DE69201121T2

DE69201121T2 - Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre.

Info

Publication number: DE69201121T2
Application number: DE69201121T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Hiroshima
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-08-27
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2012-08-26
Also published as: EP0530000A1; EP0530000B1; DE69201121D1; JP2725493B2; US5251223A; JPH0555665A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Argon-Ionen-Laserröhre und insbesondere eine Argon-Ionen-Laserröhre, bei der eine Fehlausrichtung von Teilspiegeln, die beim Einschalten und Ausschalten der Röhre verursacht wird, verringert und folglich die Ausgangscharakteristik stabilisiert wird.

2. Stand der Technik

JP-A-01 084 763 offenbart eine bekannte Argon-Ionen- Laserröhre, die gemäß Fig. 1 aufweist: eine Anode 1 und eine Glühkatode 2, die beide als elektrische Entladungselektroden dienen, eine Laserröhre 3 zum Anregen von Argon-Ionen des Lasermediums, eine wärmeabstrahlende Platte 4 zum Abstrahlen von viel Wärme, die in der Laserröhre 3 erzeugt wird, einen Katodenkolben 5, der als Gehäuse zum Umschließen der Glühkatode 2 dient und außerdem als Träger für einen Gastank und einen total reflektierenden Spiegel 6b dient, einen halbtransparenten Spiegel 6a, der zusammen mit dem total reflektierenden Spiegel 6b einen optischen Resonator bildet, Glühkatoden- Einführungsstäbe 20, die dazu dienen, die Glühkatode 2 mit Energie zu versorgen und einen elektrischen Entladungsstrom mit der Außenseite zu verbinden, und einen Isolator 21 zum elektrischen Isolieren der Glühkatoden-Einführungsstäbe 20 und des Katodenkolbens 5. Die Argon-Ionen-Laserröhre ist auf einer Grundplatte als Teil eines Laseroszillators ebenso angeordnet wie eine Argon-Ionen-Laserröhre einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3.
Die bekannte Argon-Ionen-Laserröhre arbeitet folgendermaßen:
Gemäß Fig. 1 und 2 wird eine elektrische Entladung zwischen der Anode 1 und der Glühkatode 2 erzeugt, um Argon-Ionen in der Laserröhre anzuregen. Laserschwingung und Lichtverstärkung werden in dem optischen Resonator ausgeführt, der aus dem halbtransparenten Spiegel 6a und dem total reflektierenden Spiegel 6b zusammengesetzt ist. Eine abgegebene Laserlichtmenge wird von dem halbtransparenten Spiegel 6a abgeleitet. Daraufhin erzeugt die Laserröhre 3 aufgrund der elektrischen Entladung viel Wärme, von der der größte Teil von der wärmeabstrahlenden Platte 4 nach außen abgegegeben wird und von der ein Teil zum Katodenkolben 5 übertragen wird.
Die oben beschriebene bekannte Argon-Ionen-Laserröhre hat jedoch einen Nachteil: Es entstehen Temperaturdifferenzen zwischen den verschiedenen Abschnitten auf dem Katodenkolben in Abhängigkeit von der Wärmemenge, die zum Katodenkolben 5 übertragen wird, und von Luftströmen, die von einem auf dem Laseroszillator angeordneten Kühlluftgebläse aus gelenkt werden, wodurch eine Fehlausrichtung des total reflektierenden Spiegels 6b auftritt, der am Katodenkolben 5 angeordnet ist. Insbesondere bei der Anregung der Argon-Ionen-Laserröhre aus ihrem kalten Zustand ist eine Fehlausrichtung der Spiegel sehr schwerwiegend, weil die Temperaturverteilung im Betrieb sehr verschieden von der Temperaturverteilung im Nichtbetrieb ist, so daß die abgegebene Lichtmenge des Lasers unmittelbar nach der Auslösung der elektrischen Entladung mit einem sehr viel niedrigeren Wert beginnt als während des Normalbetriebs und sich allmählich der abgegebenen Lichtmenge im Normalbetrieb nähert

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen definiert, auf die jetzt Bezug genommen werden soll. Bevorzugte Merkmale werden in den abhängigen Ansprüchen genannt.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Argon-Ionen- Laserröhre ist Metall oder Keramik mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als der des Katodenkolbens mit dem Katodenkolben verbunden zum Halten des Spiegels in einer Richtung, in der der Katodenkolben seine Temperaturdifferenzen aufweist, z.B. auf der oberen oder der unteren Seite des Katodenkolbens, wenn er Temperaturdifferenzen in vertikaler Richtung aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Beispiels einer bekannten Argon-Ionen-Laserröhre;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Argon-Ionen-Laserröhre;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Inneren der erfindungsgemäßen Argon-Ionen-Laserröhre, wie sie auf einem Laseroszillator angeordnet ist;
Fig. 4 ist eine hintere Seitenansicht der Argon-Ionen- Laserröhre gemäß Fig. 2, vom Katodenkolben aus betrachtet; und
Fig. 5 ist eine hintere Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Argon-Ionen-Laserröhre, vom Katodenkolben aus betrachtet.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Gemäß Fig. 2 und 3 ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform der luftgekühlten Argon-Ionen-Laserröhre in einer Schnittansicht dargestellt. Wie in der Figur dargestellt, wird Argon-Gas als Medium, das in einer Laserröhre eingeschlossen ist, zwischen einer Anode 1 und einer Glühfaden-Glühkatode 2 elektrisch entladen, und die Stromdichte längs eines verlängerten elektrischen Entladungsweges in einer Laserröhre 3 wird zur Anregung einer Laserschwingung erhöht. Die Laserröhre 3 schließt den eingeengten elektrischen Entladungsweg ein und weist folglich auf diesem eine höhere elektrische Impedanz auf, wodurch fast die gesamte elektrische Entladungsenergie entlang diesem Teil als Wärme verlorengeht. Die Wärme wird an eine Anzahl wärmeabstrahlender Platten 4 übertragen und in die Luft abgestrahlt. Ein Katodenkolben 5 ist so ausgeführt, daß er die Glühkatode 2 und einen Spiegel 6a eines Spiegelpaars 6a, 6b trägt, das einen optischen Resonator bildet.
Die Laserröhre wird von einem Halteteil 12 einer Grundplatte 8 mittels eines Isolators 11 als Teil des Laseroszillators gehalten, und ein Teil der wärmeabstrahlenden Platten 4 wird von einem Kühlluftgebläse 10, das auf einem Deckel 9 angeordnet ist, insbesondere zwangsweise luftgekühlt. Ein Luftstrom, der vom Gebläse 10 gebildet wird, wird auch im Inneren des Laserresonators oder um den Katodenkolben 5 herum ausgebildet, zusätzlich zu dem Teil der wärmeabstrahlenden Platte 4. Aufgrund des Luftstroms entsteht dort eine Temperaturdifferenz senkrecht zum Katodenkolben 5. Eine tatsächliche Messung zeigt, daß der Katodenkolben 5 an seiner Oberseite eine niedrigere Temperatur aufweist als an seiner Unterseite. Zum Kompensieren der Differenz zwischen der oberen und der unteren Wärmeausdehnung aufgrund der vorstehend erwähnten Temperaturdifferenz, ist in der vorliegenden Ausführungsform ein stabförmiges Element 7a mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der größer als der des Katodenkolbens 5 ist, mit der Oberseite des Katodenkolbens 5 durch Schweißen usw. verbunden, wie in Fig. 4 dargestellt.
Hierdurch wird die Verlängerung der Unterseite des Katodenkolbens 5 mit der Verlängerung des eine Wärmeausdehnung kompensierenden Elements 7a kompensiert, das mit der Oberseite des Katodenkolbens 5 verbunden ist, und folglich kann verhindert werden, daß sich der Spiegel 6b, der vom Katodenkolben 5 gehalten wird, falsch ausrichtet.
In Fig. 5 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein plattenförmiges Element 7b, das in Übereinstimmung mit der äußeren Form des Katodenkolbens 5 gestaltet ist, mit dem Katodenkolben 5 so verbunden ist, daß die obere Hälfte des Katodenkolbens 5 im wesentlichen vollständig bedeckt wird, und zwar anstelle des eine Wärmeausdehnung kompensierenden Elements des Katodenkolbens 5 in der ersten Ausführungsform, wobei sich der gleiche Effekt wie bei der ersten Ausführungsform zeigt.
Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Temperaturdifferenz senkrecht zum Katodenkolben 5 entsteht, ergibt sich im Hinblick auf die Befestigungsposition des Kühlluftgebläses 10 eine andere Situation, wobei veränderte Abschnitte vorhanden sind, wo Temperaturdifferenzen entstehen, und zwar aufgrund der Auswirkungen der Befestigungsposition des Resonators. Bei dieser Situation ist es erforderlich, ein eine Wärmeausdehnung kompensierendes Element so anzuordnen, daß die durch Temperaturdifferenzen bedingten Wärmeausdehnungsdifferenzen kompensiert werden.
Gemäß dem vorliegenden System werden Bestandteile mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung auf dem Katodenkolben angeordnet, um zu verhindern, daß aufgrund thermischer Unausgeglichenheit des Katodenkolbens, eine Wärmeausdehnungsdifferenz entsteht, und um dadurch zu verhindern, daß die Spiegel, die vom Katodenkolben gehalten werden, falsch ausgerichtet werden. Es können folglich Veränderungen der Spiegelausrichtung solange verringert werden, bis sich die Laserröhre thermisch stabilisiert hat, nachdem aus ihrem ausgeschalteten Zustand umgeschaltet worden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Aufbaucharakteristik einer abgegebenen Laserlichtmenge zu verbessern und zu verhindern, daß sich die optische Achse des von dem halbtransparenten Spiegel abgegebenen Laserlichts verschiebt.

Claims

1. Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre mit:

einer Laserröhre (3) zur Anregung einer Laseroszillation,

einer Anzahl wärmeabstrahlender Platten (4), die jeweils an der Außenseite der Laserröhre angebracht sind, einem metallischen Kathodenkolben (5), der mit einem Ende der Laserröhre verbunden ist,

einer Anode (1), die in der Nähe des anderen Endes der Laserröhre angeordnet ist,

einer fadenförmigen Glühkathode (2), die im Kathodenkolben angeordnet ist,

einem halbtransparenten Spiegel (6a), der an dem anderen Ende der Laserröhre angeordnet ist, und

einem total reflektierenden Spiegel (6b), der am Kathodenkolben an einer Stelle gegenüber dem einen Ende der Laserröhre angeordnet ist;

wobei der halbtransparente Spiegel und der total reflektierende Spiegel einen optischen Resonator bilden und einem eine Wärmeausdehung kompensierendes Element (7a, 7b), das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der von dem des Kathodenkolbens verschieden ist, und am Kathodenkolben zur Kompensation einer Temperaturdifferenz zwischen Abschnitten des Kathodenkolbens befestigt ist.

2. Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre nach Anspruch 1, wobei das eine Wärmeausdehnung kompensierende Element, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der größer als der des Kathodenkolbens ist, an einem Abschnitt des Kathodenkolbens mit niedriger Temperatur angebracht ist.

3. Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre nach Anspruch 1, wobei das eine Wärmeausdehnung kompensierende Element ein stabförmiges Element ist, das sich axial zur Laserröhre erstreckt.

4. Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre nach Anspruch 1, wobei das eine Wärmeausdehnung kompensierende Element ein plattenförmiges Element ist, das einen Teil des Kathodenkolbens bedeckt.

5. Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre nach Anspruch 1, wobei das eine Wärmeausdehnung kompensierende Element einen metallischen Werkstoff enthält.

6. Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre nach Anspruch 1, wobei das eine Wärmeausdehnung kompensierende Element Keramik enthält.

7. Luftgekühlte Argon-Ionen-Laserröhre mit:

einer Laserröhre (3) zur Anregung einer Laseroszillation,

einem metallischen Kathodenkolben (5), der mit einem Ende der Laserröhre verbunden ist,

einer Glühkathode (2), die im Kathodenkolben angeordnet ist, und

einem halbtransparenten Spiegel (6a) und einem total reflektierenden Spiegel (6b), die einen optischen Resonator bilden,

wobei der erste der Spiegel am anderen Ende der Laserröhre angeordnet ist, und der zweite Spiegel am Kathodenkolben an einer Stelle gegenüber dem einen Ende der Laserröhre angeordnet ist,

gekennzeichnet durch ein eine Wärmeausdehnung kompensierendes Element (7a, 7b), das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der von dem des Kathodenkolbens verschieden ist, und am Kathodenkolben zur Kompensation der Temperaturdifferenz zwischen Abschnitten des Kathodenkolbens befestigt ist.