DE2848507A1

DE2848507A1 - GAS LASER

Info

Publication number: DE2848507A1
Application number: DE19782848507
Authority: DE
Inventors: Shozaburo Hayakawa; Kanagawa Kawasaki; Shigeo Kubota; Asao Kurousu
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB2008313A; FR2408928A1; AU523557B2; JPS5467793A; FR2408928B1; NL7811131A; AU4136778A; GB2008313B; CA1113595A; JPS5714579B2

Description

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TRR MEER · MÜLLER · STEINMEISTER S7ÖP174TRR MEER · MÜLLER · STEINMEISTER S7ÖP174

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaser mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Plasmarohr, dessen eine bearbeitete Endoberfläche senkrecht zu seiner Längsachse verläuft und an einen Spiegel angrenzt. 5The invention relates to a gas laser with a plasma tube arranged within a housing, its one machined end surface perpendicular to its Longitudinal axis and is adjacent to a mirror. 5

Ein diesem Stand der Technik entsprechender Gaslaser ist in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellt und besitzt als Umhüllung bzw. Gehäuse 1 ein zylindrisches Glasrohr, in dessen Mittelachse ein aus zwei Glasröhrchen oder Kapillaren 2a, 2b bestehendes Plasmarohr 2 angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich, das Plasmarohr 2 umschließend, eine beispielsweise als Kathode dienende zylindrische Elektrode 3 mit einem durch das Gehäuse 1 nach außen herausgeführten Anschluß 4. An dem senkrecht abgeschnittenen äußeren Ende des Glasröhrchens 2a ist ein Spiegel 5 befestigt, während am äußeren Ende des anderen Glasröhrchens 2b beispielsweise ein Brewster-Penster 6 angebracht ist. Eine beispielsweise als Anode 7 dienende zweite Elektrode ist außerhalb des Gehäuses 1 durch die Wandung des Glasröhrchens 2a nach außen herausgeführt.A gas laser corresponding to this prior art is shown in FIG. 1 of the accompanying drawings has a cylindrical glass tube as casing or housing 1, in its central axis one of two glass tubes or capillaries 2a, 2b existing plasma tube 2 is arranged. Inside the housing 1 is the plasma tube 2, a cylindrical electrode 3, which is used, for example, as a cathode and has a through the housing 1 outwardly led out connection 4. At the vertically cut outer end of the glass tube 2a is a Mirror 5 is attached, while a Brewster penster 6 is attached to the outer end of the other glass tube 2b, for example is. A second electrode serving as anode 7, for example, is outside the housing 1 through the Wall of the glass tube 2a led out to the outside.

Bei dem bekannten Gaslaser muß der Spiegel 5 eine senkrecht zur Achse des Plasmarohres 2 verlaufende Spiegeloberfläche haben, und darum ist der Spiegel 5 mit an einer äußeren Stirnfläche 8 des Glasröhrchens 2a anstoßender Spiegelfläche an dem Glasröhrchen 2a befestigt, und zwar im vorliegenden Falle mittels eines Schmelzglasmaterials 9, welches die Verbindungsstelle zwischen dem Spiegel 5 und dem Endes des Glasröhrchens 2a des Plasmarohres 2 abdichtet. In the known gas laser, the mirror 5 must have a mirror surface running perpendicular to the axis of the plasma tube 2 have, and therefore the mirror 5 is in abutment with an outer end face 8 of the glass tube 2a Mirror surface attached to the glass tube 2a, in the present case by means of a fused glass material 9, which seals the junction between the mirror 5 and the end of the glass tube 2a of the plasma tube 2.

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Wenn man in der zuvor beschriebenen Weise ein Schmelzglasmaterial als Abdichtung benutzt, entsteht in der Nähe des Abdichtungsabschnitts zwangsläufig ein Riß, weil der Spiegel 5 und das Glasröhrchen 2a unterschiedliche thermisehe Ausdehnungskoeffizienten haben, die zwangsläufigIf a fused glass material is used as a seal in the manner described above, it is created in the vicinity of the sealing portion inevitably a crack because of the Mirror 5 and the glass tube 2a different thermisehe Have expansion coefficients that inevitably

in den durch das Schmelzglasmaterial verbundenen Abschnitten zu Spannungen führen. Im allgemeinen ist der Spiegel 5 auf seiner inneren bzw. spiegelnden Oberfläche mit einem mehrschichtigen dielektrischen Film 10 beschichtet, und damit der Spiegel sich bei der Beschichtung mit diesem Film 10 nicht krümmt, muß er ausreichend dick sein. Das optische Glas, aus dem der Spiegel 5 besteht, hat einen relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der sich deshalb weitgehend von dem Ausdehnungskoeffizienten des Plasmarohrs 2 unterscheidet. Außerdem wird bei der Herstellung der äußeren Stirnfläche 8 des Glasröhrchens 2a eine Störung verursacht, und wenn dann das Schmelzglas in der Nachbarschaft des mehrschichtigen dielektrischen Films auf der Innenoberfläche des Spiegels 5 und in der Nähe der Stirnfläche 8 des Glasröhrchens 2a aufgebracht wird, dann werden Risse oder Sprünge in diesem Bereich geradezu herausgefordert, und außerdem kommt es zu Sprüngen oder Brüchen im dielektrischen Film 10.lead to stresses in the sections connected by the fused glass material. In general it is Mirror 5 coated on its inner or reflective surface with a multilayer dielectric film 10, and so that the mirror does not bend when coated with this film 10, it must be sufficiently thick. The optical glass from which the mirror 5 is made has a relatively high coefficient of thermal expansion, the therefore largely differs from the expansion coefficient of the plasma tube 2. In addition, the Manufacture of the outer end face 8 of the glass tube 2a causes a disturbance, and then if the fused glass in the vicinity of the multilayer dielectric film on the inner surface of the mirror 5 and in the vicinity of the Front face 8 of the glass tube 2a is applied, then cracks or fissures in this area are virtually challenged, and cracks or breaks also occur in the dielectric film 10.

Wollte man stattdessen die Abdichtung zwischen Spiegel 5 und Plasmarohr 2 mittels eines organischen Klebemittels wie Epoxyharz oder dergleichen vornehmen, so würden aufgrund der mangelhaften thermischen Stabilität des Klebemittels andere Nachteile eintreten, und die zur Aushärtung erforderliche Erwärmung kann nicht gründlich genug durchgeführt werden. Da ferner ein organisches Klebemittel selbst Gase produziert, läßt sich dann ein Gaslaser nicht für längere Zeit unter konstantem Druck halten, und die Gasfüllung läßt sichIf you wanted to seal between mirror 5 and plasma tube 2 by means of an organic adhesive such as Make epoxy resin or the like, other would be due to the poor thermal stability of the adhesive Disadvantages occur and the heating required for curing cannot be carried out thoroughly enough. Furthermore, since an organic adhesive itself produces gases, a gas laser cannot be used for a long time hold under constant pressure, and the gas filling can be

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auch nicht rein halten, so daß man mit einer verkürzten Lagerlebensdauer rechnen müßte.also not keep pure, so that one would have to reckon with a shortened bearing life.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits gemäß Fig. 2 eine verbesserte Ausführung mit einem beispielsweise aus Kovar (Handelsbezeichnung) hergestellten Metallverbindungsrohr 11 vorgeschlagen worden, welches in das äußere Ende des Plasmarohres 2 eingeglast ist. Mit dem äusseren Ende des Metall-Verbindungsrohres 11 ist ein deformierbarer Rohrkörper 13 mit einem beispielsweise aus Nickel hergestellten Flansch 12 verbunden, und ein mit einem beispielsweise aus einer Fe-Ni-Cr-Legierung bestehenden tellerförmigen Ende versehenes Metallrohr 14 ist am äußeren Ende des Rohrkörpers 13 befestigt. Der Spiegel 5 mit dem dielektrischen Film 10 ist in dem napfförmigen Metallrohr 14 mittels eines Schmelzglasmaterials 9 abgedichtet befestigt. Bei dieser Ausführung sind die einzelnen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Metallrohrabschnitte 11, 13 und so abgedichtet, daß sie den Ausdehnungskoeffizienten des Spiegel-Glases schrittweise an den des Plasmarohres 2 angleichen. Die axiale Ausrichtung des Spiegels 5 gegenüber dem Plasmarohr 2 erfolgt durch Erfassen und Deformieren des Flansches 12 des Metallrohrkörpers 13. Diese Justiermaßnähme erfordert jedoch sehr viel fachmännisches Können und Zeitaufwand, und dennoch wird nur eine relativ geringwertige Genauigkeit erreicht.To avoid these disadvantages, an improved embodiment with an example is already shown in FIG Metal connecting pipe 11 made of Kovar (trade name) has been proposed, which is inserted into the outer end of the plasma tube 2 is glazed. With the outer end of the metal connecting pipe 11 is a deformable Tubular body 13 connected to a flange 12 made, for example, of nickel, and one with a, for example Metal tube 14 made of a Fe-Ni-Cr alloy consisting of a plate-shaped end is at the outer end of the tubular body 13 attached. The mirror 5 with the dielectric Film 10 is in the cup-shaped metal tube 14 by means a fused glass material 9 attached in a sealed manner. In this version, the individual thermal expansion coefficients are of the metal pipe sections 11, 13 and sealed so that they meet the expansion coefficient of the Gradually adjust the mirror glass to that of the plasma tube 2. The axial alignment of the mirror 5 opposite the plasma tube 2 takes place by grasping and deforming the flange 12 of the metal tube body 13. This adjustment measure However, it requires a great deal of technical skill and expenditure of time, and yet only a relatively low level of accuracy is achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik abgewandelten Gaslaser vorzuschlagen, der frei von den aufgeführten Nachteilen des Standes der Technik ist.The invention is based on the object of proposing a gas laser modified from the prior art, which is free from the listed disadvantages of the prior art.

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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.The inventive solution to this problem is in Claim 1 specified.

Die in der Erfindung enthaltene technische Lehre erlaubt es, relativ einfach einen Gaslaser mit hoher mechanischer Präzision herzustellen, der eine lange Lebensdauer aufweist.The technical teaching contained in the invention allows it is relatively easy to manufacture a gas laser with high mechanical precision that has a long service life having.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen dargelegt.Advantageous further developments of the inventive concept are set out in subclaims.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: 15Reference will now be made to a preferred embodiment having the features of the invention explained in more detail on a drawing. It show: 15

Fig. 1 und 2 einen Querschnitt bzw. TeilschnittFigs. 1 and 2 show a cross section and partial section, respectively

durch je einen bereits in der Beschreibungseinleitung besprochenen bekannten Gaslaser, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Gaslaser,by a known gas laser already discussed in the introduction to the description, 3 shows a cross section through a gas laser designed according to the present invention,

undand

Fig. 4 eine geschnittene Explosionsdarstellung von Einzelheiten des Gaslasers aus Fig. 3.FIG. 4 shows a sectional exploded view of details of the gas laser from FIG. 3.

Bei dem in Fig. 3 bzw. 4 geschnitten dargestellten erfindungsgemäßen Gaslaser tragen Einzelheiten, soweit sie mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 übereinstimmen, auch die gleichen Bezugszahlen.In the section according to the invention shown in FIG. 3 and 4, respectively Gas lasers carry details, insofar as they agree with the embodiment of FIG. 1, also the same reference numbers.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist die äußere Stirnfläche 8 des Plasmarohres 2 bzw. des Glasröhrchens 2a so bearbeitet, daß sie im wesentlichen senkrecht zur AchseIn the embodiment of FIG. 3, the outer end face 8 is the plasma tube 2 or the glass tube 2a machined so that it is substantially perpendicular to the axis

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des Plasmarohres 2 verläuft. Bei diesem erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel ist der Spiegel 5 und der äußere Endabschnitt des Plasmarohres 2 bzw. des Glasröhrchens 2a durch eine besondere Metallkappe 15 abgedeckt; mittels dieser Metallkappe wird auch die innere Oberfläche des Spiegels 5 zur Anlage an der äußeren Stirnfläche 8 des Plasmarohres 2 gebracht.of the plasma tube 2 runs. In this inventive The embodiment is the mirror 5 and the outer end section of the plasma tube 2 or the glass tube 2a covered by a special metal cap 15; by means of this metal cap is also the inner surface of the mirror 5 to rest on the outer end face 8 of the Plasma tube 2 brought.

Gemäß Fig. 4 besteht diese Metallkappe 15 aus einem zylindrischen Abschnitt 16, dessen Innenkonturen den Außenkonturen des Spiegels 5 entsprechen, und einem anderen zylindrischen Abschnitt 17, dessen Innendurchmesser größer als der des ersten zylindrischen Abschnitts 16 ist. Das äußere Ende des zylindrischen Abschnitts 16 bildet eine mit einer Zentralöffnung 18 versehene Endplatte 19. Da der zylindrische Abschnitt 16 innen auf die Außenkonturen des Spiegels 5 und des Plasmarohres 2 abgestimmt ist und diese überdeckt, verbleibt ein umlaufender Spalte g zwischen der Innenoberfläche des zylindrischen Abschnitts 17 und der Außenoberfläche des Plasmarohres 2. Ferner ist die Länge des zweiten zylindrischen Abschnitts 17 in Axialrichtung so bemessen, daß sein offenes Ende 17a sich in einem Abstand von der äußeren Stirnfläche 8 des Plasmarohres 2 befindet. Im gemäß Fig. 3 fertig montierten Zustand ist die Endplatte 19 im Bereich ihrer Zentralöffnung 18 durch ein Schmelzglasmaterial 20 fest mit dem Spiegel 5 verbunden, und das offene Ende 17a der Metallkappe 15 ist ebenfalls mittels eines Schmelzglasmaterials 20 am Plasmarohr 2 befestigt. Auf diese Weise ist die Metallkappe 15 luftdicht am Endabschnitt des Plasmarohrs 2 und am Spiegel 5 befestigt. Diese Ausführung ermöglicht es, den Spiegel 5 schon im voraus in die Metallkappe 15 ein-According to FIG. 4, this metal cap 15 consists of a cylindrical section 16, the inner contours of which correspond to the outer contours of the mirror 5 correspond, and another cylindrical portion 17, the inner diameter of which is larger than that of the first cylindrical portion 16. The outer end of the cylindrical portion 16 forms a with a central opening 18 provided end plate 19. Since the cylindrical section 16 on the inside on the outer contours of the mirror 5 and the plasma tube 2 is matched and covers them, a circumferential gap g remains between the inner surface of the cylindrical portion 17 and the outer surface of the plasma tube 2. Further, the length of the second cylindrical portion 17 is in the axial direction dimensioned so that its open end 17a is at a distance from the outer end face 8 of the plasma tube 2 is located. In the fully assembled state according to FIG. 3, the end plate 19 is in the area of its central opening 18 firmly connected to the mirror 5 by a fused glass material 20, and the open end 17a of the metal cap 15 is also attached to the plasma tube 2 by means of a fused glass material 20. This is how the metal cap is 15 attached airtight to the end portion of the plasma tube 2 and to the mirror 5. This version enables the mirror 5 in advance in the metal cap 15

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zusetzen und durch Schmelzglasmaterial zu befestigen. Dabei muß nicht unbedingt eine Zentralöffnung 18 in der Endplatte 19 vorhanden sein, vielmehr könnte man das Schmelzglasmaterial auch an der Innenoberfläche der durchgehenden Endplatte anordnen und auf diese Weise den Spiegel 5 an der Endplatte 19 innenseitig befestigen.add and fasten with fused glass material. It does not necessarily have to have a central opening 18 in the End plate 19 may be present, but you could also use the fused glass material on the inner surface of the continuous Arrange the end plate and in this way fasten the mirror 5 to the end plate 19 on the inside.

Eine durch den von der Metallkappe 15 überdeckten Bereich des Plasmarohres 2 hindurchgehende Bohrung 21 verbindet den Spalt g zwischen Metallkappe und Plasmarohr mit dem Inneren des Plasmarohres.A bore 21 extending through the area of the plasma tube 2 covered by the metal cap 15 connects the gap g between the metal cap and the plasma tube with the interior of the plasma tube.

Bei der erfindungsgemäßen Gaslaser-Konstruktion stößt der Spiegel 5 direkt gegen die senkrecht zur Plasmarohrachse gearbeitete Stirnfläch 8 des Plasmarohres 2, verläuft somit genau senkrecht zur Plasmarohrachse und wird in diesem Zustand durch die Metallkappe 15 dauerhaft fixiert. Die Innenseite der Metallkappe 15 ist zuverlässig durch Schmelzglasmaterialstellen 20 gegenüber der Umgebungsluft abgedichtet. Da die Schmelzglasstellen 20 sich in einer relativ großen Entfernung von der Stirnfläche 8 des Plasmarohres befinden, werden Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der Materialien von Plasmarohr 2 und Spiegel 5 bei der Herstellung der Schmelzstellen von der Stirnfläche 8 und dem mehrschichtigen dielektrischen Film 10 auf der Innenoberfläche des Spiegels ferngehalten, wo Spannungsreste bestehen.Auf diese Weise wird die Gefahr der Bildung von Sprüngen oder Rissen vermieden. Da ferner der Spiegel 5 gegen die Stirnfläche des Plasmarohres 2 unter Einwirkung der Metallkappe 15 stößt, werden Spannungen aufgrund der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Materialien von Plasmarohr 2 und Spiegel 5 vermieden, ganz imIn the gas laser construction according to the invention, bumps the mirror 5 runs directly against the end face 8 of the plasma tube 2, which is machined perpendicular to the plasma tube axis thus exactly perpendicular to the plasma tube axis and is permanently fixed in this state by the metal cap 15. the The inside of the metal cap 15 is reliably sealed off from the ambient air by fused glass material locations 20. Since the fused glass locations 20 are at a relatively large distance from the end face 8 of the plasma tube are located, there are stresses due to different thermal expansion coefficients of the materials Plasma tube 2 and mirror 5 in the production of the melting points of the end face 8 and the multilayer dielectric Film 10 kept away on the inside surface of the mirror where there is residual tension. In this way the risk of cracks or cracks forming is avoided. Furthermore, since the mirror 5 against the end face of the plasma tube 2 under the action of the metal cap 15, stresses due to the differences in the thermal expansion coefficient between the materials of plasma tube 2 and mirror 5 avoided, entirely in the

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Gegensatz zum Stand der Technik, wo das Plasmarohr 2 und der Spiegel 5 durch Glasschmelzstellen direkt miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß werden Spannungen von der Metallkappe 15 absorbiert. Sprünge können auf diese Weise nicht auftreten.In contrast to the prior art, where the plasma tube 2 and the mirror 5 are directly connected to one another through glass melting points are connected. According to the invention, voltages of the Metal cap 15 absorbed. Jumps cannot occur in this way.

Ferner lassen sich durch die Bohrung 21 im Bereich des durch die Metallkappe 15 abgedeckten Plasmarohrabschnitts 2a Gasreste nach außen absaugen, die teilweise bei der Anbringung des Schmelzglasmaterials 20 entstehen können. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise ein nicht dargestelltes, an eine Absaugeinrichtung angeschlossenes Absaugrohr zum Absaugen sämtlicher Gasreste an das Gehäuse angeschlossen sein.Furthermore, through the bore 21 in the area of the plasma tube section covered by the metal cap 15 2 a suction gas residues to the outside, some of which arise when the fused glass material 20 is attached can. For this purpose, for example, a not shown, connected to a suction device Suction pipe for sucking off all gas residues must be connected to the housing.

1515th

Da ferner die Innenseite des Plasmarohres 2 über die Bohrung 21 mit dem Spalt g in Verbindung steht, kann die Metallkappe 15 selbst als eine der Elektroden dienen, beispielsweise als Anode, so daß durch das Plasmarohr 2 und die Bohrung 21 hindurch eine Entladestrecke zwischen der Metallkappe 15 und der anderen Elektrode bzw. Kathode gebildet wird, durch die eine Entladung stattfinden kann. Somit kann man bei dem erf indungisgemäßen Gaslaser auf eine eingesetzte besondere Elektrode 7 verzichten, wie sie das bekannte Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 hat. Auf diese Weise läßt sich der erfindungsgemäße Gaslaser relativ einfach und mit hoher Botriebszuverlässigkeit herstellen .Furthermore, since the inside of the plasma tube 2 is connected to the gap g via the bore 21, the Metal cap 15 itself serve as one of the electrodes, for example as an anode, so that through the plasma tube 2 and through the bore 21 a discharge path between the metal cap 15 and the other electrode or cathode is formed through which a discharge can take place. Thus, one can use the gas laser according to the invention The special electrode 7 used, as in the known exemplary embodiment according to FIG. 1, is dispensed with. on In this way, the gas laser according to the invention can be relatively can be produced easily and with a high level of operational reliability .

BoL dem mit einer holten mechanischen Genauigkeit herstellbaren erfindungsgemäßen Gaslaser besteht auch nicht die Gefahr einer ungenügenden Gas-Evakuierung bei der Herstellung, wie sie bei dem Stand der Technik durch dieBoL that can be produced with increased mechanical accuracy There is also no risk of insufficient gas evacuation during the gas laser according to the invention Manufacture as in the prior art by the

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Verwendung organischer Klebemittel verursacht wird, folglich kann man bei dem erfindungsgemäßen Gaslaser auch mit einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Lebensdauer rechnen.Use of organic adhesives is caused, consequently one can with the gas laser according to the invention also expect a longer service life compared to the state of the art.

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Claims

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D-OOOO Munich 22 D-48Ü0 Bielefeld

Triftstraße 4 Siokcrwal! 7th

S78P174 November 8, 1978

Mü / Gdt / vL

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Gas laser

Priority: November 9, 1977, Japan, Ser.No. 134294/1977

PATENT CLAIMS 1.) Gas laser with an arranged within a housing

Neten plasma tube, one machined end surface of which is perpendicular to its longitudinal axis, and attached to a mirror adjoins, characterized in that the mirror (5) by means of a cap (15), the open End (17a) through a fusible material (20) on the plasma tube (2a) is fixed, held abutting against the machined end surface (8) of the plasma tube; and that in one by the cap (15) covered section of the plasma tube

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(2a) a bore (21) is incorporated.

2. Gas laser according to claim 1, characterized in that that the cap (15) is made of metal and as an electrode for discharge in the gas laser is used.

3. Gas laser according to claim 2, characterized in that the metal cap (15) has a first cylindrical section (16) in which the mirror (5) is received, and a second with a larger diameter having a cylindrical section (17) which, with its inner diameter, corresponds to an outer section of the plasma tube (2a) leaving a seal (20) sealed by means of a cap (15) which seals off the plasma tube (2) Gap (g) covered; and that the bore (21) connects the gap (g) with the interior of the plasma tube (2).

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