DE3037153A1

DE3037153A1 - Gaslaserroehre

Info

Publication number: DE3037153A1
Application number: DE19803037153
Authority: DE
Inventors: Noboru Tokyo Taguchi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1979-10-01
Filing date: 1980-10-01
Publication date: 1981-04-16
Also published as: JPS5653375U; DE3037153C2; US4375688A

Description

Gaslaserröhre

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaslaserröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mehr im besonderen bezieht sich die Erfindung auf die Lagefixierung des einen freien Endes eines längeren Laserkapillarrohres, dessen anderes Ende mit dem Mantelrohr fest verbunden ist.

Unter den Gaslasern hat der He-Ne-Gaslaser weit verbreitete Anwendungen gefunden, z.B. als Lichtquelle für einen Vertriebspunkt ("Point of Sales"), in Vxdeoplattengeräten usw. Für solche Lichtquellen werden He-Ne-Laser mit einer Ausgangsleistung von 1 mW bis 2 mW häufig benutzt. Außerdem besteht ein großer Bedarf an solchen Lasern mit einer Ausgangsleistung von etwa 5 mW.

In einer He-Ne-Gaslaserröhre bekannter Art ist ein Laserkapillarrohr vorhanden, in dem durch Entladungen ein Lasermedium gebildet wird. Das Laserkapillarrohr ist innerhalb einer VakuHam-Mantelröhre koaxial angeordnet, die ein He-Ne-Gasgemisch einschließt. Gegenüber den beiden Enden des Laserkapillarrohres befinden sich zwei Spiegel zur Bildung eines Resonators. Das eine Ende des Laserkapillarrohres ist an dem Mantelrohr fest, während das andere Ende des Laserkapillarrohres zur Vermeidung von Beschädigungen aufgrund thermischer Expansionen frei ausläuft.

Da die Ausgangsleistung eines Lasers abhängig ist von der Länge des Laserkapillarrohres, besitzen die Laser mit hoher Ausgangsleistung ein entsprechend langes Laserkapillarrohr. Das Laserkapillarrohr einer Gaslaserröhre von 1 mW Ausgangsleistung ist etwa 14 cm lang. Schon bei einer Ausgangsleistung von 5 mW ist das Laserkapillarrohr etwa 30 cm lang.

130018/0890

Da das eine Ende des Laserkapillarrohres am Mantelrohr fest ist, das andere Ende aber frei ausläuft, ist das Laserkapillarrohr aufgrund der Schwerkraft gekrümmt. Die Größe der .Durchbiegung des Laserkapillarrohres, die von der Schwerkraft herrührt, ist proportional dem vierten Teil der Leistung der Kapillarrohrlänge. Ein Kapillarrohr für eine 5 mW-Laserröhre wird daher 20-fach stärker durchgebogen als eine 1 mW-Laserröhre. Wenn eine Kapillarrohre derart gebogen verläuft, wird die Lichtenergie, die zwischen den reflektierenden Spiegeln hin- und heroszilliert, teilweise unterbrochen, so daß im Ergebnis die Laserausgangsleistung reduziert ist.

Eine Laserröhre, die eine lange Kapillarrohre einschließt, besitzt weiterhin den Nachteil, daß wenn die Laserröhre ihre Stellung ändert, sich auch die Durchbiegung des Kapillarrohres ändert, wodurch sich dann entsprechend auch die Laserausgangsleistung ändert.

Um die Nachteile der Verringerung der Laserausgangsleistung und der Änderung der Laserausgangsleistung zu vermeiden, wie sie bei langen Laserkapillarröhren auftreten, ist ein 5 mW He-Ne-Laser der Firma Hughes Aircraft Co in USA mit der Typenbezeichnung 3225 H-PC entwickelt worden, der nachstehend anhand der Fig. 1 der beigefügten Zeichnung noch mehr im einzelnen beschrieben wird. Im wesentlichen handelt es sich dabei um einen vom Mantelrohr getragenen und sich in Richtung auf das freie Ende des Laserkapillarrohres hin erstreckenden Rohrabschnitt, der einen solchen Innendurchmesser hat, daß das freie Ende des Laserkapillarrohres in den Rohrabschnitt satt eingreifen kann und durch diesen in seiner Lage festgehalten ist. Die beiden ineinandergreifenden Rohre sind dabei derart ineinandergepaßt, daß eine axiale Ausdehnung des Kapillarrohes in dem Rohrabschnitt möglich ist. Eine derartige

13ÖÖ16/ÖS9G

Halterung des freien Kapillarrohrendes ist herstellungsmäßig aber sehr aufwendig und teuer. Sind die beiden ineinandergepaßten Rohrteile nicht mit der ausreichenden Genauigkeit bearbeitet, besteht die Gefahr, daß die beiden Rohrteile bei der thermischen Expansion sich festkeilen und durch Stöße oder Reibung beschädigt werden oder zu Bruch gehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gaslaserröhre der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach im Aufbau ist und bei der Durchbiegungen und Vibrationen des freien Endes des Kapillarrohres verhindert werden, so daß unter anderem auch eine stabile Ausgangsleistung erhalten werden kann.

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

Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Nach der Erfindung wird also das freie Ende des Laserkapillarrohres mittels elastischer Kräfte in seiner Lage fixiert, ohne daß sich das Laserkapillarrohr durch Schwerkrafteinflüsse durchbiegen kann. Kommen auf die Gaslaserrohre Stöße zur Einwirkung, werden die dabei auftretenden Vibrationen des freien Endes des Kapillarrohres durch die elastischen Kräfte rasch absorbiert. Eine Verringerung der Ausgangsleistung und/ oder eine Änderung der Ausgangsleistung der Laserröhre kann daher vermieden werden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in einer Zeichnung schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine bekannte Gaslaserröhre,

-7-

130016/0090

Pig. 2 einen axialen Längsschnitt durch eine Gaslaserröhre gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des freien Endabschnittes des Laserkapillarrohres mit einer auf dem freien Endabschnitt angeordneten ringförmigen Schraubenfeder gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung und

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere Ausführung einer ringförmigen Schraubenfeder nach Fig. 3.

Als Beispiel einer bekannten Gaslaserröhre ist in Fig. 1 eine Gaslaserröhre der Firma Hughes Aircraft Co. vom Typ 3225 H-PC schematisch im axialen Längsschnitt dargestellt. An dem einen Ende des Kapillarrohres 2 ist ein vakuumdichtes Mantelrohr 1 fest angeschlossen. Das gegenüberliegende andere freie Ende des Mantelrohres besitzt einen abgesetzten zylindrischen Endabschnitt 3 mit einem kleineren Außendurchmesser als das Kapillarrohr. Dieser geschliffene Endabschnitt greift in einen Rohrabschnitt 4 satt ein, der sich koaxial vom einen Ende des Mantelrohres 1 auf das freie Ende des Kapillarrohres 2 zustreckt. Durch diesen satten Eingriff des Endabschnittes 3 in den Rohrabschnitt 4 werden Durchbiegungen und Vibrationen der Kapillarrohre 2 vermieden. Wie üblich besitzt die bekannte Gaslaserröhre Reflektionsspiegel 6 und 6¹ zur Bildung eines Resonators, ein Brewster-Fenster 7 und Elektroden 8 und 9.

Die Schleifbearbeitung des Außenumfanges des freien Endes der Kapillarrohre 2 zur Bildung des Endabschnittes 3 mit dem kleineren Außendurchmesser ist aufwendig und verursacht hohe Kosten, und wenn die ineinandergreifenden Rohrabschnitte nicht genau eingepaßt sind und sorgfältig geglättete Oberflächen besitzen, kann die Kapillarrohre 2 aufgrund ihrer thermischen Ausdehnungen oder derjenigen des Rohrabschnittes durch Reibungen zwischen dem Endabschnitt 3 und dem Rohrabschnitt 4 beschädigt oder zerstört werden.

130018/0890

Eine bevorzugte Ausführung nach der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei besitzt die Laserkapillarröhre 12 aus Glas einen inneren Durchmesser von etwa 1,2 mm und einen äußeren Durchmesser von etwa 7 mm. Das eine Ende des Kapillarrohres ist an das vakuumdichte zylindrische Mantelrohr 11 koaxial angeschlossen, das einen äußeren Durchmesser von 30 mm besitzt. Ein Spiegel 13 mit Totalreflektion und ein Ausgangsspiegel 14, die beide den Resonator bilden, sind am Mantelrohr 11 gegenüber entgegengesetzten Enden des Kapillarrohres 12 fest angebracht. Außerdem ist eine Anode 15 und eine Kathode 16 in bekannter Weise vorgesehen. Ein Rohrabschnitt 17 aus Glas zur Ablenkung der Entladung besitzt einen Innendurchmesser von etwa 1 mm und erstreckt sich vom einen Ende des Mantelrohres in Richtung auf das freie Ende des Kapillarrohres 12. Dabei übergreift der Rohrabschnitt 17 das freie Ende des Kapillarrohres 12 ohne dieses zu berühren. Eine Schraubenfeder 18 aus i.ostfreiem Stahl ist in den Zwischenraum zwischen dem freien Ende des Kapillarrohres 12 und dem übergreifenden Teil des Rohrabschnittes 17 angeordnet. Die Schraubenfeder 18 besitzt einen Durchmesser von etwa 2,2 mm und eine Länge von etwa 13 mm, und ist zu einem Ring gebogen. Das freie Ende des Kapillarrohres, das von dem Rohrabschnitt 17 überdeckt ist, besitzt eine Entladungsöffnung 19 und umlaufende Ringwülste 20 und 21, zwischen denen die ringförmige Schraubenfeder 18 festgehalten ist. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist das eine Ende der Laserkapillarröhre 12 fest an das Mantelrohr 11 angeschlossen, während das andere Ende frei ausläuft. Der Spiegel 13 mit Totalreflektion und der Ausgangsspiegel 14 sind mit niedrig schmelzendem Glas an den Enden des Mantelrohres gegenüber den Enden des Kapillarrohres angebracht. Während die Gesamtlänge der Laserröhre je nach der Größe des Laserausganges unterschiedlich sein kann, besitzt das dargestellte Ausführungsbeispiel einen Ausgang von 5 mW mit etwa 37 cm und die Laserkapillarrohrlänge beträgt etwa 30 cm. In dem Mantelrohr 1 1 befindet sich ein Gemisch aus He- und Ne-Gas.

-9-

130018/0**0

Im Betrieb wird an die Anode 15 und an die Kathode 16 eine Spannung angelegt. Innerhalb des Laserkapillarrohres wird ein Lasermedium erzeugt und mittels der Spiegel 13 und 14 erfolgt eine Laseroszillation. Die elektrische Entladung erfolgt durch die Öffnung 19 in der seitlichen Wandung des freien Endabschnittes der Laserkapillarröhre 12 und breitet sich durch die Wirkung des Rohrabschnittes 17 über die ganze Fläche der Kathode 16 aus. Die besondere Ausbildung des Endabschnittes der Laserkapillarröhre 12 ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt, nach der die Schraubenfeder 18 zwischen vorspringenden ringförmigen Wülsten 20 und 21 oder dergleichen Erhebungen angeordnet ist. Die Schraubenfeder ist zwischen die Laserkapillarröhre 12 unddem Entladungsablenkrohrabschnitt unter einer gewissen Vorspannung eingesetzt, wobei das freie Ende des Laserkapillarrohres 12 an dieser Federeinspannstelle radialelastisch eingespannt ist. Erfolgt eine Verlängerung der Laserkapillarröhre 12 durch thermische Expansion als Folge der Entladung, so finden zwischen der Schraubenfeder 18 und den Rohrabschnitten relative Gleitbewegungen statt, ohne daß die Gefahr eines Bruches der Laserröhre besteht.

Wie die Fig. 2 und 3 verdeutlichen, ist die Schraubenfeder zwischen den radialen Ringwülsten 20 und 21 bzw. Ausbuchtungen angeordnet, um eine Lajoverschiebung der Schraubenfeder 18 auf dem Endabschnitt des Kapillarrohres 12 zu vermeiden. Da außerdem die olektrJjche Entladung durch die Öffnung 19 ausgeblasen wird, kommt diese nicht mit der metallischen Schraubenfeder 18 in Kontakt..Es wird daher durch die Entladung kein Material von der Schraubenfeder abgetragen.

Aufgrund der Schraubenfederanordnung am freien Ende des Laserkapillarrohres kann die Änderung der Ausgangsenergie, die auftritt, wenn das Verhalten der Laserröhre sich ändert, auf etwa 10 % herabgedrückt werden. Verglichen mit den Ausgangsenergieänderungen von 60 % für den Fall, daß das Ende des Kapillarrohres vollkommen frei ist, wird die ausgezeichnete Wirkung der Schraubenfeder 18 besonders deutlich. Außerdem zeigte es

-10-

130016/0890

JAQ-QßlGINAL

sich, daß die erfindungsgemäße Laserröhre besonders erschütterungssicher ist. Würde z.B. ein Stoß von 100 G (G für die Gravivationskonstante) auf die erfindungsgemäße Laserröhre aufgebracht, ereignete sich innerhalb der Laserröhre kein Defekt und die Ausgangsenergie blieb, unverändert. Ein Stoß von 1öO G ist so groß, daß ohne die Anordnung der Schraubenfeder die Kapillarrohre durch den Stoß zu Bruch gehen würde. Durch dieses Experiment wird die vorteilhafte Wirkung der Schraubenfeder besonders deutlich.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine besonders vortelhafte Ausbildung einer erfindungsgemäß verwendbaren Schraubenfeder, die aus drei Schraubenfederabschnitten 22 zusammengesetzt ist. Auf diese Weise werden die radialen Kräfte zwischen dem inneren Laserkapillarrohr und dem äußeren Rohrabschnitt 17 noch gleichmäßiger verteilt im Vergleich zu der Schraubenfeder nach Fig. 3, wodurch einer Exzentrizität des Kapillarrohrendes gegenüber dem Rohrabschnitt 17 weiter entgegengewirkt wird.

Während die Erfindung unter Hinweis auf die Fig. 2 und 3 nur an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, wird die Erfindung durch die Art der Festlegung der Feder auf dem Kapillarrohrende in keiner Weise beschränkt. Es ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß Wulste, zwischen denen die Feder festgehalten ist, sich am Kapillarrohrende und/oder am das Kapillarrohrende umgebenden Rohrabschnitt 17 befinden können.

130016/0890

ORIGINAL INSPECTED

Leerseite

Claims

«!{.•ING. HKRBK

PATENTANWALT PKOFESKIONA1 HIiPHKSHNTATIVlJS BEKOHIi TlIK EUHOl'EAN PATKNT OFWCK

MülII/rilAI.KK STR.102 · 81KX)MÜNO1IEN 71

Nippon Electric Company, Limited 33-1, Shiba Gochome, Minato-ku

Tokyo - JAPAN

Patentansprüche

Gaslaserröhre mit einem Mantelrohr, das ein Gas einschließt und einem innerhalb des Mantelrohres angeordneten Laser-.Kapillarrohr, dessen eines Ende mit dem Mantelrohr fest verbunden ist und dessen freies anderes Ende in das offene Ende eines Rohrabschnittes am Mantelrohr ragt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem freien Ende des Kapillarrohres (12) und dem das Kapillarrohrende umgebenden Teil des Rohrabschnittes (17) ein freier Ringraum gebildet ist und daß inner~ halb des Ringraumes wenigstens ein radialelastischer Federkörper (18) angeordnet ist., der unter Vorspannung an der Innenwand des Rohrabschnittes (17) und der Außenwand des Kapillarrohrendes anliegt.
2. Gaslaserröhre nach Anspruch 1 _f dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (18) eine zu einem Kreisring gebogene Schraubenfeder ist.
3. Gaslaserröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder aus mehreren gleich langen Schraubenfeder-

TELEtiBAMMAMiKSSE/CABLE: PATITIA MÜNCHEN TEtKKON 0ΒΘ/757725 TELKX 0524244

»KUTSCHE HANK AU KONTO-NH. SS/22581 POSTSCHJiUK MÖNCHEN 14591S-HU9 ~2~

130016/0890

abschnitten zusammengesetzt ist, die aneinandergekuppelt den ringförmigen Federkörper bilden.
4. Gaslaserröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (18) aus rostfreiem Stahl besteht.
5. Gaslaserröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper am Kapillarrohrende und/oder am Rohransatz lagefixiert ist.
6. Gaslaserröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwandung des Kapillarrohres und/oder an der Innenwandung des Rohransatzes mit Abstand voneinander liegende Erhebungen (19, 20) vorhanden sind, zwischen denen der Federkörper (18) fest liegt.
7. Gaslaserröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (19, 20) aus zwei mit Abstand voneinander liegenden ringförmigen Wülsten an der Außenwandung des Kapillarrohrendes bestehen.
8. Gaslaserröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Kapillarrohres (12) mit dem einen Ende des Mantelrohres (11) fest verbunden ist und daß am anderen Ende des Mantelrohres (11) das eine Ende des Rohrabschnittes (17) fest ist, dessen freies anderes Ende sich in Richtung auf das freie Ende des Kapillarrohres erstreckt.
9. Gaslaserröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (18) sich am äußeren Ende des Kapillarrohrendes und an der Innenwand des Rohrabschnittes (17) mit Abstand von dem freien äußeren Ende des Rohrabschnittes abstützt, daß das Kapillarrohr mit Abstand von seinem äußeren Ende eine öffnung (19) in einer Wandung besitzt, und daß die öffnung von dem freien Ende des Rohrabschnittes überragt ist.

-3-

130016/088Θ
10. Gaslaserröhre nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr(11) ein Gasgemisch aus He und Ne einschließt.

Beschreibung

130016/0880