CS199336B1

CS199336B1 - Equipment for thermal stabilization of gas lasers

Info

Publication number: CS199336B1
Application number: CS800374A
Authority: CS
Inventors: Karlheinz Bechstein
Original assignee: Karlheinz Bechstein
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1980-07-31
Also published as: DD108416A1

Description

Vynález se týká zařízení pro tepelnou stabilizaci plynových laserů*The invention relates to a device for thermal stabilization of gas lasers

Jsou známa různá zařízení, která u plynových laserů vypojí tepelná vlivy rušící trvalý provoz* Všechna tato zařízení mají společné to, že stavwbní elementy, které určují mechanickou stabilitu uvedeného interferometrického systému, jsou drženy ve stacionární tepelné rovnováze tak dlouho, dokud laser je v provozu* Těmito stavebními elementy prochází ohřívací proud, když dosáhly své tepelné rovnováhy* Proti změnám teploty v okolí jsou chráněny tepelnou isolací a navío Je okolí tepelně stabilisováno*Various devices are known which, in gas lasers, cut off thermal influences interfering with continuous operation * All these devices have in common that the structural elements that determine the mechanical stability of said interferometric system are held in stationary thermal equilibrium as long as the laser is in operation * The heating current passes through these building elements when they have reached their thermal equilibrium * They are protected against thermal changes in the surroundings by thermal insulation and they are thermally stabilized *

Toto řešení má tu výhodu, že se při poměrně omezeném nákladu na tepelně stabilizující. elektronické obvody se dosahuje poměrně dobré tepelné stálosti resonaněního zařízení*This solution has the advantage that, with a relatively limited cost of heat stabilizing. electronic circuits achieve relatively good thermal stability of resonance devices *

Protože však toto zařízení je provedeno z tepelně málo vodivého invaru a je na velké části svého povrohu isolováno, probíhá vyrovnáni teplot velmi pomalu, tzn**, že doba náběhu tomu odpovídá svou délkou*However, since this device is made of thermally low conducting invar and is isolated on a large part of its surface, the temperature equalization proceeds very slowly, ie ** the rise time corresponds to its length *

Mimo to má toto řešení za následek značný náklad na mechanické vybavení, protože na jedné straně musí být zabráněno tepelným ztrátám, při výboji v plynu, na druhé straně však musí být teplota termostatu přenášena na zařízení*In addition, this solution entails a considerable expense for mechanical equipment, since on the one hand thermal losses must be avoided in a gas discharge, but on the other hand the temperature of the thermostat must be transmitted to the device *

199 336199 336

199 338199 338

Takovéto konstrukce mají ovšem nevýhody vzhledem k nevýhodné souměrnosti a značnému počtu mechanických stavebních dílů, při současné změně délky laseru (naklepení zrcadlových normál vůči sobě), nebo jeou velmi náročné na spotřebu materiálu (masivní profily z invaru, superinvaru), popřípadě potřebují mnoho prostoru, např· při tzV, konstrukci výbojky s postranními výhody, kde se mučí zamezit ruěivé tepelné ztráty·Such constructions, however, have disadvantages due to the disadvantageous symmetry and the large number of mechanical components, while changing the length of the laser (tapping the mirror norms against each other), or they are very material consuming (massive invar, superinvar profiles) or eg · tzV, lamp design with side benefits, where disturbing heat loss is tortured ·

Úkolem vynálezu Je tedy vyhnout se nevýhodám známých zařízení, které s sebou neee současný stav teohniky, a vytvořit zařízení, které Je vyrobeno z běžná oceli a současně má krátkou dobu náběhu·SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to avoid the disadvantages of known devices which do not carry the present state of the throat and to provide a device which is made of ordinary steel and has a short rise time.

Podstata řeěení tohoto úkolu spočívá v tom, že zařízení pro tepelnou stabilizaci plynových laserů Je upraveno tak, že díly obklopující výbojku mají tvar válce, jsou souměrné k ose výbojky a jsou odděleny vrstvami vzduchu a tak tepelně odděluji trubku reeonátoru od výbojky a mezi nosnou trubkou výbojky je spojeno žhavicí vinutí, přisluěejicí k prvnímu termostatu, a s trubkovým pláštěm obklopujícím resonátor je spojeno žhavicí vinutí, příslušející k druhému termostatu a že jednotlivé trubky jsou spojeny pomocí pružných spojovacích článků*The object of the present invention is to provide a device for thermally stabilizing gas lasers, such that the parts surrounding the lamp are cylindrical, symmetrical to the lamp axis and separated by air layers, thereby thermally separating the reeonator tube from the lamp and between the lamp tube a heating coil belonging to the first thermostat is connected to the tubular casing surrounding the resonator and a heating coil belonging to the second thermostat is connected, and that the individual tubes are connected by means of flexible couplings *

Podstata vynálezu bude objasněna na příkladu provedení, znázorněném na přiložených výkresech, kde je vyobrazeno na obr. 1 zařízeni podle vnálezu v osovém řezu a na obr· 2 elektrické analogická znázornění pro objasnění průběhu tepelné stabilizaoe.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be illustrated by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.

Výbojka 1 je nastavitelně uložena v hliníkové nosná trubce 2. Pro hrubé nastavení je výbojka 1 přitlačována pružinami 2 proti stavěoím šroubům ( neznázorněným na výkrese).The lamp 1 is adjustable in the aluminum support tube 2. For a coarse adjustment, the lamp 1 is pressed by springs 2 against the adjusting screws (not shown in the drawing).

Na nosná truboe 2 je topné vinutí 4, která patří k termostatu a měřící čidlo 2· Topný proud procházející od nosná trubky 2 radiálně směrem ven je pomocí vzduchových vretev 6 a vyrovnávací trubky 2 dodatečně vyhlazen pro účely termostatická regulace ještě před tím, než dosáhne trubky 8 resonátoru, Hryoí trubka 2» která je oddělena od trubky 8 reeonátoru další vzduchovovu vrstvou, tvoří vnější uzávěr konstrukce. Tato krycí trubka 2 “á druhý termostat, který se skládá z topného vinutí 10 a měřícího čidla 11, Jednotlivá trubky 8,2 jsou spolu spojeny pomooí pružných spojovaoích členů 12« Vlivem topného rpoudu, který neustále prochází směrem ven a který pomooi zařízení podle vynálezu má po dobu provozu konstantní hodnotu, udržuje se i teplota trubky 8 resonátoru během provozu na stejná hodnotě. Tím ee drží na konstantní hodnotě i vzdálenost zrcadel 13 resonátoru.On the support tube 2 there is a heating coil 4 belonging to the thermostat and a measuring sensor 2. The heating current passing from the support tube 2 radially outwards is additionally smoothed by means of air blades 6 and a compensating tube 2 for thermostatic control before it reaches the tube. 8, which is separated from the reeonator tube 8 by another air layer, forms the outer closure of the structure. This cover pipe 2 'and the second thermostat consisting of the heating coil 10 and the measuring sensor 11, the individual pipes 8,2 are connected together by means of flexible coupling members 12' under the influence of a heating current which continuously passes outwards and which according to the device according to the invention the temperature of the resonator tube 8 is kept constant during operation. Thus, the distance of the resonator mirrors 13 is kept constant.

Působení zařízení se dá nejlépe objasnit pomocí elektrická analogie, jak je to znázorněno na obr*, 2, kde jeou naznačeny R_gi.....**^Rs4 ^teP^eln6 odpory jednotlivých vzduchových vrstev 6, nacházejících se mezi trubkami 7. 8 a £ a tepelné kapacity jednotlivých trubek.The action of the device is best illustrated by an electrical analogy, as shown in FIG * 2, wherein R jeou indicated _gi ..... s4 ^te ^R ** P ^ELN 6 resistances of the individual air layers 6, situated between the tubes 7th 8 and 6 and the heat capacity of the individual tubes.

Písmenem G je označen vnějěí povrch výbojky 1 jako tepelného generátoru a tepelný odpor R* krycí trubky 9 Vzhledem k vnějšímu okolí. Tepelná odpory jednotlivých trubek 2, 2» 8a 9,The outer surface of the lamp 1 is indicated by the letter G as the heat generator and the thermal resistance R * of the cover tube 9 relative to the external environment. Thermal resistances of individual pipes 2, 2 »8 and 9,

199 339 podobně jako tepelné kapacity vzduchových vrstev 6, mohou být vzhledám k svým malým hodnotám zanedbány¹·'199 339 like the thermal capacity of air layers 6 may be vzhledám to its small values neglected · ¹ '

Zařízení má smysl tehdy, mohou-11 být tepelná časová konstanty C řetězoe R-C filtrů větěí oproti regulačním časovým konstantám £**_. obou termostatů mThe device makes sense if the thermal time constants C of the R-C filter chains can be larger than the control time constants ** **. of both thermostats m

ThlThl

BR (1)BR (1)

Teplotní změny ‘p. mohou být potom rozděleny do dvou frekvenčních rozsahů!Temperature changes ‘p. they can then be divided into two frequency ranges!

1« Stoohastioká výkyvy regulace s časovými konstantami1 «Stoohastic fluctuations of regulation with time constants

Ti TTi T

Th (krátkodobé výkyvy)Th (short-term fluctuations)

Tyto výkyvy sa na základě podmínky (l) nepřenášejí na trubku 8 resonátoru. Totéž platí pro zvláštní případ skokových změn teploty (zapnutí plynové výbojky při právě provedené tepelná stabilizaci laseru - zdánlivý provoz)·These fluctuations are not transmitted to the resonator tube 8 under condition (1). The same is true for the special case of step changes in temperature (switching on the gas discharge lamp with the laser thermal stabilization just performed - apparent operation) ·

2. Vybočení s časovými konstantami ^Δ τ -i2. Deflection with time constants ^ Δ τ -i

Tyto výkyvy musí být drženy poipocí termostatů na dostatečně malá hodnotě, protože analogicky Jako v případě dělení elektrického napětí - se přenášejí prostřednictvím odporů R sl — R s4, na trubku 8 resonátoru·These fluctuations must be kept at a sufficiently small value by thermostats because, similarly as in the case of electrical voltage distribution - they are transmitted via resistors R s1 - R s4 to the resonator tube 8.

Dimensování členu R - C představuje potom kompromis mezi největším přípustným výkyvem teploty Δ Tg a nabíhaeí dobou laseru, danou oož lze nastavit podle momentálního případu užití laseru·The dimensioning of the element R - C then represents a compromise between the maximum permissible temperature fluctuation Δ Tg and the start-up time of the laser, which can be set according to the current case of the laser application ·

Podle tohoto principu stabilizace je.možno dosáhnout toho, žo nabíhaeí dobu je oproti současným systémům možno zkrátit na polovinu·According to this stabilization principle, it is possible to achieve that the start-up time can be halved compared to current systems ·

Dále je možno užít reeonačního zařízení, která je vyrobeno z nížkolegovaná oceli (např· stavební oceli) a která, oo se týče stability, se vyrovná drahému systému z invaru.It is furthermore possible to use a reeonization device which is made of low-alloy steel (e.g., structural steel) and which, in terms of stability, is equal to an expensive invarate system.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Gas laser thermal stabilizing device, characterized in that the components surrounding the lamp (1) are cylindrical in shape, which are symmetrical to the axis of the lamp (1) and separated by air layers (6), between the support tube (2) and an equalizing tube (7) is located in the resonator tube (8), while the glow coil (4) belonging to the first thermostat is connected to the support tube (2) of the lamp (1) and to the tubular casing (9) surrounding the resonator. belonging to the second thermostat and the individual tubes (2, 7, 8, 9) are connected by means of flexible coupling members (l2) * ·