DE2332453A1 - Innenmodulierter gaslaser - Google Patents
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Description
RCA 66,O55
U.S.Ser.No. 266,074
Filed;June 26, 1972
U.S.Ser.No. 266,074
Filed;June 26, 1972
RCA Corporation
New York N.Y. (V.St.A.)
Innenmodulierter Gaslaser
Die vorliegende Erfindung betrifft einen innenmodulierten Gaslaser mit zwei Reflektoren, die einen auf eine vorgegebene
Wellenlänge abgestimmten optischen Resonator begrenzen, in dem zwei Gasentladungsröhren fluchtend hintereinander
angeordnet sind, von denen die erste mit einem ersten Gas gefüllt ist, in dem durch eine Gasentladung Schwingungsenergie
der vorgegebenen Wellenlänge erzeugbar ist, und von denen die zweite mit einem zweiten Gas gefüllt ist, in dem eine Gasentladung
zum Absorbieren eines Teiles der in der ersten Gasentladungsröhre erzeugten und die zweite Gasentladungsröhre durchsetzenden
Schwingungsenergie erzeugbar ist.
Ein solcher Gaslaser, bei dem das in einer ersten Gasentladungsröhre erzeugte Licht durch teilweise Absorption
in einer zweiten Gasentladungsröhre modulierbar ist, ist aus der UC-PS 3 321 714 bekannt. Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, einen solchen Gaslaser zu vereinfachen und seine nutzbare Lebensdauer zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
Beim Gaslaser gemäß der Erfindung enthält die zweite Gasentladungsröhre lediglich zwei Elektroden, von denen die eine
eine kalte Kathode und die andere eine Anode ist, was wesentliche Vorteile gegenüber der Verwendung einer dreipoligen Gasentladungsröhre
mit heißer Kathode ergibt, wie sie bei dem Gaslaser gemäß der US-PS 3 321 714 verwendet wird. Die Vorteile
einer kalten Kathode gegenüber einer heißen Kathode sind u.a. erstens keine Anheizzeit; zweitens keine thermische Verformung
des Resonators durch die von der Kathode abgegebene Wärme und drittens keine Stromversorgung für die Kathodenheizung. Gemäß
einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Gaslasers sind die beiden Gasentladungsröhren und die den optischen Resonator begrenzenden
Reflektoren vorzugsweise mechanisch miteinander verbunden, so daß sich ein innenmodulierter Gaslaser in Form einer
einstückigen Struktur ergibt. Durch dieses Merkmal ergibt sich zusammen mit der langen Lebensdauer ein kommerziell brauchbarer
innenmodulierter Gaslaser, der einfach ist, eine lange Lebensdauer hat und preisgünstig hergestellt werden kann.
Im folgenden wird ein in der Zeichnung im Längsschnitt dargestelltes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes zur Sprache kommen werden.
Der in der Zeichnung dargestellte innenirodulierte Gaslaser enthält eine erste Gasentladungsröhre 10 und eine zweite
Gasentladungsröhre 12. Die erste Gasentladungsröhre 10 besteht aus einer Kapillarröhre 14, welche eine axial verlaufende
Bohrung 16 aufweist. Am rechten Ende der Kapillarröhre 14 ist ein erster Spiegel 18 angebracht, der das rechte Ende der Bohrung
16 dicht abschließt. Mit dein linken Ende der Kapillarröhre
14 ist ein Brewster-Fenster 20 verbunden, das das linke jiiie der
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iiohrung 16 verschließt. Die Kapillarröhre 14 ist von einem hermetisch
geschlossenen Kolben 22 umgeben, dessen linkes und rechtes Ende außen an die Kapillarröhre 14 angeschmolzen ist, wie
die Zeichnung zeigt. Die Wand der Kapillarröhre 14 hat in der Nähe des Brewster-Fensters 20 ein Loch 24, durch das eine Verbindung
zwischen der Bohrung 16 und dem Inneren des Kolbens 22 hergestellt wird. Sowohl die Bohrung 16 als auch das Innere des
Kolbens 22 sind mit einem stimulierbaren Gas, z.B. einer Helium-Neon-Mischung,
gefüllt.
Die Wand der Kapillarröhre 14 wird ferner in der iJähe des ersten Spiegels 18 von einer eingeschmolzenen Anodenelektrode
26 durchsetzt. Koaxial zur Bohrung 16 und im Abstand vom mittleren Teil der Kapillarröhre 14 ist eine zylindrische
Kaltkathodenelektrode 28 angeordnet,Die Kaitkathodenelektrode
28 ist mit einem Leiterstift 30 verbunden, der die Viand des Kolbens 22 durchsetzt und mit dieser dicht verschmolzen ist. Mit
der Anodenelektrode 26 und dem Leiterstift 30 sind die positive
bzw. negative Klemme einer Laserenergiequelle 32 verbunden, um in dem in er ersten Gasentladungsröhre 10 enthaltenen Gas eine
Entladung zu erzeugen. Diese Entladung liefert durch stimulierte Emission Schwingungsenergie einer vorgegebenen Wellenlänge.
Die zweite Gasentladungsröhre 12 enthält eine zweite Kapillarröhre 34 mit einer zweiten Bohrung 36, die mit der Bohrung
16 koaxial ist. Wie dargestellt, ist die zweite Kapillarröhre
34 longitudinal kolinear und in Reihe mit der Kapillarröhre 14 angeordnet. Das rechte Ende der zweiten Kapillarröhre
34 ist offen und hat, wie dargestellt, einen gewissen Abstand vom ßrewster-Fenster 20. Das linke Ende der zweiten Kapillarröhre
34 ist mit einem zweiten Spiegel 38 verbunden, der das linke Ende der zweiten Bohrung 36 dicht verschließt. Mit dem linken
Ende des Kolbens 22 der ersten Gasentladungsröhre 10 ist mittels einer Epoxyharzverbindung das rechte Ende eines zweiten Kolbens
40 luftdicht verbunden. "Das linke I^nde des zweiten Kolbens
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40 ist mit der Außenseite der zweiten Kapillarrohre 34 an einem
Punkt etwa in der Mitte zwischen den Enden dieser Kapillarröhre dicht verschmolzen. Die Wand der Kapillarrohre 34 wird in
der Nähe des zweiten Spiegels 38 von einer Anodenelektrode 44 durchsetzt. Im Inneren des Kolbens 40 befindet sich eine zweite
zylindrische Kaltkathodenelektrode 46, die im wesentlichen koaxial
zur zweiten Bohrung 36 und im Abstand von der zweiten Kapillarrohre
34 montiert ist. Die zweite Kaltkathodenelektrode 46 ist mit einem Leiterstift 48 verbunden, der durch die Wand
des zweiten Kolbens 40 nach außen führt.
Die zweite Bohrung 36 und das Innere des zweiten Kolbens 40, sind mit einem Gas, wie Neon unter einem Druck von
Torr, gefüllt, in dem eine Gasentladung zur Absorption eines Teiles der durch die erste Gasentladungsröhre 10 erzeugte Schwingungsenergie
unterhalten werden kann. Die Gasentladung in der Bohrung 36 und im Inneren des Kolbens 40 v/ird durch eine Modulatiortssignalquelle
50 erzeugt und in ihrer Intensität gesteuert, deren negative Klemme direkt mit dem Leiterstift 48 und deren
postive Klemme über einen Vorwiderstand 52 mit der Anodenelektrode 44 verbunden sind. Die Intensität der Entladung in der
Bohrung 36 und im Inneren des Kolbens 4O wird durch die Modulationssignalquelle
50 in einem Bereich gesteuert, der von einem ersten Wert, bei dem die Entladung für die Schwingungsenergie
der durch die Gasentladungsröhre 10 erzeugten Wellenlänge im wesentlichen transparent ist, bis zu einem zweiten Wert, bei dem
die Entladung für die S chwingungsenergie dieser vorgegebenen Wellenlänge im wesentlichen undurchlässig ist, reicht. Bei dem
Labormodell, das als Gasfüllung für die erste Gasentladungsröhre 10 eine Mischung von Helium und Neon und als Gasfüllung
für die zweite Röhre im wesentlichen ausschließlich Neon unter einem Druck in der Größenordnung von 10 Torr enthielt, erstreckte
sich der Wertbereich für die Intensität der Entladung von etv/a 1 mA bis etwa 8 mA.
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Das Brewster-Fenster 20 wird gegen die Einflüsse
der im Inneren des Kolbens 40 brennenden Gasentladung durch eine Schutzabschirmung, z.B. eine Glashülse 54 geschützt, die das
Brewster-Fenster 20 umgibt. Wie die Zeichnung zeigt/ ist die
Schutzhülse 54 über das linke Ende der Kapillarrohre 14 geschoben und wird von diesem getragen. In der Praxis ist die Schutzhülse
54 mit der, Außenwand des linken Endes der Kapillarrohre durch eine Schicht aus Epoxyharz verklebt, diese Schicht ist jedoch
in der Zeichnung nicht dargestellt, um letztere nicht unnötig unübersichtlich zu machen.
Die beiden Spiegel 18 und 38 sind in bezug aufeinander so orientiert, daß sie einen optischen Resonanzhohlraum bilden,
der die Bohrung 16 der ersten Gasentladungsröhre 10, das Brewster-Fenster 20, eine Durchbrechung 56 in der Schutzhülse
und die Bohrung 36 enthält. Der erste Spiegel 18 ist vorzugsweise ein im wesentlichen vollständig reflektierender, sphärischer
konfokaler Spiegel ( mit einem Krümmungsradius von z.B. etwa 30 cm), während es sich bei dem zweiten Riegel 38 vorzugsweise
um einen teilweise durchlässigen, ebenen Spiegel handelt.
Die Durchbrechung 56 liegt auf der gemeinsamen Achse der Bohrungen 16 und 36 und hat einen Durchmesser, der vorzugsweise
gleich oder kleiner als die Durchmesser der Kapillarröhren ist.
Im Betrieb ist die Spannung zwischen der Anodenelektrode 44 und der Kaltkathodenelektrode 46 verhältnismäßig unabhängig
von der Amplitude des Modulationssignales, das von der ilodulationssignalquelle 50 geliefert wird. Die Intensität des
Entladungsstromes zwischen der Anodenelektrode 44 und der Kaltkathodenelektrode 46 ändert sich jedoch entsprechend der Amplitude
des Modulationssignals von der Modulationssignalquelle 50. Wenn also die Amplitude des Modulationssignals zunimmt, erhöht
sich der Spannungsabfall am Vorwiderstand 52 ( der z.B. einen
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Wert von etwa 20 kDhm haben kann) und umgekehrt. Das Ausgangssignal
des Lasers hat einen Maximalwert, wenn die Entladung in der Gasentladungsröhre 12 für die Schwingungsenergie der
Wellenlänge, die in der ersten Gasentladungsröhre 10 erzeugt wird, verhältnismäßig transparent oder durchlässig ist. Dies
ist der Fall, wenn die Amplitude des Modulationssignals und damit die Intensität des Entladungsstromes in der zweiten Gasentladungsröhre
12 ihren Minimalwert haben. Das Ausgangssignal ist Null, wenn die Entladung in der zweiten Gasentladungsröhre 12
im wesentlichen undurchlässig für die Schwingungsenergie mit der in der Gasentladungsröhre 10 erzeugten Wellenlänge ist.
Dies tritt ein, wenn die Amplitude des Modulationssignals und damit die Intensität des Entladungsstromes in der zweiten Gasentladungsröhre
12 ihren Maximalwert haben. Im Bereich zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert des Entladungsstromes
in der zweiten Gasentladungsröhre 12 hat das Ausgangssignal Zwischenwerte, die eine einwertige Funktion der Amplitude
des Modulationssignals von der Modulationssignalquelle 50 sind. Der dargestellte, innenmodulierte Laser liefert also als Ausgangssignal
Licht, das durch die Modulationssignalquelle 50 modulierbar ist.
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Claims (7)
1.) Innenmodulierter Gaslaser mit zwei Reflektoren, die einen auf eine vorgegebene Wellenlänge abgestimmten optischen
Resonator begrenzen, in dem zwei Gasentladungsröhren fluchtend hintereinander angeordnet sind, von denen die erste mit
einem ersten Gas gefüllt ist, indem durch eine Gasentladung Schwingungsenergie der vorgegebenen Wellenlänge erzeugbar ist,
und von denen die zweite mit einem zweiten Gas gefüllt ist, indem eine Gasentladung zum Absorbieren eines Teiles der in der
ersten Gasentladungsröhre erzeugten und die zweite Gasentladungsröhre durchsetzenden Schwingungsenergie erzeugbar ist, d adurch
gekennzeichnet, daß die zweite Gasentladungsröhre (12) zur Erzeugung und Steuerung der Gasentladung
in dieser zweiten Gasentladungsröhre lediglich eine Kaltkathodenelektrode(46)und
eine im Abstand von dieser angeordnete Anodenelektrode (44) enthält.
2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Gasentladungsröhre (10, 12) getrennte Kolben (22, 40) enthalten, die
dicht miteinander verbunden sind, und daß die erste Gasentladungsröhre (10) eine Kapillarrohre (14) enthält, deren eines Ende
in den Kolben (40) der zweiten Gasentladungsröhre (12) hineinreicht.
3. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das in den Kolben (40) der zwei ten Gasentladungsröhre (12) reichende Ende der Kapillarrohre (14)
durch ein Brewster-Fenster (20) verschlossen ist und daß das
Brewster-Fenster (20) von einer Schutzabschirmung (54) umgeben
ist, die sich im Kolben (40) der zweiten Gasentladungsröhre befindet und das Brewster-Fenster von der in dieser Gasentladungsröhre
stattfindenden Gasentladung trennt.
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4. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das in den Kolben (40) der zweiten Gasentladungsröhre (12) reichende Ende der Kapillarrohre (40)
durch ein Brewster-Fenster (20) verschlossen ist; daß bei dem
Brewster-Fenster im Kolben (40) der zweiten Gasentladungsröhre ein offenes Ende einer zweiten Kapillarrohre (34) angeordnet ist,
deren Bohrung (36) koaxial zur Bohrung (16) der ersten Kapillarröhre
(14) ausgerichtet ist und daß das andere Ende der zweiten Kapillanßhre (34) durch einen teilweise durchlässigen Spiegel
(38) verschlossen ist, der einen der beiden Reflektoren bildet.
5. Gaslaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kaltkathodenelektrode eine zylindrische Elektrode (46) enthält, die koaxial um die Bohrungen
(16, 36) der Kapillarröhren (14, 34) angeordnet ist und das offene Ende der zweiten Kapillarröhre (34) umfaßt und daß die
Anodenelektrode (44) in der Bohrung (36) der zweiten Kapillarröhre
(34) angeordnet ist.
6. Gaslaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Gasentladungsröhre
(12) eine Schutzabschirmung (54) vorgesehen ist, die das Brewster-Fenster (20) umgibt und dieses gegen die Entladung in
der zweiten Gasentladungsröhre schützt und daß die Schutzabschirmung eine Durchbrechung (56) aufweist, die auf der gemeinsamen
Achse der Bohrungen (16, 36) liegt und einen Durchmesser hat, der gleich oder kleiner als die Durchmesser der Bohrungen ist.
7. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen die Anodenelektrode (44) und die Kaltkathodenelektrode (46) der zweiten Gasentladungsröhre
(12) eine Modulationssignalguelle (50) zur Modulation der Gasentladung in der zweiten Gasentladungsröhre geschaltet ist.
3 C 9 6 S "
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US5386434A (en) * | 1993-02-12 | 1995-01-31 | Uniphase Corporation | Internal mirror shield, and method for protecting the mirrors of an internal gas laser |
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- 1973-06-26 GB GB3033473A patent/GB1388525A/en not_active Expired
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