DE2647934C3

DE2647934C3 - Gaslaserröhre

Info

Publication number: DE2647934C3
Application number: DE2647934A
Authority: DE
Inventors: Taizo Oikado
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1975-10-23
Filing date: 1976-10-22
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2647934A1; DE2647934B2; JPS5251890A; JPS5713153B2; US4064466A; NL183480C; NL183480B; NL7611532A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaslaserröhre Ii' gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Hierbei kann es sich um Gaslaserröhren handeln, deren beide Enden durch Spiegeikörper gasdicht abgeschlossen sind und wobei wenigstens einem Spiegelkörper ein Brewster-Fenster unter einem bestimmten Winkel zur Rohrachse vorgelagert ist

Eine Gaslaserröhre der eingangs genannten Art zeigt die DE-OS 23 43 140. Hierbei ist der Innendurchmesser an dem einen Ende des Rohres etwas erweitert und in den hierdurch geschaffenen erweiterten Raum wird eine Metallhülse eingesetzt, deren eines Ende unter einem Brewster-Winkel abgeschrägt ist, damit ein elliptisches Brewster-Fenster an den abgeschrägten Flächen zur Anlage kommen kann. Die Metallhülse und das Brewster-Fenster werden durch eine Klemmhülse innerhalb des erweiterten Rohres festgehalten. Hierzu ist die Klemmhübe an ihrem einen Ende unter einem entsprechenden Brewster-Winkel abgeschrägt Damit die Klemmhülse zur Lagefixierung des Brewster-Fensters gegen diese eine gewisse Druckkraft ausüben kann, ist sie vor dem Einsetzen in die erweiterte Bohrung des Rohres oval verformt worden. Zum Einsetzen in die erweiterte Bohrung muß die Klemmhülse elastisch in eine zylindrische Gestalt zurückgedrückt werden. Die Klemmhülse stellt also eine ■to Klemmvorrichtung dar, die aufgrund radialer Vorspannung in einer bestimmten Lage durch Reibungskräfte zwischen ihrer Außenfläche und der Bohrungswandung der erweiterten Bohrung festgehalten wird.

Die Halterung eines Brewster-Fensters in einer vorbestimmten Winkellage ist besonders dann unbefriedigend, wenn die Gaslaserröhre äußeren Stoßen ausgesetzt ist. Außerdem unterliegen die federelastischen Eigenschaften der Klemmhülse einer Alterung, so daß eine ausreichende Klemmwirkung der Klemmhülse so und damit eine sichere Lagefixierung des Brewster-Fensters über einen längeren Zeitraum nicht sichergestellt werden kann. Abgesehen davon handelt es sich bei der Klemmhülse um eine in seiner Ausgangsgestalt unrundes und damit spezielles Metallbauteil mit besonders hohen Toleranzanforderungen, das für Massenfertigungen wenig geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gaslaserröhre der eingangs genannten Art anzugeben, bei der vor allem eine stoßsichere Lagefixierung eines Brewster-Fensters erreicht wird und die Lagefixierung praktisch keiner Alterung unterliegt,

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches I gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung b^ri ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung geht damit von dem Gedanken aus, zur stoßsicheren Lagefixierung eines Brewster-Fensters unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten

nutzbar zu machen. Der Vorschlag hierzu, die thermische Längenausdehnung des Tragelementes für das Brewster-Fenster größer zu wählen als die Summe der Längenausdehnungen von Teilen innerhalb des Tragelementes, ermöglicht es mit fallender Temperatur Druckkräfte auf das Brewster-Fenster ausgeübt zu bekommen, so daß es unterhalb einer bestimmten Temperatur der Gaslasen'öhre stoßsicher in seiner Lage gehalten werden kann, wobei diese Lage frei von Aiterungserscheinungen so lange aufrechterhalten werden kann, wie die oben angegebene Temperatur nicht überschritten wird.

Vorteilhafterweise erlaubt die erfindungsgemäße Gaslaserröhre auch eine Konstruktion, in der der Spiegel am Ende einer Röhre leicht justiert werden kann. Hierzu wird lediglich zwischen dem von einem Spiegel nach außen abgedichteten und das Brewster-Fenster aufnehmenden Hohlkörper und dem Rohrende des Gaslaserrohres ein zwei flanschartige Vorsprünge aufweisender hohler Metallkörper angeordnet, der als Spiegeljustierkörper verbiegbar isL

Derartige Körper sind zum Justieren von Spiegeln an den Rohrenden von Gaslaserrohren an sich bekannt, wie die Zeitschrift Instruments and Experimental Techniques, Bd. 4 (1966), Seite 937 bis 939 zeigt.

Die erfindungsgemäße Gaslaserröhre weist auch den weiteren Vorteil auf, daß rechteckige Brewster-Fenster verwendet werden können, so daß die Evakuierung des Raumes zwischen dem Brewster-Fenster und dem Spiegel vorgenommen werden kann.

In einer Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden beschrieben. Hierin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung eines in F i g. 1 mit A gekennzeichneten Teils des Ausführungsbeispiels,

F i g. 3a einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Teil A eines zweiten Ausführungsbeispiels,

F i g. 3b einen Querschnitt entlang den Linien B-B' in F i g. 3a,

Fi g. 4 einen Längsschnitt durch ein weiter abgewandeltes Teil A eines dritten Ausführungsbeispiels und

Fig.5 einen Längsschnitt durch ein noch weiter abgewandeltes Teil A eines vierten Ausführungsbeispiels.

Die schematisch dargestellte Gaslaserröhre nach Fig. 1 umfaßt folgende Teile: Einen hohlen zylindrischen Metallkörper 1, der zwei Flansche aufweist und dank seiner besonderen Ausgestaltung zur Spiegeljustierung verbiegbar ist, ein Mantelrohr 2, das an dem Metallkörper 1 z. B. angelötet ist und als Halterungskörper für ein Brewster-Fenster 6 dient, niedrig schmelzendes Glas 3 zum dichten Einschmelzen eines Spiegels 4 in das Mantelrohr 2, zweite hohlzylindrische Halterungskörper 5 und 7 aus Metall oder Glas, deren eine Ender, unter einem Brewster-Winkel abgeschrägt sind, um zwischen den abgeschrägten Enden das Brewster-Fenster 6 unter einem entsprechenden Winkel geneigt zu halten, einen Glaskörper oder Glaskolben 8 zur Aufrechterhaltung eines Vakuums, eine Kathode 9, ein Kapillarrohr 10, einen Kathodenanschluß 11, eine Anode 12 und einen weiteren Endspiegel 13.

Beziehungen zwischen den Größen und den zugehörigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Mantelrohres 2, des Spiegeis 4, der zylindrischen Halterungskörper 5 und 7 und der optischen flachen Platte 6 entlang der Achse der Last-rröhre sind wesentlich. Mehr im einzelnen sind die Abmessungen und die Materialien durch die folgende Bedingung bestimmt:

wobei /0 die Länge des Mantelrohres 2 bei normaler Temperatur und «₀ sein thermischer Ausdehnungskoeffizient ist. Mit /|, /2, /j und U und λι, *2, «3 und Λ4 sind in der gleichen Reihenfolge die axialen Längen und die zugehörigen Ausdehnungskoeffizienten des Spiegels 4, des ersten inneren Halterungskörpers 7, des Brewster-Fensters 6 und des zweiten inneren Halterungskörpers 5 bezeichnet.

Diese Bedingung zeigt, daß die Ausdehnungslänge des Mantelrohres 2 infolge thermischer Expansion

Η größer ist als die Summe der thermalen Ausdehnungslängen der in dem Mantelrohr 2 eingeschlossenen Teile. Beispielsweise besteht das Mantelrohr 2 aus einer speziellen Metallegierung und ist 15 mm lang. Der Spiegel 4 und das Brewster-Fenster 6 sind optische Gläser von beispielsweise 5 mm bzw. 1.7 mm Länge und die inneren Halterungskörper 5 uiä 7 bestehen aus einer Legierung. Die Summe der Längen der Halterungskörper 5 und 7 beträgt im Beispielsfalle 8,3 mm. Die Abmessungen und die Materialien der Einzelteile sind so gewählt, daß nach dem Erkalten des niedrig schmelzenden Glases 3 zum dichten Einfassen des Spiegels 4 in dem Mantelrohr 2 das Brewster-Fenster 6 zwischen den Halterungskörpern 5 und 7 fest eingespannt ist, die sich an der inneren Stirnfläche des Spiegels 4 bzw. am Anschlußende des Mantelrohres 2 abstützen.

Zur Herstellung der Gaslaserröhre wird das Kapillarrohr 10, an das die Anode 12 angeschweißt ist, in den Kolben 8 eingeschweißt, der mit dem Kathodenanschluß 11 versehen ist, weicher mit der Kathode 9 verbunden ist. Der Metallkörper 1 und das Mantelrohr 2 werden zusammengelötet, die gegenüber dem einen Ende der Kapillarrohre 10 angeordnet sind. Zur Montage wird das Mantelrohr 2 senkrecht gehalten.

Der Reihe nach werden in das Mantelrohr 2 der erste hohlzylindrische Halterungskörper 7, das Brewster-Fenster 6, der zweite hohlzylindrische Halterungskörper 5 und der Spiegel 4 eingesetzt. Außerdem wird das niedrig schmelzende Glas 3 in Pulverform eingebracht.

das den Spiegel 4 ringförmig umfaßt.

F i g. 2 zeigt schematisch den Teil A der Gaslaserröhre in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung. Beim Zusammenbau wird das Teil A auf eine Temperatur von 500⁰C gebracht, um das Glas 3 zum Schmelzen zu bringen. Anschließend wird die Gaslaserröhre auf eine Temperatur abgekühlt, bei der das Glas 3 verfestigt ist. Der reflektierende Spiegel 4 ist dann fest eingespannt.

Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeexpansionsko'iffiiieiiten des Mantelrohres 2 und der in dem Mantelrohr 2 gehaltenen Halterungskörper 5 und 7 des Brewster-Fensters 6 und des Spiegels 4 zieht i»ich beim Abkühlen das Mantelrohr 2 etwas mehr zusammen als die innerhalb des Mantelrohres befindlichen Teile, so daß das Brewster-Fenster nach der Abkühlung des Teiles A zwischen den Halterungskörpern fest eingespannt ist. Die Einspannkraft folgt aus der Summe der axialen Längen der inneren Halterungskörper 5 und 7 und des Brewster-Fensters 6 nach der Abkühlung.
Die zylindrischen Halterungskörper 5 und 7 können mit geringen Kosten aus Metall gefertigt werden. Die Halterungskörper 5 und 7 können aber auch aus Glas oder einem entsprechenden Material bestehen. Das Brewster-Fenster 6 wird damit zwischen den Halte-

rungskörpern 5 und 7 unter einem vorbestimmten Brewster-Winkel festgehalten, wenn der Spiegel 4 nach dem Erstarren des niedrig schmelzenden Glases 3 in dem Mantelrohr 2 dicht eingefaßt ist. Hierdurch ist die Herstellung der Laserröhre besonders vereinfacht.

Außerdem ist es nicht erforderlich, daß das Brewster-Fenster 6 eine elliptische oder kreisrunde Gestalt besitzt. Vielmehr kann es auch viereckig bzw. rechteckig ausgebildet sein, wie Fig.3a und 3b verdeutlicht. Ein rechteckiges Brewster-Fenster 6 kann leicht aus einer großen Glasplatte geschnitten werden, wodurch sich die Herstellungskosten senken lassen. Außerdem ermöglicht die Verwendung eines rechteckigen Brewster-Fensters 6 die Evakuierung des Raumes zwischen dem Brewster-Fenster 6 und dem Spiegel 4.

In dem Beispiel nach F i g. 1 werden zwei innere Halterungskörper 5 und 7 zur Befestigung des Brewster-Fensters 6 benötigt. Das Brewster-Fenster 6 iäßt sich aber auch in der Weise befestigen, daß das eine Ende des Brewster-Fensters 6 in direktem Kontakt mit der inneren Stirnfläche des Spiegels 4 gebracht wird, so daß der innere Halterungskörper 5 entfallen kann.

Fig. 4 zeigt eine derartige Konstruktion, in der ein hohler zylindrischer Halterungskörper T und ein rechteckiges flaches Brewster-Fenster 6 in einem Mantelrohr 2 festgehalten ist, das von einem Spiegel 4 abgedichtet ist. wobei zur Abdichtung ein niedrig schmelzendes Glas 3 verwendet worden ist In diesem Fall liegt das Brewster-Fenster 6 mit zwei Ecken an der inneren Stirnfläche des Spiegels 4 an, der nach seinem Einschmelzen in das Mantelrohr 2 über diese beiden Ecken auf das Brewster-Fenster 6 einen Druck ausübt, das sich an dem schrägen Ende des Halterungskörpers T abstützt, welcher am inneren Ende des Mantelrohres 2 festliegt.

F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in der ein elliptisches Brewster-Fenster 6 und ein hohler zylindrischer Halterungskörper 5' in einem Mantelrohr 2 festgehalten sind, das durch einen Spiegel abgeschlossen ist, wobei wiederum ein niedrig schmelzendes Glas 3 verwendet werden wird.

Über den Halterungskörper 5' der sich an der inneren Stirnfläche des Spiegels 4 abstützt, wird nach dem -, Einschmelzen des Fensters 4 in das Mantelrohr 2 auch hier ein Druck auf das Brewster-Fenster 6 ausgeübt, das sich ohne Zwischenschaltung eines weiteren Halterungskörpers 7 am hinteren Ende des Mantelrohres 2 abstützt, mit dem es am Metallkörper 1 fest ist.

in In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht das Mantelrohr 2 jeweils aus einem engeren inneren zylindrischen Abschnitt, einem koaxial anschließenden weiteren mittleren Abschnitt und einem koaxial noch weiteren äußeren Abschnitt. Der engere

Ii innere Abschnitt des Mantelrohres 2 schließt koaxial an den hohlen Metallkörper 1 an und dient zur Aufnahme eines zylindrischen Halterungskörpers T (Fig. 4) oder 5' (Fig. 5) oder zweier zylindrischer Halterungskörper 5 und 7 (Fig. 1 und 2) und jeweils eines zur Achse des Mantelrohres 2 geneigten Brewster-Fensters 6. Das bzw. die zylindrischen Halterungskörper 5', T oder 5 und 7 passen in den engeren zylindrischen Abschnitt des Mantelrohres 2. An dem inneren Ende des engeren Abschnittes stützt sich das eine Ende des Halterungskörpers 7 (Fig. 1 und 2) oder T (Fig. 4) oder ein Teil des Brewster-Fensters 6 (Fig. 5) ab. Der weitere mittlere zylindrische Abschnitt des Mantelrohres 2 dient zur Aufnahme eines zylindrischen Spiegels 4, der in den mittleren zylindrischen Abschnitt paßt. An der inneren

jo Stirnfläche des Spiegels stützt sich ein Teil des Brewster-Fensters b (Fig. 4) oder das eine Ende des Halterungskörpers 5 (F i g. 1 und 2) oder 5' (F i g. 5) ab. Dabei ragt das Brewster-Fenster 6 bzw. die Halterungskörper 5, 5' etwas in den mittleren Abschnitt des

ss Mantelrohres 2 hinein. Die Umfangsfläche des äußeren Spiegelabschnittes bildet mit dem äußeren noch weiteren zylindrischen Abschnitt des Mantelrohres 2 eine Ringnut zur Aufnahme des niedrig schmelzenden Lötglases 3.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gaslaserröhre mit vakuumdichten Abschlüssen an clen beiden Rohrenden und wenigstens am einen Rohrende vorgesehenen Brewster-Fenster, d a durch gekennzeichnet, daß das Brewster-Fenster (6) innerhalb eines an dem einen Rohrende fest angesetzten, den RohrabschluQ an diesem Ende bildenden hohlen Mantelkörpers (2) mit einem gewählten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von einer Haltevorrichtung (4,5, 7) festgehalten ist, die sich in dem hohlen Mantelkörper (2) abstützt und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient zum festen Einspannen des Brewster-Fensters (6) innerhalb des Mantelkörpers (2) aufgrund der nach der Montage der Röhre (8) durch Abkühlung bis auf ihre Betriebstemperatur wirksamen unterschiedlichen Schrumpfmasse des Mantelkörpers (2) und der Haltevorrichtung niedriger als der Ausdehnungskoeffizient des MantelkörpersTß) gewählt ist

2. Gasiaserröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelkörper (2) aus einem zylindrischen Mantelrohr besteht, das mit seinem offenen einen Ende an dem Rohrende der Röhre (8) befestigt ist und dessen anderes Ende durch einen Spiegel (4) abgedichtet ist. der zusammen mit mindestens einem in das Mantelrohr passendem zylindrischen Halterungskörper (5, 7; 5'; T) die Haltevorrichtung bildet, wobei das dem Brewster-Fenster (6) zugewandte eine Ende des Halterungskörpers zur Bildung von AbstUtzflächen für das Brewster-Fenster entsprechend seiner vorbestimmten Schräglage abgeschrägt ist (F i g. 1,2).

3. Gaslaserröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mantelrohres (2) zwei Halterungskörper (5, 7) angeordnet sind, zwischen dessen einander zugewandten abgeschrägten Enden das Brewster-Fenster (6) eingespannt ist, wobei sich der eine Halterungskörper (5) mit seinem anderen Ende an der inneren Stirnfläche des Spiegels (4) und der andere Halterungskörper (7) mit seinem anderen Ende an dem Rohrende des Rohro (8) zugewandten Ende des Mantelrohres (2) abstützt (Fig. 1,2).

4. Gaslaserröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mantelrohres (2) ein Halterungskörper (7') angeordnet ist, der sich an dem dem Rohrende des Rohres (8) zugewandten Ende des Mantelrohres abstützt und daß das Brewster-Fenster (6) zwischen dem abgeschrägten Ende des Halterungskörpers (7') und der inneren Stirnfläche des Spiegels (4) eingespannt ist (F i g. 4).

5. Gaslaserröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mantelrohres (2) ein Halterungskörper (5') angeordnet ist, der sich an der inneren Stirnfläche des Spiegels (4) abstützt und daß das Brewster-Fenster (6) zwischen dem abgeschrägten Ende des Halterungskörpers (S') und dem Ende des Mantelrohres, das dem Rohrende des Rohres (8) zugewandt ist. eingespannt ist (F i g, 5),

6. Gaslaserröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Brewster-Fenster rechteckig ausgebildet ist.

7. Gaslaserröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Manielkörper (2) und dem Rohrende der Röhre (8) ein zwei flanschartige Vorsprünge aufweisender hohler Metallkörper (1) angeordnet ist, der als Spiegeljustierkörper verbiegbar ist.

8. Gaslaserröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (4) in dem offenen einen Ende des Mantelkörpers (2) mit einem niedrig schmelzenden Lötglas (3) eingeschmolzen is».