DE8403198U1 - Gaslaser, insbesondere TE-Laser - Google Patents
Gaslaser, insbesondere TE-LaserInfo
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Description
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Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen: Berlin und München VPA ^p 10 7 0 OE
Did Erfindung betrifft einen Gaslaser/ insbesondere TE-Laser,
mit zwei in einer gasgefüllten Entladungskammer sich in Richtung der optischen Achse erstreckenden Hauptelektroden,
gegebenenfalls mindestens einer Vorionisierungseinrichtung und einen Resonator mit' einen vollreflektierenden
optischen Element und eines teildurchlässigen Auskoppeleleaent.
Bei bestimmten Anwendungen/ wie 2.B. bei Entfernungsmessungen/
werden an derartige Laser häufig mehrere, relativ genau definierte und gleichseitig zu erfüllende Forderungen
gestellt. So wird für bestimmte Einsatzbereiche eine kleine, kompakte Bauweise gefordert/ deren Länge in Bereich von
etwa 200 am liegen darf. Eine weitere Forderung bezieht sich auf die Ausgangsenergie bzw. Ausgangsleistung/ wobei etwa
100 &eegr;J bzw. etwa 1 HW erreicht werden nüssen. Außerdem nuß
der emittierte Laserstrahl eine sehr kleine Divergenz von etwa 3,5 nrad haben, die systemspezifisch bedingt ist. Die
Forderungen bezüglich der Kompaktheit und der Divergenz führen zu der Erkenntnis, einen Grundmodelaser einzusetzen,
dessen Resonator dann aber gefaltet werden nuß, da ansonsten bei einer Baulänge von etwa 200 mm und den dann nur noch zu
Verfügung stehenden kleinen Durchmesser für das Grundmodevolumen
die bezüglich der Ausgangsenergie bzw. der Ausgangsleistung gestellte Forderung nicht nehr zu erfüllen ist.
HB 1 lit / 2.2.1984
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Derartige Laser sind sehr schwierig zu realisieren und bedingen in elektrischer/ mechanischer und optischer Hinsicht
einen aufwendigen Aufbau und ein Zusammenwirken vieler einzelner Elemente, was hinsichtlich der gegenseitigen Ab-Stimmung
bzw. Justierung dieser Elemente zu Schwierigkeiten führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen
Laser der eingangs genannten Art die genannten Forderungen bei möglichst geringem Aufwand und einfachem Aufbau zu erfüllen.
Diese Aufgabe wird bei einem Laser der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst/ daö die Form und der
Abstand der beiden Hauptelektroden voneinander so gewählt und aufeinander abgestimmt sind/ daß die Breite des zwischen
den Hauptelektroden entstehenden, zur Laserstrahlung nutzbaren Entladungskanals mindestens doppelt so groß ist wie
die Höhe dieses Entladungskanals/ und daß der Resonator mindestens ein den Laserstrahl innerhalb dieses Entladungskanals faltendes optisches Element enthält.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, in den zwischen
den beiden Hauptelektroden entstehenden einzigen Entladungskanal einen gefalteten Resonator zu integrieren und somit
innerhalb dieses Entladungskanals mehrere nebeneinander laufende optische Kanäle mit gefalteter optischer Achse zu
bilden. Dieser Lösungsgedankfe wird erfindungsgemäß dadurch realisiert/ daß durch die Ausbildung und die Anordnung der
beiden Hauptelektroden ein Entladungskanal entsteht/ dessen Breite, d.h. dessen zur Laserstrahlung nutzbare Ausdehnung
in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse, mindestens doppelt so groß ist vie seine Höhe, d.h. dessen zur Laserstrahlung
nutzbare Ausdehnung in einer zur ersten Richtung
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senkrechten Richtung. Somit ergeben eich also für den FaIU
daß die Breite des Entladungskanals gleich der doppelten Höhe ist/ zwei nebeneinander laufende optische Kanäle/
wobei die optische Achse einmal gefaltet ist« Hierbei ist das den Laserstrahl faltende optische Element/ um eine
Faltung innerhalb des Entladungskanals zu bewirken/ selbstverständlich
so auszubilden/ daß es diesen Entladungekanal Überspannt/ d.h. in Fall von zwei nebeneinander laufenden
optischen Kanälen die hierbei anfallende nutzbare Laserstrahlung beider Kanäle in voller Breite aufzunehmen und zu
reflektieren veraag.
Sei einem erfindungsgemäßen Laser ist die Integration eines
gefalteten Resonators in einen einzigen Entladungskanal bei nur zwei Hauptelektroden realisiert/ so dal) für die Hauptentladung
und auch eine gegebenenfalls vorgesehene Vorionisierung nur wenige Elemente erforderlich sind. Es ergibt
sich dadurch bei einfachster Elektrodenkonfiguration in elektrischer Hinsicht ein einfacher/ hinsichtlich der
Elektrodenanordnung und -Zuordnung leicht beherrschbarer Aufbau bei geringstmöglichem Aufwand an Einzelelementen.
Aufgrund der Resonatorfaltung in einem einzigen/ zwiscnen nur zwei Hauptelektroden gebildeten Entladungskanal ergibt
sich dieser Vorteil in optischer Hinsicht auch für das den
Resonator faltende optische Element/ welches dann kompakter und kleiner ausführbar und-damit ,auch optisch einfacher herstellbar
ist. Der erfindungsgemäße Laser hat somit den wesentlichen Vorteil, daß alle der genannten Forderungen
gleichzeitig in einer Lösung bei einfachster Elektrodenkonfiguration
mit geringstmöglichen Aufwand und einfachem Aufbau erfüllt werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Laser werden die Hauptelektroden
in vorteilhafter Veise so ausgebildet, daß sie ein einem Rogowsky- oder Chang-Profil zumindest ähnliches Profil aufweisen.
Damit ist ein Profil gemeint, durch dessen Form
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gewährleistet ist/ daß im gesamten Bereich zwischen den
beiden Hauptelektroden keine störenden FeldüberhÖhungen
entstehen.
erfindungsgemäßen Laeere ist vorgesehen, daß mindestens eine
der Hauptelektroden in der Kitte ihrer Breite mit einer sieh
in Richtung der optischen Achse erstreckenden Vertiefung ausgebildet ist/ so daß der Entladungekanal in der Mitte
eine in Richtung der optischen Achse verlaufende verdünnte Zone aufweist. Diese Maßnahme ist insbesondere im Hinblick
auf die im Resonator enthaltenen optischen Elemente von
Vorteil, da die Kanten oder Ränder/ welche diese optischen
Elemente oder deren Spiegelflächen aufweisen oder zwischen einzelnen optischen Elementen bilden, so angeordnet werden
können, daß sie sich in einer im Hinblick auf Lasertätigkeit stark verdünnten Zone befinden und so gegen Beschädigung
oder Zerstörung geschützt sind* Bei einer in diesem Zusammenhang
zweckmäßigen Gestaltung der Hauptelektroden ist die
Zu Vertiefung rillenföraig ausgebildet/ wobei das Rillenprofil
dem Profil der Hauptelektroden angepaßt ist. Dies bedeutet, daß das Rillenprofil eine dem Rogowsky- oder Chang-Profil
zumindest ähnliche Form aufweist und am Übergang der Rille in die wirksame Hauptfläche einer Elektrode eine dem Profil
der Hauptelektrode entsprechende, angepaßte Form hat.
Bei einem erfindungsgemäßen Laser weist das den Laserstrahl faltende optische Element zwei miteinander einen rechten
Winkel und zur optischen Achse einen Hinke1 von jeweils 45°
einschließende Spiegelflächen auf. Dabei kann dieses Faltelement in der veschiedensten Weise ausgebildet sein. So ist
es möglich, für das Faltelement ein Dachkantprisma oder ein Prisma zu verwenden, das in der angegebenen Weise an der dem
Entladungskanal zugewandten Seite mit Spiegelflächen ausge-
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bildet ist. Anstelle eines einteiligen Faltelementes können auch zwei einzelne Spiegel oder Prismen vorgesehen werden.
mäßen Lasers weist einen Resonator auf, bei dem das teildurchlässige
Auskoppelelement und das vollreflektierende optische Element gemeinsam an einer Resonatorseite und das
dan Laserstrahl faltende optische Element auf der gegen- j überliegenden Resonatorseite angeordnet sind. Dabei ist es Jf
möglich, für das teildurchlässige Auskoppeleleaent und das
vollreflektierende optische Element zwei separate Spiegel j
vorzusehen oder Auskoppelelement und vollreflektierendes
Element auf einen gemeinsamen Träger anzuordnen und durch ein Substrat mit unterschiedlicher Vergütung zu bilden.
15
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- §
mäßen Lasers ist anhand der Zeichnung im folgenden näher f beschrieben. ;·
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den prinzipiel- %
len Aufbau eines erfindungsgemäßen Lasers im Querschnitt, |
Der Laser nach den Fig. 1 und 2 ist ein TE (.transversely excited)
-Laser/ insbesondere ein COp-Laser, mit einer gasgefüllten
Entladungskammer 1, die von einem strichpunktiert angedeuteten Hohlkörper 2, z.B. mit rundem Querschnitt, gebildet
ist und den Resonatorraum enthält. Ferner enthält die
Entladungskammer 1 ein Elektrodensystem «us zwei einander gegenüberliegenden, sich parallel zueinander in Richtung der
optischen Achse 15, 15'erstreckenden Hauptelektroden 3 und
4, die an den einander zugekehrten Außenitonturen ein einem
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Rogowsky- oder Chang-Profil zumindest ähnliches Profil
aufweisen. Eine der Hauptelektroden liegt hier an Hasse, während die andere Hauptelektrode an Hochspannung (HV)
liegt. Es können aber auch beide Eauptelektroden an Hochspannung
mit verschiedenem Potential liegen. Die Hauptelektroden 3 und 4 erzeugen eine Entladung, so daß zwischen
ihnen ein elektrischer Entladungskanal 5 gebildet wird, durch den hindurch die Laserstrahlung geleitet wird. Außerdem
enthält das Elektrodensystem noch zwei in gestrichelten Linien eingezeichnete, seitlich der Hauptelektroden 3;4
angeordnete und sich ebenfalls in Richtung der optischen Achse 15, 15'erstreckende Vorionisierungseinrichtungen
Das gesamte Elektrodensystem kann einen an sich bekannten Aufbau aufweisen. So eignet sich beispielsweise für den
vorliegenden Aufbau das in der älteren Patentanmeldung P 13 811.7 näher angegebene und dort für einen TE-Gaslaser
vorgesehene, aus Haupt- und Hilfselektroden für die Vorionisierung
bestehendes Elektrodensystem besonders gut.
Der Resonatorraum wird an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten von zueinander parallelen und zur optischen Achse 15/
15'in senkrechten Ebenen verlaufenden Wänden 7 und 8
begrenzt, die vor allem der Halterung der Resonatorelemente dienen. Der optische Resonator besteht aus einem vollreflektierenden
optischen Element 9 und einem teildurchlässigen Auskoppelelement 10, die beide als Spiegel ausgebildet
sind und hier gemeinsam in die Stirnwand 7 auf einer Seite des Resonators integriert sind. Es sind jedoch
auch verschiedene andere Spiegelanordnungen möglich. So
können die Spiegel 9 und 10 z.B. auch in getrennten Ebenen/ also in Richtung der optische Achse 15/15'hintereinander
liegend angeordnet, auf einem gemeinsamen Substrat mit unterschiedlicher Vergütung gebildet oder auf verschiedenen
Reeonatorstirnseiten vorgesehen werden. Ferner enthält der
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Resonator noch zwei weitere, an der gegenüberliegenden
Resonatorstirnseite angeordnete und gegebenenfalls in die andere Stirnwand 8 integrierte vollreflektierende Spiegel
und 12, die miteinander einen rechten Winkel und zur optisehen
Achse 15,15"einen Kinkel von 45° einschließen. Diese
Spiegel bilden ein hier aus zwei Teilen bestehendes optisches Element 13 zur Faltung des Laserstrahles innerhalb des
Entladungskanals. Das optische Faltelement kann aber auch aus einem. Teil bestehen, ist jedoch in jedem Fall immer
gegenüber dem Auskoppelspiegel 10 angeordnet und so ausgebildet, daß es den Entladungskanal überspannt, d.h. die
nutzbare Laserstrahlung in ihrer vollen Breite aufnimmt. Dabei sind der aus den Spiegeln 9,10 und 11, 12 bestehende
Resonator und das Elektrodensystem 3,4 und 6 einander stets so zugeordnet, daß sich die Resonatorelemente zwischen den
beiden Hauptelektroden 3,4 und zwischen den Vorionisierungseinrichtungen 6, jedoch außerhalb des zwischen den Hauptelektroden
3,4 entstehenden Entladungskanals 5 an dessen Stirnseiten befinden und der von dem vollreflektierenden
Spiegel 9 reflektierte Laserstrahl im Freiraum zwischen den Hauptelektroden 3/4 in Richtung auf den gegenüberliegenden
Spiegel 11 des optischen Faltelementes 13 abstrahlt, der den Strahlenverlauf um 90° au! den hierzu gegenüberliegenden
Spiegel 12 umlenkt, welcher seinerseits den Strahlenverlauf nochmals um 90° umlenkt, so daß der gefaltete Laserstrahl
dann in Richtung des Zweiges 15'der optischen Achse zurückläuft und auf den teildurchlässigen Auskoppelspiegel 10
trifft und - durch diesen teilweise hindurchtretend - in Richtung des Pfeiles 14 nach außen gelangt. Bei dem erfindungegemäßen
Laser ist also in den zwischen den beiden Hauptelektroden 3 und 4 entstehenden Entladungskanal ein
gefalteter Resonator integriert. Dadurch werden innerhalb dieses Entladungekanal &bgr; zwei nebeneinander laufende optische
- 8 - VPA 84 P 1 O 7 O DE
Kanäle 5a und 5b gebildet, wobei die optische Achse des Kanales 5a durch das Element 13 in den Kanal 5b gefaltet
wird, so daß die optische Achse zwei zueinander parallele
Zweige 15 und 15'hat. Die Form und der Abstand der beiden
Hauptelektroden 3 und 4 voneinander sind so gewählt und aufeinander abgestimmt, daß die Breite B des zur Laserstrahlung
nutzbaren Entladungskanals 5 mindestens doppelt so groß ist wie die Höhe H dieses Entladungskanals. Dies ist
auch in F£g.1 eingezeichnet, wobei der elektrische Entladungskanal 5 durch eine Schraffur gekennzeichnet ist,
während der optisch ausgenutzte Teil der Entladung durch punktiert eingezexchnete Kreise 16a und 16b angedeutet ist.
Es entstehen also im vorliegenden Falle zwei optische Kanäle, deren Breite und Höhe gleich sind, d.h. es werden
also hier zwei optische Kanäle mit etwa quadratischem
Querschnitt gebildet. Um jedoch die Kanten oder Ränder der
optischen Elemente des Resonators vor Beschädigung zu schützen, ist zwischen den beiden optischen Kanälen 5a und
j 5b eine im Hinblick auf Laserstrahlung verdünnte Zone
20 gebildet, welche in Fig. 1 durch einen nicht schraffierten
« schmalen Bereich 5c kenntlich gemacht ist. Dadurch werden im
' Kanäle 5a und 5b mit einer dazwischen liegenden verdünnten
Zone 5c gebildet, die hier dadurch entsteht, daß beide { 25 Hauptelektrode 3/4 in der Mitte ihrer Breite an den
; einander zugekehrten Seiten jeweils einer rillenförmige
Vertiefung 17 aufweisen, wobei das Rillenprofil dem Profil der Hauptelektroden angepaßt ist. Die in Fig. 1 ebenfalls
punktiert eingezeichneten Vertiefungen 1? haben also am Übergang in die wirksame Elektrodenhauptflache eine dem
Rogowsky- oder Chang-Profil angepaßte Form. Wie in Fig. 2 zu
sehen ist, werden somit die nahe einander benachbarten
Spiegelkanten oder -ränder der optischen Elemente des :■ Resonators/ wie z.B. die In eine« geringen Abstand
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voneinander angeordneten Spiegelkanten 11a und 12a der Spiegel 11 und 12 oder im Falle der Ausbildung des optischen
Faltelementes als einteiliges Dachkantprisma die Dachkante dieses Prismas kaum mit Laserstrahlung beaufschlagt und
daher weitgehend gegen Zerstörung geschützt.
Bei einem erfindungsgemäßen Laser ist es auch möglieh, den
Laserstrahl mehr als einmal zu falten« In diesem Fall würde sieh an der Stelle des Auskoppelelementes 1(3 im Fig.2 ein
dem ersten Faltelament 13 gegenüberliegenden zweites
Faltelement befinden und der Auskoppelspiegol 110 wäre dann
gegenüber dem zweiten Faltelement anzuordnen/ also auf der Seite des ersten Faltelementes 13. Sei einer derartigen
Anordnung würde die optische Achse dann zweimal gefaltet und infolgedessen insgesamt drei zueinander parallele Zweige
aufweisen.
6 Pa>%##rt|nsprüche
2 Figuren
20
2 Figuren
20
Claims (6)
1. Gaslaser, insbesondere TE-Laser, mit zwei in einer gasgefüllten
Entladungskammer sich in Richtung der optischen
Achse erstreckenden Hauptelektroden, gegebenenfalls min-
destens einer Vorionisierungseinrichtung und einem Resonator mit einem vollreflektierenden optischen Element und einem
teildurchlässigen Auskoppelelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und der Abstand der
beiden Haupt elektroden (3,4) voneinander so gewählt und aufeinander
abgestimmt sind, daß die Breite (B) des zwischen den Hauptelektroden entstehenden, zur Laserstrahlung nutzbaren
Entladungskanals (5) mindestens doppelt so groß ist wie die Höhe (H) dieses Entladungskanals, und daß der Resonator
mindestens ein den Laserstrahl innerhalb dieses Entladungskanals faltendes optisches Element (13) enthält.
2. Gaslaser nr.ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das den Laserstrahl faltende optische Element (13) zwei miteinander einen rechten Winkel und zur optischen Achse
(15,15') einen Winkel von jeweils 45° einschließende Spiegelflächen (11,12) aufweist.
3. Gaslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden (3/4) ein einem Rogowsky- oder
Chang-Profil zumindest ähnliches Profil aufweisen.
4. Gaslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3/
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Hauptelektroden
(3/4) in der Mitte ihrer Breite mit einer sich in Richtung der optischen Achse (15/15') erstreckenden Vertiefung
(17) ausgebildet ist, so daß der Entladungskanal (5) in der Mitte eine in Richtung der optischen Achse (15,15')
verlaufende verdünnte Zone (5c) aufweist.
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5· Gaslaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (17) rillenförmig ausgebildet und das
Rillenprofil dem Profil der Hauptelektroden (3,4) angepaßt
ist.
6. Gaslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das teildurchlassige Auskoppelelement
(10) und das vol^reflektierende optische Element
(9) des Resonators gemeinsam an einer Resonatorseite und das den Laserstrahl faltende optische Element (13) <Hif der
gegenüberliegenden Resonatorseite angeordnet sind.
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Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19848403198 DE8403198U1 (de) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | Gaslaser, insbesondere TE-Laser |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19848403198 DE8403198U1 (de) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | Gaslaser, insbesondere TE-Laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8403198U1 true DE8403198U1 (de) | 1987-05-14 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19848403198 Expired DE8403198U1 (de) | 1984-02-03 | 1984-02-03 | Gaslaser, insbesondere TE-Laser |
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1984
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