DE3031753A1

DE3031753A1 - Gaslaserroehre.

Info

Publication number: DE3031753A1
Application number: DE19803031753
Authority: DE
Inventors: Hiroo Hara; Noboru Tokyo Taguchi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-08-23
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE3031753C2; JPS5634360U; JPS6022619Y2; US4349908A

Description

Gas 1 aserröhre

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaslaserröhre gemäß dem.OberjQ begriff des Anspruches 1. Vor allem bezieht sich die Erfindung auf eine linear polarisierte Gaslaserröhre mit Innenspiegel, unter anderem für optische Datenprozesse. Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung um eine Gaslaserrähre mit einem Halterungspaar, das zwischen sich eine Brewsterplatte unter Druck in der Laserröhre j 5 festhält.

Wie nachstehend anhand einzelner Figuren der beigefügten Zeichnung noch weiter im einzelnen beschrieben wird, besteht die Gaslaserröhre aus einem Kapillarrohr in einem gasgefüllten Hohlraum, der von einem Rohrkolben gebildet ist. Die Oszillation erfolgt durch das Kapillarrohr hindurch im Zusammenhang mit Spiegeln, die als Resonator für die Laseroszillation dienen und die axial gegenüber beiden Enden des Kapillarrohres angeordnet sind. Wenn die Spiegel an den entsprechenden axialen Enden des Rohrkolbens in direktem Kontakt mit dem gasgefüllten Raum befestigt sind, wird die Laserröhre als eine Gaslaserröhre mit Innenspiegeln bezeichnet. Ein Laserstraht, der axial entlang dem Kapillarrohr erzeugt wird, wird durch einen vorbestimmten Spiegel nach außen abgegeben.

Es ist vorgesehen, daß die Gaslaserröhre eine Brewsterplatte aufweist, die für den Gasstrahl transparent ist und zwei optisch flache parallele Hauptflachen aufweist. Die Brewsterplatte ist in dem gasgefüllten Raum zwischen dem Kapillarrohr und einem der Spiegel festgehalten, wobei der betreffende Brewsterwinkel zwischen einer Normalen zu den Hauptflächen und der Achse des Laserstrahles

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bzw. der Achse des Kapillarrohres gebildet ist. Der Ausgangslaserstrahl ist im wesentlichen linear polarisiert. Die elektrischen Vektoren des linear polarisierten Ausgangslaserstrahles befinden sich in einer Ebene senkrecht zu den Hauptflächen. In anderen Worten, die Polarisationsebene des Ausgangslaserstrahles liegt senkrecht zu der Einfallsebene des Laserstrahles, der zwischen den Spiegeln hin- und herläuft. Eine entsprechende Brewsterplatte ist in der US-PS 2 790 900 beschrieben. Die Brewsterplatte muß gegenüber der Laserstrahl achse festgehalten sein. Andererseits wäre es nicht möglich, einen exakt linear polarisierenden Ausgangslaserstrahl zu erhalten. Außerdem würde die Laseroszillation unstabil werden.

Ein Beispiel für eine linear polarisierte Strahlen aussendende Gaslaserröhre mit Innenspiegel zeigt das US-Patent Nr. 4 064466. Die Brewsterplatte ist in einem hohlen dichten zylindrischen Außengehäuse festgehalten, das mit dem gasgefüllten Raum verbunden ist. Zu diesem Zweck ist ein innerer hohler zylindrischer Halterungskörper vorgesehen, dessen eines axiales Ende entsprechend dem Brewsterwinkel abgeschrägt ist. Der innere Halterungskörper passt bündig in das zylindrische Außengehäuse und stützt sich mit seinem anderen axialen Ende am Außengehäuse ab. Die Brewsterplatte ist zwischen dem inneren Halterungskörper und einem weiteren ähnlichen inneren Halterungskörper gehalten und in ihrer Lage durch axiale Druckkräfte fixiert, die sich aufgrund der Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Außengehäuse und den fixierten axialen Enden der betreffenden inneren Halterungskörper ergeben.

Wenn die axialen Druckkräfte zu groß sind, wird die Brewsterplatte deformiert. Deformationen in der Brewsterplatte sind der Anlaß zu ungewünschten elektrischen Vektorkomponenten parallel zur Brewsterplatte, wodurch die lineare Polarisation des Ausgangslaserstrahles gestört oder verschlechtert wird. Die Gaslaserröhre nach dem US-Patent 4 064466 ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine stoßsichere Lagefixierung der Brewsterplatte, wobei die Lage-

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fixierung praktisch keiner Alterung unterliegt. Die inneren zylindrischen Halterungskörper sind jedoch aufwendig und damit teuer, da es notwendig ist, jeden inneren Halterungskörper aus einem Metallrohr oder einem Glasrohr herzustellen. Außerdem ist es schwierig, sehr enge Räume zu evakuieren, die zwischen dem Außengehäuse und den entsprechenden inneren Halterungskörper gebildet sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gaslaserröhre der eingangs genannten Art anzugeben, die einen stabilen genau linear polarisierten Ausgangslaserstrahl abgibt, wobei die Gaslaserröhre mit relativ geringen Kosten herstellbar ist. Insbesondere soll bei einer stoßsicheren Halterung und Lagefixierung des Brewsterfensters zwischen zwei Halterungskörpern die Herstellung dieser Halterungskörper besonders einfach und billig sein, ohne daß eine Verspannung oder Deformation des Brewsterfensters auftritt. Die Evakuierung der Gaslaserröhre und ihre Auffüllung mit einem bestimmten Gas soll darüber hinaus im wesentlichen problemlos sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 gelöst.

WorLeilhafte Ausführungen nach der Erfindung ergeben sich aus den

Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mehr im einzelnen beschrieben und erläutert, die in der zugehörigen Zeichnung schematisch dargestellt sind. Hierzu zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine

erfindungsgemäße Gas laserröhre,

Fig. 2 eine auseinandergezogene, perspektivische

Darstellung eines Teiles der Gaslaseroc röhre nach Fig. 1,

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Fig. 3 einen Schnitt entlang den Linien 3-3

in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 3 in einer j. gegenüber Fig. 1 abgewandelten Gaslaser

röhre und

Fig. 5 einen weiteren Schnitt entsprechend Fig. 3 durch eine weitere gegenüber

Fig. 1 abgewandelten Gas laserröhre 10

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Gaslaserröhre für linear polarisierte Ausgangslaserstrahlen mit Innenspiegel. Die Gaslaserröhre umfasst einen Röhrenkolben 11 zur Umschließung eines ersten Hohlraums und besitzt ein erstes und zweites Kolbenende. Der Röhrenbolben 11 kann aus Glas bestehen und hält im innern ein einteiliges Kapillarrohr 12 mit einer Kapillarachse. Eine zylindrische, in das Kolbenrohr 11 eingeschmolzene Anode 13 umgibt das eine Ende des Kapillarrohres 12. Eine Kathode 14 ist in das Kolbenrohr 11 gegenüber dem anderen Ende des Kapillarrohrs 12 eingeschweißt.

Ein Rohr 16 umschließt mit seiner Innenfläche einen zusätzlichen Hohlraum und besitzt ein erstes und zweites Rohrende. Das zweite Rohrende ist in das erste Ende des Rohrkolbens eingeschweißt, wobei die Ache des Rohres 16 zur Achse des Kapillarrohres 12 ausgerichtet ist und wobei der zusätzliche Hohlraum an den Hohlraum des Rohrkolbens anschließt. Nahe ihrem zweiten Rohrende besitzt das Rohr 16 einen Flansch 17, der sich von der Innenfläche des Rohres radial nach innen erstreckt. Der Flansch 17 kann seperat vom Rohr 16 hergestellt und an der Innenseite des Rohres 16 zum Beispiel durch Anschweißen oder Anlöten mit herkömmlichen Montagevorrichtungen befestigt sein.

Ein erster Spiegel 21 ist am ersten Ende des Rohres 16 befestigt, wodurch der zusätzliche Hohlraum nach außen dicht abgeschlossen ist. *" Ein zweiter Spiegel 22 ist am zweiten Ende des Rohrkolbens 11 be-

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festigt, um den ersten Hohlraum nach außen dicht abzuschließen. Einer der beiden Spiegel 21 und 22 ist halbversilbert. Vorzugsweise ist der Spiegel 22 der halbversilberte Spiegel. Die Spiegel

an 21 und 22 sind in an sich bekannter Weise^entsprechenden Enden des Rohrkolbens justierbar angebracht. Dabei wird eine Gaslaserröhre gebildet, die den ersten und den zusätzlichen Hohlraum einschließt.

Bevor das Rohr 16 an den Rohrkolben 11 angesetzt wird, wird ein erster und zweiter Halterungskörper 26 und 27 mit den Brewsterplatte 28 zwischen den Halterungskörpern in das Rohr 16 eingesetzt. Nachdem die Gaslaserröhre derart zusammengesetzt ist, wird sie evakuiert und ausschließlich mit einem Gas, zum Beispiel einem Gemisch aus Helium und Neon auf an sich bekannte Weise gefüllt. Die Brewsterplatte besitzt eine solche äußere Umrandung, daß diese teilweise von der Innenfläche des Rohres in Abstand gehalten ist.

Eine Gasentladung erfolgt zwischen der Anode 13 und der Kathode druch das Kapillarrohr 12 hindurch. Aufgrund der Spiegel 21 und 22, die als Resonator für die Laseroszillation dienen, erfolgt die Laseroszillation durch das Kapillarrohr hindurch. Um ejnen optimalen

in

Resonator zu erhalten, werden die Spiegel justiert und^vden justierten Lagen auf an sich bekannter Weise fixiert. Zur Fixierung dient eine Masse aus gesintertem Glas 29 oder dergleichen an jedem Rohrende. Das Kapillarrohr 12, die Anode 13 und die Kathode 14 bilden zusammen mit anderen Elementen eine Anordnung zum Beispiel in der Gestalt eines gasgefüllten Hohlraumes zur Erzeugung eines Laserstrahles. Die Achse des Kapillarrohres dient als Achse, entlang welcher sich der Laserstrahl ausbreitet. Wie vorstehend gesagt,

dient die Brewsterplatte 28 im wesentlichen zur linearen Polarisierung des Laserstrahles. Ein Ausgangslaserstrahl wird über den halbversilberten Spiegel 23 nach außen abgegeben. Der Laserstahl ist derart polarisiert, daß die elektrischen Vektoren ιη einer

Ebene senkrecht zur Brewsterplatte 28 liegen. 35

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'■Ή

Entsprechend der Ausführung nach der US-PS 4 064466, halten der erste und zweite in das Rohr 16 eingesetzte Halterungskörper 26 und 27 zwischen sich die Brewsterplatte 28 in einer festen Position und Orientierung, indem auf die Kanten der Brewsterplatte 28 eine axial wirkende Druckkraft ausgeübt wird. Zu diesem Zweck besteht wenigstens einer der Halterungskörper 26 und 27 aus einem Material, das einen niedrigeren spezifischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als das Rohr 16. Der erste und zweite Halterungskörper stützt sich mit seinem einen Ende, das der Brewsterplatte 28 abgewandt ist am Spiegel 21 bzw. am Flansch 17 ab.

Der erste und der zweite Halterungskörper 26 und 27 bestehen aus Metall und weisen eine U-förmige Gestalt auf. In anderen Worten besteht jeder Halterungskörper aus zwei Seitenwänden, die durch eine Mittelwand miteinander verbunden sind. Jede Seitenwand besitzt einen freien Endabschnitt, dessen Stirnfläche parallel zur Mittelwand verläuft. Weiterhin besitzt jede Seitenwand einen ersten und einen zweiten Vorsprung 31 bzs. 32. Die ersten Vorsprünge 31 sind den freien Endabschnitten benachbart, während die zweiten Vor-

^ζυ Sprünge 32 von den freien Endabschnitten abgewandt sind. Die Stirnflächen der Endabschnitte 31 und 32 liegen in einer Ebene, die mit der Mittelwand einen Brewsterwinkel bildet. Der erste und zweite Vorsprung 31 und 32 an einem der Halterungskörper 26 und 27 sind gegenüber dem zweiten und ersten Vorsprung an dem anderen Halterungs-

körper ausgerichtet, wenn die Brewsterplatte zwischen den Halterungskörpern durch die axiale Druckkraft gehalten ist. Die Mittelwände der beiden Halterungskörper liegen dann parallel zur Längsachse des Rohres 16.

Der zweite Vorsprung 32 jedes Halterungskörpers 26 urid 27 sind derart gestaltet, daß zwischen den Seitenwänden und der Mittelwand I

der Halterungskörper Kanten gebildet werden, die in Kontakt mit ί

der Innenfläche des Rohres 16 sind, wie Fig. 3 verdeutlicht. Die ι

zweiten Vorsprünge 32 dienen auch dazu, die Mittelwände der Halte- j rungskörper in weiterem Abstand von dem Laserstrahl zu halten.

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η.

Hierdurch wird auch verhindert, daß die freien Enden der Seitenwände der Halterungskörper 26 und 27 durch die axial wirkende Druckkraft gegen die Innenflächen des Rohres 16 gedrückt und dabei nach innen gebogen werden, außer die Halterungskörper 26 und 27 bestehen aus genügend festem Metall. Wie durch Fig. 3 zu erkennen ist, kann jede Seitenwand eben ausgebildet sein, ohne daß die freien Enden der Seitenwände in Kontakt mit der Innenfläche des Rohres 16 sind.

Nach Fig. 4 kann jede Seitenwand wenigstens des einen Halterungskörpers 26 und 27 alternativ einen nach außen gebogenen Abschnitt besitzen. Die freien Enden dieser Abschnitte 33 können durch die axial wirkende Druckkraft bei einer Temperatur, bei der die Laserröhre arbeitet, in Kontakt mit der Innenfläche des Rohres 16 gebracht werden. Sie Seitenwände können dabei etwas nach innen gedrückt werden, wenn der Halterungskörper aus einem dünnen Metallblech geformt ist, das genügend flexibel oder elastisch ist. Nichtsdestoweniger ist es mögleih, einen korrekten Brewsterwinkel zu erhalten.

Während es schwierig ist, die inneren zylindrischen Halterungskörper nach der US-PS 4 064466 herzustellen, lassen sich die Halterungskörper 26 und 27 bei geringen Kosten durch geeignete Preßwerkzeuge leicht und billig herstellen. Die weiten Hohlräume zwischen der Innenfläche der Röhre 16 und den Außenflächen der Halterungskörper 26 und 27 lassen sich befriedigend evakuieren.

Es ist auch möglich, ein Rohr 16 herzustellen, daß zwei Vorsprünge besitzt, die sich von der Innenseite des Rohres 16 radial nach innen erstrecken und nahe dem ersten Ende des Rohres 16 angeordnet sind. Die Vorsprünge 35 besitzen derart nach innen gerichtete Enden,

wie 35 in Fig. 4 verdeutlicht, daß sie nicht im Einschubweg der Halterungskörper 26 und 27 und der Brewsterplatte 28 liegen. Werden die Halterungskörper 26 und 27 mit der Brewsterplatte nach ihrem Einführen in das Rohr 16 um die Rohrachse gedreht, ist es möglich, daß die Vorsprünge 35 als Anschlagflächen für den ersten Halterungskörper 26 dienen, wobei die Vorsprünge von den ersten und zweiten

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Vorsprüngen entfernt liegen.

Mit einer typischen Laserröhre, wie sie in Fig. 1 bis 3 aufgezeigt ist, ist es möglich ein hohen Polarisationsgrad von 300 zu erreichen, wenn der Laserausgang 1,5 mW aufwies. Es wurde auch eine Laserröhre hergestellt, bei der erste und zweite Vorsprünge 31 und 32 an den Halterungskörpern 26 und 27 nicht vorhanden waren. Statt dessen wurden die Stirnflächen der Seitenwände, die entsprechend dem Brewsterwinkel abgeschrägt waren, in Kontakt mit der Brewsterplatte 28 gebracht, wie in Fig. 5 die schraffierten Flächenabschnitte zeigen. Der Polarisationsgrad betrug dabei nur 100 bei einem Laserausgang von 1,3 mW. Der Polarisationsgrad wurde gemessen durch das Verhältnis der Intensität des durch ein paralleles Nico! gehenden Laserausgangsstrahles zur Intensität des durch ein gekreuztes Nicol gehenden Laserausgangsstrahles. Die ersten und zweiten Vorsprünge 31 und 32 sind in gleicher Weise parallel zur Einfallsebene mit der Brewsterplatte 28 in Kontakt. Nur aus Gründen der vereinfachten Darstellung sind die Mittelwände der Halterungskörper 26 und 27 nach Fig. 1 in Kontakt mit der Innenseite des Rohres 16 gezeichnet. Die Lage der Mittelwände gegenüber der Innenseite des Rohres 16 ergibt sich jedoch aus den Fig. 3 bis 5.

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Claims

NIPPON ELECTRIC COMPANY,LTD.

33-1, Shiba Gachoms

Minato-ku

Tüki / Japan

Patentansprüche 1/ Gaslaserröhre mit vakuumdichten Abschlüssen an den beiden

Rohrenden und wenigstens am einen Rohrende vorgesehener Brewsterplatte, die innerhalb eines an dem einen Rohrende fest angesetzten, den Rohrabschluß an diesem Ende bildenden hohlen Mantelkörper mit einem gewählten thermischen Ausdehnungskoeffizienten von einer Halterungsvorrichtung festgehalten ist, die sich in dem Mantelkörper abstützt und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient zum festen Einspannen der Brewsterplatte innerhalb des Mantelkörpers aufgrund der nach der Montage der Röhre durch Abkühlung bis auf ihre Betriebstemperatur wirksamen unterschiedlichen Schrumpfmaße des Mantelkörpers der Halterungsvorrichtung niedriger als der Ausdehungskoeffizient des Mantelkörpers gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung von zwei U-förmigen Halterungskörpern (26,27) gebildet ist, deren unter dem betreffenden Brewster-Winkel abgeschrägten und von der Innenfläche des Mantelkörpers (16) entfernt liegenden Seitenwände zu beiden Seiten der Brewsterplatte (28) sich an Randzonen der Brewsterplatte abstützen.

2, Gaslaserröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägten Seitenwände der U-förmigen Halterungskörper (26,27) jeweils zwei voneinander getrennt liegende Vorsprünge (31,32) aufweisen, deren freie Stirnflächen in

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einer durch den Brewsterwinkel bestimmten Ebene liegen und .sich an den Kandzonen der Brewsterplatte (28) abstützen.

3. Gaslaserröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände und die sie verbindenden Mittelwände der U-förmigen Halterungskörper (26,27) jeweils äußere Kanten bilden, die sich an der Innenfläche des zylindrischen Ma nt til körpers (16) abstützen.

4. Gaslaserröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände jeweils einen freien Endabschnitt aufweisen, dessen Stirnfläche parallel zur Mittelwand verläuft, daß von den beiden Vorsprüngen (31,32) an den Seitenflächen jeweils der erste Vorsprung (31) dem freien Endabschnitt benachbart ist und der zweite Vorsprung (32) von dem ersten Vorsprung entfernt ist und daß die ersten Vor-Kpriinge (31) des einen Halterungskorpers (26) zur einen Seite der Brewslrerplatte (28) gegenüber den zweiten Vorsprüngen

(32) des anderen Halterungskörpers (27) zur anderen Seite der Hrewsterplatte (28) liegen und daß entsprechend die zweiten Vorsprünge (32) des einen Halterungskorpers (26) zur einen Sft'ite der Brewsterplatte (2 8) gegenüber den ersten Vorsprüngen

(31) des anderen Halterungskorpers (27) zur anderen Seite der Brewsterplatte (28) liegen.

5. GaiJlaserröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Vorsprünge (32) e.ines jeden Halterungskorpers (26,27) axial die ersten Vorsprünge (31) überragen.

6. Gaslaserröhre nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Endabschnitte der Seitenwände der Halterungskörper (26,27) in Abstand von der zylindrischen Innenfläche des Mantel körpers (16) gehalten sind.

7. Gaslaserröhre nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenwand von wenigstens <pinem ,~

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Halterungskörper (26,27) einen nach außen abgebogenen Abschnitt (33) aufweist, und daß die freien Enden der Abschnitte (33) jeweils in Kontakt mit der Innenseite des zylindrischen Mantelkörpers (16) sind.

8. Gaslaserröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Mantelkörper (16) innenseitig einen radial nach innen vorspringenden Anschlag (17) aufweist, der nahe dem einen Ende des Mantelkörpers (16) liegt, mit dem der Mantelkörper (16) an das eine Ende der Röhre (11) dicht angeschlossen ist, und daß sich der eine Halterungskörper (27) mit seinem von der Brewsterplatte (28) abgewandten einen Ende an dem Anschlag (17) abstützt.

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9. Gas.l aserröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (1.7) als eine Ringscheibe ausgebildet ist.

LO. Gaslaserröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe mit dem Mantelkörper (16) einstückig ist und in dem Mantelkörper einen radial nach innen vorspringenden Flansch bildet.

11. Gaslaserröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe mit der zylindrischen Innenfläche des Mantelkör per.s (16) fest verbunden ist.

.12. Gasiaserröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Mantelkörpers (16) durch einen Spiegel (21) dicht verschlossen ist und daß sich der andere Llalterungskörper (26) mit seinem einen von der Brewsterplatte (28) abgewandten einen Ende an der Innenseite des Spiegels abstützt.

13. Gaslaserröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem anderen Ende des Halterungskörpers innenseitig ein zweiter Anschlag (35) vorhanden ist und daß sich der andere HaLterungskörper (27) mit seinem von der Brewsterplatte abgewandten einen Ende an dem zweiten Anschlag (35) abstützt.

14. Gaslaserröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß der zweite Anschlag (35) außerhalb eines Öffnungsguer-Hclmi.tLetä an der Stirnseite des anderen Endes des Mantel körpers Liegt, der als Einschuböffnung für die Halterungsvorrichtung (26 und 27) mit der Brewsterplatte (28) dient.

15. Ganlaserröhre nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlag aus zwei Vorsprüngen besteht, /5

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an denen sich jeweils eine Kante des anderen Halterungskörpers (26) abstützt, die jeweils von einer Seitenwand und der Mittelwand des Halterungskörpers (26) gebildet iyt.

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