DE1946123A1

DE1946123A1 - Gaslaser

Info

Publication number: DE1946123A1
Application number: DE19691946123
Authority: DE
Inventors: Jacques Moret-Bailly
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1968-09-11
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1970-03-19
Also published as: SU374877A3; FR1588882A; BE738354A; GB1277485A; NL6913313A

Description

1 Q / C 1 Ο ^ DR. MÜLLER-BORE DIPL.-INS. GRALFS ^ICJHDUO

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR, DEUFEL

PATENTANWÄLTE ' -

München, den 11. 9. 1969 Gs/th - C 2084 .

CEtTTEE "BATIOHAL DE LA EEGEEECHE SCIEHTIFIQUE 15, Quai Anatole France, 75 - Paris 7, Frankreich

und

GOiIPAGHIE GENEEALE D'ELECTEICITE 54, Eue La Boetie, 75 - Paris 8 Frankreich.

Gaslaser

Die Erfindung betrifft den Aufbau eines Gaslasers und insbesondere eines ionischen Argon-Lasers. Es ist bekannt, daß ein Ionen-Laser wie z. B. ein Argon-Laser durch eine starke, ein Plasma mit erhöhter Temperatur schaffende elektrische Entladung angeregt werden muß, die in mehr oder weniger kurzer Zeit zur Zerstörung der Elemente führt, die in den Aufbau der Laserröhre eingeführt wird. Die empfindlichsten Elemente .sind die Elektroden, und zwar insbesondere die Kathode, und die Kapillarröhre, in der sich das Plasma befindet. Man hat bereits auf folgende Weise versucht, diese Zerstörung zu vermeiden:

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SAD ORIGINAL

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a) Umspülen der Anode durch, einen Wasserkreislauf. Dies ist; für die Kathode unmöglich, aber man hilft dem durch. eine beträchtliche Vergrößerung der Oberfläche des emittierenden l'eiles ab, wodurch die -Oberxlächens-troiadichte verringert wird.

b) Einschränken des Plasmas auf die Achse der kapillarrohre. Zu diesem Zweck bringt man eine Hagnetspule' um diese _: · Röhre an. Diese Spule oder dieses Solenoid, die bzw. das durch Gleichstrom versorgt wire, erzeugt ein magnetisches IPeId in der Größenordnung von 600 Gauß, das zu einer Striktion des Plasmas beiträgt.

Diese liaßnahmen genügen jedoch nicht, der■"Ionen-Laser"-Hohre die ervrünschte Lebensdauer zu. geben, und es >02χιΐ noch häufig ! vor, daß sich die Basiselerneute verschlechtern, wod-urcli der ! kostspielige Eingriff von Spezialisten, insbesondere eines Glasbläsers, notwendig-ist.

; Durch die Erfindung kann dieser !fachteil beseitigt werien. Sie betrifft insbesondere eine Laser-Röhre, die die folgenden Teile aufweist:-

Eine Kapillarröhre, in der sich ein irlasma. befindet, ds.s zu einer stimulierten Lichtenission fähig ist,

eine Umfangsröhre, die die Kapillarröhre umgibt und iir: wesentlichen koaxial zu dieser ist, v/ob ei die Kapillarrohre und die Umfangsröhre in der llähe ihrer Enden derart verbunden sind, daß sie einen rohrförmigen liauis. bilden, ·

ein Solenoid, das aus Hetal!drähten gebildet wird -and koaxial im Innern des Baumes gewickelt ist,'

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Kittel zur elektrischen Verbindung des Solenoids, die einen elektrischen Strom aarin bewirken können, der ein magnetischen x<'eld aufbauen kann, welches aas Plasma auf das Innere der Kapillarrohre einschränkt,

Iiittel zur. Zirkulierenlassen eines Kühl-ITaids in des: rohrförmigen Raum, viobei der Zufluß und der Abfluß dieses Fluids durch swei in die Umfangsröhre gebohrte öffnungen erfolgt,

in der llähe eines Endes der Kapillarrohre: eine Anode, und in der Nachbarschaft des anderen äußeren Endes derselben Röhre: eine Kathode, wobei die Anode und die Kathode mit elektrischen Verbindungsmittel!! versehen sind, iiit denen eine elektrische Entladung in dieser Röhre aufrechterhalten weraon kann,

ein erweitertes Katliö dent eil, das die 'Kathode umgibt und mit den Wänden des rohrfcrnigen Raumes derart 'Zusamnenpaßr-, daß ein dichter Raun gebildet wird, der sich über dei" kapillarrohre öffnen, wobei das erweiterte Kathodenteil ein Penst'er in der Achse der Kapillarrohre aufweist,

ein die Anode umfassendes erweitertes Anocenteil, das auf die gleiche Weise mit den Wänden des rohrförmigen Raumes verbunden is G uric ebenfalls in der Achse der Kapillarrohre mit einem Fenster versehen ist,

ein Rohz\Laser, der siel, außerdem kennzeichnet durch einen rohrförmigen üwischenaufbau, der ir.. Innern des rohrförmigen Hauiues ir: wesentlichen koaxial zu der Kapillarrohre xuid .su der Ui-iarL-^sröhre an^eorcner ist, -and durch liittel zur.: Befestigen dieses Aufbau ε in bezujj auf diese gleichen Höhlten, wobei das Solenoid auf diesen -aufbau gewickelt is

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ORlGtNAl.

Die Vorteile des Rohrlasers gemäß der Erfindung liegen im wesentlichen in der Möglichkeit, seine verschiedenen Bestandteile einzeln zu handhaben, ohne die mit ihm verbundenen optischen Elemente zur Einstellung "besonders berühren zu müssen. Weiter wird bemerkt, daß sich der Erfiridungsgegenstand ebensogut auf einen Las er-Verstärker ohne optischen Resonator anwenden läßt, sowie auf einen Laser-Generator, dessen Laserröhre zwischen zwei, einen derartigen Resonator bildenden Spiegeln angeordnet ist.

Insbesondere ist es leicht, die Länge einer Kapillarröhre und gleichzeitig die des Solenoids und der Umfangsröhre durch Ersetzen dieser Elemente zu ändern, wobei die erweiterten Teile erhalten bleiben.

In gleicher Weise ist es möglich, die Kapillarröhre zu ersetzen, wenn"sie beschädigt, ist, indem man folgendermaßen vorgehtϊ man löst die erweiterten Teile der beiden äußeren Enden der Umfangsröhre, man trennt die letztere von den Rändern der erweiterten Teile der"Kapillarrohre, man zerbricht diese Kapillarröhre und nimmt sie weg, man führt eine neue Kapillarröhre ein, deren eines äußere Ende vorher erweitert worden sein kann, man erweitert das andere äußere Ende dieser neuen Kapillarröhre, man stellt die Verbindung zwischen dem Rand 3edes erweiterten Teiles: und den Rändern der Umfangsröhre wieder her und setzt schließlich die beiden erweiterten Teile an den äußeren Enden der Umfangsröhre neu zusammen. \ \ Es ist offensichtlich, daß während dieses Arbeitsganges nur _; die beschädigte Kapillarröhre ersetzt werden muß.

Im folgenden werden weitere Kennzeichen und Vorteile der Er- \ findung beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, .·;."'

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(MMHM.

deren einzige Figur einen schematisehen Längsschnitt einer Laserröhre gemäß der Erfindung zeigt.

Die Laserröhre weist nahe ihrer Achse eine zylindrische, im allgemeinen aus Quarz bestehende Kapillarröhre 10 auf, die von einer aus dem gleichen Material bestehenden Umfangsröhre 11 umgeben ist. An den beiden Enden sind zwei erweiterte Teile 2 und 3 angeordnet, die vorzugsweise aus Metall wie z. B. nichtrostendem Stahl bestehen. Die allgemeine Form dieser erweiterten Teile ist drehsymmetrisch zur Achse der Kapillarröhre 10, die gleichzeitig die Achse des Laser-Bündels ist.

Die beiden erweiterten Teile 2 und 3 sind auf die beiden Enden der Röhre 11 aufgesetzt und auf deren Außenfläche durch Kautschukdichtungen 4- und 5 blockiert, die durch Teile 6 und 7 zusammengedrückt werden, welche wiederum durch Gewindenippel 8 und. 9 angedrückt werden.

Die Zylinderröhren 10 und 11 sind koaxial. In dem zwischen ihnen gebildeten rohrförmigen Kaum ist ein rohrförmiger Aufbau angeordnet, der aus einer dritten Röhre 12 bestehen kann, auf der ein aus isolierten Leitungsdrähten bestehendes Solenoid 13 aufgewickelt ist. Der Durchmesser dieser Metallröhre 12 liegt so zwischen dem Außendurchmesser der Röhre 10 und dem Innendurchmesser der Röhre 11, daß der von dieser die Spule und die beiden Röhren 10 und 11 umschließenden Röhre umfaßte Raum zum Durchfließen eines Kühlfluids ausreicht. ·

Die Röhre 12 ist mit Keilen wie 14 ausgestattet, mit denen sie in dem zwischen den beid<& Röhren 10 und 11 eingeschiοs-

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senen röhrenförmigen Raum zentriert werden kann. Nach, der Figur ist ersichtlich, daß ihre Länge nicht dazu ausreicht, die Röhre durch ihre Enden zu befestigen. Diese Keile 14 stützen sich vorteilhafterweise auf die Innenwand der Röhre 11, wie in der Figur gezeigt, aber sie können sich in gleicher Weise auf die Röhre 10 stützen. Ebenso kann man diese Keile 14 durch eine schraubenförmige, sich auf der Oberfläche der Röhre 12 abstützende Wand oder durch eine poröse Füllung wie 36 ersetzen. Hit diesen Elementen kann ein bevorzugter Weg für das Kühlfluid geschaffen werden, dessen Zirkulation die Kapillarrohre auf ihrer Gesamtlänge kühlen soll. Der Zufluß und der Abfluß dieses Kühlfluids erfolgt durch die Röhren 15 und 16., die sich in die ünfangsröhre quer zu ihr und in einer Entfernung zu ihren Enden öffnen. Dies erfolgt in denselben Röhren, in denen die elektrische Speiseleitung des Solenoids angeordnet ist.

Die Enden der Röhren 10 und 11 sind durch eine trompetenförmige Wand 17 verbunden, die sich vom Plasna weg erstreckt, da der durch das magnetische Feld verursachte Strilitionseffekt des Plasmas an diesen Enden stark gedämpft ist, was auch der Grund dafür ist, daß die Länge des Solenoids 13 notwendigerweise kleiner als die der Kapillare 10 ist.

In der einzigen Figur sind zwei verschiedene Ausführungsformen der erweiterten Teile 2 und 3 dargestellt»

Das erweiterte Teil 2 ist in einer bevorzugten Ausführungs- ' form für die Verwirklichung der Anode dargestellt. Es wird von einer doppelten Metallwand 18 gebildet, in derem Inneren ein Kühlfluid umläuft. Dieses erweiterte Teil.ist direkt mit der positiven Klemme 19 eines elektrischen Stromgenerators

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8ADORiGINAl.

20 verbunden, und man verwendet in diesem Falle seine Innenwand als Anode.

Eine Verlängerung 21 des erweiterten Teiles 2 wird durch ein abgeflachtes Teil 22 begrenzt, das einen Ergänzungswinkel des Brewsterwinkels mit der Achse der Kapillarrohre bildet.

Auf diesem abgeflachten Teil ist eine Rille eingearbeitet, in der sich ein Käut schüler ing 2$ und eine Platte 29 oder ein Brewsterfenster befindet, das für die auf das abgeschrägte Teil zur Anwendung könnenden Lasers tr aiii en durchlässig; ist. Durch ein Zusainsiendrüclteii dieses Ringes erreicht man die notwendige Abdichtung des erweiterten Teiles. Dieses Zusammendrücken wird über eine weitere Kautschukdiclitung 2A- erhalten, die· durch eine Buchse 25 zusammengepreßt ist, die direkt auf,der Außenwand der Verlängerung 21 aufliegt.

Das die Kathode 31 enthaltende erweiterte Teil 3 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine einfache Wand 26 gebildet, auf der '^in Schlangenrohr 27 aufgeschweißt ist, in dem ein Kühlfluid vie ζ. 3. Wasser umläuft«

Auf der Seite dieses erweiterten Teiles ist eine Falle 28 angeordnet, die die Form einer Halbschale besitzt, wenn die Wand 26 druhsymmetrisch ist, wobei die Abdichtung immer auf die gleiche ArI; z, B. mit Kautschukdichtungen 30 erfolgt. Diese Falle besitst ausreichende Abmessungen, um eine Kathode 31"hindurchführen zu können, welche vorteilhafterweise die Form eines kegelstumpfes hat und auf der Achse der Kapillare 10 zentriert ist. Der Vorteil dieser 8ei^en.falle liegt in

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^ommmL

der Möglichkeit, die Kathode auszuwechseln, ohne daß die Parallelität oder die Antiparallelität der Brewsterfenster" 29 und 35 gestört wird. Die, Kathode ist unverrückbar durch einen Leitungsstift 32 befestigt, der gleichzeitig zur elektrischen Verbindung dient. Die Trennwand-Durchführung des Stiftes 3? wird z.. B. mit einer Perle aus Isolierglas 33 verwirklicht. Der Stift 32 ist mit der negativen Klemme des Generators 20 verbunden.

Das Brewsterfenster 35 ist direkt auf das Ende der Verlängerung 34- des erweiterten Teiles 3 aufgeklebt, wobei dieses Ende auf die gleiche Art hergestellt ist wie das äußere Ende der Verlängerung' 21 des erweiterten Teiles 2 und die Klebstoffschicht hier als Dichtung dient. ' ;

Die erweiterten Teile 2 und 3 sind auf nichtgezeigten, starren und isolierenden Stützen, befestigt, die sich längs einer optischen Bank verschieben lassen, auf der ebenso die Stützen der Spiegel angebracht sind, die den optischen Resonator, in den die Laserröhre eingeführt ist, bilden.■

Letzteres kann dynamisch erfolgen, d. h. mit einem schwachen Gasumlauf, z. B. einige cmr/min. Zu diesem Zweck kann ein Eintritt und ein Austritt für das Gas vorgesehen werden, die direkt auf den erweiterten Teilen angeordnet werden. Für den Fall, daß die Laserröhre eine Kataphorese zeigt, d. h. daß in der Praxis ein iTuidumlauf vorgesehen ist, mit dem die Drücke an den Enden der Röhre ausgeglichen werden können, kann der Eintritt des Gases auf diesen Umlauf angeordnet sein, der deswegen, weil die Hetallmasse eines der erweiter- · ten Teile direkt als Anode dient, aus einem biegsamen ■ ".-

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^u WO ORIGINAL

Material gebildet wird, das wenigstens ein isolierendes Teil aufweist. Das "biegsame Teil ist notwendig, um die "beiden erweiterten Teile entfernen zu können, ohne den in Frage kommenden Umlauf abbauen zu müssen.

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Claims

^:- 10 -

a tent an s ρ r ü cn e

1.jLaserröhre, die folgende Teile aufweist:

y Eine Kapillarrohre, in der sich ein Plasma befindet, das zu einer stimulierenden Lichtemission fähig ist,

eine umfangsröhre, die die Kapillarrohre umgibt und im wesentlichen koaxial zu dieser ist, wobei die Kapillar- ^J röhre und die Umfangsröhre in der Nähe ihrer Enden derart verbunden sind, daß sie einen rohrförmigen Raum bil- den,

ein Solenoid, das aus Metalldrähten gebildet wird und koaxial in Innern des Raumes gewickelt ist,

Mittel zur elektrischen Verbindung des Solenoids, die einen elektrischen Strom darin bewirken können, der ein magnetisches-Feld aufbauen kann, welches das El a sr. .a auf das Innere der Kapillarröhre einschränkt,

Mittel zum Zirkulierenlassen eines Kühl-j?luids in derr. rohrförmigen Raum, wobei der Zufluß und der Abfluß dieses Fluids durch zwei in die Umfangsröhre gebohrte öffnungen erfolgt, ~

in der Nähe eines Endes der Kapillarrohre: eine Anode, und in der Nachbarschaft des anderen äußeren Endes derselben Röhre: eine Kathode, wobei die Anode und die Kathode mit elektrischen Verbindungsmitteln versehen sind, m/i;, denen eine elektrische Entladung in dieser Röhre aufrechterhalten werden kann,

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SADORfG)NAL

ein erweitertes Kathodenteil, das die Kathode umgibt Und mit den Wänden des rohrförmigen Raumes derart zusammenpaßt, daß ein dichter Raum gebildet wird, der sich über der Kapillarrohre Öffnet, wobei das erweiterte ,Kathodenteil ein Fenster in der Achse der Kapillarrohre aufweist,

ein die Anode umfassendes erweitertes Anodenteil, das auf die gleiche Weise mit den Wänden des rohrförmigen Raumes verbunden ist und ebenfalls in der Achse der Kapillarrohre mit einem Fenster versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrlaser außerdem einen rohrförmigen Zwischenaufbau, der im Innern des rohrförmigen Raumes im \re sent liehen, koaxial zu der kapillarrohre und au der Umfangsröhre angeordnet ist, und Mittel zum Befestigen dieses Aufbaus in bezug auf diese gleichen Rohren aufweist, wobei das Solenoid auf diesen Aufbau gewickelt ist.

Laserröhre nach Aiispx-uch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LängG des rohrförmigen Aufbaues derart geringer ist als die des rohrförmigen Raumes, daß ein Kühlfluid zwischen den äußeren Enden dieses Aufbaues und dem Teil dor Wand dieses Raumes hindurch strömen kann, das die Kapillarrölire mit der Ucfangsröhre verbindet.

Laserröhre nach Anpsruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die'Eintritts- und Austrittsöffnungen des Kühlfluids im Abstand von wenigstens einem äußeren Ende der Umfangsröhre gebohrt sind, wobei das erweiterte Teil ; auf'der Seite dieses äußeren Endes gelegen ist, das diese " j Umfaiigsröhre '„ir,faßt.

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BAD ORfGHNAL

4. Laserröhre nach Anspruch 1, dadurch g e k e nn ze i c h - *

net, daß sich die Befestigungsmittel auf der Innen-. • fläche der Umfangsröhre abstützen. -

5· Laserröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß sich die Kapillarrohre an jedem ihrer äußeren Enden trompetenförmig erweitert, bis sie auf die Umfangsröhre trifft, wobei die beiden Röhren entlang der Auftrefflinie verbunden sind.*

6. Laserröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische, ringförmige, die Abdichtung zwischen der Urafangsröhre und dem erweiterten Teil sichernde Dichtung mit Druckmitteln zusammenarbeitet, deren Druck durch Verschraubung hervorgerufen wird, wobei die Achse der Verschraubung parallel zu der der Umfang sröhre ist und das mit einem Widerlager versehen ist, gegen das die Ringdichtung durch die Druckmittel gedrückt ist·

7· Las err öhre nach Anspruch 1, dadurch ge k e η. η ζ e i c hn et, daß das erweiterte Anodenteil aus Metall besteht, daß es mit der positiven Klemme des elektrischen Stromgenerators verbunden ist, dessen negative Klemme mit der Kathode verbunden ist, und daß ein Teil der Innenwand dieses erweiterten Teiles die Anode bildet. ·

6. Laserröhre nach Anspruch Λ, dadurch _ g e k e η η ζ ei c h η e t, daß das erweiterte Kathodenteil eine Falle enthält, die das Herausnehiien der Kathode aus diesem; erweiterten Teil erlaubt. ■ ."", ■■ . - ' ^: ■

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9. Laserröhre nach Anspruch 8, dadurch g e k e il n -zeichnet, daß die elektrische Verbindung der Kathode quer durch die isolierenden Übergänge verwirklicht ist, die in der Falle eingerichtet sind, wobei diese Kathode fest mit dieser Falle verbunden ist.

,10. Laserrö'hre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erweiterten Teile eine zur Kapillarrohre im wesentlichen koaxiale Verlängerung aufweisen und daß eines der Fenster an dem äußeren Ende dieser Verlängerung befestigt ist.

11. Laserröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Fenster, das an dem Ende der Verlängerung des erweiterten Anodenteiles festgemacht ist, auf diesem äußeren Ende unter Zwischenlegen von ringförmigen, elastischen Dichtungen durch eine Buchse angepreßt gehalten \d-rd, der auf der Außenwand dieses erweiterten Teiles abnehmbar befestigt ist.

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