DE3914668A1

DE3914668A1 - Argon gas laser with integrated mirrors - has damping elements and/or bracing to counteract vibrations in range 10 to 1,000 Hz

Info

Publication number: DE3914668A1
Application number: DE19893914668
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Hahn; Hans Krueger; Hans Golser; Klemens Huebner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: LASOS LASER-FERTIGUNG GMBH, 07745 JENA, DE
Priority date: 1989-05-03
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1990-11-15

Abstract

The mirrors are joined to the laser's vacuum vessel. In one design the damping elements (8,9) support the mountings (5,6) by means of which the storage vessels (3,4) for the mirrors (1,2) are mechanically attached to an external housing. The damping elements comprise regions of hard material encompassed by softer masses. In a second design the damping element is in the form of a ring located at the point where the larger diameter of the storage vessel narrows to a capillary section. A holder plate between the extremities of the unit provides additional damping. ADVANTAGE - Improvement in periodic stability of laser intensity.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaslaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Gaslaser ist aus der DE-OS 37 32 638 bekannt.The invention relates to a gas laser according to the preamble of Claim 1. Such a gas laser is from DE-OS 37 32 638 known.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, be steht in einer Verbesserung der zeitlichen Konstanz der Inten sität von Lasern nach dem Oberbegriff. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The object on which the present invention is based be stands in an improvement of the temporal constancy of the Inten sity of lasers according to the generic term. This task is accomplished by the characterizing features of claim 1 solved.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Intensitäts schwankungen eines Argon-Lasers durch Bedämpfung von mechani schen Schwingungen des Lasergehäuses herabgesetzt oder beseitigt werden können. Die mechanischen Schwingungen des Lasers können zu einem rythmischen Verkippen der Spiegel führen, welches wiederum zur Dejustierung des Laserstrahles und zum Streifen des Laserlichtes an der Wand der Kapillare führt, wodurch die Inten sität der Laserstrahlung geschwächt wird.The invention is based on the knowledge that intensity fluctuations of an argon laser by damping mechani vibrations of the laser housing are reduced or eliminated can be. The mechanical vibrations of the laser can lead to a rhythmic tilting of the mirror, which again for misalignment of the laser beam and for streaking the Laser light on the wall of the capillary leads, causing the inten strength of the laser radiation is weakened.

Zur Bedämpfung der Schwingungen reichen Maßnahmen, die aus dem Stand der Technik zu entnehmen sind, noch nicht aus. Beispiels weise der Haltering am Katodenraum (1) der Entgegenhaltung führt nicht zu einer ausreichenden Bedämpfung der Schwingungen. Hierzu sind spezielle Dämpfungsglieder erforderlich. Bevorzugte Beispiele von Dämpfungsgliedern sind in den Unteransprüchen abgehandelt. Dabei wird eine Reduzierung der Laserleistungs- oder Strahllage- Schwankungen bis zu 50% erreicht. Dies wirkt sich insbesondere für den Einsatz in der Reprografie sehr deutlich positiv aus, da ohne erfindungsgemäße Bedämpfung von Schwingungen störende Intensitätsunterschiede im Reprogramm entstehen. Intensitäts schwankungen stören auch bei einer Nachrichtenübertragung. Ins besondere bei starker Anregung von Schwingungen durch äußere Einflüsse ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft einsetzbar. Measures which can be gathered from the prior art are not yet sufficient to dampen the vibrations. For example, the retaining ring on the cathode compartment ( 1 ) does not lead to sufficient damping of the vibrations. This requires special attenuators. Preferred examples of attenuators are dealt with in the subclaims. This reduces the laser power or beam position fluctuations by up to 50%. This has a very clearly positive effect, particularly for use in reprography, since disturbing intensity differences occur in the reprogram without damping vibrations according to the invention. Fluctuations in intensity also interfere with message transmission. The present invention can be used with particular advantage when vibrations are strongly excited by external influences.

Die Schwingungen lassen sich beispielsweise am fertigen Laser durch hollografische Interferometrie messen, wobei die Dämpfungs glieder vorzugsweise im Bereich starker mechanischer Schwingungs amplituden angebracht werden.The vibrations can be, for example, on the finished laser measure by hollographic interferometry, the attenuation links preferably in the area of strong mechanical vibrations amplitudes are attached.

Vorzugsweise wird die Erfindung bei einem Argon-Laser so ausge bildet, daß eine Halterung an zumindest einem starr mit dem La serspiegeln verbundenen Gehäuseteil mit relativ großen Außen durchmesser angreift und daß diese Halterung über unterschied liches elastisches Dämpfungsmaterial an der Außenwand des Ge häuseteiles anliegt. Die Halterung enthält dabei vorteilhaft ei nen Haltering, wobei zwischen dem Haltering und den Gehäuseteil voneinander beabstandete Bereiche unterschiedlicher Vergußmassen angeordnet sind.The invention is preferably implemented in this way in an argon laser forms a bracket on at least one rigid with the La mirror connected housing part with a relatively large outside diameter attacks and that this bracket is different Lich elastic damping material on the outer wall of the Ge part of the house. The holder advantageously contains egg NEN retaining ring, being between the retaining ring and the housing part spaced apart areas of different potting compounds are arranged.

Vorteilhaft sind Bereiche einer ersten Vergußmasse von Bereichen einer zweiten Vergußmasse zumindest teilweise umhüllt. Diese Aus führungsform läßt sich einfach herstellen, in dem die Bereiche der ersten, vorzugsweise nach dem Verfestigen härteren Vergußmas se zunächst eingebracht werden und nach deren Aushärten die Zwi schenräume mit der zweiten Vergußmasse ausgefüllt werden. Die erste Vergußmasse hat hierbei vorteilhaft eine Shorehärte A 47, die zweite Vergußmasse eine Shorehärte A 25. Auch eine Ausführungs form, in der Bereiche einer zweiten Dämpfungsschicht in radialer Richtung über Bereichen einer ersten Dämpfungsschicht angeordnet sind, ergibt eine vorteilhafte Dämpfung der Schwingungen.Areas of a first casting compound of areas are advantageous a second potting compound at least partially enveloped. This out leadership form is easy to manufacture in which the areas the first, preferably after the harder potting compound has solidified se are first introduced and after their hardening, the intermediate rooms are filled with the second potting compound. The the first casting compound advantageously has a Shore hardness A 47, the second casting compound has a Shore hardness of A 25. Also an execution shape, in the areas of a second damping layer in radial Direction arranged over areas of a first damping layer are an advantageous damping of the vibrations.

Eine weitere Maßnahme, die alleine oder in Verbindung mit den beschriebenen Maßnahmen angewendet werden kann, besteht darin, daß im Bereich plötzlicher Durchmesseränderungen im Gehäuse Ver stärkungen angebracht sind. Vorteilhaft ist z.B. am Ansatz ei nes Vorratsgefäßes ein Ring aus Metall aufgeklebt, wobei die Klebung sowohl am Vorratsgefäß als auch am angrenzenden Rohr ge währleistet ist und wobei der Kleber zumindest bis etwa 150°C temperaturstabil ist. Diese Klebung eignet sich insbesondere für ein nachträgliches Anbringen von Metallringen, die beispiels weise aus zwei Hälften zusammengesetzt sein können. Sie weist eine ausreichende Elastizität auf und gewährleistet, daß im ge samten Temperatureinsatzbereich des Gaslasers eine ausreichende Haftung des Ringes am Gehäuse gegeben ist. Sofern die angrenzen den Teile aus Metall bestehen, empfiehlt es sich, die Verstär kungen aufzulöten oder aufzuschweißen.Another measure taken alone or in conjunction with the described measures can be applied that in the area of sudden diameter changes in the housing Ver reinforcements are appropriate. It is advantageous e.g. at the approach egg Nes storage vessel glued a ring of metal, the Adhesive to both the storage vessel and the adjacent pipe is guaranteed and the adhesive at least up to about 150 ° C. is temperature stable. This adhesive is particularly suitable for a subsequent attachment of metal rings, for example can be composed of two halves. She points sufficient elasticity and ensures that in ge sufficient temperature range of the gas laser Adhesion of the ring to the housing is given. If the border the parts are made of metal, it is recommended to use the reinforcement soldering or welding.

Vorteilhaft ist eine zweite Halterung vorgesehen, wobei die bei den Halterungen an relativ steifen Gehäuseteilen angreifen und wobei an diese Gehäuseteile Halterungen für Laserspiegel angren zen. Durch diese Ausführungsform wird eine besonders stabile Fixierung der Laserspiegel erreicht.A second holder is advantageously provided, the at attack the brackets on relatively rigid housing parts and where holders for laser mirrors adjoin these housing parts Zen. This embodiment makes it particularly stable Fixation of the laser mirror reached.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Laser über zwei Halte glieder auf einer Montageplatte befestigt, wobei zumindest ein Übergang zwischen einem Gehäuseteil mit kleinerem und einem Ge häuseteil mit größerem Durchmesser eine Versteifung angebracht ist. In derartigen Übergängen treten Knickschwingungen auf, deren Bedämpfung bereits eine beträchtliche Erhöhung der Intensitäts stabilität bewirkt.In a further embodiment, the laser has two stops members attached to a mounting plate, at least one Transition between a housing part with a smaller and a Ge housing part with a larger diameter attached a stiffener is. In such transitions, buckling vibrations occur Damping already a considerable increase in intensity stability brings about.

Die Erfindung wird nun anhand von 4 Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispielen beschränkt.The invention will now be explained in more detail with reference to 4 figures. they is not limited to the examples shown in the figures.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Laser in teilweise geschnittener und gebrochener Darstellung schematisch. Fig. 1 shows a laser according to the invention in a partially cut and broken view schematically.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Gaslaser nach Fig. 1. FIG. 2 shows a cross section through a gas laser according to FIG. 1.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Gas lasers. Fig. 3 shows another example of a gas laser according to the invention.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit eines Lasers nach Fig. 3. FIG. 4 shows a detail of a laser according to FIG. 3.

Ein Gaslaser, insbesondere Argon-Laser enthält Resonatorspiegel 1 und 2, die an relativ steif ausgeführten Vorratsgefäßen 3 und 4 für Lasergas gehalten sind. Die Vorratsgefäße 3 und 4 sind durch Halterung 5 und 6 mit einem nicht dargestellten äußeren Gehäuse mechanisch fest verbunden. Die Halterung 6 besitzt eine Membrane 7, welche Längenänderungen des Lasers in Folge Temperaturschwan kungen ausgleicht und dabei eine einwandfreie Justierung des La sers in radialer Richtung gewährleistet. A gas laser, in particular an argon laser, contains resonator mirrors 1 and 2 which are held on storage vessels 3 and 4 for laser gas which are of relatively rigid construction. The storage vessels 3 and 4 are mechanically firmly connected by brackets 5 and 6 to an outer housing, not shown. The bracket 6 has a membrane 7 , which compensates for changes in length of the laser as a result of temperature fluctuations and thereby ensures proper adjustment of the laser in the radial direction.

Die Halterungen 5 und 6 sind jeweils durch Dämpfungsglieder 8, 9 gegen die Vorratsgefäße 3 bzw. 4 abgestützt. Das Dämpfungsglied 8 enthält Bereiche einer ersten, vorzugsweise härteren Dämpfungs masse 10, welche von einer zweiten, vorzugsweise weicheren Dämp fungsmasse 11 teilweise eingehüllt sind. Die Dämpfungsmasse 10 wurde in den Spalt als erstes eingebracht, nach deren Aushärten wurden die verbleibenden Bereiche mit Dämpfungsmasse 11 ausge füllt. Diese Ausführungsform läßt sich gut herstellen. Harte Dämpfungsmassen mit z.B. einer Shorehärte A 47 besitzen in der Regel eine geringere Haftfähigkeit zu den angrenzenden Metallbe reichen als weiche Dämpfungsmassen mit z. B. einer Shorehärte A 25. Der so entstandene Verbundwerkstoff gibt einen festhaftenden Ring, wobei die unterschiedlichen Dämpfungsmassen in einer breit bandigen Bedämpfung der Schwingungen zusammenwirken. Ein ähn liches Zusammenwirken von Bedämpfungsmassen entsteht auch im Dämpfungsglied 9, bei dem zwei verschiedene Dämpfungsschichten in radialer Richtung übereinander angeordnet sind. Auch hier er gänzen sich die Dämpfungseigenschaften vorteilhaft.The brackets 5 and 6 are each supported by damping elements 8 , 9 against the storage vessels 3 and 4 , respectively. The attenuator 8 contains areas of a first, preferably harder damping mass 10 , which are partially enveloped by a second, preferably softer damping mass 11 . The damping mass 10 was introduced into the gap first, after curing, the remaining areas were filled with damping mass 11 . This embodiment is easy to manufacture. Hard damping masses with, for example, a Shore hardness A 47 usually have a lower adhesion to the adjacent Metallbe than soft damping masses with z. B. A Shore hardness A 25. The resulting composite material gives a firmly adhering ring, the different damping masses interacting in a broad-band damping of the vibrations. A similar interaction of damping masses also occurs in the damping member 9 , in which two different damping layers are arranged one above the other in the radial direction. Here, too, the damping properties complement each other advantageously.

Am Übergang vom Durchmesser der Laserkapillare 14 zum Durchmesser des Vorratsgefäßes 3 wurde ein Dämpfungsglied 12 in Form einer Metallscheibe angebracht und mit einer Kleberschicht 13 sowohl am Vorratsgefäß 3 als auch an einem Ansatzstück 15 mit dem Durch messer der Laserkapillare 14 verklebt. Dies bewirkt eine Verstei fung und eine Dämpfung von Knickschwingungen, die Stabilität der Laserleistung wird erhöht.At the transition from the diameter of the laser capillary 14 to the diameter of the supply vessel 3 a damping member was attached in the form of a metal disc 12 and bonded with an adhesive layer 13 on both the supply vessel 3 and on an extension piece 15 with the diameter of the laser capillary fourteenth This causes stiffening and damping of buckling vibrations, the stability of the laser power is increased.

In einer Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird der Vorratsbehälter 3 mit einer Schelle 16 über eine Halterung 17 an einer Halteplatte 18 fixiert. Das Vorratsgefäß 4 wird ebenfalls über eine Schelle 19 und eine Halterung 20 an der Halteplatte 18 fixiert, wobei die Schelle 19 über eine Federplatte 22 in achsialer Richtung beweglich an der Halteplatte 18 angebracht ist. Ein Dämpfungs glied 21 in Form eines Ringes ist am Übergang vom kleinen Durch messer der Kapillare 14 zum großen Durchmesser des Vorratsgefäßes 3 angebracht. Durch die Halteplatte 18 ergibt sich eine zusätz liche Bedämpfung der Schwingungen. Von außen kommende Schwingungen werden nicht direkt auf das Lasergehäuse übertragen, so daß hier die Versteifung durch das Dämpfungsglied 21 zur Bedämpfung der Schwingungen ausreicht.In an embodiment according to FIG. 3, the storage container 3 is fixed to a holding plate 18 with a clamp 16 via a holder 17 . The storage vessel 4 is also fixed to the holding plate 18 via a clamp 19 and a holder 20 , the clamp 19 being attached to the holding plate 18 so as to be movable in the axial direction via a spring plate 22 . A damping member 21 in the form of a ring is attached to the transition from the small diameter of the capillary 14 to the large diameter of the storage vessel 3 . Through the holding plate 18 there is an additional Liche damping of the vibrations. Vibrations coming from outside are not transmitted directly to the laser housing, so that the stiffening by the damping member 21 is sufficient to dampen the vibrations.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung kann auch eine hochpräzise Strahllage von beispielsweise weniger als 25 µ pro Meter Strahl abweichung auf Dauer eingehalten werden.The design according to the invention also enables high-precision Beam position of, for example, less than 25 µ per meter of beam deviations are maintained in the long term.

Mit einer erfindungsgemäßen Dämpfung läßt sich eine Verringerung der besonders störenden Frequenzen zwischen etwa 200 und 500 Hz nach der folgenden Tabelle erreichen:A reduction can be achieved with a damping according to the invention the particularly disturbing frequencies between about 200 and 500 Hz according to the following table:

Claims

1. Gas laser with integrated mirrors rigidly connected to the vacuum vessel of the laser, in which the vacuum vessel is fixed at least at one point via a holder to an outer housing, characterized in that damping members and / or stiffeners for damping the mechanical vibrations in the Range of about 10 to 1000 Hz are appropriate.

2. Gas laser according to claim 1, characterized in that it is an argon Laser is that it is rigidly attached to at least one bracket the laser mirror connected housing part with relatively large Outside diameter attacks and that this bracket over under different elastic damping material rests on the housing part.

3. Gas laser according to claim 2, characterized in that the bracket contains a retaining ring that between the retaining ring and the Ge parts of the house spaced apart from each other Potting compounds are arranged.

4. Gas laser according to claim 2, characterized in that areas ei ner first potting compound from areas of a second potting compound are enveloped.

5. Gas laser according to claim 2, characterized in that two damping layers of elastic materials with different strengths speed are arranged one above the other in the radial direction.

6. Gas laser according to claim 1, characterized in that in the area a sudden change in diameter in the housing at least one stiffening attenuator is attached.

7. Gas laser according to claim 6, characterized in that at the approach a metal storage ring is glued on that the Adhesive to both the storage vessel and the adjacent pipe is guaranteed and that the adhesive at least up to about 150 ° C. is temperature stable.

8. Gas laser according to claim 6, characterized in that the damping limb is soldered or welded on.

9. Gas laser according to claim 1, characterized in that a second Bracket is provided and that the two brackets on rela Actively stiff housing parts attack the few stiff or mechanically sensitive holders for the laser mirror limit.

10. Gas laser according to claim 1, characterized in that the laser is attached to a mounting plate via two holding members and that with at least one transition between a housing part small to a housing part with a larger diameter a Ver stiffness is attached.