DE3138570C2 - Gaslaser - Google Patents

Abstract

Um eine Laserröhre richtungsstabil in einer rohrförmigen Hülle zu lagern, wird folgender Aufbau vorgeschlagen: In die Hülle sind von beiden Seiten jeweils Lagerhülsen eingepreßt; diese Hülsen haben jeweils zwei Vorsprünge, gegen die der zylindrische Mantel der Laserröhre durch eine in die Hülse eingelegte Feder gedrückt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Hülle aus einem Aluminiumrohr, ist für die Hülsen ein elektrisch isolierender, thermisch an Aluminium angepaßter Kunststoff gewählt, haben die Hülsenvorsprünge - gesehen aus einer Richtung parallel zur Hülsenlängsachse - die Form von Kreissegmenten mit schräg aufeinander zulaufenden Sehnen und bestehen die Federn aus winkelförmig gebogenen Stahldrähten. Der vorgeschlagene Laserkopf eignet sich vor allem zur Abtastung von Bildplatten.

Description

dadurc*¹ gekennzeichnet, daß

20

6) das Lager eine den Laserröhrenmantel (3) umgebende Lagerhülse (16,17) ist;

7) die Feder (21, 22) in die Lagerhülse (16, 17) eingelegt ist;

8) die am strahlaustrittsseitigen Ende befindliche Lagerhülse (17) ein im strahlengang angeordnetes, aus einem lichtdämpfenden Material bestehendes Plättchen (24) trägt;

9) das Plättchen (24) sich in einer Ebene erstreckt, die mit dem Laserstrahl einen Winkel < 90° bildet, derart, daß die fertigungsbedingte Abweichung des. Laserfc/ahls von seiner Sollage minimiert ist.

35

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülsen (16, 17) aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem an den Gehäusewerkstoff thermisch angepaßten Kunststoff bestehen.

3. Gaslaser nach den Ansprüchen I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (21,22) aus einem Stahldraht bestehen.

4. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Fassungen an beiden Enden des Laserröhrenman- «5 tels, dadurch gekennzeichnet, 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). ^o

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaslaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Laserkopf ist aus der DE-OS 16 39 169 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 μίτι versetzt sein und von ihrer Ursprungslage bei thermischen und mechanischen Belastungen bis 75"C bzw. 100 g nur um höchstens 35 μπι. gemessen in einem Abstand von mm vor dem Auskoppelfenster, abweichen.

Entschließt man sich dazu, die Laserröhre in einer allseitig glatten Zylinderhülle unterzubringen, so 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 Verspannungc 3 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.

Der Laser ist thermisch entlastet und stoßfest, wenn man die Laserröhre, wie in der zitierten Offenlegungsschrift erwähnt, folgendermaßen lagert: Die Röhre — im dortigen Fall die Laserkapillare — ruht an zwei Stellen jeweils in einer V-förmigen Kerbe einer mit dem Gehäuse verkeilten Trennwand; sie wird auf die Kerben durch federnd aufgesetzte Bügel gedrückt, die eine ebenfalls V-förmig gekerbte Anschlagsfläche aufweisen und jeweils mit einer der Trennwände verschraubt sind. Eine solche Röhrenfixierung ist allerdings relativ aufwendig; insbesondere verlangt sie, daß die Trennwände und die aufliegenden Kapillarenabschnitte mit hoher Maßgenauigkeit gearbeitet sind und die Wandverkeilung mit großer Sorgfalt erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gaslaser zu entwickeln, bei dem die Laserröhrenhalterung keinen besonderen Fertigungs- oder Montageaufwand erfordert und der eine gegenüber der Gehäuserohrachse zentrierte Ausgangsstrahlung liefert, die auch unter thermischen wie mechanischen Belastungen raumstabil bleibt. Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Gaslaser erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem vorgeschlagenen Gaslasertyp hat man die Möglichkeit, fertigungsbedingte Strahlexzentrizitäten durch das erfindungsgemäß vorgesehene Plättchen, das seinerseits den durchtretenden Laserstrahl querversetzt, wenigstens teilweise zu kompensieren. Insofern dürfen die Maße der Halterungsteile relativ weit toleriert sein. So genügt es beispielsweise für die Erfordernisse eines Bildplattenlasers, die Durchmesser beim Gehäuse und bei den Lagerhülsen auf ²Ao mm genau und bei den zu lagernden Mantelabschnitten auf V10 mm 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. Auch der Zusammenbau und ggf. der Austausch von einzelnen Teilen gestaltet sich einfach: die gesamte Halterung ist ein Stecksystem, das ohne Schweißarbeiten auskommt und keinerlei Schraubverbindungen verlangt. Darüber hinaus sind die Anschlagflächen und die andrückenden Spannfedern so gestaltet, daß die Laserröhre ihr Volumen gegenüber dem Gehäuse in relativ weiten Grenzen verändern kann; hitzebedingte Verbiegungen oder Verwerfungen sind daher nicht zu befürchten.

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 zeigt

F i g. 1 das Ausfühpjngsbeispiel in einem teilweise weggebrochenen Seitenschnitt, und

Fig. 2 den Laser der Fig. 1 im Schnitt H-Il.

Fig. 1 zeigt einen Bildplaitenlaser mit einer Laserröhre 1, die einen polarisierten Ausgangsstrahl liefert und in eine Alumin^mröhre 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 einen mit einem — nicht dargestellten — Spiegel versehenen Spiegelkörper 8, 9 trägt. Über die Fassung ist jeweils ein Röhrchen 10, 11 geschoben, das den Spiegelkörper vor versehentlichen Dejustierungen schützt und außerdem als Anschlußstück für die Zuleitungen (Kathodenzuleitung 12, Anodenzuleitung 13) dient Die kathodenseitige Metallkappe trägt außerdem noch einen Pumpstengei 14.

Der Glasmantel 3 ist an seinen beiden Enden jeweils von einer Lagerhülse 16,17 umschlossen. Diese Hälsen, 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 elektrisch zu isolieren. Die Hülse hat einen solchen Außendurchmesser, daß sie in das Aluminiumrohr unter Anwendung 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 F i g. 2 ist dabei zu entnehmen, daß diese Vorsprünge aus einer Blickrichtung parallel zur Längsachse die Form von Kreissegmenten haben, deren Sehnen — ähnlich 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 Mantel an seinem kathodenseitigen 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 gegenüberliegende Hülse 17 läuft vor der Spiegelfassung 7 konisch zu und wird durch ein Dampfungsfilter 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, damit der Teil der Laserstrahlen, der von ihr zurückreflektiert wird, nicht wieder zurück in den

ίο Resonator gelangen und dort störende Interferenzeffekte hervorrufen kann. Die Schräglage bewirkt einen Strahlversatz, der bei einer 2 mm starken Glasplatte etwa 0,25 mm 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, führ« dann die Laserröhre ein und drückt dann die ebenfalls mit ihrer Feder versehene Hülse 16 in das Gehäuse. Dann wird d' Laserröhre so lange verdreht, bis die Poiarisaiionsriciirmg 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 -\chse minimiert ist, klebt dann den Einsatz an der Hülse fest und schiebt die Klappe 27 auf. Auf diese Weise läßt sich im vorliegenden Beispiel der Laserstrahl so gut positionieren, daß er weniger als 200 μπι neben der durch den Rohraußendurchmesser vorgegebenen Gehäuseachse liegt.

Gasiaser. die nach dem vorliegenden Lösungsvorschlag aufgebaut waren, erbrachten folgende Meßergebnisse: in einer Entfernung von 20 mm 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 3 μπη bis 10 μπι und in einem Temperaturbereich zwischen 5°C und 75°C um nicht .neht als

25 μπι. Diese hervorragenden Stabilitätswerte halten «o jedem Vergleich stand.

Die Vorteile der vorgeschlagenen Röhrenlagerung kommen auch dann zum Tragen, wenn man abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel andere Materialien wählt, beispielsweise einen Keramikmantel verwen-

•»5 det 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 Gehäuser.iittenachse zu verschieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Gaslaser mit folgenden Merkmalen:

1) er enthält eine Laserröhre mit einem zylindrisehen Mantel und ein rohrförmiges Gehäuse;

2) die Laserröhre wird in dem rohrförmigen Gehäuse durch zwei Fassungen, die sich jeweils an der Gehäuseinnenwand abstützen und den Laserröhrenmantel an einem seiner beiden Enden umschließen, in zueinander koaxialer Lage festklemmt;

3) jede Fassung enthält ein in das Gehäuse eingepreßtes Lager sowie eine Feder;

4) der Innenquerschnitt des Lagers wird durch zwei Vorsprünge verengt;

5) die Feder drückt den Laserröhrenmantel gegen die Vorsprünge;