DE3625560A1 - Gaslaser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Gaslaser ist aus der DE-OS 33 05 462 bekannt. Wie aus der dortigen Fig. 1 zu entnehmen ist, schneiden sich die Flächennormalen der Brewster-Fenster, die durch die optische Achse des Gas­ lasers verlaufen, annähernd. Beim Stand der Technik verblei­ ben jedoch auch bei sorgfältiger Fertigung Restwinkel von einigen Winkelgraden zwischen den Flächennormalen der Brewster-Fenster.

Dem vorliegenden Patentbegehren liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Laser der eingangs beschriebenen Art den Wirkungs­ grad und damit die Laserleistung pro Länge des Entladungs­ kanals zu steigern und die Streuung der Daten in der Serien­ fertigung zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt die Erkennt­ nis zugrunde, daß ein Restwinkel von nur wenigen Winkel­ graden bereits zu einer erheblichen Verringerung der Aus­ gangsleistung des Lasers führt. Bei einem Winkel von einem halben Winkelgrad zwischen den Flächennormalen liegt die Abschwächung in HeNe-Lasern nur noch bei etwa 10%. Eine noch mit geringem Justieraufwand einzuhaltende Obergrenze für den Umfangswinkel liegt bei 15 Winkelminuten. Dabei verbleibt eine Abschwächung von nur noch etwa 4%.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gaslasers hat die Merkmale, daß der Gaslaser eine Kapil­ lare besitzt, in der der Entladungskanal verläuft, daß die Kapillare in ein Glasrohr eingebaut ist, daß das Glasrohr mit Metallkappen abgeschlossen ist, daß auf die Metallkap­ pen ein Metallrohr aufgelötet ist, daß das Metallrohr kon­ zentrisch zur optischen Achse verläuft, dickwandig ausge­ bildet und mit Brewster-Fenstern verschlossen ist und eine dünnwandige, verformbare Zone besitzt. Vorteilhaft sind da­ bei beiderseits der dünnwandigen Zone Ansatzstellen für ein Werkzeug zum gegenseitigen Verdrehen der dickwandigen Teile des Rohres angebracht. Solche Ansatzstellen können Bohrun­ gen sein oder zueinander parallele Flächen, deren Abstand einer üblichen Schlüsselweite entspricht.

Ein sehr kleiner Winkel zwischen den Flächennormalen wird durch ein Verfahren zum Abgleich eines Lasers der beschrie­ benen Art erreicht, bei dem die Brewster-Fenster mit einem in der optischen Achse verlaufenden Lichtstrahl von außen beleuchtet werden und in dem die an der Außenfläche der Brewster-Fenster reflektierten Lichtstrahlen durch Verdre­ hen der beiden Enden des Metallrohres gegeneinander so justiert werden, daß sie sich schneiden. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit dickwandigen Rohren anwendbar, da die sich verwindende Zone im wesent­ lichen auf den dünnwandigen Bereich beschränkt ist und somit eine besonders kurze Baulänge für den Laser erreicht werden kann. Dennoch entstehen auch bei diesem Verfahren Verspan­ nungen, die sich insbesondere bei geringer Baulänge des La­ sers bis an die Metall-Glas-Verbindung am Lasergehäuse fort­ setzen können. Daher empfiehlt sich ein Verfahren, bei dem die beiden Enden des Metallrohres gegeneinander verdreht werden und bei dem dann der Laser nochmals getempert wird. Als Temper-Temperatur eignet sich dabei insbesondere eine Temperatur von etwa 500°C.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Ermittlung der Flächennor­ malen auf die Brewster-Fenster ist gegeben, indem ein Lichtstrahl auf einer Seite entlang der optischen Achse eingestrahlt wird und indem auf der anderen Seite ein zur optischen Achse senkrechter Spiegel außerhalb des Brewster- Fensters angebracht ist. Dadurch erhält man kohärente, eng gebündelte Lichtstrahlen, mit denen eine sehr genaue Ein­ stellung der Umfangswinkel der Brewster-Fenster möglich ist. Die Lichtstrahlen können von einem externen Laser stammen.

In einer anderen vorteilhaften Anordnung zum Justieren der Flächennormalen der Brewster-Fenster sind auf beiden Seiten des Entladungskanals außerhalb der Brewster-Fenster zur op­ tischen Achse senkrechte Resonatorspiegel angebracht, wobei zum Justieren der Laser in Betrieb genommen wird. Dabei wird ein Teil des Laserlichtes an den Außenflächen der Brewster- Fenster reflektiert und zur Einstellung der Flächennormalen eingesetzt.

Die Erfindung wird nun anhand von zwei Figuren näher erläu­ tert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Bei­ spiele beschränkt.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäß abgeglichenen Laser in geschnittener Ansicht,

Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel eines erfindungsgemäß ab­ gleichbaren Lasers in geschnittener und gebrochener Ansicht.

Ein Laser besitzt einen Glaskolben 1 und eine Laserkapilla­ re 2, welche einseitig mit dem Glaskolben 1 starr verbunden ist. Mit dem Glaskolben 1 bzw. der Laserkapillare 2 ist je­ weils eine Halterung 3 für ein Brewster-Fenster 4 starr und vakuumdicht verbunden. Die Halterung 3 besteht aus einem Ring 5 und einem Rohrstück 6, die beide aus Metall bestehen. Deren Temperaturkoeffizient ist an den der jeweils angren­ zenden nichtmetallischen Materialien angepaßt. Die Verbin­ dung zwischen dem Ring 5 und dem Rohrstück 6 ist durch Hart­ löten oder Schweißen hergestellt. Das Brewster-Fenster 4 ist mittels Glaslot mit dem Rohrstück 6 vakuumdicht verbunden.

Bei der Fertigung eines derartigen Aufbaus wird erfindungsge­ mäß darauf geachtet, daß die Flächennormalen 7 der Brewster- Fenster 4, die die optische Achse 8 des Lasers schneiden, sich im Raum schneiden. Dies läßt sich jedoch bei der Ferti­ gung des Lasers nicht mit der erforderlichen Reproduzierbar­ keit erreichen. Vielmehr treten Winkel von einigen Winkel­ graden zwischen den Flächennormalen 7 auf, die auf die Fertigungstoleranzen insbesondere beim Herstellen der Löt­ verbindungen zurückzuführen sind. Der Winkel zwischen den Flächennormalen 7 wird erfindungsgemäß durch ein Abgleich­ verfahren unter einen halben Winkelgrad, vorzugsweise un­ ter 15 Winkelminuten gedrückt, indem ein Lichtstrahl, ins­ besondere Laserlicht in Richtung des Pfeiles A entlang der optischen Achse 8 in den Laser eingestrahlt wird, indem auf der gegenüberliegenden Laserseite ein zur optischen Achse senkrechter Planspiegel 9 angeordnet wird und indem die von den Brewster-Fenstern 4 reflektierten Anteile des entlang dem Pfeil A eingestrahlten bzw. des entlang dem Pfeil B vom Spiegel 9 zurückgestrahlten Lichtes zur Justie­ rung der Brewster-Fenster 4 ausgenützt werden. Die Justie­ rung der Brewster-Fenster 4 erfolgt dadurch, daß zumindest eine der Spiegelhalterungen 3 in Umfangsrichtung bezogen auf die optische Achse durch Torsion verformt wird, bis sich die beiden von den Brewster-Fenstern reflektierten Strahlen E und F im Raum zumindest annähernd schneiden. Hierzu wird der Ring 5 eines Brewster-Fensters festgehal­ ten, während das Rohrstück 6 verdreht wird. Dies ist durch die Pfeile C und D angedeutet, welche die in Umfangsrich­ tung wirkenden Drehkräfte bezeichnen.

Bei der Auslegung von Lasern kommt es wesentlich auf die Laserleistung pro Baulänge an. Da im Bereich der Halterung 3 für das Brewster-Fenster keine Laserleistung entsteht, muß dieser Teil des Lasers möglichst klein gehalten werden. Gleichzeitig müssen unzulässig hohe mechanische Spannungen vom Glaskolben bzw. von der Kapillare ferngehalten werden, damit der Laser gasdicht bleibt. Eine für hohe Ausgangslei­ stung geeignete Ausführungsform, die die genannten Bedin­ gungen berücksichtigt, ist in Fig. 2 angegeben. Dort ist die Halterung 3 starkwandig ausgebildet und besitzt eine dünnwandige Zone 10. Auf beiden Seiten der dünnwandigen Zone 10 sind Paare von zueinander parallelen Flächen 12 an­ gebracht, welche einen Abstand 11 in der Größe einer Schlüsselweite eines üblichen Schraubenschlüssels besitzen. Die Halterung 3 besitzt einen Temperaturkoeffizienten, der an den des Brewster-Fensters 4 angepaßt ist. Sie ist auf eine Kappe 13 aufgelötet, welche auf den Glaskolben aufge­ schmolzen ist. Der Temperaturausdehnungskoeffizient der Kappe 13 entspricht dem des Glaskolbens 1.

Insbesondere bei der Ausführung gemäß Fig. 2 empfiehlt sich ein Herstellungsverfahren, bei dem nach dem Verlöten sämtlicher Teile durch gegenseitiges Verdrehen der Paare von Flächen 12 die Lage des Brewster-Fensters 4 in Umfangs­ richtung in der oben beschriebenen Weise justiert wird und in dem danach der Laser unter dem Erweichungspunkt des Glas­ kolbens getempert wird. Eine hierfür geeignete Temperatur liegt bei etwa 500°C. Dadurch werden Spannungen, die trotz der Fixierung der Lage des Ringes 5 beim Verwinden der Hal­ terung über die Kappe 13 an die Metall-Gas-Verbindung ge­ langen, aufgehoben. Durch dieses Verfahren ist eine beson­ ders kurze Ausbildung der Halterung 3 ermöglicht.

Claims (9)

1. Gaslaser mit einem Entladungskanal, der in Richtung sei­ ner optischen Achse beidseitig durch Brewster-Fenster be­ grenzt ist, die auf eine Halterung aufgesetzt sind, wobei die Brewster-Fenster in ihrem Umfangswinkel bezogen auf die optische Achse annähernd so auf einander abgestimmt sind, daß sich die durch die optische Achse verlaufenden Flächennormalen der Brewster-Fenster schneiden, da­ durch gekennzeichnet, daß der Um­ fangswinkel zwischen den Flächennormalen höchstens einen halben Winkelgrad beträgt.

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Umfangswinkel zwischen den Flächennormalen höchstens 15 Winkelminuten beträgt.

3. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er eine Kapillare besitzt, in der der Entladungskanal verläuft, daß die Kapillare in einen Glaskolben eingebaut ist, daß der Glaskolben mit zu­ mindest einer Metallkappe abgeschlossen ist, daß auf die Metallkappe ein als Halterung dienendes Rohrstück aus Metall aufgelötet ist, daß dieses konzentrisch zur optischen Achse verläuft, dickwandig ausgebildet und mit einem Brewster- Fenster verschlossen ist und eine dünnwandige, verformbare Zone besitzt.

4. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß beider­ seits der dünnwandigen Zone Ansatzstellen für ein Werkzeug zum gegenseitigen Verdrehen der dickwandigen Teile der Hal­ terung angebracht sind, daß die Halterung mit einer Metall­ kappe und diese mit dem Glaskolben verlötet ist.

5. Verfahren zum Abgleich eines Lasers nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Brewster-Fenster mit einem in der opti­ schen Achse verlaufenden Lichtstrahl von außen beleuchtet werden und daß die an der Außenfläche der Brewster-Fenster reflektierten Lichtstrahlen durch Verdrehen der beiden Enden der Halterung gegeneinander so justiert werden, daß sie sich schneiden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Verdrehen der bei­ den Enden der Halterung der Laser getempert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperung bei etwa 500°C erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Lichtstrahl von einer Seite in der optischen Achse eingestrahlt wird und daß auf der anderen Seite ein zur optischen Achse senkrechter Spiegel außerhalb des Brewster-Fensters angebracht ist.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Entladungskanals außerhalb der Brewster-Fenster zur opti­ schen Achse senkrechte Resonatorspiegel angebracht sind und daß zum Justieren der Laser in Betrieb genommen wird.