DE3138570A1

DE3138570A1 - Gaslaser

Info

Publication number: DE3138570A1
Application number: DE19813138570
Authority: DE
Inventors: Hans Ing.(Grad.) Golser; Erich 8000 München Kirschner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1981-09-28
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE3138570C2

Description

Gaslaser
Die Erfindung bezefit sich auf einen Gaslaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Laserkopf ist aus "Bauteile Report", 17(1979) 181 bekannt.
In bestimmten Anwendungsbereichen werden an die räumliche Stabilität des Laserstrahls außerordentlich hohe Anforderungen gestellt. So darf die Strahlachse beispielsweise bei einem Bildplattenlaser gegenüber einer Sollrichtung nur um maximal 500 versetzt sein und von ihrer Ursprungslage bei thermischen und mechanischen Belastungen bis 750C bzw. 100g nur um höchstens 35 , gemessen in einem Abstand von 20mm vor dem Auskoppelfenster, abweichen.
Entschließt man sich dazu, die Laserröhre in einer allseitig glatten Zylinderhülle unterzubringens dann ist die Röhre unter folgenden Gesichtspunkten zu fixieren: Die Anordnung ist so zu treffen, daß die einzelnen Teile relativ große Maßtoleranzen haben dürfen; das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten der miteinander zu verbindenden Partner, insbesondere die verschiedenen Längenausdehnungen des gewöhnlich aus Glas bestehenden Lasermantels und des Gehäuses, für das man in der Regel ein Aluminiumrohr verwendet, sollten zu keinen merklichen Verspannungen in der Konstruktion führen; Erschütterungen, denen das Gehäuse bei normaler Handhabung ausgesetzt sein kann, sollten möglichst keinerlei Nachwirkungen haben, da selbst geringfügige Dejustierungen sich bei wiederholter Stoßeinwirkung zu unzulässig großen Fehlern addieren können.
Die genannten Bedingungen lassen sich weitgehend erfüllen, wenn man, wie in der zitierten Literaturstelle erwähnt, die Laserröhre mit zwei Metallfedern umfaßt, die in Achsrichtung wellenförmig gebogen und gefiedert sind. Es hat sich allerdings herausgestellt, daß solche Klemmhalterungen nicht immer ausreichend schockfest sind. Dies gilt auch für Lagerkonzepte, bei denen die Laserröhre mit ihrer Umhüllung - über extrem weiche Puffer - mechanisch nur schwach gekoppelt wird und in einer anderweitig verankerten Vorrichtung aufgehängt ist (DE-OS 2832117).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Laserkopf der eingangs genannten Art eine einfache Halterung zu entwickeln, die dafür sorgt, daß die Ausgangsstrahlung in besonderem Maße raumkonstant ist und insbesondere auch nach relativ starken Stößen gegen das Gehäuse nur minimal auswandert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gaslaser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Lösungsvorschlag geht von der Beobachtung aus, daß die Stoßempfindlichkeit konventioneller Halterungen vor allem darauf zurückzuführen ist, daß die Laserröhre zwischen gegeneinander wirkenden Federn festgehalten wird.
Bei einem solchen Klemmsitz nimmt nämlich die Laserröhre in der Praxis eine Position ein, bei der die Federkräfte nicht vollständig aufgehoben sind; wird ein solches System angestoßen, so kommt die Laserröhre in einer Lage zur Ruhe, die wiederum nicht ganz der mechanischen Gleichgewichtslage entspricht und von der Ausgangsposition nicht unerheblich abweichen kann. Derartige Lageschwankungen sind bei einem erfindungsgemäßen Gaslaser ausgeschlossen, da die Laserröhre in der Lagerhülse einen festen Anschlag findet. Die Anschlagflächen und die andrückenden Spannfedern sind dabei so gestaltet, daß die Laserröhre ihr Volumen gegenüber dem Gehäuse in relativ weiten Grenzen verändern kann, so daß hitzebedingte Verbiegungen oder Verwerfungen nicht zu befürchten sind.
Der vorgeschlagene Gaslasertyp ist nicht zuletzt auch deshalb attraktiv, weil die gesamte Haltenng ein Stecksystem ist, das ohne Schweißarbeiten auskommt und keinerlei Schraubverbindungen verlangt. Die einzelnen Teile lassen sich rasch zusammensetzen und austauschen und sini überdies recht kostengünstig: so genügt es für die Erfordernisse eines Bildplattenlasers, die Durchmesser beim Gehäuse und den Lagerhülsen auf ghOmm genau und bei den zu lagernden Mantelabschnitten auf 1/10mm genau zu arbeiten. Solche Toleranzen lassen sich ohne weiteres einhalten, zumal die Kalibrierung von Glasmantelenden - sie müssen beim Einschmelzen der Mantelabschlüsse sowieso auf einem bestimmten Durchmesser gehalten werden - keinerlei Zusatzaufwand bedeutet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Der vorgeschlagene Laserkopf soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen Fig. 1 das Ausführungsbeispiel in einem teilweise weggebrochenen Seitenschnitt und Fig. 2 den Laser der Figur 1 im Schnitt II-II.
Fig. 1 zeigt einen Bildplattenlaser mit einer Laserröhre1, die einen polarisierten Ausgangsstrahl liefert und in eine Aluminiumröhre 2 eingeschoben ist.
Die Laserröhre enthält einen zylinderischen Glasmantel 3, der an seinen beiden Stirnflächen jeweils mit einer angeglasten Metallkappe 4, 5 abgeschlossen wird. In jeder Metallkappe ist eine Spiegelfassung 6, 7 eingelötet, die ihrerseits jeweils eizenmit einan - nicht dargestellten - Spiegel versehenen Spiegelkörper 8, 9 trägt. Uber die Fassung ist jeweils ein Röhrchen 10, 11 geschoben, das den Spiegelkörper vor versehentlichen Dejustierungen schützt und außerdem als Anschlustück für die Zuleitungen (Kathodenzuleitung 12, Anodenzuleitung 13) dient. Die kathodenseitige Metallkappe trägt außerdem noch einen Pumpstengel 14.
Der Glasmantel 3 ist an seinen beiden Enden jeweils von einer Lagerhülse 16, 17 umschlossen. Diese Hülsen, die aus einem an Aluminium thermisch angepaßten Kunststoff bestehen, haltern zum einen die Laserröhre und haben zum anderen den Zweck, die Röhrenenden gegenüber der Umgebung alektrisch zu isolieren. Die Hülse hat einen solchen Außendurchmesser, daß sie in das Aluminiumrohr unterAnwendung von Druck eingeschoben werden kann und dort ausreichenden Halt findet. Der Innenquerschnitt der Hülse hat zwei Vorsprünge 18, 19, auf denen der Glasmantel 3 ruht. Der Fig. 2 ist dabei zu entnehmen, daß diese Vorsprünge aus einer Blickrichtung parallel zur Längsachse die Form von Kreissegmenten haben, deren Sehnen -wie die Schenkel eines "V" - schräg aufeinander zulaufen.
Festgeklemmt wird die Laserröhre 1 durch Federn 21, 22, die jeweils eines der Mantelenden gegen die Hülsenanschläge drücken. Die Federn bestehen im vorliegenden Fall aus einem winkelförmigen Stahldraht, der in die Hülse auf der Höhe der beiden Vorsprünge eingelegt ist. Die beiden Federn sind dabei so dimensioniert, daß der Maritel an snemkathodenseitigen Ende stärker angedrückt wird als im Bereich der Anode. Diese Asymmetrie bewirkt, daß sich die Laserröhre im wesentlichen nur in ihrer anodenseitigen Fassung verschiebt, mithin eine Relativbewegung ausführt, die besonders unkritisch ist.
Die auf der Kathodenseite eingeschobene Hülse 16 ist durch einen Deckel 23 abgeschlossen. Die gegenüberliegen- de Hülse 17 läuft vor der Spiegelfassung 7 konisch zu und wird durch ein Dämpfungsfilter verschlossen. Dieses Filter enthält eine leicht absorbierende Platte 24, die sich im Strahlengang vor dem Auskoppelspiegel befindet und in leicht geneigter Lage in einem auf den Hülsenkonus gesetzten Sockel 26 befestigt ist. Eine auf den Sockel 26 aufgesteckte Kappe 27 schützt die Platte 24 vor unbeabsichtigten Berührungen. Die Platte 24 ist verkippt, danit der Teil der Laserstrahlen, der von ihr zurückreflektiert wird, nicht wieder zurück in den Resonator gelangen und dort störende Interferenzeffekte hervorrufen kann. Die Schräglage bewirkt einen Strahlversatz, der bei einer 2mm starken Glasplatte etwa 0,25mm beträgt.
Der Laserkopf läßt sich folgendermaßen rationell zusammenbauen: Zunächst preßt man die mit ihrer Feder und dem Dämpfungsfilter ausgerüstete Justierhülse 17 in das Aluminiumrohr ein, führt dann die Laserröhre ein und drückt dann die ebenfalls mit ihrer Feder versehene Hülse 16 in das Gehäuse. Dann wird die Laserröhre so lange verdreht, bis die Polarisationsrichtung stimmt. Hiernach setzt man den Deckel 23 auf. Anschließend dreht man den Einsatz 26 in der Hülse 17 in eine Stellung, in der die fertigungsbedingte Exzentrizität der optischen Achse minimiert ist, klebt dann den Einsatz an der Hülse fest und schiebt die Kappe 27 auf. Auf diese Weise läßt sich im vorliegenden Beispiel der Laserstrahl so gut positionieren, daß er weniger als 200 neben der durch den Rohraußendurchmesser vorgegebenen Gehäuseachse liegt.
Gaslaser, die nach dem vorliegenden Lösungsvorschlag aufgebaut waren, erbrachten folgende Meßergebnisse: in einer Entfernung von 20mm vor dem Auskoppelfenster entfernte sich der Laserstrahl von seiner ursprünglichen Lage in der Anlaufphase, in der er sich auf eine Eigentemperatur zwischen 300C und 40°C erwärmt, um 5 bis 10 und in einem Temperaturbereich zwischen 50C und 750C um nicht mehr als 25yun. Diese hervorragenden Stabilitätswerte halten jedem Vergleich stand.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So kommen die Vorteile der vorgeschlagenen Röhrenlagerung auch dann zum Tragen, wenn man andere Materialien wählt, beispielsweise einen Keramikmantel verwendet und/oder Metallhülsen einsetzt und/oder ein Kunststoffgehäuse wählt. Im übrigen ist es auch nicht zwingend erforderlich, daß die Bauform streng zylindersymmetrisch gehalten wird; so kann es im Einzelfall sinnvoll sein, dem Gehäuse einen nicht ganz kreisrunden Querschnitt zu geben und/oder die Strahlrichtung gegenüber der Gehäusemittenachse zu verschieben.
8 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Gaslaser, enthaltend 1) eine Laserröhre mit einem zylindrischen Mantel sowie 2) ein rohrförmiges Gehäuse, in dem die Laserröhre durch 3) zwei Fassungen, die sich jeweils an der Gehäuseinnen wand abstützen und den Laserröhrenmantel an einem seiner beiden Enden umschliflen, in zueinander koaxialer Lage festgeklemmt ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß 4) die Fassung eine in das Gehäuse (2) eingepreßte, den Laserröhrenmantel (3) umgebende Lagerhülse (16,17) enthält, 5) der Innenquerschnitt der Lagerhülse (16,17) durch zwei Hülsenvorsprunge (18,19) verengt wird und 6) in die Justierhülse (16,17) eine Feder (21,22) eingelegt ist, die den Laserröhrenmantel (3) gegen die Hülsenvorsprünge (18,19) drückt.
2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß die Hillsenvorsprünge (18,19) aus einer Blickrichtung parallel zur Hülsenlangsachse die Form von Ereissegmenten haben, deren Sehnen schräg aufeinander zulaufen.
3. Gaslaser nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Feder (21p22) win kelförmig gebogen ist.
4. Gaslaser nach den Ansprüchen 2 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sehnen der kreissegmentförmigen Hülsenvorsprünge (18,19) und die Schenkel der winkelförmig gebogenen Feder (21,22) jeweils etwa rechte Winkel miteinander bilden.
5. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n-z~e i c h n e t, daß die Justierhülsen (16, 17) aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem an den Gehäusewerkstoff thermisch angepaßten Kunststoff bestehen.
6. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Federn (21,22) aus einem Stahldraht bestehen.
7. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit Fassungen an beiden Enden des Laserröhrenmantels, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Feder (22), die sich im Bereich des strahlaustrittsseitigen Endes des Laserröhrenmantels (3) befindet, schwächer gegen den Laserröhrenmantel (3) drückt als die am gegenüberliegenden Ende plazierte Feder (21).
8. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die am strahlaustrittsseitigen Ende befindliche Lagerhülse (17) ein im Strahlengang angeordnetes Plättchen (24) trägt, das aus einem lichtabsorbierenden Material mit einem Brechungsindex) 1 besteht und sich in einer Ebene erstreckt, die mit dem Laserstrahl einen inke1<900 bildet.