Fluidmechanisch und elektrophysikalisch optimierte Entladungsstrecken für CO2-Hochleistungslaser

In der materialbearbeitenden Industrie ist der Kohlendioxid-(CO2)-Gaslaser der am häufigsten eingesetzte Lasertyp. Trotz des erreichten Industriestandards besteht ein Forschungs- und Entwicklungsbedarf in Bezug auf Systemwirkungsgrad, Fokussierbarkeit der Strahlung und Systemkompaktheit. Diese Arbeit zielt darauf ab, durch eine geeignete Gestaltung der Gasströmung und ein optimiertes Elektrodendesign eine hohe optische Qualität des laseraktiven Mediums zu erreichen. Dies ist entscheidend für eine gute Fokussierbarkeit, die wiederum einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsdichte ermöglicht, was auch die Kompaktheit verbessert. Für die optimale Gestaltung der Gasentladungsstrecken ist ein tiefes Verständnis der relevanten fluidmechanischen und elektrophysikalischen Vorgänge notwendig. Interferometrische Verfahren zur Bestimmung von Temperaturleitfähigkeit, Drall und Gasdichteverteilung in schnell längsgeströmten hochfrequenzangeregten Gasentladungsstrecken werden vorgestellt. Konkrete Gestaltungen von Strömungsführung und Elektrodenform werden vorgeschlagen, um Gasentladungsstrecken zu realisieren, die bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten und Leistungsdichten stabile Gasentladungen mit hoher optischer Qualität erzeugen. Der Inhalt umfasst Grundlagen der Fluidmechanik, Zustandsgleichungen, Interferometrie, Strömungsvorgänge in Rohren ohne Gasentladung, Turbulenz und Drall sowie Wärmedurchgang in Gasentladungsrohren.