から失敗し得る。このような失敗時には、アークを、上述した形式で形成することができず、これによって、ランプ抵抗が再び極めて高い値をとる。その結果、高い電圧が生ぜしめられる。この電圧は、その都度の電流供給の無負荷電圧に多くとも相当している。この無負荷電圧は、一般的に５００〜１０００Ｖである。
【００４８】
レーザもしくは電流調整システムの損傷を回避するためには、この点弧故障が検出される。このことは、電流供給の遮断およびオペレータに対する欠陥報知を生ぜしめる。検出器は、規定された時点（一般的には点弧後１０ｍｓ）で形成されるランプ電圧を、ランプ状態に対する確実なセンサとして使用する。通常、電圧は、点弧後３〜７ｍｓで約３００Ｖである。すなわち、電圧は、たとえば５ｍｓ後に測定される。その後、この電圧が、たとえば４００Ｖの値を上回らない場合には、点弧が成功したことをシステムが決定する。電圧が、たとえば４００Ｖの値を上回ると、点弧の故障から出発させられ、調整システムが故障状態に移行する。この方法のためには、ランプ点弧過程の時間的な特性およびランプの耐用年数にわたる再現可能な点弧条件に関する知識が存在していなければならない。上記構成によって、この特性が、その都度使用されるランプタイプに対して一義的であることが明らかとなる。
【００４９】
標準タイプのランプは、尖った陰極を有している。この陰極は、数ミリメートルの範囲内の放電管の十分な直径を先端部の後方に達成している。この場合、陰極はほぼ石英材料に接触している。これによって、約１０〜２０μｍのガスギャップが形成され、これによって、ガスが冷却を生ぜしめ、陰極の温度が低い値に保たれる。電子を放出するための能力を冷陰極に付与するエミッタ材料のこの構成と存在とは、収縮させられたアーク柱を生ぜしめる（スポットモード）。このアーク柱はランプの始動過程時でさえ陰極の先端部で著しく故障している。したがって、このランプは、再現可能な点弧特性を示している。この点弧特性は、上述した点弧法に対して容易に使用することができる。
【００５０】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０８５８５号明細書によりピン状の陰極に基づき高温で運転されるランプでは、誤点弧が生ぜしめられる。
【００５１】
欠陥報知は、一般的に常温状態以降の５０回もしくは１００回のランプ始動過程から１回で生ぜしめられる。１６個のキャビティと３２個のランプとを備えたレーザでは、一日おきにレーザの始動時に欠陥報知が送出されることが極めて起こり得る。１０個のレーザを備えた工場では、このことは、一日２回、１つの室内で行われる。
【００５２】
このような故障は重要ではない。レーザは新たに始動することができ、経験により、第２の始動が結果的に成功する。にもかかわらず、製品に対する顧客の信頼は低下する。
【００５３】
したがって、ピン電極と、より長い耐用年数の利点とを備えたランプの使用は、顧客に全く受け入れられない。
【００５４】
この問題は、一方では、ランプ出力に対する制御ユニットを、新たなピンランプの、いま変化させられた特性に対して使用することができるように変更されることによって解決することができる。しかし、この方法は、ピン陰極ランプの使用を新たなレーザシステムに制限している。このことは、ピンランプに対する市場を小さくし、貯蔵・納品管理を困難にする。
【００５５】
他方では、この問題は、ランプ出力に対する制御ユニットの変更された構成が、たとえばマイクロプロセッサユニットに用いられるプリント配線板の交換または別のソフトウェアの使用によって、すでに市場にあるレーザに使用されることによって解決することができる。これによって、莫大なコストがかかる。このコストはレーザ機器の保守によって世界的に生ぜしめられ、変更された構成に対する適応の間に必要となる生産停止のため、全ての顧客によって受け入れられない。
【００５６】
本発明によれば、この問題は、ピン陰極ランプが、ランプ点弧において標準ランプと相容性であるように変更されることによって解決される。このことは、
−陰極と、この陰極の、放電室に近い方の端部とにおけるガス体積の減少または
−陰極を取り囲むガス体積の減少または
−陰極の、放電室に近い方の端部の領域におけるガスの体積の減少
によって達成される。
【００５７】
これによって、システムがランプの点弧段階でより大きな安定性を達成する。この安定性は、陰極の、放電室に向けられた端部におけるガス体積と、陰極を取り囲むガス体積とが、高い温度と、拡散したアーク柱とを備えた陰極をさらに提供する可能な限り小さな値に減じられる場合でさえ一層高くなる。本発明によれば、ピンランプは根本的な新たな特性をさらに獲得した。ピンランプは、ランプ点弧に関して標準ランプと相容性である。ランプは、いま、任意のあらゆるレーザに使用することができる。レーザシステムの規定された製作データに関する各制限は無効になった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】陰極ピン１を有するランプの端部分の横断面図であり、石英ガラス管の小さい方の直径が、大きい方の内径および外径を備えた一方の管に続いて陰極ピンの領域に位置している。
【図２】陰極ピン１を有するランプの端部分の横断面図であり、石英ガラス管の小さい方の直径が、同じ外径ではあるものの、大きい方の内径を備えた一方の管に続いて陰極ピンの領域に位置している。
【図３】陰極ピンを有するランプの端部分の横断面図であり、石英ガラス管の小さい方の直径が陰極ピンの領域に位置している。大きい方の内径を備えた管はランプ全長にわたって延びている。小さい方の内径を備えた管は陰極に沿って導入され、したがって、減じられた容積領域が得られる。
【図４】５０％よりも多い陰極作業面を占めるグロー陰極のプラズマアークを示す図である。
【図５】５０％よりも少ない陰極作業面を占める冷陰極のプラズマアークを示す図である。
【図６】作業面の領域における減じられた容積を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  陰極ピン、  ２  結合、  ３  充填材料、  ４  アーク柱、  ５  アーク柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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