DE2506842B2 - Gaslaser mit Kaltkathode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaslaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solcher Lasertyp ist aus »Electronics« 47 (1974), Seiten 91 —95 bekannt.

Bei der vorbekannten Gaslaser-Ausführung ist die Kaltkathode als nahtloses Rohr gearbeitet und durch Stützelemente in einem gewissen Abstand von der Kolbenwandung gehaltert. Eine solche Kathodenausbildung und -lagerung ist recht aufwendig; hinzu kommt, daß ein großer Teil der freiliegenden Kathodenoberfläche nicht aktiv ist und im Betrieb der Röhre gast. Die Kathode läßt sich bequem herstellen und einbauen, wenn man einfach ein Blech zusammenrollt und in den Entladungskolben einschiebt (vergl. hierzu die DE-OS 17 64 367, die einen CO2-Laser mit einer gerollten Nickelkathode beschreibt). In diesem Fall wird allerdings die Gasatmosphäre, wie in der DE-OS 20 42 350 festgestellt wird, schon nach relativ kurzer Zeit vergiftet: der zwischen Kathode und Kolbenwandung verbleibende Spalt ist groß genug, um aus der Kathode freigesetztes Störgas in den Entladungsraum eintreten zu lassen, aber schon so schmal, daß ein Entgasen vor Aufnahme des eigentlichen Laserbetriebs nur unvollkommen gelingt (kleiner Pumpquerschnitt). Die Vergiftungseffekte lassen sich vermeiden, wenn man ein hochwertiges und entsprechend teures Kathodenmaterial wie Zirkon nimmt, die Gasfüllung von Zeit zu Zeit austauscht oder aber, wie in der DE-OS 20 42 350 vorgesehen, die Innenfläche des Entladungskolbens direkt als Kathodenemissionsfläche ausbildet (bevorzugtes Beispiel in der Offenlegungsschrift: Die Kolbenwandung besteht aus einem mit Aluminium plattierten Blech). Es liegt auf der Hand, daß alle diese Maßnahmen die Laserfertigung belasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gaslaser der eingangs genannten Art so abzuwandeln, daß die Kalt-Kathode besonders einfach hergestellt und eingesetzt werden kann, zu einer langen Lebensdauer des Lasers beiträgt und dennoch aus einem preiswerten ) Material besteht Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gaslaser mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst

Der Lösungsvorschlag beruht auf der Beobachtung, daß eine gerollte, allein durch eigene Federkräfte

κι gehalterte Kalt-Kathode in der Tat auch dann, wenn Me aus einem billigen Werkstoff wie Aluminium besteht, nur noch geringfügig gast, wenn der Laser zuvor bei genügend hohen Temperaturen ausgeheizt worden ist Dies ist bei einem erfindungsgemäßen Gaslaser

ti möglich. Denn seine Einzelteile sind thermisch so aufeinander abgestimmt und miteinander fixiert daß er Temperaturen von einigen 100°C standhalten kann und Ausheiztemperaturen über 400° C zuläßt.

Die Erfindung soll nun anhand eines bevorzugten

j» Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt

F i g. 1 das Ausführungsbeispiel im Längsschnitt,

2") F i g. 2 das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 im Schnitt H-II.

Der dargestellte Gaslaser soll mit einem He-Ne-Gasgemisch betrieben werden. Sein Entladungskolben besteht im einzelnen aus einem glatten zylindrischen

'··' Glasmantel 1, der an seinen beiden Enden mit je einer angeschmolzenen Metallkappe (bodenseitige Metallkappe 2, stirnseitige Metallkappe 3) vakuumdicht verschlossen ist. Der Glasmantel 1 umgibt konzentrisch eine aufgetrichterte und seinem bodenseitigen Ende

i> angeschmolzene Glaskapillare 4. Die Kapillare wird aus Stabilitätsgründen durch eine Feder 5 abgestützt. Beide Metallkappen des Entladungskolbens enthalten jeweils eine zentrale öffnung, in die jeweils eine ebenfalls aus Metall bestehende Spiegelfassung 6, 7 eingesetzt und

4" festgelö'et ist. Jede dieser Spiegelfassungen trägt ihrerseits einen Spiegelkörper 8, 9 und steht mit ihm über ein Glaslot in hermetisch dichter Verbindung, Die Wandung jeder Spiegelfassung ist zu Justierzwecken in einer Zone in an sich bekannter Weise geschwächt und

■i^r> kann dort plastisch verformt werden. Die stirnseitige Metallkappe nimmt neben der Spiegelfassung noch einen metallischen Pumpstengel 10 auf.

Als hohle Kaltkathode 11 dient im vorliegenden Fall ein gerolltes Al-Blech, das sich durch Federwirkung dem

W Glasmantel von innen anlegt. Dabei überlappen sich die Randzonen des Blechs längs einer Kolben-Mantellinie (F i g. 2). Die Kathode ist über eine Zuleitung 12 mit der stirnseitigen Metallkappe 3 verbunden, eine spezielle Kathodendurchführung entfällt. Als Anode dient die

Yi bodenseitige Spiegelfassung 6. Bei sorgfältigem Aufbau und genügend hoher Ausheiztemperatur ist ein Getter nicht erforderlich.

Für Metallkappen sind Materialien gewählt, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient λ dem Koeffizienten des Glasmantels angepaßt sind. Sie können beispielsweise bei Wahl eines Hartglasmantels mit OL = SQ- 10-⁷ bzw. Bleiglasmantelsauseiner Ni-Co-Legierung bzw. einer Legierung auf Ni-Co-Basis bestehen. Auf der anderen Seite entsprechen sich die Ausdeh-

b5 nungskoeffizienten der Spiegelfassung, des Spiegelkörpers und des beide Partner verbindenden Glaslots. Nimmt man etwa Kronglas oder mit Zink versetztes Kronglas für die Spiegelkörper, so stehen Ni-Cr- bzw.

Ni-Co-Legierungen mit praktisch identischer thermischer Ausdehnung für die Spiegelfassungen zur Verfugung. Bei Verwendung von Kronglas empfiehlt sich die Verwendung von Bleiboratglas als Glaslot Zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Kappen ■; und der Fassungen können größere Unterschiede bestehen, da sie über ein unkritisches Metallot miteinander verfestigt sind. Selbstverständlich können neben den genannten Materialkombinationen auch andere zusammengestellt werden. Ebenso ibt man für m das Kathodenblech keineswegs nur auf Al angewiesen, sondern kann auch andere elastische Werkstoffe wie Zr oder Ti nehmen. Für die Feder 5 sollte ein temperaturbeständiges, erst in eingebautem Zustand ausgehärtetes Material, beispielsweise eine Legierung r> auf Co-Ni-Cr-Basis (vorzugsweise 40% Co, 26% Ni, 12% Cr, 0,2% Be, Rest Fe) gewählt werden. Eine solche Feder läßt sich leicht montieren und den Abmessungen des vorliegenden Gaslaser-Einzelstücks anpassen und verliert vor allem ihre Federeigenschaften im Gegensatz etwa zu Stahl auch bei Temperaturen von 400° C nicht Sie übersteht damit hohe, für die Lebensdauer des Gaslasers wichtige Ausheiztemperaturen ohne Qualitätseinbußen. Auch die Spiegeiverlötung hält den erforderlichen hohen Ausheiztemperaturen stand und dichtet darüber hinaus insbesondere gegenüber der Luftfeuchtigkeit zuverlässig sicher ab.

Die gesamte Röhre ist koaxial aufgebaut, enthält keine eingeschmolzenen Kontaktstifte und kann daher auf Automaten gefertigt werden. Folgende Betriebsparameter könnten beispielsweise gewählt werden: He-Ne-Gemisch 6:1 bis 10:1, Fülldruck 133,3 bis 533,3 Pa, gesamte Länge 15 bis 30 cm, größter Durchmesser 2,5 bis 3,5 cm. Durchmesser der Kapillarenbohrung etwa 1 bis 2 mm, Zündspannung 5 bis 6 KV, Anodenspannung etwa 1 KV, Anodenstrom bis 6 mA, Vorwiderstand größer als etwa 60 ΚΩ, Ausgangsleistung etwa 1 bis 2 mW.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gaslaser mit einem gasdichten, aus Glas bestehenden Entladungskolben, der beidseitig mit jeweils einem eine zentrale Öffnung enthaltenden und mit einem Spiegelkörper in fester Verbindung stehenden Metallteil abgeschlossen ist und in dessen Inneren sich eine hohle Kaltkathode befindet, die eine mit dem Entladungskolben kommunizierende Laserkapillare umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltkathode (11) aus gerolltem Blech besteht und durch ihre eigenen Federkräfte dem Entladungskolben (1) in einem festen Klemmsitz anliegt, daß das Blech der Kaltkathode (11) aus Aluminium besteht und daß die Spiegelkörper (8,9) jeweils von metallischen Spiegelfassungen (6, 7) getragen sind, die mit den kappenförmig ausgebildete]; Metallteilen (Metallkappen 2, 3) im Bereich deren öffnungen gasdicht verbunden sind, wobei der Glasmantel (1) und die Metallkappen (2, 3) miteinander verschmolzen, die Metallkappen (2, 3) und die Spiegelfassungen (6, 7) miteinander verlötet und die Spiegelfassungen (6, 7) und die Spiegelkörper (8,9) über ein Glaslot miteinander verfestigt sind und wobei ferner die Materialien des Glasmantels und der Metallkappen einerseits sowie die Materialien der Spiegelkörper (8, 9), die der Spiegelfassungen (6, 7) und des Gaslotes andererseits mit ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aneinander angepaßt sind.