DE2506707C2 - Gaslaser mit vakuumdichtem entladungskolben - Google Patents

Description

genannten bekannten Gaslaser als elektrischer Anschluß für die Kathode bzw. Anode für die Gasentladung oder selbst als eine solche Entladungselektrode dient In diesem Falle entfallen spezielle Durchführungen, wie aus dem Kolben herausragende Stifte; der Gaslaser ist handlich, mechanisch robust, benötigt vergleichsweise wenig Einzelteile und kann auf Grund seines symmetrischen Aufbaus auf Automaten kostengünstig hergestellt werden.

a=50-10"⁷/°C bzw. eines Bleiglasmantels aus einer Legierung auf Ni-Co-Basis bestehen. Auf der anderen Seite haben die Ausdehnungskoeffizienten der Spiegelfassung, des Spiegelkörpers und des beide 5 Partner verbindenden Glaslots nahezu gleiche Werte. Nimmt man etwa Kronglas mit α = 96- 1O^-7Z³C (Kronglas 1) oder mit Zink versetztes Kronglas mit α = 50· ΙΟ-⁷/⁰ C (Kronglas Π) für die Spiegelkörper, so stehen geeignete Ni-Cr- bzw. Ni-Co-Legierungen

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, io für die Spiegelfassungen zur Verfügung. Bei VerwendaiJ bei dem vorgeschlagenen Gaslaser die Spiegel- dung von Kronglas I empfiehlt sich Bleiboratglas als fassung durch die Metallkappe hindurch in das In- Glaslot. Als sehr günstig haben sich die Kombinationere des Entladungskolbens ragt und dort mit einer nen Hartglasmantel-Spiegelköiper aus Kronglas I sofür die Laserstrahlung transparenten Scheibe ver- wie Bleiglasmantel-Spiegelkörper aus Kronglas II ersehen ist, die mit der Kolbenachse den Brewster- 15 wiesen. Selbstverständlich können neben den geWinkel bildet Auf diese Weise kann die Ausgangs- nannte Materialkombinationen auch andere zusamstrahlung einfach linear polarisiert werden. mengestellt werden. Ebenso ist man für das Katho-

Die Erfindung soll nun an Hand zweier bevorzug- denblech keineswegs nur auf Al angewiesen, auch ter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fi- andere (elastische) Werkstoffe wie Cr, Ti oder Zr guren der Zeichnung erläutert werden. Einander ent- 20 kommen in Frage. Für die Feder 12 sollte ein tempesprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszei- raturbeständiges, erst im eingebauten Zustand ausgechan versehen. Es zeigt härtetes Material gewählt werden. Hierfür eignet sich

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin- vor allem eine Legierung auf Co-Ni-Cr-Basis, insbedungsgemäßen Gaslasers im Längsschnitt, sondere der Zusammensetzung 4O°/o Co, 26% Ni,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfin- 25 12% Ct, 0,2% Be, Rest Fe. Eine solche Feder läßt dungsgemäßen Gaslasers in einem teilweise wegge- sich leicht montieren und den Abmessungen des vorbrochenen Längsschnitt. liegenden Gaslaser-Einzelstücks anpassen und wird

Der in Fig. 1 dargestellte Gaslaser ist ein He-Ne- während des Vakuumtemperns bei Temperaturen von Laser. Sein Entladunskolben besteht im einzelnen aus etwa 500 C gehärtet. Diese hohen Temperaturen beeinem glatten zylindrischen Glasmantel 1, der an sei- 30 seitigen etwaige Spannungen im Glaskörper. Für das nen beiden Enden mit je einer angeschmolzenen Me- anschließende Ausheizen mit fixierten Spiegelkörpern tallkappe (bodenseitige Metallkappe 2, stirnseitige können bei dem hitzebeständigen Glasiuiverschluß Metallkappe 3) vakuumdicht verschlossen ist. Der ebenfalls hohe Temperaturen gewählt und somit Ka-Glasmantel 1 umgibt konzentrisch eine ausgetrich- thode und Wände wirksam entgast werden. Eine solterte und seinem bodenseitigen Ende angeschmolzene 35 ehe Wärmebehandlung gibt dem Laser eine extrem GlaskapiUare 4. Diese Kapillare wird aus Stabilitäts- hohe Lebenserwartung.

gründen durch eine Feder 5 abgestützt. Beide Metall- Die gesamte Röhre ist koaxial autgebaut, enthält

kappen des Entladungskolbens enthalten jeweils eine keine eingeschmolzenen Kontaktstifte und kann dazentrale öffnung, in die jeweils eine ebenfalls aus her auf Automaten gefertigt werden. Folgende BeMetall bestehende Spiegelfassung 6 bzw. 7 eingesetzt 40 triebsparameter könnten beispielsweise gewählt wer- und festgelötet ist. Jede dieser Spiegelfassungen trägt den: He-Ne-Gemisch 6 :1 bis 10 :1, Fülldruck 2 bis ihrerseits einen Spiegelkörper 8 bzw. 9 und steht mit 4 Torr, gesamte Länge 15 bis 30 cm, größter Durchihm über ein Glaslot in hermetisch dichter Verbin- messer 2,5 bis 3,5 cm, Durchmesser der Kapillarendung. Die Wandung jeder Spiegelfassung ist zu Ju- bohrung etwa 1 bis 2 mm, Zündspannung 5 bis 6 kV, stierzwecken in einer Zone 14 in an sich bekannter 45 Anodenspannung etwa 1 kV, Anodenstrom bis 6 mA, Weise geschwächt und kann dort durch Ansetzen Vorwiderstand größer als etwa 60 kOhm, Ausgangseines Werkzeuges plastisch verformt werden. Die leistung etwa 1 bis 2 mW.

stirnseitige Metallkappe nimmt neben der Spiegelfas- Das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 unterscheidet

sung noch einen metallischen Pumpstengel 10 auf. sich von der geschilderten Version nur darin, daß die

Im vorliegenden Fall dient die bodenseitige Me- 5° kathodenseitige Spiegelfassung 7 in das Kolbeninnere tallplatte samt Spiegelfassung 6 als Anode für die im hineinragt und dort mit einem sogenannten Brewster-Inneren des Entladungskolbens stattfindende Gasent- Fenster 13 verschlossen ist. Das Fenster sorgt in an ladung, als Kathode (Kaltkathode) ist ein gerolltes sich bekannter Weise dafür, daß die Ausgangsstrah-Al-Blech (Kathode 11) vorgesehen, das sich durch lung in einer Richtung senkrecht zur Ebene des eigene Federkräfte dem Glasmantel 1 von innen an- 55 Brewster-Winkels polarisiert ist. In der vorliegenden legt. Die hohle Kathode ist über eine Zuleitung 12 Version ist die Spiegelfassung 7 auch noch mit einer

Entlüftungsbohrung 15 versehen, die für einen Druckausgleich zwischen dem Entladungsraum und dem Fassungsinneren sorgt. Dieser Ausgleich gestattet die 60 Wahl einer besonders dünnen, den Strahl besonders wenig versetzenden Fensterstärke; er ist möglich, da der vakuumdichte, dem Atmosphärendruck ausgesetzte Verschluß bereits vom Spiegelkörper gebildet wird.

mit der stirnseitigen Metallkappe 3 verbunden, eine spezielle Kathodendurchführung entfällt. Bei sorgfältigem Aufbau und genügend hoher Ausheiztemperatur ist ein Getter nicht erforderlich.

Für die Metallkappen sind Materialien gewählt, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem Koeffizienten des Glasmantels entspricht. Sie können beispielsweise bei Wahl eines Hartglasmantels mit

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

ι J2 Abdichtung direkt an die Platten fixiert (vgL hierzu Patentansprüche: »Electronics« 47 (13. Juni 1974) 12, S. 91 bis 95 und

1. Gaslaser mit einem vakuumdichten Entla- »Laser+Elektro-Optik, Nr. 4 November 1974, dungskolben, bei dem zumindest der Mantel aus S- 64). Ein solches SiegelmatenalI verfugt wohl über Glas besteht und wenigstens die eine Stirnseite 5 bessere Dichteigenschaften als die sonst ubhcherdurch eine metallische Platte mit einer öffnung an- weise verwendeten Epoxyharz-Kleber, insbesondere geschlossen ist, hinter der sich auf der Außenseite verhindert es offenbar das Eindiffundieren von des Entladungskolbens ein Spiegelkörper befin- Luftfeuchtigkeit, die überragenden Qualitäten eines det, dadurch gekennzeichnet, daß der dauerhaft hermetisch dichten Glaslotverschlusses er-Spiegelkörper (8, 9) über ein Glaslot mit einer io reicht es jedoch nicht. Glaslot kommt bei dem gerohrförmigen metallischen Spiegelfassung (6, 7) schilderten Kolbenaufbau nicht in Frage, da es nicht verbunden ist, die ihrerseits an die als Metall- ohne weiteres gelingt, die thermischen Ausdehnungskappe (2, 3) ausgebildet, mit dem Glasmantel koeffizienten von Spiegelkörper, Abschlußplatte und (1) vakuumdicht verbundene Platte gelötet ist, Glasmantel hinreichend genau aneinander anzupaswobei die thermischen Ausdehnungskoeffizienten 15 sen und infolgedessen das Dichtmittel duktil sein des Glasmantels (1) und der Metallkappe (2, 3) muß. Aus diesem Grund hat man sich bislang auch einerseits sowie die thermischen Ausdehnungsko- stets damit begnügt, den Spiegelkörper nur dann mit effizienten der Spiegelfassung (6, 7), des Glas- einem Metallteil zu verlöten, wenn das Metallteil lotes und des Spiegelkörpers (8, 9) andererseits seinerseits als Endstück einer Glaskapillare diente, wenigstens angenähert gleich groß sind. 20 d. h. eine hinsichtlich thermischer Verspannungen

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn- weit weniger kritische Geometrie vorlag (vgl. hierzu zeichnet, daß die Spiegelfassung (6, 7) eine Zone beispielsweise DT-OS 23 45 001, Fig. 1 samt zuge-(14) mit geschwächter Wandstärke aufweist, die höriger Beschreibung).

durch Ansetzen eines Werkzeuges von außen Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung

dauerhaft plastisch verformt werden kann. 25 eines Gaslasers, bei dem die Spiegelkörper bei Wah-

3. Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch rung der mit einem Metallplattenverschluß erzielten gekennzeichnet, daß die Metallkappe (2, 3) und Vorteile in einen Glaslotverschluß eingefaßt werden die Spiegelfassung (8, 9) als Entladungselektrode können. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschla- oder als elektrischer Anschluß für eine Entla- gen, daß bei einem Gaslaser der eingangs genannten dungselektrode dienen. 30 Art der Spiegelkörper über ein Glaslot mit einer rohr-

4. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, förmigen metallischen Spiegelfassung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfassung die ihrerseits an die als Metallkappe ausgebildete, mit in das Innere des Entladungskolbens ragt und dem Glasmantel vakuumdicht verbundene Platte gedort mit einer transparenten Scheibe versehen ist, lötet ist, wobei die thermischen Ausdehnungskoeffidie mit der Kolbenachse den Brewster-Winkel 35 zienten des Glasmantels und der Metallkappe einerbildet, seits sowie die thermischen Ausdehnungskoeffizien-

5. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ten der Spiegelfassung, des Glaslotes und des Spiegeldadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmantel körpers andererseits wenigstens angenähert gleich (ί) aus Hartglas mit einem thermischen Ausdeh- groß sind.

nungskoeffizienten α von etwa 50 10-'/⁰C, die 4° Die beiden metallischen, ihren Glaspartnern je-

Metallkappe (2, 3) aus einer Ni-Co-Legierung, weils angepaßten und teilweise rohrförmigen Zwi-

die Spiegelfassung (6, 7) aus einer Ni-Cr-Lcgie- schenstücke (Spiegelfassung und Metallkappe) sor-

rung, das Glaslot aus einem Bleiboratglas mit gen für einen dauerhaft vakuumdichten, thermisch

einem >* von etwa 96-10~'/^oC und der Spiegel- entlasteten Verbund. Dabei dürfen die Metallkappe

körper (8, 9) aus Kronglas besteht. 45 und die Spiegelfassung in ihrem Wärmeausdehnungs-

6. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, verhalten durchaus voneinander abweichen, denn sie dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmantel sind in der Regel über ein unkritisches Metallot mit-(1) aus Bleiglas , die Metallkappe (2, 3) aus einer einander verfestigt. So ergibt sich eine größere AusLegierung auf Ni-Co-Basis, die Spiegelfassung (6, Wahlmöglichkeit für Glasmantel- bzw. Spiegelkörper-7) aus einer Ni-Co-Legierung, der Spiegelkörper 50 materialien. Verschiedene Werkstoffkombinationen (8, 9) aus mit Zink versetztem Kronglas besteht sind weiter unten angegeben.

und das Kronglas ein a von etwa 50 10-'/⁰C In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,

aufweist. daß die Spiegelfassung eine Zone mit geschwächter

Wandstärke aufweist, die durch Ansetzen eines Werk-

55 zeuges von außen dauerhaft plastisch verformt werden kann. Eine solche Glaslasergestaltung bringt

Die Erfindung betrifft einen Gaslaser mit einem den weiteren, sehr wesentlichen Vorteil, daßderSpie-

vakuumdichten Entladungskolben, bei dem zumin- gelkörper jederzeit justiert werden kann. Eine zu

dest der Mantel aus Glas besteht und wenigstens die Justierzwecken plastisch verformbare Spiegelfassung

eine Stirnseite durch eine mit einer öffnung versehene 60 gehört an sich zum Stand der Technik (vgl. neben der

metallische Platte abgeschlossen ist, hinter der sich bereits zitierten Offenlegungsschrift auch die US-PS

auf der Außenseite des Entladungskolbens ein Spie- 38 26 998), sie ist bislang jedoch nur als Endabschnitt

gelkörper befindet. einer Glaskapillare in Betracht gezogen worden.

Ein derartiger, vollautomatisch in relativ wenigen Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse,

Herstellungsschritten gefertigter Gaslaser mit beid- 65 wenn der Entladungskolben eines erfindungsgemä-

seitigem Plattenabschluß befindet sich bereits auf dem ßen Gaslasers beidseitig durch eine Metallkappe samt

Markt. Bei dieser bekannten Ausführung sind die Spiegelfassung abgeschlossen ist und jede dieser bei-

Spiegelkörper mit einer sogenannten »hard-seal«- den metallischen Baugruppen wie bei dem eingangs