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Gefalteter Gaslaser mit Zwischenfokussierung Die Erfindung betrifft
einen Gaslaser mit einem aus mehreren gegeneinander gefalteten Abschnitten bestehenden
Entladungsrohr und mit optischen, sphärische Wonkavspiegel enthaltenden Umlenkvorrichtungen,
die zwischen benachbarten Abschnitten des Entladungsrohres im Bereich dessen Faltungen
eine Strahlfokussierung und -umlei:kung bewirkend angeordnet sind.
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Bin gefalteter Gaslaser dieser Art ist aus der britischen Patentschrift
1 266 067 bekannt. Im einzigen Ausführungsbeispiel dieser Patentschrift ist das
FJntladungsrohr nur einmal gefaltet. Dabei hat die zwischenfokussierende Umlenkvorrichtung
den Zweck, durch Bündelung der zwischen dem Reflektor und der Auskoppellinsehin-
und herreflektierten Laserstrahlung Streuverluste und eine hochdivergente Modenstruktur
zu vermeiden, also die Ausgangsleistung des Gaslasers zu erhöhen und den Querschnitt
des austretenden Strahls gering zu halten. In dieser vorbekannten Anordnung besteht
die zwischenfokussierende Umlenkvorrichtung aus drei sphärischen, eine Strahlenumkehr
bewirkenden Konkavspiegeln mit gleichem Krümmungsradius. Zur Vermeidung einer astigmatischen
Deformation, die bekanntlich bei der nichtnorrialen RefleXtion eines Strahles mit
endlichen Querschnitt an einem sphärischen Spiegel auftritt, soll dabei die gesamte
Umlenkvorrichtung um etwa 35° gegen die Falteben geneigt sein. Bei Mehrfachfaltungen
des Entladungsrohres ist vorgesehen,
jeden Faltungsort mit einer
derartigen Umkehrvorrichtung auszustatten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gaslaser der eingangs
genannten Art anzugeben, der ebenfalls einen weitgehend unverzerrten, geringen Querschnitt
des austretenden Strahls aufweist, dabei aber wesentlich einfacher in der Herstellung
und im Aufbau als die bekannte Anordnung ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß das Entladungsrohr mindestens zweimal in voneinander verschiedenen
Ebenen gefaltet ist und die diesen Faltungen zugeordneten Umlenkvorrichtungen jeweils
nur einen sphärischen KorRavspie£el enthalten.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß es zur Vermeidung astigmatischer
Verzerrungen des austretenden Laserstrahls nicht notwendig ist, den Strahl bereits
auf der ganzen Länge seines zuges im Resonator verzerrungsfrei zu führen, sondern
daß durchaus solche in Strahlengang aufeinanderfolgende Verzerrungen des Strahlquerschnittes
zugelassen werden können, die sich bis zum Austritt des Laserstrahls gerade kompensleren.
Aufgrund dieser Überlegung ist eine erfindungsgemäß vorgesehene zwischenfokussierende
Umlenkvorrichtung höchst einfach mit nur einem einzigen spärischen Konkavspiegel
ausgestattet und damit bewußt ein Abbildungsfehler - ein auftreffender Strahl kreisförmigen
Ouerschnitts wird in Ellipsenform reflektiert - in Kauf genommen. Im Zusammenwirken
mit der ebenfalls erfindungsgemäß vorgeschlagenen Faltung in verschiedenen Ebenen
rJi-c jedoch die Verzerrung der einen Umlenkvorrichtut,g durch die der anderen nicht
verstärkt, sondern vielmehr korrigiert.
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Bei geeigneter Taue der 7altecenen zueinander ergänzen und kompensieren
sien die nevzeiligen ellipsenförmigen Querschnitts-Verengungen wieder zu einer angenäherten
Kreisform.
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Der vzichtigste Vorzug eines gefalteten Gaslasers gegenüber einen
Gaslaser mit gestrecktem Entladungsrohr, namlich sein kompakter Aufbau bei großer
Leistung, bleibt beim erfindungsgemäßen Gaslaser voll bewahrt. Für viele Anwendungen
sind dessen Querabmessungen sogar noch günstiger als die einer in nur einer Ebene
gefalteten Ausführung.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die verschiedenen Ebenen,
in denen das Entladungsrohr gefaltet ist, gleiche Winkel miteinander einschließen
zu lassen.
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Bei diesen Winkeln ist die bei einer vorgegebenen Anzahl von astigmatisch
verzerrenden Zwischenfokussierungen bewirkte Gesamtverzerrung des austretenden Strahles
sehr gering, wobei die noch verbliebenen Verzerrungen ohne Vorzugsrichtung über
de Strahlquerschnitt verteilt sind.
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Eine besonders geringe astigmatische Verzerrung des austretenden Laserstrahle
erhält man, wenn die verschiedenen Ebenen aufeinanderfolgender Faltungen des Entladungsrohres
senkrecht aufeinanderstehen. Hier ist die kompensierende Wirkung der aufeinanderfolgenden
sphärischen Konkavs piegel am stärksten, da nun bei jeder zwischenfokussierenden
Umlenkung die Richtungen größter bzw. kleinster Fokussierungskraft wechseln. Es
empfiehlt sich hierbei, den gefalteten Gaslaser mit einer geranden Anzahl von erfindungsgemäß
vorgesehenen Zwischenfokussierungen auszustatten.
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Anhand eines in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen erläutert
werden.
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Es zeigt: Figur 1 in perspektivischer'Ansicht ein Ausfahrungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Gaslasers,
Figur 2 die Resonatoranordnung
des Ausführungsbeispiels aus Figur 1.
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Figur 1 zeigt schematisch von einem erflndungsgemäßen Gas laser das
mit 1 bezeichnete Entladungsrohr. Alle für die Erfindung unwesentlichen Teile eines
Entladungsrohres, beispielswei.se die Elektroden, sind nicht eingezeichnet.
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Statt dessen sind der Einfachheit halber in der Darstellung die beiden
Lenden des Entladungsrohres 1 mit Verschlüssen 2, 3 abgeschlossen, in denen diejenigen
Elektroden, die sich an den Rohrenden'befinden, sowie die optischen Anschlüsse untergebracht
sein sollen. Das Entladungsrohr 1 ist zweimal, und zwar in den Faltbereichen 4,
5 um 180° gefaltet. Die 180°-Faltungen sind dabei jeweils durch zwei aufeinanderfolgende
90°-Knickungen des Entladungsrohres 1 gebildet.
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Die Ebenen der beiden Faltungen stehen senkrecht aufeinander.
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Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist die Resonatoranordnung des als Oszillator
betriebenen Ausführungsbeispiels in üblicher Weise abgeschlossen, und zwar durch
einen sphärischen Konkavspiegel 10 und einem planparallelen Auskoppelspiegel 11.
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Im Strahlengang 6 zwischen diesen Elementen, in den Faltbereichen
4, 5 befinden sich nun die gemäß der Erfindung ausgebildeten zwischenfokussierenden
Umlenkvorrichtungen.
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Sie bestehen in diesen Fall aus jeweils zwei Elementen, dem spärischen
Konkavspiegel 12 bzw. 13 und einem Planspiegel 14 bzw. 15. Reibenfolge im Strahlengang
6 und Aufteilung des gesamten UnIenkwinkels einer Umlenkvorrichtung sind für die
Elemente einer Umlenkvorrichtung, im dargestellten Ausführungsbeispiel also die
Spiegel 12, 14 bzw. 13, 15, nicht wichtig. Dagegen kommt es darauf an, daß a2h kompensierend
eingesetzten spärischen Konkavspiegel stets um den gleichen Winkel umlenken. Aufgrund
der Orthogonalität der Yaltebenen wirken dann die beiden sphärischen Konkavspiegel
12, 13 derart zusammen, daß die bei jedem einzelnen der Konkavspiegel
entstehende
elliptische Verzerrung durch den anderen Konkavspiegel wieder entzerrt wird. Der
Gaslaser senwingt in einem stabilen Modus, der in den Abschnitten zwischen dem Reflektor
10 und dem Faltbereich 4 sowie dem Auskoppelspiegel ii und dem Faltbereich 5 einen
annähernd kreisrunden Strahlquerschnitt hat und auch mit rundem Querschnitt aus
dem Auskoupelspiegel 11 austritt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Gaslaser-Ausführung, in der nicht jede
Umlenkvorrichtung zwischenfokussierend wirken soll, empfiehlt es sich, daß die einen
sphärischen Konkavspiegel enthaltenden Umlenkvorrichtungen im Strahlengang des Laserlichts
aufeinanderfolgend angeordnet sind. So wird verhindert, daß der astigmatisch verzerrte
Laserstrahl eine unerwünscht große Ausdehnung erlangen kant.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Sie kann genau so gut bei Gaslasern verwendet werden, die im Verstärkerbetrieb arbeiten.
Auch braucht das Entladungsrohr nicht um 1800 gefaltet zu seit, sondern kann - wie
bei den sogenannten Ringlasern - zu einem in sich geschlossenen Gebilde geknickt
sein.
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5 Patentansprüche 2 Figuren