DE3010943A1

DE3010943A1 - Gas- oder fluessigkeitslaser

Info

Publication number: DE3010943A1
Application number: DE19803010943
Authority: DE
Inventors: Peter Alexander Singleton
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-10-09
Also published as: US4342117A

Description

17. März 1980 9630 - S/Rud

ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, CHELMSFORD, Essex,England

Gas- oder Flüssigkeitslaser

Die Erfindung betrifft einen Gas- oder Flüssigkeitslaser mit einem länglichen Laserkörper, der einen axialen Entladungskanal und an jedem Ende des Entladungskanals ein reflektierendes oder brechendes optisches Glied aufweist.

Eine Schwierigkeit bei der Herstellung derartiger Laser ist der Anschluß eines Laserspiegels an jedem Ende des Laserkörpers in einer stabilen, vorabgestimmten Weise, wodurch die hoch reflektierenden Spiegelflächen in einer exakten, beständigen Ausrichtung gegenüber dem Lasermedium sowie zueinander angeordnet und beibehalten werden und wobei sie außerdem durch den Befestigungs- bzw. Einbauprozeß nicht beeinträchtigt werden.

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Es wurde vorgeschlagen, die Spiegel zu befestigen und ihre Positionen durch Stellschrauben einzustellen. Derartige Mittel sind aber instabil, einfach deswegen, weil die Spiegel auf eine Schraubbewegung sehr empfindlich sind und somit auf Schwingungen und Stöße.

Bei Festkörperlaserstaben besteht eine Lösung für die Spiegel darin, daß sie direkt an den polierten Stabenden gebildet sind.

Gas- und Flüssigkeitslaser erfordern normalerweise ein Trennelement zwischen den Spiegeln, um sie steif bzw. fest gegeneinander und gegenüber dem Laserkörper zu halten, welcher die Lasergasentladung beinhaltet, wobei dieses Trennelement ein keramischer oder Metallrahmen ist.

Bei einer anderen Anordnung ist der Spiegel direkt an dem Ende des Laserkörpers auf einer Befestigungsfläche angebracht, die gebogen bzw. gekrümmt ist, um eine exakte Anordnung des Spiegels zuzulassen, der dann an Ort und Stelle durch Kunstharz oder durch eine Glasschmelze vergossen wird. Bei einer weiteren Möglichkeit werden die Spiegel auf Verlängerungen eines Metallrohres des Laserkörpers befestigt, wobei die Lage der Spiegel durch Verdrehen bzw. Verbiegen der Rohre eingestellt wird.

Die vorstehend erwähnten-Techniken sind zufriedenstellend für halbkugelförmige Spiegelsysteme, die ungefähr eine Toleranz der Fehlausrichtung von 100 Mikro-Radianten haben, aber sie sind nicht geeignet für Spiegelkonfigurationen mit großem Radius oder ebenen/ebenen-Spiegelkonstruktionen (plane-plane

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mirror). In diesen Fällen muß die Spiegeleinstellung in der Größenordnung von 5 Mikro-Radianten oder besser sein, wenn die Ausrichtung unbeschränkt gegen Temperatur-und Schwingungsspektren beibehalten werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gasoder Flüssigkeitslaser zu schaffen, der eine Befestigungsanordnung für ein reflektierendes oder brechendes Glied aufweist, die fest bzw. steif und permanent und in großem Umfange frei gegenüber Wirkungen durch Stoß und Schwingungen ist.

Der erfindungsgeraäße Gas- oder Flüssigkeitslaser weist einen länglichen Laserkörper, der einen axialen Entladungskanal und an jedem Ende des Entladungskanals ein reflektierendes oder brechendes optisches Glied enthält, auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ende des Laserkörpers eine Befestigungsfläche für das zugeordnete optische Glied bildet, wobei das Glied gegenüber der Befestigungsfläche vorgespannt ist, um seine Lage bzw. Stellung zur Achse des Entladungskanals voreinzustellen.

Vorzugsweise bilden beide Enden des Laserkörpers die Befestigungsflächen für die zugeordneten optischen Glieder.

Jedes (optische) Glied kann in einem geflanschten Rahmen befestigt sein, wobei die Kante des Flansches vom Laserkörper unter Spannung gesetzt ist, um die Vorspannung des optischen Gliedes gegenüber dem Ende des Laserkörpers hervorzurufen. Die Flanschkante kann durch Schweißen oder Hartlöten mit der Kante eines zweiten Flansches abgeschlossen bzw. verbunden werden, die an dem Laserkörper befestigt und mit diesem abgeschlossen ist.

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Ein Abstandsglied kann zwischen dem ersten und zweiten Flansch vorgesehen sein, die jeweils mit den zugehörigen Flanschen am Abstandsglied verschweißt oder verlötet sein können; das Abstandsglied hat eine solche Größe parallel zur Achse, daß die Anlage des ersten und zweiten Flansches an dem Abstandsglied vor dem Verschweißen oder Verlöten es erforderlich macht, daß der erste Flansch unter Spannung gesetzt wird.

Ein Behälter für das Lasermedium kann durch einen ringförmigen < Raum geschaffen werden, der mit dem Entladungskanal in Verbindung steht, wobei dieser Raum durch den Laserkörper, den geflanschten Rahmen, ein Einfassungs-bzw. Ringglied um den Laserkörper und das Abstandsglied begrenzt wird, wobei sich der zweite Flansch von dem Einfassungsglied weg erstreckt.

Eine Bohrung kann den Behälter mit einem Pump- oder Saugrohr zum Evakuieren des Lasers und zum Füllen des Lasers mit dem Lasermedium verbinden.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Laser und findet Einsatz als Befestigung von endseitigen Spiegeln in einem Gaslaser, wenn diese Spiegel senkrecht zur Laserachse stehen sollen.

Die Erfindung schafft insbesondere eine Befestigungsanordnung für einen Gaslaser, bei dem die Endflächen des Laserkörpers auf die erforderliche Genauigkeit geschliffen und poliert sind und direkt Befestigungsflächen für die endseitigen Spiegel bilden. Der Spiegel ist in einem ringförmigen Rahmen befestigt, der einen äußeren dünnen Flansch entfernt zur Spiegelposition hat. Dieser Flansch liegt einem ähnli~ chen Flansch gegenüber, welcher an dem Laserkörper befestigt

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ist; die beiden Flansche sind durch einen ringförmigen Spalt voneinander getrennt. Ein zweiseitig geflanschtes Abstandselement, das um einen Teil in Axialrichtung kürzer als der Spalt ist, ist in diesen eingesetzt und mit den benachbarten Flanschen unter Axialdruck verschweißt. Der Spiegel wird damit ständig in Eingriff mit der Laserkörper-Endfläche bzw. -Stirnfläche verbracht,und somit ist seine Position und Stellung fixiert. Dadurch, daß die Schweißnaht entfernt liegt, wird eine Beschädigung des Spiegels vermieden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausföhrungsform des erfindungsgemäßen Lasers anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht des Lasers, und

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht des Lasers nach Fig. 1.

Gemäß den Figuren 1 und 2 weist der Laser einen Laserkörper 1 als Wellenleiter bzw. Hohlleiter in Form eines keramischen Rohres mit einer dicken Wand auf, welches einen axialen Kanal 2 für die Hauptlaserentladung enthält. Elektrodeneinheiten 3 sind an dem Laser körper befestigt und mit diesem dicht abgeschlossen, wobei die Elektroden einen Zugang zu dem Kanal 2 mit Hilfe von öffnungen 4 in Formkurzer Bohrungen haben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lasers sind reflektierende Glieder, d.hv dielektrische Spiegel, notwendig, die senkrecht zur Achse des Kanals 2 befestigt werden. Jeder Spiegel 5 wird auf die im folgenden beschriebene Weise befestigt:

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Das Ende des Laserkörpers 1 ist in flacher bzw. ebener Form geschliffen und poliert und senkrecht zur Achse des Hohlleiters, wodurch eine Befestigungsfläche für den Spiegel gebildet wird. Die Flachheit liegt innerhalb l/4 Wellenlänge,und die resultierenden Flächen sind parallel innerhalb von 5 Mikroradianten und senkrecht zur Hohlleiterachse innerhalb von 100 Mikroradianten.

Der Spiegel 5 weist eine reflektierende Oberfläche mit einer FJcchheit auf, die vergleichbar ist mit derjenigen der polierten Endfläche bzw. Stirnfläche desLaserkörpers 1. Der Spiegel 5 ist in einem Rahmen 6 befestigt und gegenüber dem Rahmen gasdicht abgeschlossen. Der Rahmen 6 weist einen Flansch 7 von im wesentlichen solchem radialen Ausmaß auf, daß ein geringfügiges Biegen ohne Bruch zugelassen wird. Eine metallene Manschette bzw. ein Metallring 8 umgibt den Laserkörper 1 über eine kurze Distanz gegenüber seinem stirnseitigen Ende und ist an diesem durch Verlöten bzw. Hartlöten abgedichtet». Das kragenförmige Glied 8 weist einen Flansch 9 ähnlich dem Flansch 7 auf, so daß - wenn der Spiegel 5 in seiner Lage in Anlage gegenüber dem Ende des Laserkörpers verbracht wird - die beiden Flansche 7 und 9 einander gegenüber liegen und durch einen kleinen, ringförmigen Spalt voneinander getrennt sind. Dieser Spalt wird durch ein Abstandsglied 12 ausgefüllt, dessen axiale Größe geringfügig kleiner als der Spalt zwischen den beiden Flanschen 7 und 9 ist.

Das Abstandsglied weist ebenfalls kleine Flansche auf, die bei. dem Zusammenbau an dem Flansch 7 bzw. 9 anliegen, wenn es zwischen ihnen eingesetzt ist. Während die Flansche des Abstandsgliedes in Kontakt eingeklemmt werden, werden

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sie an den Flanschen 7 und 9 angeschweißt, die darauffolgend unter einer Spannung verbleiben und demzufolge den Spiegel 5 in Berührung mit der polierten Befestigungsfläche am Ende des Laserkörpers vorspannen.

Der Spiegel wird auf diese Weise fest gegenüber Stoß und Schwingung befestigt und an dem Laserkörper in gasdichter Weise abgedichtet. Der Spiegelrahmen 6 und das Glied 8 umschließen einen Behälter 16 (Kammer), der mit dem Entladungskanal über eine Bohrung 13 in Verbindung steht, so daß das verfügbare Gasvolumen des Lasers vergrößert wird. Das Evakuieren des Lasers und das Füllen mit Gas wird dann über die Bohrung 13, den Behälter 16 und ein Saugrohr 14 erreicht,welches mit dem Behälter verbunden ist.

Beide Spiegel werden in der vorstehend beschriebenen Weise befestigt, obgleich es auch möglich ist, sie auf unterschiedliche Weise zu befestigen, falls dies für bestimmte Zwecke bequemer wäre.

Die beschriebene Art und Weise der Befestigung bringt den Vorteil mit sich, daß die endgültige Abdichtung ohne Verwendung von Kunstharz erfolgt und daß auch der Schweißprozeß entfernt zum Spiegel selbst erfolgt und seine Beeinträchtigung vermeidet.

Ein Spiegel oder ein brechendes Element könnte durch die gleiche Art und Weise befestigt werden, wobei die reflektierende oder brechende Oberfläche in jedem gewünschten Winkel gegenüber der Achse liegt; der Rahmen für ein derartiges optisches Element wird entsprechend konzipiert.

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Claims

Paienlcmwiilia

Reiche! u. Reichel

Frankfuri a. M. 1
Parksiraße 13

E LLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Chelmsford, England

17. März 1980 9630 - S/Rud

Patentansprüche

Gas- oder Flüssigkeitslaser, mit einem länglichen Laserkörper, der einen axialen Entladungskanal und an jedem Ende des Entladungskanals ein reflektierendes oder brechendes optisches Glied aufweist,

dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Ende des Laserkörpers (l) eine Befestigungsfläche für das zugeordnete optische Glied (5) bildet, und daß das optische Glied (5) gegenüber der Befestigungsfläche vorgespannt ist, wodurch seine Stellung gegenüber der Achse des Entladungskanals (2) voreingestellt wird.
2. Gas- oder Flüssigkeitslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Enden des Laserkörpers (l) Befestigungsflächen für die zugeordneten optischen Glieder (5) bilden.
3. Gas- oder Flüssigkeitslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jedes optische Glied(5) in einem Flansche aufweisenden

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Rahmen (6, 7) eingesetzt ist und daß die Kante des Flansches (7) vom Laserkörper (l) unter Spannung gesetzt ist, wodurch die Vorspannung des optischen Gliedes (5) gegen das Ende des Laserkörpers (l) hervorgerufen wird.
4. Gas- oder Flüssigkeitslaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Kante des Flansches (7) durch Verschweißen oder Verlöten gegenüber der Kante eines zweiten Flansches (9) abgedichtet ist, der an dem Laserkörper (l) befestigt und gegenüber dem Laserkörper (l) abgedichtet ist.
5. Gas- oder Flüssigkeitslaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Abstandsglied (l2) zwischen den ersten und zweiten Flansch (7, 9) eingesetzt ist, die jeweils mit dem zugehörigen Flansch am Abstandsglied (12) verschweißt oder verlötet sind, und daß das Abstandsglied (12) eine solche Größe parallel zur Achse hat, daß eine Anlage des ersten und zweiten Flansches (7, 9) am Abstandsglied (12) vor dem Verschweißen oder Verlöten ein Biegen des ersten Flansches (7) erfordert.
6. Gas- oder Flüssigkeitslaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Behälter (lo) für das Lasermedium durch einen ringförmigen Raum gebildet wird, welcher mit dem Entladungskanal (2) in Verbindung steht, wobei der ringförmige Raum durch den Laserkörper (l), den Flansche aufweisenden Rahmen (6, 7), ein manschettenförmiges bzw. kragenförmiges Glied (8), das

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um den Laserkörper (l) herum angeordnet ist, und das Abstandsglied (l2) begrenzt wird, wobei der zweite Flansch (9) von dem Glied (8) absteht.
7. Gas- oder Flüssigkeitslaser nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet , daß
eine Bohrung (13) den Behalter (l6) mit einem Saugrohr
(14) zum Evakuieren des Lasers und/oder Füllen des Lasers mit Lasermedium verbindet.

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