DE2754076A1

DE2754076A1 - Gaslaserroehre mit innenspiegeln

Info

Publication number: DE2754076A1
Application number: DE19772754076
Authority: DE
Inventors: Taizo Oikado; Fumio Seki
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1977-12-05
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US4216438A; JPS5380378U

Description

Gaslaserröhre mit Innenspiegeln

Die Erfindung betrifft eine Gaslaserröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist eine Oaslaserröhre bekannt,bei der zwei Innenspiegel einen Resonator bilden, die an den Enden der Gaslaeerröhre vakuumdicht angebracht sind. 'Dabei umfaßt die Gaslaserröhre ein inneres Kapillarrohr zur Aufnahme eines gasförmigen Lasers wie Helium und Neon, eine Anode und eine Kathode, um das Gas in dem Kapillarrohr eur Entladung zu bringen, zwei Spiegel die an den entgegengesetzten Enden des Kapillarrohres auf der Kapillarrohrachse gegenüberliegend angeordnet sind und ein Mantelrohr, das die Einzelteile der Gaelaserröhre in einer bestimmten Anordnung zueinander hält und nach außen vakuumdicht abgeschlossen ist.

Um die Innenepiegel an dem Vakuummantelrohr zu befestigen, werden vakuumdichte Bindemittel oder niedrig schmelzendes Lötglas verwendet. Dae Bindemittel weist eine relativ geringe Lebensdauer auf, da es während einer Benutzungszeit der Laserröhre durch die Gasentladung beeinträchtigt wird. Andererseits bereitet die Dichtung mit einem Lötglas Schwierigkeiten hinsichtlich der genauen Ausrichtung der Spiegel, während ihrer Befestigung an dem Vakuuinmantelrohr, da das Lötglas eine hohe Schmelztemperatur besitzt. Diese Schwierigkeiten sind bei einer bekannten Gaslaserröhre dadurch vermieden worden, daß die Spiegel jeweils an metallischen Hohlkörpern festgehalten sind, die an dem Vakuummantelrohr angebracht sind und die eine Justierung der Spiegel erlauben. Die Hohlkörper aus einem plastisch verformbaren Metall besitzen jeweils zwei flanschartige Vorsprünge. Nach der Anbringung des Spiegels an dem Hohlkörper läßt sich dieser im Bereich der relativ dünnen Wandung zwischen den Vorsprüngen verformen, luntiabei den Spiegel in die richtige Lage zu bringen, wie in der US-Patentschrift 3 85I 275 mehr im einzelnen beschrieben ist.

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Die metallischen Hohlkörper an den beiden Enden der Gaslaserröhre zur genauen Einstellung der Spiegel kommen jedoch mit ihren Innenflächen in Kontakt mit einem Teil des Plasmas innerhalb der Röhre, so daß sie auf demselben Potential wie die Anode oder die Kathode liegen. Die Hohlkörper zur Halterung der Spiegel liegen damit auf einem Potential von mehreren Kilovolts, die zum Betrieb der Laserröhre erforderlich sind. Die bekannte Laserröhre weist damit den Nachteil auf, daß die Hohlkörper in einem Gehäuse für die Laserröhre einen relativ großen Abstand von der Gehäusewandung wahren müssen. Außerdem besteht die Gefahr, daß eine Person durch versehentliche Berührung der HohlKrper einen gefährlichen Elektroschlag bekommt. Der Gedanke liegt nahe, den metallischen Hohlkörper zur Halterung und Justierung eines Spiegels abzuschirmen, um die vorstehenden Schwierigkeiten zu vermeiden. Es war jedoch ein ungelöstes Problen^wie auf besonders einfache Weise eine Isolation für einen solchen Hohlkörper in einer kompakten Art realisiert werden kann, ohne daß hierdurch die Spiegeljustierung bzw. die Einstellung des Spiegels in einer genau bestimmten Lage beeinträchtigt wird.

Es war daher Aufgabe der Erfindung eine Gaslaserröhre für Innenspiegel der eingangs genannten Art anzugeben, bei der wenigstens einer der Hohlkörper zur Halterung und Justierung eines Spiegels in kompakter Art und Weise nach außen isoliert ist, ohne daß die justierte Spiegellage verändert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen da? Unteransprüche, die anhand der Zeichnungen verdeutlicht sind. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Gaslaserröhre mit Innenspiegeln,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Gaslaserröhre mit Innenspiegeln gemäß einer ersten Ausführung nach der Erfindung,

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Pig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2, der die erfindungsgemäße Isolierung der Spiegelhalterung verdeutlicht und

Fig. ¹J einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend Fig. 3 zur Verdeutlichung einer zweiten Ausführung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Gaslaserröhre mit Innenspiegeln in einer typischen Ausführung. Diese Gaslaserröhre enthält ein inneres Kapillarrohr 1 mit einer aktiven Region für das Lasermedium, ein Mantelrohr 5, das koaxial zum Kapillarrohr 1 angeordnet ist, Spiegelhalterungen 4 und 4¹, die an entgegengesetzten Enden des Mantelrohres 5 befestigt sind und Spiegel 11 und 11·. Diese Teile bilden eine Vakuumröhre. Die Spiegelhalterungen 4 und V enthalten jeweils hohle Metallkörper 12 und 12¹, die eine genaue Spiegeleinstellung ermöglichen. Die Spiegel 11 und II¹ sind jeweils außen über schüsseiförmige Einfassungen 14 und I¹I¹ aus Metall an den hohlen Metallkörpern 12 und 12' befestigt. In der Kapillarröhre 1 ist ein Lasermedium, z.B. ein Gasgemisch aus He und Ne, eingeschlossen, das durch Anschließen einer (nicht gezeigten) hohen Spannungsquelle an die Kathode 2 und die Anode 3 zur Entladung gebracht wird, wobei eine Spannung von mehreren Kilovolt zwischen den Elektroden herrscht, die eine Laseroszillation bewirken. Auf Grund dieser Entladung kommen die Innenflächen der hohlen Metallkörper 12 und 12· für die Spiegeleinstellung in Kontakt mit einem Teil des Plasmas innerhalb der Laserröhre, so daß die Metallkörper 12 und 12' auf demselben hohen Potential wie die Kathode 2 oder die Anode 3 liegen können. Das heißt, daß an den Metallkörpern eine Spannung von mehreren Kilovolts liegen kann, wie sie für die Laseroperation erforderlich sind, wodurch die Unfallgefahr für eine Person durch einen Elektroschlag sehr groß ist. Nach der Erfindung wird diese Gefahr vermieden.

Eine erste bevorzugte Ausführung nach der Erfindung zeigt Fig. 2, in der die Bezugszeichen 1 bis 5, 11 und 12 die gleichen Teile wie in Pig. 1 bezeichnen. In dieser bevorzugten Ausführung sind

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außen an den hohlen Metallkörpern 12 und 12' der Spiegelhalterungen 4 und 4' hohle zylindrische Tragrohre 17 und 17' gehalten, die jeweils mit eirH· Schicht 16 und 16' aus einem isolierenden Material bedeckt sind. Da die Spiegelhalterungen 4 und 4' gleich ausgebildet sind, wird anhand von Fig. 3 nur die anodenseitige Spiegelhalterung 4 mehr im einzelnen beschrieben. Das Tragrohr 17 und die Isolierschicht 16 kann auch nur an der Seite der Hochspannungselektrode vorgesehen sein. Die Spiegelhalterung 4 besteht aus einem hohlen Metallkörper 12, der zwei Flansche 121 und 122 besitzt, einer Hülse 13 aus Metall, die sich dicht mit dem Mantelrohr 5 aus Glas verschweißen läßt und eine schüsseiförmige Einfassung 14 aus Metall. Das eine Ende der Hülse 13 ist dicht mit dem Mantelrohr 5 und das andere ist mit dem Metallkörper 12 verschweißt. Der Spiegel 11 ist mit einem niedrig schmelzenden Glas 15 in der Einfassung 14 gasdicht gehalten. Der hohle Metallkörper 12 zur Spiegeleinstellung besitzt eine umlaufende Ausnehmung, die die beiden Flansche 121, 122 bildet. Die Wandstärke des Bodens der Ausnehmung ist im Verhältnis zur radialen Tiefe der Ausnehmung so dünn gewählt, daß der Boden durch äußere Krafteinwirkungen plastisch verformt werden kann, um dabei den Spiegel in seine richtige Lage zu bringen.

Außen am hohlen Metallkörper 12 ist ein hohles zylindrisches Tragrohr 17 aus Metall angebracht, das einen L-förmigen Querschnitt besitzt und somit einen schmäleren und einen breiteren Innendurchmesser aufweist. Das eine Ende des Tragrohres 17 mit dem Schmäleren Innendurchmesser ist fest mit dem einen metallischen Flansch 121, z.B. durch eine Punktschweißung, verbunden. Da das Tragrohr 17 einen L-förmigen Querschnitt besitzt (Fig. 3) ist es mit dem anderen Flansch 122 nicht in Kontakt und weist von diesem einen radialen Abstand auf. Das hohle Tragrohr 17 und die Spiegelhalterung 4 sind von einer thermokontrahierenden Isolierhülse 16 ummantelt. Hierunter wird ein Isoliermaterial verstanden, das sich bei Wärme zusammenzieht. Beispielsweise kann das Isoliermaterial aus "thermofit" (Warenzeichen für ein Material, das von der Firma Raycem Company hergestellt wird)

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bestehen. Wenn die Isolierhülse 16 auf die Laserröhre aufgebracht ist und z.B. mit einem Trockner auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, zieht sich die Isolierhülse 16 in eine Gestalt zusammen, die der äußeren Gestalt des Tragrohres 17 und der Spiegelhalterung 4 angepaßt ist. Die kontrahierte Form der Hülse 16 bleibt nach dem Abkühlen voll erhalten. Es ist klar, daß das hohle zylindrische Tragrohr 17 und die thermokontrahierende Isolierhülse 16 nach der Ausrichtung des Spiegels 11 auf dem Metallkörper 12 angebracht werden.

Die erfindungsgemäße Gaslaserröhre mit Innenspiegeln in der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann sicher benutzt und auch in einem kleinen Gehäuse untergebracht werden, weil die Spiegelhalterungen während des Betriebes der Laserröhre ohne Gefahr ein hohes Potential aufnehmen können. Die isolierte Laserröhre besitzt damit keine nach außen ragenden unter Hochspannung stehenden Metallteile. Da außerdem die Konstruktion derart ausgebildet ist, daß das hohle zylindrische Tragrohr 17 nur an einen der beiden Plansche 121, 122 des Metallkörpers 12 zur Spiegeleinstellung befestigt ist, kommen keine mechanischen Kräfte zwischen den beiden Planschen 121, 122 zur Wirkung und zwar auch dann nicht, wenn das thermokontrahierende Isoliermaterial erhitzt wird oder wenn die Temperatur der Laserröhre sich während des Betriebes ändert und sich dabei der Metallkörper ausdehnt. Es kann also ein stabiler Laserausgang erzielt werden, ohne daß die Ausrichtung der Spiegel verändert wird. Da außerdem das Dichtungsmaterial auf dem Tragrohr und der Spiegelhalterung aufgeschrumpft wird, kann es leicht im Gewicht und von geringen Ausmaßen bzw. geringer Stärke sein.

Eine zweite, bevorzugte Ausführung nach der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei ist ein hohles zylindrisches Tragrohr 18 auf dem inneren Flansch 122 befestigt und erstreckt sich mit gleichbleibendem Durchmesser bis über den äußeren Rand der schüsseiförmigen Einfassung Ik. Die thermokontrahierende Isolierhülse 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel spiegelseitig nicht im Kontakt mit der äußeren Spiegelföche. Wenn sich daher Wärmespannungen auf die Isolierhülse aufwirken, so kommen diese nicht

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zwischen den Flanschen 121 und 122 und/oder auf den Spiegel 11 zur Auswirkung.

Während die Spiegelhalterung ¹J der erfindungsgemäßen Ausführungen jeweils aus einer Metallhülse 13, einem hohlen Metallkörper 12 zur Spiegeleinstellung und einer schüsseiförmigen Einfassung 14 für den Spiegel besteht, können diese Teile auch aus einem einheitlichen bzw. einstückigem Metallkörper bestehen.

Die erfindungsgemäßen Isolierungen sind nicht auf die Ausführungen nach Fig. 3 und 4 beschränkt. Zum Beispiel kann anstelle der Isolierhülse 26 wenigstens die Außenfläche des Tragrohres 18 verglast, oxidiert oder mit einem Isoliermaterial, wie etwa einem Kunststoff, beschichtet sein. Statt der weichen Isolierhülse 16 bzw. 26 kann auch ein harter bzw. fester Isolierkörper verwendet werden, der mit einem Bindemittel direkt auf einem der Flansche 121 oder 122 oder über ein Tragrohr 17 bzw. 18 oder dergleichen Halterungen aus Metall am Metallkörper 12 gehalten ist. Das hohe Tragrohr 17 bzw. 18 kann auch aus einem Isoliermaterial bestehen, so daß dann besondere Isolierhülsen entfallen können.

Die unterschiedliche Ausbildung der montierten Isolierhülsen 16 und l8 nach den beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind in den Fig. 3 und 4 deutlich zu erkennen.

In Fig. 3 liegt die Isolierhülse 16 dicht auf der zylindrischen Außenfläche des Tragrohres 17 auf, das sich über den äußeren Flansch 121 in Richtung zu der Spiegelfassung nicht erstreckt. Das freie Ende des Tragrohres 17 überragt etwas die Verbindungsstelle zwischen dem gläsernen Mantelrohr 5 und der inneren Metallhülse 13, die den hohlen Metallkörper 12 trägt. Die Isolierhülse 16 überragt das Tragrohr 17 beidssLtig. Am freien Ende des Tragrohres ist die Isolierhülse im wesentlichen radial nach innen abgebogen, wobei zwischen dem innen liegenden Rand der Isolierhülse und dsm Mantelrohr 5 ein Ringspalt frei bleibt. Am anderen Ende des Tragrohres 17 verläuft die Isolierhülee entlang

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der Außenfläche des äußeren Flansches 121 und folgt der äußeren Kontur der Spiegeleinfassung. Der andere, außen liegende Rand der Isolierhülse übergreift die Spiegeleinfassung und ist im wesentlichen radial nach innen geführt, um sich über das Lötglas 15 hinaus auf einer äußeren Ringzone an der Außenseite des Spiegels 11 abzustützen (Fig. 3)·

Bei dem Ausführungsbexspiel nach Fig. 4 ist das zylindrische Tragrohr 18 im Querschnitt nicht L-förmig sondern T-förmig ausgebildet. Das heißt, das Tragrohr 18 mit seiner zylindrischen Außenfläche besitzt etwa mittig eine ringförmige Erhebung mit zylindrischen Innenflächen, die zur Halterung des Tragrohres an dem Metallkörper 12 an der zylindrischen Außenfläche des inneren Flansches 122 befestigt, z.B. angeschweißt ist. Das Rohr 18 überragt damit den Flansch 122 beidseitig, wobei ein radialer Spalt zwischen dem Rohr 18 und dem äußeren Flansch freibleibt. Das eine, innen liegende freie Ende des Tragrohres 18 überragt wie das Tragrohr 17 in Fig. 3 axial die Verbindungsstelle zwischen dem Mantelrohr 5 und der inneren Metallhülse Das andere, außen liegende freie Ende des Tragrohres 18 überragt axial die Spiegeleinfassung 14. Die Isolierhülse 26 liegt dicht auf der zylindrischen Außenfläche des Tragrohres 18 auf und überragt diese beidendig mit im wesentlichen radial nach innen verlaufenden Rändern. Der innen liegende eine Rand läßt wie die Isolierhülse 16 einen radialen Spalt zum Mantelrohr 5 frei. Der andere außen liegende Rand cer Isolierhülse 26 hält zu dem äußeren Rand da? Spiegeleinfassung 14 einen axialen Abstand. Es ist klar, daß das Isolierrohr 26 und das Tragrohr 18 nach Fig. 4 auch einstückig aus einem Isoliermaterial sein kann.

Die innere Metallhülse 13, der Metallkörper 12 und die Spiegeleinfasaung 14 können auch einstückig entsprechend dem deutschen Patent 23 45 001 ausgebildet sein, wobei dann das Tragrohr 17 oder 18 und/oder die Isolierhülse 16 oder 26 an einem der beiden Flansche der Spiegelhalterung fest ist.

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Im übrigen ist klar, daß die «rfindungsgemäße Isolierung aus einem außenseitig isolierten Tragrohr bzw. aus einem Isolierrohr auch ohne einer innen vorspringenden Fläche an einem der beiden Flansche 121, 122 festgehalten sein kann, wenn der andere Flansch um so viel kürzer ausgebildet ist, daß die Isolierung mit ihn»nicht in Kontakt kommt. Die innenseitigen Vorsprünge an dem metallischen Tragrohr oder an dem Isolierrohr zur Befestigung an einen der Flansche 121, 122 können dann entfallen.

Sofern die Flansche 121, 122 etwa gleiche radiale Durchmesser besitzen und das metallische Tragrohr 17, 18 bzw. ein Isolierrohr innenseitig einen vorspringenden Flächenabschnitt zur Befestigung auf einem der beiden Flansche besitzt, so ist es klar, daß dieser Flächenabschnitt nicht ringförmig mit einer durchgehenden Zylinderfläche ausgebildet sein muß. Es kann sich auch um mehrere Flächenabschnitte handeln, die von einzelnen mit bestimmten Abständen aufeinanderfolgenden Ringsegmenten gebildet werden, welche über den Umfang gleichmäßig verteilt sind.

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Claims

. HEnBBHT pXtZOLD

VATSKTAIfWAKT

Mühlthalar Str.102 8 MÜNCHEN 71

0β·/7·77Η

Nippon Electric Company, Ltd.

33-1, Shiba Gochome, Minato-Ku, Tbkio . JAPAN

Pat ent ansprti ehe

Oaslaaerröhre mit Innenspiegeln, die von Spiegelhalterungen an den beiden Enden der vakuumdichten Röhre gehalten sind, Hobei die Spiegelhalterungen jeweils einen zylindrischen · Hohlkörper aus einem plastisch verformbaren Metall mit flanschartigenVorSprüngen umfaßt und die dünne Wandung zwischen den Vorsprüngen bei plastischer Verformung zur Justierung des Spiegels in eine bestimmte Lage dient, daduroh gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Hohlkörper (12) außenseitig von einer Isolierung (16; 26) abgeschirmt ist, die nur mit einer der beiden Vorsprünge (121; 122) in Verbindung steht.

2, Qaslaserröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierung an der Außenfläche eines rohrförmigen Metallkörpers (17; 18) befindet, der mit einem der beiden Voreprünge (121; 122) verbunden ist.

3. Oatlaterröhre naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß de,r Metallkörper (17; 18) mit einem ersten Abschnitt an einem der Öeiden Vorsprung^ (121;122) fest ist und mit einem anderen Abschnitt sich in Längsrichtung des Hohlkörpers (12) erstreckt

ι und in Abstand von dem anderen Vorsprung gehalten ist.

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¹I. Gaslaserröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Metallkörper (17; 18) einen Innendur-chmesser aufweist, der größer ist als der größte Außendurchmesser des Hohlkörpers (12), daß der Metallkörper (17; 18) innenseitig einen Vorsprung zur Befestigung an einem der beiden Vorsprünge (121; 122) des Hohlkörpers (12) besitzt, ohne mit dem anderen Vorsprung in Berührung zu kommen, und daß der Metallkörper (17; 18) außenseitig einen thermokontrahierenden Isolierfilm (16; 26) trägt.

5. Gaslaserröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einem Rohrkörper aus Isoliermaterial besteht, dessen Innendurchmesser größer ist als der größte Außendurchmesser des Hohlkörpers (12) und daß der Rohrkörper innenseitig einen Vorsprung zur Befestigung an einem der beiden Vorsprünge (121; 122) des Hohlkörpers (12) besitzt, ohne mit dem anderen Vorsprung in Berührung zu kommen.

6. Gaslaserröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (121; 122) unterschiedliche radiale Längen aufweisen, und daß die Isolierung an dem längeren Vorsprung gehalten ist, ohne mit dem kürzeren Vorsprung in Berührung zu kommen.

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