CS199392B1

CS199392B1 - Coaxial laser tube

Info

Publication number: CS199392B1
Application number: CS592277A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Petru; Zdenka Vesela
Original assignee: Frantisek Petru; Zdenka Vesela
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1977-09-13
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález ae týké koaxiální laserové trubice se studenou katodou tvořenou válcovou nosnou trubicí uzavřenou dvěma Sely a koncovkami a rozdělenou nejméně na dva vakuótěsné prostory, ve které je centricky uspořádána kapilára.The invention relates to a cold cathode coaxial laser tube formed by a cylindrical support tube closed by two Sels and terminals and divided into at least two vacuum-tight spaces in which a capillary is arranged centrally.

Laserovou trubicí je nazýváno takové uspořádání plynového laseru, ve kterém jsou zrcadla rezonátoru připojena přímo na výbojovou trubici laseru. U některých laserových trubic tohoto druhu je kapilára výbojová trubice anebo její část přímo součástí rezonátoru ι,ί.,ψ laseru, neboť nese zrcadla rezonátoru. Toto uspořádání není výhodné z řady důvodů, např· *A laser tube is a gas laser arrangement in which the resonator mirrors are attached directly to the laser discharge tube. In some laser tubes of this kind, the capillary tube or part thereof is directly a part of the laser resonator, since it carries the resonator mirrors. This arrangement is not advantageous for a number of reasons, eg.

proto, 2é kapilára má malou tuhost, značně se ohřívá a má tedy velké dilatace, což vede k nestabilitám a podobně· Z těchto důvodů se přálo na koaxiální laserové trubice, které mají vnější válcový plášť na koncích uzavřený zrcadly a uvnitř tohoto pláětě mají umístěnou kapiláru. Vnější válcový plášť se zrcadly tvoří rezonátor a vlastní stimulovaná emise je Vybuzena ve vnitřní kapiláře.therefore, the capillary has low stiffness, heats up considerably, and therefore has large dilatations, resulting in instabilities and the like. For these reasons, coaxial laser tubes having an outer cylindrical sheath at the ends closed by mirrors and having a capillary inside the sheath . The outer cylindrical shell with mirrors forms a resonator and the stimulated emission itself is excited in the inner capillary.

Nevýhodou tohoto uspořádáni je, že vakuové uzavření prostoru laserové trubice zrcadly vede k nutnosti vakuového zpracováni při teplotě, která neporuší spoj zrcadel s trubicí. Vzhledem k tomu, že se obvykle používá k lepení epoxidové pryskyřice, je dovolená teplota nízká a buá nezaručí dokonaleé odplynění laserové trubice anebo celý proces trvá velmi dlouuo. Rovněž připojení zrcadel na trubici před spuštěním stimulované emise vede buáA disadvantage of this arrangement is that the vacuum closing of the laser tube space with mirrors leads to the need for vacuum treatment at a temperature that does not break the connection of the mirrors to the tube. Since it is usually used for bonding epoxy resin, the allowable temperature is low and either does not guarantee perfect degassing of the laser tube or the entire process takes a very long time. Also, attaching mirrors to the tube before triggering the stimulated emission will either

199 392199 392

199 392 ke sníženým parametrům takovéto laserové trubice (vlivem nedokonalého nastavení zrcadel rezonátoru v přítomnosti aktivního média a výbojem), anebo k nutnosti vestavění justážního mechanismu přímo na laserovou trubici. Toto uspořádání laserová trubice poskytuje kromě toho záření bez pevně určené roviny kmitů, takže výstupní světlo se skládá obvykle ze dvou kolmo polarizovaných (ortogonálních) složek, jejichžroviny kmitů jsou dány náhodně vlastnostmi rezonátoru. Pokud je zapotřebí lineárně polarizovaného výstupního světla laseru, meusí být laserová trubice vybavena nejméně jedním Brewsterovým okénkem v rezonátoru. Dosavadní konstrukce laserových trubic jsou obvykle skleněná a používají křemenná Brewsterové okénka, lepená epoxidovými pryskyřicemi, neboť použití skleněných Brewaterových okének má za následek horší paramtery laseru. Toto uvedená uspořádání vede tedy rovněž k nutnosti vakuového zpracování při nízká teplotě, navíc použití jednoho Brewsterova okénka má uvedená nevýhody nižších paramterů laserové trubice a nebo nutnosti justážního zařízení přímo na trubici S rizikem rozjustování během provozu.199 392 to the reduced parameters of such a laser tube (due to imperfect alignment of the resonator mirrors in the presence of active medium and discharge), or to the necessity of the adjustment of the adjustment mechanism directly on the laser tube. This laser tube arrangement also provides radiation without a fixed oscillation plane, so that the output light usually consists of two perpendicularly polarized (orthogonal) components, whose oscillation levels are given randomly by the properties of the resonator. If a linearly polarized laser output light is required, the laser tube must be equipped with at least one Brewster window in the resonator. Prior art laser tube designs are usually glass and use quartz Brewster windows, glued with epoxy resins, as the use of glass Brewater windows results in inferior laser parameters. This arrangement therefore also leads to the need for a vacuum treatment at low temperature, moreover the use of a single Brewster window has the disadvantages of the lower parameters of the laser tube and / or the need for an adjustment device directly on the tube with the risk of disruption during operation.

Dosavadní konstrukce koaxiálních laserových trubic mají dále nevýhodu v tom, že vnější válcový plášť, i když je vakuově rozdělen přepážkou, tvoří nežádoucí cestu pro parazitní vysokofrekvenční výboj ve zředěném áktivním plynu paralelně k hlavnímu výboji kapilárou. Tento parazitní výboj v řadě případů znemožní řádnou funkci laserové trubice.The existing designs of coaxial laser tubes have the further disadvantage that the outer cylindrical casing, even though it is vacuum-divided by a baffle, forms an undesirable path for a parasitic high-frequency discharge in the diluted activated gas parallel to the main discharge through the capillary. In many cases, this parasitic discharge will prevent the laser tube from functioning properly.

Nevýhody dosavadních konstrukcí laserových trubic odstraňuje koaxiální laserová trubice se studenou katodou, tvořená válcovou nosnou trubicí, uzavřenou dvěma čely β koncovkami opatřenými vsuvkami a Brewaterovými okénky a rozdělenou nejméně na dva vakuotěsně oddě lané prostory, ve které je centrioky uspořádána kapilára. Podstatou vynálezu u laserová trubice je, že kapilára je spojena a jednou koncovkou upevněnou v jednom čele nosná trubice a nejméně jednou přepážkou a na druhý konec nosná trubice je připojeno druhé čelo, nesoucí druhou koncovku, přičemž anoda, orientované kolmo k příčnému zářezu v kapiláře, je umístěna v jedné z koncovek, zatímco vývod katody je umístěn v protilehlém čele nosné trubioe a oddělený prostor nosné trubice je vyplněn plynem zabraňujícím výboji, například směsí neonu a helia.The disadvantages of the prior art laser tube designs are eliminated by a cold cathode coaxial laser tube consisting of a cylindrical support tube, closed by two nipples with nipples and Brewater windows and divided into at least two vacuum-tightly separated spaces in which the capillaries are arranged. It is an object of the invention in a laser tube that the capillary is connected with one end mounted in one face of the support tube and at least one baffle and at the other end of the support tube connected to a second face carrying the other end. is located in one of the terminals, while the cathode outlet is located at the opposite face of the support tube and the separate space of the support tube is filled with a gas to prevent the discharge, for example a mixture of neon and helium.

Koaxiální laserová trubice má čelní koncová plochy vsuvek zabroušeny do tvaru povrchu příslušného zrcadla, kolmého k optické ose svazku světla laseru*The coaxial laser tube has the nipple end faces ground in the shape of the respective mirror surface perpendicular to the optical axis of the laser beam *

Koaxiální laserová trubice má v nosné trubici kruhová getry umístěny šikmo k ose kapiláry.The coaxial laser tube has circular getters in the carrier tube positioned obliquely to the capillary axis.

Hlavní předností koaxiální laserová trubice je vysoká stabilita, jednoduchá konstrukce malého kruhového průřezu, zajištění stabilního výboje bez možností vzniku parazitních vysokofrekvenčních oscilaci ve vnějším plášti trubice a velká životnost laseru.The main advantages of the coaxial laser tube are high stability, simple construction of small circular cross-section, providing a stable discharge without the possibility of parasitic high-frequency oscillations in the outer jacket of the tube and long life of the laser.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, na němž je v příčnám řezu naznačen příklad konstrukčního provedení koaxiální laserová trubice.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawing, in which the cross-sectional view illustrates an exemplary construction of a coaxial laser tube.

199 392199 392

Laserovou trubici tvoří válcová nosná trubice 1, jejímž osovým středem prochází kapilára 2. Nosná trubice 1 je uzavřena prvním čelem fi a druhým čelem fi. První čelo 3 je spojeno s první koncovkou fi ae vsuvkou 22 uzavřenou vakuotěsně jednak prvním Brewsterovým okénkem lj a prvním zrcadlem 8 rezonátoru. Kapilára 2 je upevněna jednak v první přepážce fi případně v druhé přepážce 10 s dilatační schopností a jednak v první koncovce 6 přičemž na konci, kapiláry 2 je příčný zářez 11, nad nímž je v první koncovce fi zatavena anoda 12. Druhé čelo fi je opatřeno vývodem lfi spojeným s katodou 16 a je nosnou částí druhé koncovky 2 se vsuvkou 23 uzavřenou vakuotěsně druhým Brewsterovým okénkem 14 a druhým zrcadlem fi rezonátoru. Mezi prvním čelem fi a první přepážkou fi je vytvořen oddělený prostor lfi. Ve středním prostoru výbojové trubice se nacházejí Šikmo k ose kapiláry 2 kruhové getry 11 a 19 upevněné na kapiláru 2 držákem 20. Veškeré části laserové trubice mimo zrcadel 8, fi jsou vakuotěaně spojeny spoji, dovolujícími vysokou teplotu zpracování (cca 400 °C). Rovněž obě Brewaterova okénka 13. 14. která vakuotěsně uzavírají prostor nosné trubice 1 a dovolují optický výstup laserového záření, jsou připojena spoji, dovolujícími vysokou teplotu. Tímto uspořádáním je umožněno vakuové zpracování výbojové trubice při vysoké teplotě a odzkoušení funkce laseru s pomocným vnějším rezonátorem. Použití dvou koncovek 6 a 7, které mají koncové čelní plochy kolmé k ose svazku světla laseru, dovolí jednoduché připojení zrcadel 8 a fi po vakuovém zpracování výbojové trubice. Vakuotěsně prostory vzniklé mezi Brewsterovými okénky lfi, 14 a zrcadly 8, fi jsou s výhodou plněny plynem, absorbujícím nežádoucí linii, konkurující linii pracovní. Oddělený prostor 17. vzniklý mezi čelem fi a první přepážkou 4, je vyplněn plynem např. o přibližně atmosférickém tlaku. Cílem tohoto uspořádání je zabránění vzniku parazitního vysokofrekvenčního výboje v prostoru 21 a v odděleném prostoru 17 nosné trubice 1. V odděleném prostoru 17 vlivem vyššího tlaku plynu (např. blízko atmosférického) nemůže vzniknout výboj, V důsledku toho se podstatně zmenší efektivní kapacita meziprostorem anody 12 a prostorem katody 16. Tato malé kapacita je jednou z důležitých podmínek pro vytvoření stabilního výboje v kspiláře 2 výbojové trubice. Oddělený prostor 17 lze s výhodou využít k doplňování některých složek aktivního prostředí a plyn v tomto odděleném prostoru 17 může obsahovat složky aktivního prostředí výbojové trubice. S ohledem na zachování malého celkového průměru krytu laserové trubice je vývod 15 katody 16 proveden v čele fi souose s osou nosné trubice 1. Tuhost a pevnost kapiláry 2 je podstatně zvýšena upevněním v prvním čele fi a v jedné přepážce 4 případně další přepážce 10. Poněvadž teplota kapiláry 2 je podstatně vyšší než teplota nosné trubice 1, je přepážka 10 provedena s možností dilatace ve směru osy. Vzhledem k tomu, že obvykle výstupní svazek světla neprochází osou vsuvek 22 a 23. musí být konce vsuvek 22. 23 zabroušeny do tvaru vlnoplochy vycházejícího svazku světla laseru v místě konců vsuvek 22, 23. Tato vlnoplocha je dána tvarem povrchu příslušného zrcadla 8, fi, kolmého k optické ose svazku světla laseru. Účinnost bariových kruhových getrů 18 a lfi se zvyšuje odpařením na dostatečně velké ploše, přičemž není žádoucí pokovení kepiláry 2. Rovněž je důležitá dobré vazba mezi kruhovým getrem 18, lfi a odpalovacím vysokofrekvenčním obvodem. Těchto účinků se dosahuje umístěním kruhových getrů 18 a lfi šikmo k ose kapiláry 2.The laser tube consists of a cylindrical support tube 1, the capillary 2 of which passes through the axial center. The support tube 1 is closed by a first face fi and a second face fi. The first face 3 is connected to the first terminal f1 and to the nipple 22 closed in a vacuum-tight manner by the first Brewster window 11 and the first resonator mirror 8. The capillary 2 is fixed both in the first baffle fi and / or in the second baffle 10 with expansion capability and in the first end 6 whereby at the end of the capillary 2 there is a transverse notch 11 over which the anode 12 is sealed in the first end fi. an outlet 11fi connected to the cathode 16 and is a support portion of the second terminal 2 with the nipple 23 closed vacuum-tight by the second Brewster window 14 and the second resonator mirror fi. A separate space 1fi is formed between the first face fi and the first partition fi. In the central space of the discharge tube are located obliquely to the axis of the capillary 2 of the circular getters 11 and 19 mounted on the capillary 2 by the holder 20. All parts of the laser tube except the mirrors 8, fi are vacuum-coupled by joints allowing high processing temperatures (about 400 ° C). Also, the two Brewater windows 13, 14, which vacuum-tightly enclose the space of the carrier tube 1 and allow the optical output of laser radiation, are connected by high temperature joints. This arrangement enables the vacuum treatment of the discharge tube at high temperature and the operation of the laser with an auxiliary external resonator. The use of two terminals 6 and 7 having end faces perpendicular to the axis of the laser light beam allows simple attachment of the mirrors 8 and fi after vacuum treatment of the discharge tube. The vacuum-tight spaces formed between the Brewster windows 11f, 14 and the mirrors 8f are preferably filled with gas absorbing an unwanted line, competing with the working line. A separate space 17 formed between the face f1 and the first partition 4 is filled with a gas of approximately atmospheric pressure, for example. The object of this arrangement is to prevent the occurrence of a parasitic high-frequency discharge in space 21 and in a separate space 17 of the carrier tube 1. In a separate space 17 due to higher gas pressure (e.g. near atmospheric), no discharge can occur. and a cathode space 16. This small capacity is one of the important conditions for creating a stable discharge in the discharge tube capillary 2. Separate space 17 may be advantageously used to replenish some active medium components, and gas in this separate space 17 may comprise discharge tube active medium components. In order to maintain the small overall diameter of the laser tube housing, the cathode lead 16 is provided at the face fi coaxial with the axis of the carrier tube 1. The rigidity and strength of the capillary 2 is substantially increased by fastening in the first face fi and in one partition 4 or another partition 10. the temperature of the capillary 2 is substantially higher than the temperature of the support tube 1, the partition 10 is designed with dilatation in the direction of the axis. Since normally the light output beam does not pass through the axis of nipples 22 and 23, the ends of the nipples 22, 23 must be ground to the wavefront of the emitted laser beam at the ends of the nipples 22, 23. This wavefront is given by perpendicular to the optical axis of the laser light beam. The efficiency of the barium circular getter 18 and 1fi is increased by evaporation over a sufficiently large area, and plating of the cepillary 2 is not desirable. Also, a good bond between the circular getter 18, 1fi and the high-frequency firing circuit is important. These effects are achieved by placing the circular getter 18 and 11i diagonally to the axis of the capillary 2.

Claims

p R E D Μ fi T OF THE INVENTION

1. A cold cathode coaxial laser tube consisting of a cylindrical carrier tube, closed with two Sels and endings provided with nipples and Brewster windows, and divided into at least two vacuum-separated compartments in which the capillaries are arranged in the oentriques, characterized by the capillary (2) being connected to one end (6) mounted in one sele (3 support tubes (1) and at least one baffle (4) and a second selo (5) carrying a second end (7) is connected to the other cone of the support tube (1); the anode (12) oriented perpendicular to the transverse notch in the capillary (11) is located in one of the terminals (6), while the cathode outlet (15) is located in the opposite face (5) of the supporting tubioe (1) and 17) The support tube (1) is filled with a gas to prevent discharge, for example, neon and helium.

2. A coaxial laser tube as claimed in claim 1, characterized in that the selective end faces of the nipples (22 and 23) are ground in the shape of a surface of the respective mirror (8, 9) perpendicular to the optical axis of the laser light beam.

3. The coaxial laser tube according to claim 1, characterized in that in the carrier tube (1) the circular getters (18, 19) are placed obliquely to the axis of the capillary tube (2).