DE3818128A1 - Vorrichtung zum befestigen eines fensters an einem gasentladungslaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen eines Fensters an einem Gasentladungslaser.

Gepulste Gasentladungslaser weisen im allgemeinen Entladungs­ kammern auf, in denen Gasdrücke herrschen, die geringer oder größer sein können als der äußere Atmosphärendruck. So arbeiten zum Beispiel CO₂-Laser üblicherweise bei einigen hundert Milli­ bar Gasdruck und Excimerlaser bei einigen bar.

Das Gasgemisch in der Entladungskammer weist eine genau defi­ nierte Zusammensetzung auf, um eine gute Strahlqualität zu er­ zielen. Jede Verunreinigung des Gasgemisches, insbesondere durch Luftbestandteile (Stickstoff, Sauerstoff, Wasser etc.), kann die Eigenschaften des Lasers nachteilig verändern.

Bekanntlich weisen gepulste Gasentladungslaser zumindest ein für den Laserstrahl durchlässiges Fenster auf, durch welches der Laserstrahl aus der Entladungskammer ausgekoppelt wird. Es sind auch Anordnungen mit mehreren für den Strahl durchlässigen Fenstern bekannt.

Die Fenster müssen gasdicht mit der Entladungskammer verbunden sein, damit weder Gas aus der Entladungskammer austritt, noch Gas von außen in sie eindringt. In der Regel werden kreisförmi­ ge Fenster benutzt, die in unterschiedlicher Weise auf einen elastischen Dichtring gepreßt werden, um die Laserkammer gas­ dicht abzuschließen.

Während des Betriebes lassen sich häufig Verschmutzungen der entladungskammerseitigen Oberflächen der Fenster nicht vermei­ den. Ursache für solche Verschmutzungen sind hauptsächlich Staubpartikel, die durch Abbrand der Entladungselektroden des Lasers entstehen. Diese Staubpartikel lagern sich unter anderem auch auf den Innenflächen der Fenster ab, wo sie durch elektro­ statische oder andere Kräfte haften bleiben.

Eine andere Quelle der Verschmutzung der Fenster sind im Laser­ gas vorhandene Verunreinigungsmoleküle. So ist es zum Beispiel bekannt, daß bei Excimerlasern die Moleküle CF₄ und CCl₄ in der Kammer vorhanden sind, die durch Reaktionen des Halogenanteils (Fluor bzw. Chlor) mit kohlenstoffhaltigen Materialien, wie allen Kunststoffisolatoren, entstehen. Zwar sind diese Moleküle gasförmig und lagern sich deshalb nicht als Verunreinigung auf den Fenstern ab, jedoch kann es aufgrund der hohen Intensität des Laserstrahls in der Entladungskammer zu Aufspaltungen der Moleküle (Dissoziationen) kommen und somit Kohlenstoff entste­ hen, der sich als Film auf den Innenflächen der Fenster nieder­ schlagen kann. Besonders bei Excimerlasern ist dieser Vorgang bekannt, da aufgrund der kurzen Wellenlängen des Lasers und der hohen Spitzenleistungen hohe Dissoziationsraten auftreten können.

Aufgrund der vorstehenden Gründe und auch aus anderen Gründen ist es deshalb häufig erforderlich, die Innenoberfläche der Fenster von Gasentladungslasern regelmäßig zu reinigen oder gar die Fenster auszutauschen. Hierzu müssen die Fenster ausgebaut werden.

Bei bekannten Vorrichtungen zum Befestigen von Fenstern an Gas­ entladungslasern ist der Austausch oder die Reinigung des Fen­ sters relativ aufwendig. Zunächst muß der Druck in der Entla­ dungskammer dem äußeren Luftdruck angepaßt werden. Dann müssen die üblichen Befestigungsschrauben, mit denen das Fenster gegen einen Dichtring an der Entladungskammer gedrückt ist, gelöst werden. Sodann wird das Fenster mitsamt dem Dichtring abgenom­ men. Nun erst kann das Fenster gereinigt oder ein neues Fenster eingesetzt werden. Danach müssen die Befestigungsschrauben wie­ der angezogen werden.

Während dieser Arbeiten ist die Fensteröffnung zur Entladungs­ kammer normalerweise für mindestens eine halbe Minute offen. Somit kann Luft mitsamt ihren Verunreinigungen, insbesondere Wasser, in das Innere der Laserkammer eindringen. Luftfeuchtig­ keit reagiert mit Resten dieser Halogenkomponente zu unerwünsch­ ten Verbindungen, die später den Laserbetrieb stören können. Andererseits können auch Reste des Laser-Gas-Gemisches aus der Laserkammer in den umgebenden Raum gelangen, was besonders bei Excimerlasern mit ihrer halogenhaltigen Komponente u.a. aus gesundheitlichen Gründen höchst unerwünscht ist.

Ein weiterer Nachteil bekannter Vorrichtungen zum Befestigen von Fenstern an Gasentladungslasern liegt darin, daß beim Aus­ bau des Fensters ein Freiraum in Richtung der Strahlachse er­ forderlich ist. Wenn eine Optik zur Führung des Laserstrahls direkt am Laser angeordnet ist, so muß zum Reinigen oder Aus­ tauschen des Fensters auch diese Optik demontiert werden, was nicht nur zeitaufwendig ist, sondern wodurch auch eine präzise Justierung gestört werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Befestigen eines Fensters an einem Gasentladungslaser zu schaf­ fen, welche ein einfaches Reinigen oder Austauschen des Fen­ sters ermöglicht, und dabei gleichzeitig gewährleistet, daß der Eintritt von Fremdgasen in die Laserkammer und auch der Aus­ tritt von Gasen aus der Laserkammer auf ein Minimum reduziert sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Fen­ ster in einem quer zur Strahlachse des Lasers verschiebbaren Schieber angeordnet ist, der in zumindest zwei in bezug auf die Strahlachse verschiedene Stellungen bewegbar ist.

Da der Schieber erfindungsgemäß quer (in der Regel 90°) zur Strahlachse des Lasers verschiebbar ist, braucht das Fenster zum Reinigen bzw. Austauschen nicht in Richtung der Strahlachse entfernt zu werden, so daß eine unmittelbar vor dem Fenster an­ geordnete Optik nicht abgebaut zu werden braucht.

Bevorzugt weist der Schieber zwei planparallele, großflächige Seitenflächen auf und das Fenster nimmt nur eine relativ kleine Fläche in bezug auf die Gesamtfläche des Schiebers ein. Der Schieber kann dann mitsamt dem Fenster aus derjenigen Position herausgeschoben werden, in welcher das Fenster die Fensteröff­ nung der Laserkammer verschließt (Normalstellung). In der her­ ausgeschobenen Stellung ist das Fenster zur Reinigung bzw. zum Austausch hinreichend frei zugänglich. Gleichzeitig verschließt der Schieber nun mit einem Teil seiner freien Seitenfläche die Fensteröffnung, so daß kein Gasaustausch zwischen dem Inneren der Laserkammer und der äußeren Atmosphäre stattfinden kann. Bevorzugt wird der Schieber in dieser Stellung gegen einen in seiner Position verbliebenen Dichtring angepreßt.

Es ist auch möglich, den Schieber mit mehr als einem Fenster zu versehen, so daß beim Verschieben desselben in unterschiedliche Stellungen verschiedene Fenster vor die Fensteröffnung gebracht werden können.

Die Anpressung des Schiebers gegen den die Fensteröffnung umfassenden Dichtring erfolgt bevorzugt mit einer einfachen Keilanordnung. Es ist auch möglich, den Schieber mit anderen Mitteln gegen den Dichtring zu pressen, zum Beispiel mittels eines exzentrischen Druckelementes, Schrauben etc.

Die Bewegung des Schiebers in die unterschiedlichen Stellungen kann von Hand, bevorzugt mittels eines Hebels, elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Ein Gasentladungslaser 1 weist im Bereich seines Fensters eine erste Führung 2 auf, in welcher ein als solcher bekannter ela­ stischer Dichtring (nicht gezeigt) geführt ist. Der Dichtring umfängt in der Betriebsstellung des Lasers ein Fenster, durch dessen Mitte die Strahlachse A verläuft.

Ein Schieber 3 mit großflächigen Seitenflächen 3 a und 3 b ist in Richtung des Pfeiles B senkrecht zur Strahlachse A verschieb­ bar. In der in der Figur gezeigten Stellung ist ein Fenster 6 aus der Betriebsstellung bewegt, so daß es zur Reinigung oder zum Austausch zugänglich ist.

Gemäß der Figur sind weiterhin zwei Keilelemente 4, 5 vorge­ sehen, von denen das innere Keilelement 4 ebenfalls in Richtung des Pfeiles B verschiebbar ist. Wird der Keil 4 in Richtung auf die Strahlachse verschoben, so preßt er den Schieber 3 gegen den Dichtring in dem Führungselement 2. In der in der Figur ge­ zeigten Stellung verschließt dann der Schieber 3 die Fenster­ öffnung in dem Führungselement 2. Ist das Fenster 6 in der Fi­ gur aus der gezeigten Stellung heraus nach hinten in die Be­ triebsstellung verschoben, so drückt der Keil 4 das Fenster 6 gegen den Dichtring, so daß die Entladungskammer des Lasers 1 ebenfalls luftdicht abgeschlossen ist. Es versteht sich, daß der Keil 4 ebenso wie der gezeigte Keil 5 etwa mittig eine Öff­ nung aufweist, durch die der Laserstrahl austreten kann.

Zum Ausbau bzw. zur Reinigung des Fensters wird also, nachdem der Gasdruck in der Laserkammer an den äußeren Atmosphärendruck angepaßt wurde, der Keil 4 verschoben, um den Andruck des Fensters an den Dichtring aufzuheben. Der Keil 4 kann mit einem Hebel verschoben werden. Es ist auch möglich, den Keil mittels Schrauben oder elektromagnetisch oder pneumatisch oder hydrau­ lisch zu betätigen.

Wenn der Andruck des Fensters 6 an den Dichtring gelöst ist, wird der Schieber 3 mitsamt dem Fenster 6 soweit herausgezogen, daß das Fenster frei zugänglich ist. In dieser Stellung des Schiebers 3 kann nun der Keil 4 wieder in die Arbeitsstellung gebracht werden, wodurch der Schieber mit einer durchgängig ge­ schlossenen Fläche oder mit einem anderen Fenster (nicht ge­ zeigt) gegen den Dichtring gepreßt wird.

Das eventuell verschmutzte Fenster 6 kann gereinigt oder ausge­ tauscht werden.

Der gesamte Vorgang des Lösens des Keiles 4, des Verschiebens des Schiebers 3 und des Zurückbringens des Keiles 4 in die Ar­ beitsstellung benötigt nicht mehr als 1 bis 2 Sekunden. Der Gasaustausch zwischen dem Inneren der Laserkammer und der äuße­ ren Atmosphäre ist auf ein Minimum reduziert.

Nach dem Reinigen oder Austauschen des Fensters 6 wird der Keil 4 wieder gelöst, der Schieber 3 mit dem sauberen Fenster in die Betriebsstellung gebracht und der Keil 4 wiederum in die Ar­ beitsstellung gedrückt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Befestigen eines Fensters (6) an einem Gasentladungslaser (1) , gekennzeichnet durch einen quer zur Strahlachse (A) des Lasers verschiebbaren Schie­ ber (3), an dem zumindest ein Fenster (6) befestigbar ist und der in zumindest zwei in bezug auf die Strahlachse (A) verschiedenen Stellungen arretierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (3) zwei planparallele, großflächige Seiten­ flächen (3 a, 3 b) aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (3) mittels eines Hebels in die verschiedenen Stellungen bringbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (3) elektromagnetisch in die verschiedenen Stellungen bringbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (3) pneumatisch oder hydraulisch in die ver­ schiedenen Stellungen bringbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (3) mittels einer Keilanordnung (4, 5) gegen einen Dichtring anpreßbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (3) mittels eines Hebels gegen einen Dichtring anpreßbar ist.