DE8323790U1 - Gaslaser mit einer federgestützten Kapillare - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA $3 P 1 6 Q 2 DE

Gaslaser mit einer federgestützten Kapillare, ϊ ι

Die Erfindung bezieht sieh auf einen Oaslaser gemäß dem Oberbegriff des Anepruoha 1. Bin· solche Laserruhre wird in der US-PS 39 88 698 beschrieben. 10

Sei der bekannten Laaeraueführung umgibt ein zylindrischer, mit metallischen fiodplatten versehener Glasmantel •ine Glaekapillare und hohle Kaltkathode. Die Kapillare hat ein auf getrichtertes finde, an dem sie mit dem Glaste mantel und der einen findplatte verschmolzen ist; das andere Kathodenende - es ragt etwas in den Kathodenhohlraum hinein - wird duroh eine aufgeschobene Sttetzfeder in Position gehalten· Diese Feder wird dabei duroh die Kathode, die ihrerseits durch eine elastisch gestaltete Zuleitung gegen die andere findplatte abgefedert wird, an eine umlaufende Hanteleinsehnurung gedruckt.

Bin solcher Laser IMSt sieh relativ einfach zusammenbauen und ist auch mechanisch recht robust. Sei stärkeren Erschütterungen kann es allerdinge vorkommen, daß 61e aus ihrer Ursprüngslage herausgetriebene Stützfeder nicht mehr zurückfindet, sondern in eimer neuen Position verbleibt, in der sie die KapiHarenaehse nri.«.i«igfl. verkippe. Sann sind aber die Spiegel nicht mehr optimal

3Ö ausgerichtet, mit der Folge, daß die Laserleistung abnimmt. Solche Dejustierüngen ließen sich weitgehend ver- | meiden, wenn man die betroffenen Teile und Flächen sehr \ eng toleriert; damit würde aber die Fertigung erheblich | belastet. R

' I Eine besonders stoßfeste Konstruktion ergibt sich, wenn | man, wie dies etwa in der US-PS 39 04986 vorgesehen ist, | die Feder durch eine Glasscheibe ersetzt und diese Schei- | Les 1 Lk/18.08.1983 I

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be mit der Kapillare und der

HUlIe verlötet bzw. verschmilzt. Von dieser Bauweise wird aber seit Jahren kein Gebrauch mehr gemacht, weil der Aufwand zu groß 1st und der Resonator durch thennisehe Verspannungen verstimmt werden kann·

Xn jüngerer Zelt wird vor allem der Gedanke diskutiert» da* freie Kapillarenende in einen von der benachbarten Endplatte ausgehenden Glas- oder Metallstutzen einzukleffl men (vgl. hierzu die DS-OS 30 37153 oder US-PS 4352185). Sine solche. Lagerung verträgt auch harte Stöße und erlaubt thermische Ausdehnungsunterschiede. Nachteilig ist jedoch, daß die Kapillare nicht ohne weiteres auf ganzer Länge genutzt werden, zu Schwingungen und Durchbiegungen neigt und zudem in aller Hegel mit dem Ballastraum über eine Seltenöffnung kommunizieren muß, die die Zündung erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gaslaser anzugeben, der einfach aufgebaut ist und auch unter großen mechanischen und thermischen Belastungen eine konstante Leistung abgibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Laser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. (Die dabei genannten «C-Werte beziehen sieh auf einen temperaturbereich zwischen 20⁰C und 300⁰C.)

Sei dem hier mrgesehlagenem Lasertyp dient die Mantel»

einschnürung - anders als bei der Röhre der US-PS 39 38 693 - nicht als Anschlagsfläche,, sondern zur Bin fassung der Lochscheibe. Diese Konstruktion ist außer ordentlich stabil, da der Mantel» wie erfindungsgemäß vorgeschrieben, aufgeschrumpft ist und somit längs der gesamten Umfangsfläche ein inniger Kontakt zur Lochscheibe besteht. Versuche haben gezeigt, daß bei geeignet ge- wählten Prozeßtemperaturen das Glas ansintert, ein Vor* gang, bei dem zwar noch keine regelrechte Schmelzverbindung entsteht, aber doch schön beträchtliche Adhäsions-

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kräfte ausgebildet werden. Die Feder ist dann so fest ▼£rankert, daß sie ohne weiteres auch noch die Kathode - allein oder zusammen mit anderen Fixierhilfen -. haltern könnte. 3

Das Aufschrumpfen von Glee let aa sioh ein altbekanntes Mittel und auch sehen auf dem Oaslasergebiet angewendet «orden, dort allerdings nioht zur Befestigung von Teilen, sondern zur Kalibrierung von Innendurchmessern (BB-FS 19 62201).

Venn der Laser unter Besonders rauhen Umweltbedingungen arbeiten muß, so sollte man in der Federfassung auch noch Druckspannungen erzeugen und/oder die Kontaktfläohe zwi sehen der Feder und dem Mantel vergrößern. Hierzu emp fiehlt es eich, für die Lochscheibe ein Material zu verwenden, das sieh unter Temperaturerhöhungen weniger stark ausdehnt als das Mantelglas, bzw. die Scheibe aa ihrem Außenrand mit einem ringförmigen steg zu versehen«

Die federnden Sfteaente sollten stets aus eines temperaturbeständigen Werkstoff bestehen, der auch noch nach dem Ausheizen der Röhre voll elastisch bleibt· Solche Federlegierungen, etwa bestimmte Stahle oder Co-Ni-Gr-Zusammea» Setzungen, sind allerdings an einige der üblichen Mantelgläser thermisch nicht angepaßt. In diesen Fällen bietet es sieh an, die Feder mehrteilig auszubilden und die Lochscheibe als Übergangselement zwischen dem Mantel und 'defli eigentlichen Federteil fungieren zu lassen.

!eitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Der Lösungsvorschlag soll nun gnhanri bevorzugter Ausführungsbeispiele, die in der biegefügten Zeichnung schematisch dargestellt sind, naher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen

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j Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

Flg. 1 einen erfindungsgemäßen Gaslaser in einem Längs" schnitt;

Fig. 2 einen Aueschnitt aus der Fig. 1 und 7lg« 3 von einem zweiten Ausführangaboiepiel den gleichen Ausschnitt.

Oer Gaslaser der Figuren 1 und 2 1st für Leitstrahlgeber vorgesehen, die in der Nähe stark vibrierender Maschinen 10 aufgestellt werden müssen«Öle Rötere ist koaxial aufge-" baut und enthält einen zylindrischen Glasmantel 1, der f beidseitig duroh metallische Endkappen 2 und 3 abge_v schlosse» wird und eine Kapillare 4 sowie¹ nohle Kaltka thode 3 tarne ohließt.

15

Jede Endplatte hat eine zentrale Öffnung 6, 7, in die von außen ein röhrchenförmiger Spiegelträger S, 9 gesteckt ist« Sas äußere finde (Jedes Trägers dient als Fassung für einen SpiegelkiJrper 10, 11, der auf seiner In-

2ö nenseite mit einer (nicht dargestellten) teil- baw» vollreflektierenden Spiegelschicht versehen ist« Um die beiden Reflektoren zur Kapillarenachse justieren zu können, enthält deder Spiegelträger eine geschwächte, dauerhaft plastisch verformbare Wandzone 12* 13«

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Sie Kapillare läuft an ihrem einen lade in einen trichter aus, der mit dem Glasmantel und der Bndkappe 2 verschmolzen ist. Bas andere Kapillarenende wird von einer aufge» steckten Stützfeder 14 umgeben. Diese Feder enthält, wie am besten der Fig. 2 zu entnehmen, eine erste, senkrecht zur Kapillarenachse erstreckte Lochscheibe 15 sowie zwei kleinere Lochscheiben 16, 17, die der Scheibe 15 jeweils an einer Seite anliegen und mit ihr punktweise verschweißt sind. Die Scheibe 15 ist an ihrer Außenseite mit einem ringförmigen, koaxial zum Glasmantel orientierten Steg versehen. Dieser Steg wird von einer Manteleinschnürung 18 eingefaßt. Die Scheiben 16 und. 17 sind je-

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wells mit herausgebogenen Federzungen umgeben, die die Kapillare kranzförmig umgeben und any klemmend anliegen.

Die Stützfeder 14 dient außerdem noch zur Halterung der Kathode 5. Zu diesem Zweck enthält sie mehrere Finger 19_f die jeweils vom Scheibensteg zur Mantelwandung ausgehen, von dort nach einem Knick in den Kathodenhohlraum laufen und dort, wo ihnen die Kathode anliegt, eingesattelt sind. Das andere Kathodenende wird durch Noppen 20 gestützt. Eine Zuleitung 21 verbindet die Kathode 5 mit der Endkappe 3. Die Endkappe 2 dient als Anode.

Das Mantelglas und die Kapillare bestehen aus einer Glassorte, die von der Firma Schott unter der Bezeichnung "8250" vertrieben wird und einen oC-Wert von 50·10~7οκ-1 hat. Die größere Lochscheibe ist eine daran thermisch angepaßte Ni-Fe-Co-Legierung, und für die kleinere Lochscheiben wurde eine Ni-Co-Cr-Legierung gewählt. Die übrigen Röhrenteile bestehen aus Materialien, die beispielsweise in der DE-PS 25 06 707 genannt sind. In dieser Patentschrift wird auch beschrieben, wie alle diese Teile vakuumdicht miteinander verbunden sind.

Der Gaslaser wird folgendermaßen gefertigt: Zunächst wird die Kapillare mit dem Mantel und dem anodenseitigen Mantelabschluß verschmolzen. Dann schiebt man Feder und Kathode ein, setzt den kathodenseitigen Mantelabschluß auf und.verschmilzt ihn mit dem Mantel. Bei diesem Fertigungsschritt sind der Mantel und der kathodenseitige Spiegelträger eingespannt. In der gleichen Einspannung wird dann die Einschnürung erzeugt, und zwar dadurch, daß man die entsprechende Mantelzone durch eine offene Flamme auf Temperaturen zwischen 900⁰C und 1000⁰C bringt und auf der Glasdrehbank gegen ein Kohlestück dreht. Die übrigen Herstellungsschritte gehen aus der bereits zitierten Patentschrift 25 06 707 hervor.

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Das Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von dem der Figuren 1 und 2 im wesentlichen nur darin, daß bei der Stützfeder der Steg und die Finger fehlen. Das bedeutet, daß die Kontaktfläche zwischen Mantel und Lochscheibe sehr viel schmaler ist. Der Scheibensitz wird dadurch aber nicht lockerer, weil das eingezogene Mantelglas, wie in der Figur angedeutet, die Scheibe zu beiden Seiten umfaßt. Die Kathode besteht im vorliegenden Fall aus einem gerollten Blech, das sich durch eigene Federkräfte an den Glasmantel preßt und deshalb keine zusätzlichen Befestigungsmittel benötigt.

9 feepnsprüche
3 Figuren

Claims (8)

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1. Gaslaser mit folgenden Merkmalen:

1) eine gasgefüllte Kille enthält einen langgestreckten, vorzugsweise zylindrischen Glasmantel, der aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten cC-j besteht;

2) der Hantel umgibt eine Kapillare, die an Ihrem einen Ende fest mit dem Mantel verbunden ist und an ihrem anderen Ende durch eine aufgeschobene Stützfeder gehaltert wird;

3) die Stützfeder hat eine senkrecht zur Kapillarenachse erstreckte Lochscheibe, die an einer umlaufenden Manteleinschnürung anliegt;

dadurch gekennzeichnet, daß

4) die Lochscheibe (15) aus einem Material mit einem thermische!. Ausdehnungskoeffizienten«^ besteht, wobei gilt I dCz - CC

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< 0,1 , und daß

5) die Manteleinschnürung (19) eine Schrumpffasstang für die Lochscheibe (15) bildet.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

25 zeichnet, daß gilt

0,04, insb. 0,02.

3. Laser nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gilt £2 <oCi»

4. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Manteleinschnürung (18) einen ringförmigen Steg der Lochscheibe (15) umfaßt.

5. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Lochscheibe (15) mindestens eine weitere, parallel zu ihr erstreckte

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Lochscheibe (16, 17) verbunden ist, die kleinere Außenabmessungen hat und aus einem Material mit einer temperaturbeständigen Elastizität besteht.

6. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der Lochscheibe (15) elastische Finger (19) ausgehen, an denen die Kathode anschlägt.

7. Laser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet* daß die Finger (19) Winkelstücke sind, mit einem ersten Schenkel, der von der Lochplatte (15) zur Mantelwandung verläuft, und einem zweiten Schenkel, der von der Mantelwandung in den von der Kathode (5) umschlossenen Raum weist und dort, wo die Kathode anschlägt, eingesattelt ist.

8. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelglas ein Hartglas mit einem oCi-Wert von etwa 50·10~7°Κ-1 ist und daß die Lochscheibe (15) aus einer Ni-Fe-Co-Legierung und ggf. die weitere Lochscheibe (16, 17) aus einer Co-Ni-Cr-Legieruag besteht.

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