DE3307233A1 - Optisches element - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Element nach dem Gattungabegriff des Anspruches 1. Ein derartiges optisches Element findet insbesondere Anwendung als Brewster-Fenster an den gegenüberliegenden Enden eines Gaslasers zur Übertragung einer Polarisationsrichtung des Laserlichtes mit geringen Verlusten. Bislang bestanden solche Brewster-Fenster aus nicht-modifizierten Glasscheiben. Bei einer solchen Ausgestaltung können geringe Fehlanpassungen hinsichtlich der Ausdehnungskoeffizienten des Brewster-Fensters und der Laserröhre, mit der das Fenster verbunden ist, zu temperaturabhängigen Beanspruchungen führen.Auf Grund dieser Beanspruchungen wird das Fenster doppelbrechend, wodurch die Oberflächen-Reflexionsverluste erhöht werden und die Ausgangsleistung des Lasers vermindert wird. Die Doppelbrechung führt ferner zu einer Verzögerung, durch welche aus eben polarisiertem Licht elliptisch polarisiertes Licht gebildet wird. Wenn der Laser in Laserkreiseln verwendet wird, so führt dieses elliptisch polarisierte Licht zu einer Ansprechempfindlichkeit eines Nulleingangsfehlers auf magnetische Felder und somit zur Herabsetzung der Leistung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Verluste bezüglich des übertragenen Laserlichts möglichst gering sind. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Weitere vorteilhafte ' Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optischen Elementes sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäße Brewster-Fenster besitzt insofern einen neuen Aufbau, als mehrere kreisförmige oder gebogene Nuten in dem Fenster vorhanden sind, um Beanspruchungen zu isolieren, so daß sie den wichtigen zentralen Bereich des Fensters, der für die Lichtübertragung verwendet wird, nicht erreichen. Die Anzahl von Nuten bildet eine nachgiebige bzw. federnde Zone zwischen dem Bereich, der benutzt wird, um das Fenster zu befestigen und dem zentralen Bereich, der für die Lichtübertragung benutzt wird. Eine beispielsweise durch thermische Fehlanpassung

verursachte Differentialbewegung in dem peripheren Befestigungsbereich ist von dem zentralen Bereich des Fensters spannungsmäßig entkoppelt bzw. wird von dem dazwischenliegenden Federhereich absorbiert.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorder- und Seitenansicht des erfindungsgemäßen Brewster-Fensters;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Fenster gemäß

Fig. 1 bei einer Montage auf einer Laserröhre; und

Fig. 3 eine Seiten- und Draufsicht auf einen Ne-He-

Laser, der mit den erfindungsgemäßen Brewster-Fenstern ausgestattet ist.

Die vorliegende Erfindung ist ganz allgemein auf ein verbessertes optisches Fenster bzw. eine Linse der Art gerichtet/ wie sie in einem Laser verwendbar ist. Im dargestellten und beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel besteht das verbesserte Fenster aus einem dehnungsfreien Brewster-Fenster. Gemäß den Figuren 1a und 1b ist ein transparentes Glasfenster 10 in Form einer flachen Scheibe dargestellt. Gewünschtenfalls kann anstatt des flachen, scheibenförmigen Fensters auch eine Linse als optisches Element Anwendung finden. Das Fenster 10 besitzt einen kräftefreien zentralen Bereich 11, mehrere Nuten 12, 13 und 14 zur Beanspruchungsaufnahme und einen umgebenden .Befestigungsbereich 15 im Randbereich des Fensters. Die Anzahl der Nuten muß nicht auf drei begrenzt sein, wie dies in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Die Nuten können eingeätzt oder eingedreht werden und sie besitzen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a eine kreisförmige Gestalt, obgleich sie von dieser Form auch abweichen könnten.

-A-

In einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der Durchmesser des Fensters 10 ungefähr 15 mm, der zentrale Bereich 11 besitzt einen Durchmesser von ungefähr 4,3 mm, die Dicke des Fensters beträgt ungefähr 1,2 mm und die Tiefe der Nuten 12, 13 und 14 beträgt 0,6 mm oder mehr. Eine Tiefe der Nuten, die wesentlich mehr als die Hälfte der Dicke des Fenster; beträgt, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Jede Nut ist auf einem unterschiedlichen Radius angeordnet. Die konzentrischen Nuten sind vorzugsweise abwechselnd auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Fensters angeordnet, wie dies aus Fig. 1b hervorgeht.

In Fig. 2 ist schematisch eine Laserröhre 20 dargestellt, wobei das beanspruchungsfreie Brewster-Fenster 10 an jedem Ende angeordnet ist. Die gestrichelte Linie, die durch das Zentrum der Fenster verläuft, deutet den Weg des austretenden Laserstrahles an. In den Figuren 3a und 3b ist in näheren Einzelheiten ein Ne-He-Laser dargestellt, bei dem die erfindungsgemäßen Brewster-Fenster 10 Anwendung finden. Die Befestigungsfläche des Brewster-Fensters 10 und die gegenüberliegende Oberfläche des glasartigen Laserkörpers 21 sind in ihrem Kontaktbereich sehr glatt ausgebildet, so daß bei der Berührung beider Teile die Moleküle zusammenhaften und eine vakuumdichte Abdichtung der Laserkammer vorgeben, die eine Füllung bzw. Mischung aus Helium und Neon unter geringem Druck von ungefähr 5 Torr enthält. Eine Kunstharzverbindung oder eine ähnliche Verbindung kann ebenfalls Anwendung finden. In Fig. 3b sind die Brewster-Fenster entfernt, so daß der Laserkanal besser erkennbar ist.

Die Brewster-Fenster 10 und der Laserkörper 21, mit welchem die Fenster dichtend verbunden sind, können geringe Fehlanpassungen hinsichtlich der Ausdehungskoefizienten aufweisen, wodurch sich bei Temperaturänderungen Beanspruchungen ergeben. Die Reihe von Nuten 12, 13 und 14 in dem erfindungsgemäßen Fenster bilden in wirksamer Weise eine nachgiebige bzw. federnde Zone zwischen dem äußeren Befestigungsbereich und dem zentralen der Laserstrahlübertragung dienenden Bereich, um Beanspruchungen und Dehnungen

in dem Befestigungsbereich daran zu hindern, den zentralen Bereich des Fensters zu erreichen. Die thermische Differentialbewegung wird in dem federnden Bereich absorbiert und von dem zentralen Bereich entkoppelt, wodurch die übertragungsgüte des ot'sehen Elementes wesentlich verbessert wird.

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Claims (5)

HONEYWELL INC. 28. Februar 1983 Honeywell Plaza A1109500 DE Minneapolis, Minn., USA Hz/de Optisches Element- Patentansprüche:

1. Optisches Element, insbesondere Brewster-Fenster für eine Laserröhre, gekennzeichnet durch einen zentralen, der optischen Übertragung dienenden Teil .{11) und einen diesen umgebenden Befestigungsteil {15), sowie durch Nuten (12,13,14) zwischen dem zentralen Teil und dem Befestigungsteil.

2. Optisches Element nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zueinander konzentrische Nuten (12-14).

3. Optisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12-14) auf beiden Seiten des Elementes (10) angeordnet sind.

4. Optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Nuten (12-14) auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind.

5. Optisches Element nach Anspruch 1 oder, einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12-14) eine Tiefe aufweisen, die wenigstens der Hälfte der Dicke des Elementes (10) entspricht.