DE2604740A1

DE2604740A1 - Plasmaroehre und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2604740A1
Application number: DE19762604740
Authority: DE
Inventors: Dale E Crane; Robert E Jones; Hector A Meneses
Original assignee: Spectra Physics Inc
Current assignee: Newport Corp USA
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1976-02-06
Publication date: 1976-08-19
Also published as: JPS51103793A; NL7601238A; GB1507791A

Description

Plasraaröhre und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft Plasmaröhren und Verfahren zur Herstellung von Plasmaröhren. Die Erfindung betrifft insbesondere
betriebssichere, kostengünstig herstellbare PlasLiaröhren, die besonders gut für die Fertigung von elektronenangeregten Helium-lTeon-Gaslasern geeignet sind.

Eisher war es üblich, die Umhüllungen bzw. Aussenv/andungen und die zugehörigen Bauteile von Helium-Neon-Gaslasern aus einem
Borsilikat-Glas, z. B. aus Corning brand Pyrex 774-0 oder 7052-Glas herzustellen, das als Laborglas viel verwendet wird. Diese Glassorte v/eist gute thermische Eigenschaften auf, da sie widerstandsfähig gegen thermischen Schock ist, eine gute Wärmeleitfähigkeit und weiterhin einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Es gibt j'edoch, wenn überhaupt, nur wenige

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ORIGINAL INSPECTED

Metalle, die ohne Verwendung von irgendeiner Art von Eerncder Hülsenschliffen (graded seal) oder von besonderem Abdichtmaterial, wie sogenanntem "Housekeeper"-Dichtmaterial mit Borsilikat-Glassorten verbunden werden können. Daher, waren zur Herstellung von Aus sen wandungen für Glaslaser normalerweise kostspielige Glasformtechniken erforderlich, um die Wandungsform herzustellen. Die erforderlichen .Metalleiterteile bestanden üblicherweise aus dünndrahtigen Wolfram-Abdichtungen oder-einschmelsungen durch einen Kern- und Hülsenschliff (graded seal) in 7^40-Glas oder durch Kovar-Ketall-Einschmelzungen in 70f?2-Borsilikatglas, und zwar wegen der begrenzten Möglichkeiten der bekannten Glas/Hetall-Einschmelz- und Abdichtverfahren«, Daher wurden die bisherigen Röhren normalerweise aus ganz aus Glas hergestellten Bauteilen, einschliesslich der Einschmelzungen, Abdichtungen, der Abführungen und der Gaseinfüllstutsen usw. hergestellt, durch die spezielle, nicht vorgeformte Leiterelemente hindurchgeführt werden mussten, ma die elektrische Entladung auszulösen und aufrechtzuerhalten. Daher wurde der Wunsch nach besseren Plasmaröhren · mit Glasaussenwänden und besseren Verfahren zur Herstellung derartiger Plasmaröhren, welche die zuvor beschriebenen ITachteile und Beschränkungen nicht auf v/eisen, laut.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Plasmaröhren und Verfahren zur Herstellung von Plasmaröhren für Gaslaser zu schaffen, die die zuvor beschriebenen Ilachteile und Einschränkungen bekannter Plasmaröhren und Herstellungsverfahren nicht aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Pl a sin ar öhr en gelöst.

Zur Herstellung von Plasmaröhren vorgesehene Verfahren,die die gestellte Aufgabe lösen, sind in den Ansprüchen 7 und 9 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemassen Plasmaröhren und der erfindungsgemassen Herstellungsverfahren sind

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in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung schafft eine Plasmaröhre, die einfach zu Montieren,, betrieb-ssicher ist, und bei der leicht verfügbare, billige Materialien verv?endet werden können. Bei der erfindungsgemässen Plasmaröhre und dem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren für Plasmaröhren insbesondere zur Herstellung von Gaslasern kommt man mit wenigen Verfahren- und Herstellungsschritten aus, und es werden keine herkömmlichen Glasformwerkzeuge oder andere relativ aufwendige und teuere Verfahren zur Glasformung verwendet. Erfindungsgemäss = lässt sich auch eine Plasmaröhre schaffen und ein Verfahren angeben, durch das die Plasmaröhre auf einfache Weise, billig und schnell auf die maximale Laser-Ausgangsleistung eingestellt und abgestimmt werden kann.

-Folgende Herstellungsverfahren, Verfahrensschritte und Materialien werden bei der Herstellung der erfindungsgemässen Plasmaröhren eingesetzt. Zunächst wird eine einen Flansch aufweisende Laserkapillare mit einer Aussenwandung, beispi-elsitfeise nahe dem einen Ende der Aussenwandung verbunden und dadurch ein Ladungsweg festgelegt. Das Ende wird durch eine Anodenplatte aus Metall abgeschlossen. Die Kapillare, die Aussenwandung und die Metallplatte sind aus leicht erhältlichen Materialien hergestellt, die gut einander angepasste thermische Eigenschaften aufweisen, so dass eine ausgezeichnete Metall-Glas-Abdichtung bzw .-ein oder -verschmelzung erreicht wird. Als nächstes wird eine Kathodenanordnung vom anderen Ende her in die. Aussenwandung eingeschoben. Die Kathodenanordnung ist mit einer Katho- ■ denplatte aus Metall elektrisch verbunden, die die gleichen thermischen Eigenschaften wie die Anode aufweist. Die Aussenwandung wird dann mit der Kathodenplatte aus Metall verschmolzen, so dass mit Ausnahme der Seitenteile, an denen optische Bauelemente, wie Spiegel, angebracht werden, dadurch, die Umhüllung oder Aussenwand für das Gas festgelegt wird. Bei einem bevorzugten Verfahren wird das Ver- oder Einschmelzen der Anodenscheibe und der Kathodenscheibe mit bzw. in der Aussenwandung mit der bekannten "Tropfeneinschmelz¹¹- oder "Tropfenabdicht"-Technik ( "drop sealing") durchgeführt, bei der die

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Teile so zusammengesetzt werden, dass die Aussenwandung während des Abdient- oder Einschiaelzvorganges über die Anode oder Kathode hinaus absteht. Die Aussenwandung wird dann erhitzt, bis sie sich etwas zusammenzieht und eine enge Bindung mit der jeweiligen Anoden- oder Kathodenendplatte eingeht, bzw. mit ihr verschmilzt. Während des Schmelz- oder Abdichtvorganges fällt das überschüssige Material der Aussenwandung auf Grund seines Eigengewichtes nach unten und von der Plasmaröhre ab.*

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt Kalium-liatrium-Blei-Glas, das unter der Handelsbezeichnung 0120 von Corning oder unter der Handelsbezeichnung KG12 von Kimble bezogen werden kann, zusammen mit einer ITiekel-Chrom-Eisen-Legierung (42 % Uickel, 5 bis 6 % Chrom, das übrige Eisen) verwendet, die unter der Bezeichnung Sylvannia Kr. 4- -auf dem Markt erhältlich'ist. Bei einer weniger bevorzugten Kombination wird Natronkalkglas, beispielsweise Glas mit der Corning-Bezeichnung 0080, das teurere Bleisilikat-Glas, beispielsweise das 0010-Corning-Glas und eine ITr. 52 Ifickel-Lagierung (52 % nickel, der Eest Eisen) für die Glas- bzw. Metallbestandteile verwendet.

Gemäss der Erfindung erhält man eine langgestreckte, zylinderförmige Glasaussenwandung mit einer darin gehalterten und mit der Aussenwandung verschmolzene Kapillarbohrung- oder öffnung. An den seitlichen Enden der Anordnung ist eine Anodenplatte aus Metall und eine Kathodenplatte aus Metall angebracht, wobei geeignete Einrichtungen die Kathodenplatte mit einer Kathode verbinden, die am kathodenseitigen Ende in der. Aussenwandung angebracht ist.

Die gesamte Anordnung kann auf einfache Weise mittels eines Verfahrens auf die maximale Ausgangsleistung eingestellt bzw. abgestimmt werden, wobei dieses Verfahren insbesondere im Zusammenhang mit der vorliegenden Plasmaröhre angewendet werden kann.. Die Wandung wird in verschiedene radiale Richtungen etwas aus ihrer Achse herausgekrümmt, bis eine maximale Ausgangslei-

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stung gemessen wird. Venn ein Maximum in der Ausgangsleistung festgestellt wird, wird die Krümmung aufgehoben und wenigstens eine Endplatte wird um einen sehr kleinen Winkel schritt zur Achse der Kapillare hin verforint, und swar dadurch, dass· die jeweilige Endscheibe mit einem Körner oder einem entsprechenden Werkzeug auf der Kadiusrichtung, bei der die maximale Ausgangsleistung festgestellt wurde, so oft eingebeult oder~ verformt wird, bis die maximale Ausgangsleistung wieder erreicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine erfindungsgemässe Gaslaser-Plasmaröhre, teilweise im Querschnitt, von der Seite,

Fig. 2 einen Querschnitt der Plasmaröhre entlang der in Fig. eingezeichneten Schnittlinie 2-2,

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt, der die Ausbildung und Herstellung der erfindungsgemässen Kapillaranordnung wiedergibt,

Fig. 4- eine schematische Querschnittsdarstellung der Kapillare, der Aussenwandung und der Anode der in Fig. 1 dargestellten Plasmaröhre in der Lage, in der diese Bauteile ein- bzw. verschmolzen bzw. abgedichtet werden,

Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung der in Fig. 1 dargestellten Plasmaröhre mit den Teilen der Kathodenanordnung und

Fig. 6 eine schematische Querschnittsdarstellung der in Fig. dargestellten Plasmaröhre mit der Kapillaren, der Kathodenanordnung und der Aussenwandung in der Lage, in der sie zum Verschmelzen bzw. Abdichten angeordnet sind.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Plasmaröhre im einzelnen dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einem Aussenmantel, einer äusseren Umhüllung oder einer Aussenwandung 10 mit einer mit dieser Aussenwandung verschmolzenen Kapillare 12, die in der Höhre über einem Teil der Gesamtlänge der Aussenwandung 10 koaxial verläuft, üblicherweise werden zylinder-

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förmige Plasmaröhren verwendet, da diese einfach bearbeitet worden können und das Glas in dieser Form leicht erhältlich X3t. An der Kapillare 12 ist ein Flansch 14 ausgebildet, der die Kapillare mit der Aussenwandung 10 verbindet. Der Flansch 14 befindet sich - wie dargestellt - vorzugsweise an einem Ende der Aus sem-ran dung 10 und der Kapillarrohre, er ist trichterförmig oder konisch zulaufend und ist mit dem Aussenmantel so verbunden, dass der Elektronen-Entladungsweg nur in der Kap'illarö'hre selbst, nicht, aber an anderen Stellen verlaufen kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kapillarflansch mit dem einen Ende der Aussenwandung 10 verschmolzen. Der Flansch kann jedoch auch an einer anderen Stelle, beispielsweise an einer etwas weiter innen liegenden Stelle angeordnet sein. Am trichterförmigen Ende des Kapillarrohres und an der Wand der Aussenwandung 10 ist eine Anode 16 angeschmolzen.

Auf der anderen Seite der Aussenwandung 10 befindet sich eine Kathodenanordnung 18, die sich soweit nach innen·' erstreckt, dass sie das freie Ende 20 der Kapillarrohre etwas überlappt. Die Kathodenanordnung 18 besitzt an ihrem freien Ende ein sternförmiges Teil 22, durch das eine- zylinderförmige Hohlkathode 24 aus Aluminium in der Eöhre radial-symmetrisch gelagert wird und durch den a.uch das frei abstehende Ende 20 des Kapillarrohrs in seiner Bewegungsfreiheit eingeschränkt wird, wenn die Plasmaröhre starken Vibrationen oder anderen "auftretenden Kräften, wie Trägheitskräften, ausgesetzt ist. Das andere Ende der Kathodenvorrichtung endet in einer federnden Halterungsklemme 28, die mit der Kathodenendplatte 30 durch mechanischen Druck oder durch Anlöten verschmolzen und elektrisch verbunden ist. Diese.Endplatte ist an der entsprechenden Seite mit der Aussenwandung 10 verschmolzen.' Gemäss einer typischen Ausführungsform, wie dies beispielsweise bei einem Helium-lTeon-Laser auftritt, ist jede Platte mit einer achsensymmetrischen Öffnung 32, 34- versehen. Jede öffnung 32, 34-i'st mit einem reflektierenden oder teilweise durchlässigen Spiegel 36* 38 verschlossen, der mit geeigneten, beständigen

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Klebemitteln, ζ. B. mit Epoxy-Bindemitteln an der Platte befestigt oder an der entsprechenden Platte mit einer Glasschmelze verschmolzen ist.

Die sich innerhalb der Plasmaröhre erstreckende Kathodenanordnung besteht über dengrössten Teil hinweg.aus einer zylinderförmigen Aluminiumhülse'.24 und dient beispielsweise dazu, bei einer Anordnung mit kalter Kathode die Gasentladung in Plasmaröhre durch Elektronenabgabe, die zur Anode hin abgezogen werden, anzuregen.

Jede der Endplatten ist durch einen Stanzvorgang geprägt, so dass ein die Öffnung umgebender Bereich mit einem vorgegebenen Krümmungsradius geschaffen Wird. Bei einer Ausführungsform, war der Krümmungsradius etwa 20 cm (8 inches), wobei die Wölbung zur Kapillarachse symmetrisch lag und der Ausgangspunkt des Radius sich ausserhalb der Röhre befand. Dadurch lassen sich die gegebenenfalls verwendeten Seitenspiegel sehr genau dadurch ausrichten, dass der Endspiegel innerhalb der durch die geprägten Platten ausgebildeten Hülsen lediglich verschoben wird. Fach jäer Ausrichtung werden die Seitenspiegel 36, 38 in der zuvor beschriebenen Weise befestigt oder verschmolzen und dadurch lagemässig fixiert. In eine zweite, in der Kathodenendplatte ausgebildete Öffnung 42 wird durch Löten ein Metallröhrchen 40 mit kleinem Durchmesser angebracht oder eingeschmolzen, so dass die Plasmaröhre ausgepumpt.und mit Gas gefüllt werden kann.

Wie bereits erwähnt, lassen sich bei der vorliegenden Erfindung leicht verfügbare, billige Glasteile zur Herstellung der Laser-Plasmaröhren verwenden. Am geeignetsten erwiesen sich Gläser, wie Corning 0120 (Kimble KG12) oder entsprechende Glasformen mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 90 χ 10~V° C. Diese Glassorte ist thermisch abgestimmt auf die Sylvannia Nr. 4 Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mit einer Zusammensetzung von 42 % Nickel, 6 % Chrom und 52 % Eisen, die auch unter der Handelsbezeic hnung Sealmet HC-4 und Carpenter 42-6 erhältlich ist.

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Durch eine Vorbehandlung mittels Aktivierung mit nassem Wasserstoff (wet hydrogen firing) lässt sieh eine vorbehandelte Oberfläche, ein sogenanntes "Greening" der Legierung erhalten, so dass- zwischen den Glas und einer auf der Legierung dadurch ausgebildete Oberflächenschicht aus Chromoxid eine gute Verbindung bzw. Verschmelzung stattfindet. Die zuvor erwähnte Kr. 4 ITickel-Ghrom-Eisen-Verbindung besitzt einen Ausdehungskoeffizienten von 82 χ 10~^/° C.

Angesichts der guten Verträglichkeit, mechanischen ITestigkeit und leichten Verfügbarkeit, sowie auf Grund des geringen Preises, v/erden vorzugsweise die zuvor genannten Materialien verwendet. Es kann jedoch auch eine andere Glassorte, beispielsweise Corning 0080 (Eitnble E-6) mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 93 x 10~v° C verwendet werden. Me Verwendung des 0080-Gla.ses oder eines entsprechenden Glases kann jedoch deshalb nicht opportun sein, weil die Lebens- bzw. Betriebsdauer der Bohre verkürzt wird, beispielsweise können Plasmaschwingungen durch Freiwerden und Austritt von ITatrium' aus diesem Glas hervorgerufen werden,die sich mit der Zeit verstärken. Stattdessen lassen sich auch Metalle mit 2Jr. 52 ITickel-Legierung (52 % 131ekel, der Eest Eisen) und Platin verwenden. Platin ist jedoch unverhältnismässig teuer.

Es hat sich herausgestellt, dass die nachfolgend angegebenen Glas-Metall-Kombinationen ebenfalls geeignet sind. Allerdings sind sie wesentlich teuerer. Dies ist Corning-Glas 7052, das

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einen Ausdehnungskoeffizienten von 51 x 10 / C besitzt, Corning-Glas 7720 oder iionex mit einem Ausdehungskoeffizienten von 35 x.10" / C, der genügend nahe beim Ausdehnungskoeffizienten von Kovar und Wolfram liegt, wobei Kovar einen Ausdehnungskoeffizienten von 48 χ 10'/⁰C und Wolfram einen Ausdehnungskoeffizienten von 44 x_10 / C aufweist. Wie bereits erwähnt, gibt es zu Corning-Glas 7740 (Pyrex) kein vergleichbares, oder entsprechendes Material.

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Die zuvor genannten Glassorten und die- darauf abgestimmten Metalle werden normalerweise unter dem Gesichtspunkt der Kosten ausgewählt. Es gibt jedoch auch Kriterien und Faktoren, die im Zusammenhang mit Glasschmelzen und Glasschmelzmitteln stehen, v;elche in der Zukunft für sogenannte harte Ein Schmelzung en und Abdichtungen in Plasmaröhren zur Anwendung kommen werden, wobei die Seitenspiegel durchweine Glas-Metall-Einschmelzung, wie in der zuvor beschriebenen Weise angebracht werden, so dass dadurch eine der Hauptfehlerquellen, die zum Ausfall der Röhre führt, ausgeschaltet werden kann. Diese Fehlerquelle tritt dadurch auf, dass Vasserdampf, welcher in den gängigen Dichtungen oder Abschlüssen aus Epoxyharz enthalten ist, in die Röhre abgegeben werden kann. Bei solchen Bauarten muss eine passende Glasschmelze oder !"'ritte verfügbar sein, die auf die ausgewählten Glas-Metall-Kombinationen angebracht ist. Beispiele für derartige Fritten oder Glasschmelzen sind SG-67 (83 χ 10"^/⁰C) und CV-101 (94- χ 10"^/⁰C), die beide eine gute chemische Stabilität besitzen. SG-67 zeichnet sich gegenüber CV-101 durch seine geringe Gewichtsabnahme bei Anxv'esenheit von Wasserdampf aus; bei SG-67 beträgt der Viert 0,06 mg/ca² bei 120° G (Ό.4- Tag/ in² bei 120° G) und für CV-101- beträgt der Wert 0,17 mg/cm² bei 120° C (ii mg/in² bei 120° C). Diese Fritten oder Glasschmelzen sind auch im Zusammenhang entweder mit 0120 (KG-12)- oder 0080 (R-6) Glassorten geeignet.

Nachstehend soll anhand der Fig. 3 bis 6 das Herstellungsverfahren der Plasmaröhre gemäss der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben werden.

In Fig. 3 ist eine vorgeschrumpfte Präzisions-Kapillarröhre 50 gezeigt, die wie bei der Herstellung solcher Röhren normalerweise verwendet wird, nur dass sie aus einem der hier genannten speziellen Gläser gefertigt ist. Ein weiterer kurzer Teil 52 einer ähnlichen oder gleichen Glasrohre ist über einem Form- ■ stück 54- angeordnet, das dann erhitzt und mittels eines Pressteiles 56 zusammengedrückt wird, so dass der kurze Bereich der Röhre' in Form eines konischen Flansches 14- angeschmolzen wird,

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d-ir einen Becher ähnlich ist und am Ende der Kapillarrohre angeschmolzen ist. Auf diese Weise wird die Kapillare 12 hergestellt.

Der' Aussennontel oder die Aussenwandung 10 der Plasmarphre besteht aus ähnlichem oder gleichen Glas und ist etwas langer als die Gesamtlänge der fertigen Eöhre. Zunächst wird eine kleine Einkerbung 60 auf bekannte Weise an der Glasrohre ausgebildet, so dass dadurch 'ein kreisförmiger Absatz entsteht, der dann als Anschlag für die Kathodenanordnung dient. Die Innenabmessung der Wandung 10 ist bezüglich der Aussenabmessung des Flansches an der Kapillare so bemessen, dass zwischen diesen Bauteilen.ein kleiner Abstand besteht.

Die Anodenendplatte 16, die auf die Glassorten abgestimmt ist und geeignet ausgewählt und vorbehandelt wurde, wird dann mit der Aussenwandung 10 und der Kapillare in einer senkrecht rotierenden Einspannvorrichtung zusammengesetzt. Die Einspannvorrichtung weist ein oberes Futter 62 und eine'Welle 64 mit einer nach unten gerichteten, vorspringenden Spitze 66 auf, die das freie Ende 68 der Kapillare innerhalb der Aussenwandung 10 in der Hittellage genau festlegt. Die Anode 15 liegt auf einem Absatz 70 einer unteren Welle 71 auf und wird in der Röhre nach oben angehoben, so dass sie mit dem unteren Flanschbereich der Kapillare in Berührung kommt.Die seitliche Lagefestlegung des unteren Endes der Kapillare und der Anode geschieht durch zweite und dritte Vorερrunge 72, 74-» clie ^vori der unteren Welle 71 nach oben abstehen. Das ganze Gebilde wird dann in Drehung versetzt und mittels einer Flamme an der Stelle 76 allmählich bis zu.einer Temperatur erhitzt, bei der sich die Aussenröhre etwas zusammenzieht und" dabei mit dem Aussenrand sowohl der Anode als auch des konischen Teils der Kapillare verschmilzt und dadurch einen guten, dichten Verschluss bildet, wie"er in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig; 5 seigt die Kathodenanordnung 18. Die Kathode-Endplatte wird durch Punktschweissen mit der federnden Halterungsklemme

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28 verschmolzen, die die elektrische Verbindung zum elektronenemittierenden Bauteil 24- der Kathode herstellt, die üblicherweise ein Teil des Aluminiucrohres bildet. Das andere Ende der Kathode wird, in die Kapillare- und Kathodenhaiterung 22 eingesetzt, die Laschen 78, welche in der Mitte offen sind, sowie radial voneinander beabstanöete, nach aussen und in Röhrenlängsrichtung sich erstreckende Federbügel 80 aufweist. Ein Getter ist mit der Halterung 22 ρunktverschweigst. Die Kathodenanordnung wird dann mit der Kapillar/Kathoden-Halterung zuerst in das offene Ende der teilweise fertigen Plasmaröhre eingeschoben, bis die Kathodenhalterung den zuvor ausgebildeten Absatz 60 in der Röhre berührt. Das ganze Gebilde wird dann, wie in Fig. dargestellt ist, wieder eingespannt, wobei das zuvor ausgebildete Röhrenende 8^zt im Futter 86 nach oben zeigt und mittels einer Welle 88 ausgerichtet wird, die eine nach unten abstehende, .und durch die Öffnung 32 in der Anodenplatte hindurchragende Spitze 90 aufweist. Die Kathodenplatte 30 liegt auf einem Absatz 98 auf, der an der nach oben gerichteten Welle 94- ausgebildet und an einer vorbestimmten Höhe angebracht ist, die die gewünschte Länge der fertiggestellten Plasmaröhre festlegt und auch dazu dient, die federnden Kalterungsklemmen 28 etwas zusammendrückt. Wenn die obere und untere Welle sehr genau ausgerichtet sind, dann ist das Vellenteil oberhalb der gepunkteten Linie 96A nicht mehr erforderlich und kann entfernt werden. Das Gebilde wird dann mit einer Flamme an der Stelle 99 erhitzt, bis sich die Aussenwandung etwas zusammenzieht und eine Dichtung mit der Kathodenplatte bildet und an ihr verschmilzt. In Fig. 1 ist dann die fertiggestellte Plasmaröhre zu sehen, nachdem die Seitenspiegel 36, 38 angebracht worden sind.

Der zuvor beschriebene Aufbau und das Verfahren zum Zusammensetzen der Plasmaröhre weisen viele Vorteile auf und beheben die den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Mängel. Die Seitenplatten, oder die Seitenscheiben sind leicht aus gewöhnlich verfügbaren Legierungen durch Stanzen und Prägen in bekannter Weise zu fertigen. Beim Zusammenbau der Endplatten mit der Aussenwandung wird an jedem Ende einer im wesentlichen geraden,

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zylindrischen Aussenwandung eine harte SeniaslsYerbindmig (fused hard seal) geschaffen. Die Aussenwanaung bzw» der- Aussentnantel ist ebenfalls leicht erhältlich. Die geprägten oder schalenförmigen Enden bilden eine Spiegeifacsung, in der ein Spiegel entweder durch Epoxy-Bindemittel oder durch Glasfritten bzw. Glasschmelzen und einer entsprechenden Aufheizung eingeschmolzen wird. Die Seitenplatten dienen daher jeweils verschiedenen Zwecken bei einem einzigen, ausserordentlich einfachen Aufbau: Sie dienen der Spiegeljusti.erung, der Spiegelbefestigung, dem Verschmelzen und Abdichten der Eöhrenenden in einer harten Dichtverbindung (hard seal) und der direkten elektrischen Verbindung durch die Röhrenenden. Darüberhinaus kann das Abklemm- oder Abschnurröhrchen, durch das die Plasmaröhre evakuiert und/oder mit Gas gefüllt wird, ebenfalls aus einem Metallteil hergestellt v/erden, so dass die üblicherweise im Zusammenhang mit-aus Glas hergestellten Abschnurröhrchen vermieden werden. Es ist ein offensichtlicher Vorteil der vorliegenden Anordnung, dass das Abschnürröhrchen durch einen einfachen Lötvorgang mit der Röhre verbunden wird, so. dass diese Verbindung mechanisch sehr fest ist. ITachdem die Röhre evakuiert und mit Gas gefüllt ist, wird die Röhre einfach dadurch verschlossen bzw. abgeschnürt, indem lediglich ein Abklemm- oder Abschnürwerkzeug verwendet wird, so dass dadurch dann die Einheit von der Gaseinfüllstation getrennt werden kann. Dadurch wird das ziemlich umständliche heisse Abdichten und Glühen der Glasröhren, wie dies bisher erforderlich war, vermieden.

Zuvor wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Selbstverständlich sind auch andere Bauweisen und Ausbildungen möglich, ohne dass dadurch der Gedanke der Erfindung überschritten werden würde. Beispielsweise wurde in Ab-"wandlung des bereits Beschriebenen eine Tropfen-Abdichttechnik (technique of drop sealing) verwendet, die sich auf einfache Weise den verschiedenen Arten der Ausrüstung, mit denen eine Laserglasröhre ausgebildet wird, anpassen lässt. Die Seitenplatten können auch durch die Tropfen-Abdichttechnik abgedichtet bzw. angeschmolzen werden, nämlich durch ein geringes Zu-

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sammenziehen und ein Umfassen des Randes der äusseren Abdichtung innerhalb des eigenen Durchmessers. Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen möglich. Beispielsweise könnte'n die Endplatten stumpf abgedichtet werden, wobei die Platten über die Enden der Aussenwandung abstehen, und ■entweder durch die von einer Flamme erzeugten Hitze, durch eine Induktionsheizung oder durch Sintern verbunden werden, wenn zwischen der Seitenplatte und der A.ussenwandung eine Fritte oder eine Glasschmelze angebracht wird. In Jedem Falle besteht das allgemeine Verfahren darin, dass das Ende der Glasaussenwandung und die Scheibe in direktem Kontakt gebracht wird und danach die Anordnung an der entsprechenden Stelle soweit erhitzt wird, dass das Glas oder die Fritte bzw. Glasschmelze den Fliesspunkt erreicht. Die für diesen Zweck geeigneten Fritten oder Glasschmelzen sollten einen hohen Schmelzpunkt, oder genauer gesagt., einen Schmelzpunkt oberhalb oder in der Nähe der Erweichungstemperatur des Glases selbst haben. Im allgemeinen v/erden die Materialien, also die Platten selbst und die entsprechenden Glassorten so ausgewählt/ dass das Metall, aus dem die Platten hergestellt sind, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist', der genügend nahe dem -thermischen Ausdehnungskoeffizienten der entsprechenden Glassorte liegt, um sicherzustellen, dass bei den unterschiedlichen Ausdehnungen die Spannungsgrenzen nicht überschritten werden, wenn die Anordnung von der Glühtemperatur des Glases auf Zimmer- -temperatur abgekühlt wird, so dass·dadurch sichergestellt ist, dass eine direkte Glas-Metall-Abdichtung zwischen diesen Teilen nicht verloren geht bzw. beibehalten wird. Nach dem Füllen, Abschnüren und der weiteren Feineinstellung der Plasmaröhre die nachfolgend noch beschrieben werden soll - wird sie über geeignete Leitungen mit einer Spannungsquelle verbunden, wie dies schematisch in Fig. 1 dargestellt ist.

Bei der zuvor beschriebenen Bauweise lassen sich aus den genannten Gründen beträchtliche Verbesserungen erzielen und es lässt sich eine zufriedenstellende Einstellung der Seitenspiegel

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durch, gebräuchliche Einrichtungen, wie geprägte, kugelförmiged Aussparungen durchführen. Es ist darüberhinaus Qedoch wünschenswert, eine Feinabstimmung bzw. -einstellung der Anordnung zu schaffen, um sicherzustellen, dass jede Einheit die maximale Leistungsabgabe erreicht, nachfolgend soll ein elegantes und ausserordentlich billiges Verfahren beschrieben werden, mit dem 3 ede Röhre mit sehr' geringen Kosten und geringem Aufwand auf maximale Leistung abgestimmt werden kann. Das Verfahren besteht darin, dass die Laserröhre in einer Ιΐοηtagehalterung angeordnet wird, bei der die Enden der Laserröhre festgeklemmt v/erden. Die Mitte der Röhre wird dann etwas aus der Achsenrichtung heraus verformt, während die Röhre in mehrere Winkellagen gedreht wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die gesamte Hontagehalterüng drehbar gelagert wird und schrittweise gedreht wird, oder dadurch, dass die Plasmaröhre freigegeben und bei nacheinander folgenden Winkellagen bezüglich deren Längsachse wieder festgeklemmt wird. Während dieses Vorganges wird die Leistungsabgabe der Röhre gemessen und dabei lässt sich dann schnell und einfach feststellen,-■ dass bei einer bestimmten radialen Krümmungsrichtung um die Höhrenachse eine Verbesserung der Ausbeute und der Leistung auftritt. In diesem Falle wird dann das Ausnass der Krümmung variiert und dabei die maximale Röhrenausgangsleistung festgestellt, die der Ausgangsleistung von Röhren bekannter Bauart und bekannten Eigenschaften entsprechen sollte. Dadurch vri_rd eine radiale Richtung festgelegt, in der entweder die Röhre selbst, wie dies beim Prüfvorgang der Fall war, oder die Seitenplatte verändert, d. h. permanent in eine Winkellage bewegt werden kann, so dass die neue Winkellage beispielsweise die Ausrichtung der Spiegelfläche Schritt für Schritt'etwas verändert werden kann, um die Ausgangsleistung zu verbessern. Es hat sich herausgestellt, dass die hier beschriebenen Seitenplatten unelastisch deformiert werden können, um die darauf befestigten Spiegel in diese radiale Lage zu kippen. Diese unelastische Verformung der Seitenplatten kann dadurch durchgeführt werden, dass auf sie mit einem Keissel oder einem anderen geeigneten Werkzeug geklopft wird, so dass.eine Einbuchtung oder Deformation der

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Seitenplatte in diese radiale Lage oder Richtung hervorgerufen wird, bei der während des Prüfvorganges eine Verbesserung festgestellt worden ist. Da bei dieser Prüfung auch die maximale Ausgangsleistung, die ein vorliegender Laser abgeben kann, festgelegt und eingestellt wird, kann dieser Vorgang, bei dem auf die Seitenplatten geklopft wird und diese deformiert werden, solange wiederholt" werden, bis die Ausgangsleistung optimal ist. Bei der praktischen Durchführung wurde dies mit einem allgemein erhältlichen, durch eine Feder in Bewegung gesetzten Körner oder Zentrierkörner, beispielsweise mit einem Zentrierkörner Ste-rrett Ur. 18A mit automatischer Schlageinstellung durchgeführt.

Dem Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen der hier beschriebenen Piasinaröhre und der angegebenen Verfahren zur Herstellung von Plasmaröhren möglich. Die, angegebenen Ausführungsformen und Verfahren stellen daher nur vorteilhafte Ausführungsbeispiele dar. Es sind Jedoch auch anöere Anwendungsmöglichkeiten, Modifikationen und Änderungen möglich, ohne dass dadurch der Gedanke der Erfindung verlassen v/erden würde.

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Claims

Schutzansprüche

) Laser, gekennzeichnet durch eine aussere, an den gegenüberliegenden Enden Öffnungen aufweisende Glaswandung (10), eine in der Glaswandung (10) angeordnete, aus Glas bestellende Einrichtung mit einer Kapillare (12), die sich hinsiehtIi⁴Ch der Öffnungen in axialer Richtung erstreckt, erste und zweite Metallteile (16, 18), die in den gegenüberliegenden öffnungen der Wandung (10) angeordnet sind, Einrichtungen, die zwischen der Wandung (10) und den ersten und zweiten Metallteilen (16, 18) Glas-Metall-Abdichtungen bilden und zwischen der Wandung (10) und den ersten und zweiten Metallteilen (16, 18) gasdichte Verbindungen herstellen, wobei die Metallteile (16, 18) und die Glaswandung (10) ähnliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, so dass die Wandung (10) aufgeheizt und abgekühlt v/erden kann, ohne dass die Glas-Metall-Abdichtungen nachteilig beeinflusst werden, die ersten und zweiten Metallteile (16, 18) zu der Kapillare (12) axial ausgerichtete Öffnungen (36, 38) besitzen, eine Spannungsquelle sowie Verbindungen, die die Spannungsquelle nit den Metallteilen (16, 18) verbinden, so dass das erste Metallteil (16) als Anode und das zweite Metallteil (18) als Kathode dient, und Einrichtungen vorgesehen sind, um innerhalb der Glaswandung' (10) ein Gasplasma zu erzeugen.
2. Plasmaröhre für Gaslaser, die eine äussere Glaswandung aufweisen, in denen eine Glaskapillare mit einer Bohrung angeordnet ist, durch die bei Anlegen eines von einer geeigneten Spannungsquelle gelieferten elektrischen Stromes eine Gasentladung verläuft, gekennzeichnet durch eine leitende Metallanode (16) mit Seitenabmessungen, die den Seitenabmessungen der Enden der Wandung (10) entsprechen, wobei die Anode (16) und die Wandung (10) an einem Ende der Wandung (10) miteinander verschmolzen sind, ein sich

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in radialer Richtung erstreckender· Plansch (14), der zwischen der Kapillare (12) und der Wandung (10) angeordnet und angeschmolzen ist, um die Kapillare (12) derart zu befestigen _x dass der Plansch (14·) alle Entladungswege zwischen dem einen Ende und dein anderen Ende der Kapillare (12) mit Ausnahme der Bohrung verschliesst, wobei die Kapillare (12), die Wandung-(10) und der Plansch (14) aus Glas mit einem vorgegebenen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, eine Kathodenanordnung (18), die mit der von der Anode (16) und dem Plansch (14) abgewandten Seite der Wandung (10) in Verbindung steht, eine Kathode (30) in Porm einer leitenden Platte mit Seitenabmessungen, die denen des Kathodenendes der Wandung (10) vergleichbar sind, wobei die Kathode (30) mit dem der Kathode (^6) abgewandten Ende der Wandung (10) verschmolzen ist, und die Anode (16) und die Kathode (30) aus einem Metall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, der genügend nahe beim Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases und innerhalb zulässiger Spannungsgrenzen für unterschiedliche Ausdehnungen liegt, wenn das Glas von der Glühtemperatur des Glases auf Zimmertemperatur abgekühlt wird, um eine direkte Glas-Metall-Abdichtung zwischen dem Glas und dem Metall herstellen und aufrechterhalten zu können, und wobei die Kapillare (12) und die Wandung (10) eine Kreiszylinderform aufweisen und zueinander koaxial angeordnet sind, und die Anode (16) und die Kathode (30) jeweils eine zur Bohrung der Kapillare (12) ausgerichtete Öffnung (32, 34) aufweist, an den jeweiligen Öffnungen (32, 34) angebrachte Bauteile (36, 3ö), die die Plasmasröhre gasdicht verschliessen, Einrichtungen, die in der Plasmaröhre und durch die Bohrung der Kapillare (12) hindurch einen optischen Innenraum bilden, wobei die Spannungsquelle zwischen der Anode (16) und der Kathode (30) ein elektrisches Feld, welches eine Gasentladung hervorruft, erzeugt, und Einrichtungen, die zwischen der Kathodenanordnung (18) und der Kathodenplatte (30) eine elektrische Verbindung herstellen.

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3· Plasmaröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glassorten aus Corning-Glas 0120 oder einer entsprechenden Glassorte und/oder Corning-Glas 0080 oder einer entsprechenden Glassorte ausgewählt werden und dass das Metall, aus dem die Anoden- und Kathodenplatte (16, 30) hergestellt werden, aus einer ITr. 4—Uiekel-Chrom-Eisen-Legierung (42 % Nickel, 6 % Chrom, 52 % Eisen) oder einer Nr. 52 I7ickel-Eisen-Legierung(52 % Nickel, 48 % Eisen) oder Platin ausgex-vählt .werden.
4. Plasmaröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glassorte aus der Glassorte 7052 oder einer entsprechenden Glassorte, der, Glassorte 7720 oder einer entsprechenden Glassorte und Konex ausgewählt wird, und das's das Hetall aus Wolfram oder Kovar (29 % Nickel, 17 % Cobalt, 54 % Eisen) besteht.
5. Plasmaröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ■ das der Anode (16) gegenüberliegende Ende der Röhre mit einer sternförmigen, sich radial erstreckenden Halterung (22) verbunden ist, die axiale Bügel (80) auf v/ei st, welche zwischen der Wandung (10) und der Röhre in radialem, federndem Kontakt stehen und die Röhre haltern, und v/obei eine mittlere Öffnung mit in axialer Richtung verlaufende Laschen, die mit der Kapillare (12) federnd in Berührung stehen und diese haltern,, vorgesehen ist.
6. Plasmaröhre nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (10) einen nach innen gerichteten Vorsprung besitzt, der beim Einschieben der Kathodenanordnung (18) den Abstand zwischen der Kathodenanordnung und der Anode (16) festlegt, und dass ein Druck ausübendes Teil (28) vorgesehen ist, das die Kathodenplatte (30) mit der Kathoden (Röhren)-Anordnung (24) elektrisch verbindet.
7- Verfahren zur Herstellung von Plasmaröhren für Glaslasertypen mit einer Glasaussenwandung, in der eine Glaskapillare

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mit einer den Entladungsweg festlegenden Bohrung angeordnet ist, einer leitenden Metall-Anodenplatte, deren Seitenabmessungen denen der Wandung entsprechen, wobei die Platte und die Wandung an einem Ende der Wandung miteinander verschmolzen sind, einem sich in radialer Richtung erstrekkenden Flansch, der zwischen der Kapillare und der Wandung derart angeordnet und verschmolzen ist, dass der Plansch alle Entladungswege zwischen dem einen und dem anderen Ende der Kapillare mit Ausnahme des Entladungsweges durch die Bohrung verschliesst, einer Kathodenanordnung, die mit der von der Anode und dem Plansch abgewendeten Ende der Wandung in Verbindung steht und eine Kathode in Porm einer leitenden Platte mit Seitenabmessungen aufweist, die den Seitenabmessungen der Wandung entsprechen, wobei die Platte an dem von der Anodenplatte abgewandten Ende der Wandung mit dieser verschmolzen ist und die Anodenplatte und die Kathodenplatte aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, der genügend nahe beim thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases liegt, so dass für die unterschiedliche Ausdehnung die dabei auftretenden Spannungen innerhalb zulässiger Grenzen liegen, wenn das Glas und die Metallplatten von der Glühtemperatur des Glases auf Zimmertemperatur abgekühlt werden, um eine-direkte Glas-Metall-Abdichtung zwischen Glas und Metall herstellen und aufrechterhalten zu können, und wobei die Kapillare und die Wandung zylinderförmig ausgebildet und zueinander koaxial angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenwandung, die Anodenplatte und die Kapillare in einer vorgegebenen räumlichen Zusammensetzung zusammengefügt werden, dass die Aussenwandung erhitzt und dadurch diese und der Kapillarflansch auf eine Temperatur gebracht werden, bei der der Kapillarflansch, die Anodenplatte und die Wandung dicht verschmelzen, dass die Kathodenanordnung vom anderen Ende der Aussenwandung her in diese eingeschoben und die Kathodenendplatte in eine vorgegebene Lage gebracht wird, dass die Aussenwandung am Aussenumfang herum erwärmt und bis auf eine Temperatur ge-

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bracht wird, bei der die Kathodenplatte und die Aussenwandung dicht verschmelzen, wobei diese Verfahrensschritte in irgendeiner Reihenfolge oder auch gleichzeitig durchgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden- und Kathodenplatte und die entsprechenden Enden der Wandung durch eine offene Flamme erhitzt v/erden.
9. Verfahren zur Peineinstellung einer Plasmaröhre auf maximale Ausgangsleistung, wobei die Plasmaröhre eine langgestreckte Rohrwandung aufweist, die an beiden Seiten mit einer verformbaren Platte auf der optische Spiegel angebracht sind, verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaröhre betrieben und dabei die Ausgangsleistung gemessen und gleichzeitig die Aussenwandung der Plasmaröhre bezüglich ihrer Längsachse derart gebogen wird, dass die Achse zur ursprünglichen Achse hin ρ der τοη der ursprünglichen Achse weg in radialer Richtung gekrümmt wird, dass diese Verfahrensschritte an mehreren radialen

- Stellen wiederholt und die radiale Richtung der Achsenkrümmung, bei der die maximale Ausgangsleistung erhalten wird, festgestellt wird, und dass wenigstens eine der Endplatten unelastisch verformt und der darauf aufgebrachte Spiegel in diese radiale Richtung gekippt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die unelastische Verformung solange fortgeführt wird, bis die maximale Ausgangsleistung erreicht ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die unelastische Verformung dadurch hervorgerufen wird, dass eine leichte Verformung mit einem Körner in einer radialen Richtung an einer der Endplatten vorgenommen wird.

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