DE29520820U1 - Laserröhre für halogenhaltige Gasentladungslaser - Google Patents

Laserröhre für halogenhaltige Gasentladungslaser

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Description

LAMBDA PHYSIK GESELLSCHAFT
ZUR HERSTELLUNG VON LASERN MBH
GM-Abzweig. aus 195 02 245.9-33
Unsere Akte: 1G-75 579
23. Januar 1996
Laserröhre für halogenhaltige Gasentladungslaser
Die Erfindung betrifft eine Laserröhre für halogenhaltige Gasentladungslaser, insbesondere Excimerlaser.
Solche Laserröhren werden mit einem Gas gefüllt und zwischen Elektroden, die in der Laserröhre angeordnet sind, wird eine Gasentladung gezündet, um ein laseraktives Medium zu erzeugen. Solche Laserröhren werden auch als "Entladungskammer", "Laserkammer" oder ähnlich bezeichnet.
Laserröhren dieser Art weisen eine Vielzahl von Öffnungen auf, die beim Betrieb des Lasers gasdicht verschlossen sind. Da die Laserröhre in aller Regel aus einem Material besteht, das für die Laserstrahlung nicht durchlässig ist, muß die Röhre zunächst Öffnungen aufweisen, die durch Fenster verschlossen sind, so daß der Laserstrahl aus der Röhre austreten kann. Weitere Öffnungen in der Wand der Laserröhre sind üblicherweise vorgesehen, um Gas in die Röhre einzuführen bzw. aus ihr zu entnehmen. Auch weisen Laserröhren in aller Regel Durchlässe auf, um elektrische Spannungen und Ströme in das Innere der Röhre bzw. aus ihr heraus zu führen. Auch weisen Laserröhren etliche weitere Flanschöffnungen auf, die zum Beispiel den Einbau von Kühlern und Lüftern ermöglichen. Weiterhin kann auch eine Laserröhre selbst schon aus einer Mehrzahl von Einzelteilen zusammengefügt sein, die gegeneinander abgedichtet werden müssen.
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All diese Öffnungen müssen für den Laserbetrieb gasdicht abgeschlossen werden, wozu Dichtungen eingesetzt werden.
Laserröhren von Gasentladungslasern, insbesondere von Excimerlasern, werden mit chemisch agressiven Gasen gefüllt, insbesondere Halogenen, wie Fluor oder Chlor. Auch Chlorwasserstoff ist eine bei Excimerlasern häufig verwendete Gaskomponente. Das bei der Gasentladung erzeugte hochangeregte Plasma enthält eine Vielzahl von chemischen Radikalen, die mit denjenigen Oberflächen in Kontakt kommen können, welche den Innenraum der Laserröhre abgrenzen.
Im Stand der Technik werden Laserröhren, insbesondere für Excimerlaser, überwiegend aus Metall hergestellt. Dabei werden die Metallegierungen so ausgewählt, daß sie mit den halogenhaltigen Gasen im Inneren der Röhre keine den Laserbetrieb störenden Reaktionsprodukte bilden. Solche chemischen Reaktionen beeinträchtigen die Lebensdauer des Lasers. Auch können bei chemischen Reaktionen entstehende Produkte sich auf optischen Komponenten des Lasers (z.B. den Fenstern der Laserröhre) ablagern und so den Laserbetrieb beeinträchtigen.
Die in der Laserröhre angeordneten Elektroden und andere elektrische Spannung führende Bauteile müssen gegen die metallische Wand der Laserröhre elektrisch isoliert werden. Hierzu hat sich Keramik bewährt. Verwendet wird üblicherweise eine Oxidkeramik, meist A1_O_ in hochreiner Form.
Um die oben erläuterten, an der Laserröhre zu befestigenden Bauteile, wie Flansche, Fenster, Durchführungen etc., gasdicht montieren zu können, werden im Stand der Technik Dichtungen aus elastomerem Material verwendet (z.B. Viton - Warenzeichen).
Es hat sich gezeigt, daß diese Kunststoffdichtungen gemäß dem Stand der Technik den Nachteil haben, daß Sauerstoff oder andere
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Luftbestandteile durch das Dichtungsmaterial diffundieren und das Lasergas verunreinigen können.
Weiterhin haben Elastomer-Dichtungen, die mit den halogenhaltigen Gasen im Inneren der Laserröhre in Kontakt kommen, den Nachteil, daß das Lasergas verunreinigende Reaktionsprodukte entstehen können, insbesondere organische Verunreinigungen. Die Desorption von Substanzen aus den Elastomer-Dichtungen, die dem halogenhaltigen Gas im Inneren der Laserröhre ausgesetzt sind, hat sich ebenfalls als eine durchaus in Betracht zu ziehende Quelle für Verunreinigungen des Lasergases herausgestellt. Eine solche Desorption führt insbesondere zu einem Halogenverlust im Lasergas durch chemische Reaktionen. So hat sich herausgestellt, daß eine Verunreinigung des Lasergases von nur lOppm (z.B. durch CF.) sich nachteilig auf den Laserbetrieb auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laserröhre für halogenhaltige Gasentladungslaser so auszugestalten, daß die Lebensdauer des Lasers und insbesondere die Lebensdauer des Lasergases verlängert ist.
Erfindungsgemäß ist hierfür vorgesehen, daß die beim Stand der Technik zur Abdichtung der Laserröhre vorgesehenen Elastomer-Dichtungen weitgehend, möglichst vollständig, durch Metalldichtungen ersetzt werden.
Metalldichtungen sind als solche in der Vakuumtechnik gut bekannt. Dort werden sie aber anstelle der preisgünstigeren Elastomer-Dichtungen eingesetzt, um erstens Vakuumkammern auf höhere Temperaturen aufheizen zu können (zum Entgasen) und um zweitens eine bessere Dichtwirkung zu erzielen (insbesondere zur Erzeugung von Ultrahochvakuum).
Die oben angesprochenen Probleme hinsichtlich der Verunreinigung von Lasergasen sind aber grundsätzlich verschieden von den vor-
stehend angesprochenen Problemen der Ultrahochvakuumtechnik. Deshalb wurden bei Lasern im Stand der Technik regelmäßig Elastomer-Dichtungen verwendet. Es hat sich jedoch überraschend herausgestellt, daß diese Elastomer-Dichtungen eine nicht unbeachtliche Verunreinigungsquelle für das Lasergas darstellen, insbesondere bei Langzeitbetrieb des Lasers mit hohen Repititionsraten. Diesem Problem kann durch Verwendung von Metalldichtungen abgeholfen werden.
Bevorzugt wird als Dichtungsmaterial für die Metalldichtungen Indium, Kupfer, Aluminium oder Gold verwendet. Auch Legierungen, die eines oder mehrere dieser Metalle enthalten, können eingesetzt werden. Auch können zur Abdichtung Metall-Keramik-Verbindungen eingesetzt werden, z.B. Vacor (Warenzeichen).
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Laserröhre anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt schematisch einen Abschnitt einer Laserröhre, an der verschiedene Bauteile abgedichtet befestigt sind.
Die Laserröhre 10 weist eine Wand 12 auf, die gemäß dem Stand der Technik aus einer Metallegierung besteht, die verträglich ist mit den im Inneren der Laserröhre 10 verwendeten Halogengasen, zum Beispiel Fluor, Chlor, Chlorwasserstoff etc.
Die Laserröhre 10 weist zum Beispiel eine erste Öffnung 14 auf, die durch einen Flansch 16 mit einem Fenster 18 gasdicht verschließbar ist. Die Befestigungsmittel (z.B. Schrauben oder dergleichen), mit denen der Flansch 16 an der Laserröhre 10 befestigt ist, sind in der Figur nicht dargestellt. Zwischen dem Flansch 16 und der Wandung 12 der Laserröhre 12 ist eine Metalldichtung 20 eingequetscht. In als solches bekannter Weise können z.B. Schneidkanten am Flansch 16 und/oder an der gegenüberliegenden Wandung der Laserröhre vorgesehen sein, die beim Abdichten in das relativ weichere Metall der Dichtung 2 0 eindringen.
Weiterhin ist in der Figur schematisch eine Leitung 22, z.B. zum Zuführen von Lasergas in die Laserröhre 10, dargestellt. Die Leitung 22 ist in Bezug auf die Wand 12 der Laserröhre 10 mittels einer Dichtung 24 abgedichtet, die ebenfalls aus Metall besteht, z.B. Kupfer.
Analog ist eine Durchführung 26 zum Zuleiten elektrischer Spannungen zu Elektroden im Inneren der Laserröhre (nicht gezeigt) mittels einer metallischen Dichtung 28 abnehmbar an der Wand 12 der Laserröhre 10 befestigt. Auch hier sind die Mittel, mit denen die Befestigung erfolgt {z.B. Schrauben oder dergleichen) nicht dargestellt.
Im Inneren der Laserröhre 10 ist ein Gebläse 30 zur Gasumwälzung angeordnet, wobei der Antrieb des Flügelrades des Gebläses 30 über eine als solche bekannte Magnetkupplung erfolgt. Für das im Inneren der Laserröhre 10 angeordnete Kugellager des Gebläses 30 wird auf jegliche Fettschmierung verzichtet und stattdessen wird ein dauerlaufgeeignetes Kugellager der oben beschriebenen Art, z.B. aus Metall und/oder Keramik verwendet.
Beide oben beschriebenen Maßnahmen, nämlich die Verwendung von Metalldichtungen statt Elastomer-Dichtungen und die Verwendung von dauerlaufgeeigneten Kugellagern ohne Fettschmierung sind jeweils für sich geeignet, die Lebensdauer des Lasers, insbesondere die Lebensdauer des verwendeten Lasergases, beträchtlich zu verlängern. Die beiden Maßnahmen können deshalb jeweils unabhängig voneinander eingesetzt werden, jedoch werden beste Ergebnisse bei konsequenter Vermeidung jeglicher Fettschmierung für alle in der Laserröhre angeordnete Lager und gleichzeitige Eliminierung jeglicher Elastomer-Dichtungen erreicht.

Claims (2)

Lambda Physik Gesellschaft zur Herstellung von Lasern mbH GM-Abzweig. aus 195 02 2459-33 Unsere Akte: 1G-75 579 23. Januar 1996 Schutzansprüche
1. Laserröhre für halogenhaltige Gasentladungslaser mit Dichtungen (20, 24, 28) zum gasdichten Befestigen von Bauteilen, wie Flanschen (16), Durchführungen (22, 26) oder Fenstern (18), an der Laserröhre (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (20, 24, 28) aus einem Metall bestehen.
2. Laserröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (20, 24, 28) aus Indium, Kupfer, Aluminium oder Gold oder einer Legierung bestehen, die zumindest eines dieser Metalle enthält.
DE29520820U 1995-01-25 1995-01-25 Laserröhre für halogenhaltige Gasentladungslaser Expired - Lifetime DE29520820U1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005024931B3 (de) * 2005-05-23 2007-01-11 Ltb-Lasertechnik Gmbh Transversal elektrisch angeregter Gasentladungslaser zur Erzeugung von Lichtpulsen mit hoher Pulsfolgefrequenz und Verfahren zur Herstellung
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US7672354B2 (en) 2005-05-23 2010-03-02 Ltb-Lasertechnik Berlin Gmbh Electrically excited gas discharge laser for generating high-repetition frequency light pulses and method for the production thereof
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