DE2343140C3 - Gas laser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaslaser nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.The invention relates to a gas laser according to the preamble of claim I.

Bekannte Gaslaser dieser Art (DTOS 19 22 285) haben ein Entladungsrohr, das eine Kapillare sein und aus Glas oder Keramik bestehen kann. Das mit Gas gefüllte Entladungsrohr bildet einen Teil des optischen Hohlraumresonators, in dem der Laservorgang stattfindet. Die beiden Enden des Entladungsrohres sind durch Brewsier-Winkelfenster abgedichtet, die den Durchtritt von Laserstrahlung ohne Reflexion gestatten und die erzeugte Laserstrahlung polarisieren. In anderen Fällen, besonders bei billigen Helium-Neon-Lasern, dienen jedoch die den optischen Hohlraumresonator bildenden Reflektoren selbst als Abschlüsse.Known gas lasers of this type (DTOS 19 22 285) have a discharge tube that is a capillary and can be made of glass or ceramic. The discharge tube filled with gas forms part of the optical Cavity resonator in which the laser process takes place. Both ends of the discharge tube are through Brewsier angle window sealed the passage allow laser radiation without reflection and polarize the laser radiation generated. In other cases, especially in the case of cheap helium-neon lasers, however, those which form the optical cavity resonator are used Reflectors themselves as terminations.

Bekanntlich müssen zur Steuerung oder Beeinflussung der in einem optischen Hohlraumresonator auftretenden Moden (Wellentypen) die Randverluste der Mode bestimmt werden. Wenn der Radius des optischen Hohlraumresonators (oder des Ausblendmittels des optischen Hohlraumresonators) feststeht, können die relativen Beugungsvcilusle errechnet werden. Aufgrund von Berechnungen läßt sich voraussagen, daß der Modus niedrigster Ordnung (TEMo< >) kleinere Beugungsverluste aufweist als Moden hoher Ordnung. Wenn man den Resonatorradius entsprechend einstellt, kann man den Laservorgang auf den Grundtyp (Grundschwingungs-Modus) beschränken. Aus der Theorie und Praxis ist die Beziehung zwischen Modendurchmesser und Abblendmittel oder -öffnung bekannt.It is known that in order to control or influence the in an optical cavity resonator occurring modes (wave types) the edge losses of the mode can be determined. If the radius of the optical cavity resonator (or masking means of the optical cavity resonator) is established, the relative diffraction values can be calculated will. Based on calculations, it can be predicted that the lowest order mode (TEMo < >) has smaller diffraction losses than high order modes. If you adjust the resonator radius accordingly you can limit the laser process to the basic type (basic oscillation mode). From theory and practice is the relationship between mode diameter and dimming means or aperture known.

Bei einem Gaslaser sind die Ausblcndöffnung und die Randverlustc durch den Innendurchmesser des Entladungsrohres bestimmt. Es ist zwar möglich, mit Hilfe von Spezialverfahren in einem Entladungsrohr aus Glas oder Keramik eine Bohrung zu bilden, die über ihre gesamte Länge vollkommen gerade ist und eine vorbestimmte Ausblendöffnung (bestimmt durch den Wert des Innendurchmessers des Entladungsrohres) mit ausreichend hoher Toleranz aufweist; jedoch ist der mit solchen Spezialverfahren verbundene Aufwand für viele Arten von kommerziell hergestellten Lasern untragbar hoch. In der Regel muß man für das Entladungsrohr ein im Handel erhältliches Kapiilarrohr verwenden, bei dem die Toleranz des Innendurchmessers aber häufig nicht sicherstellt, daß die Ausblendöffnung denjenigen bestimmten Wert hat. bei dem der Laser in seinem Grundtyp arbeitet und die Beugungsverluste minimal sind. Metallrohr, beispielsweise korrosionsbeständiges Stahlrohr, ist im Handel mit einem Innendurchmesser erhältlich, der auf eine viel engere Toleranz, bemessen ist als der Innendurchmesser von handelsüblichen Kapiilarrohr aus Glas. Hartfeuerporzellan oder Keramik. In the case of a gas laser, the aperture and the edge losses are due to the inside diameter of the discharge tube definitely. It is possible with the help of special processes in a discharge tube made of glass or ceramic to form a bore that is perfectly straight over its entire length and a predetermined blanking opening (determined by the value of the inner diameter of the discharge tube) with has a sufficiently high tolerance; however, the expense associated with such special procedures is for many Types of commercially made lasers prohibitively high. Usually you have to get one for the discharge tube use a commercially available capillary tube in which however, the tolerance of the inside diameter often does not ensure that the masking opening determines that Has value. in which the laser works in its basic type and the diffraction losses are minimal are. Metal pipe, such as corrosion-resistant steel pipe, is commercially available with an inner diameter available that are sized to a much tighter tolerance is than the inner diameter of a commercially available capillary tube made of glass. Hard-fire porcelain or ceramics.

Aus der DT-AS 119! 48j ist bereits ein Gaslaser mit einem Entladungsrohr aus Quarz bekannt, das an beiden Enden abgedichtet ist und in seinen Enden oder in seinem Innenteil Einsätze in Form von eingekitieien quadratischen Glasröhrchen enthält, die axiale Schwingungen fördern sollen, aber keine besondere Maßgenauigkeit haben müssen.From the DT-AS 119! 48j is already a gas laser with a discharge tube made of quartz known, which is sealed at both ends and in its ends or in its inner part inserts in the form of einkitieien contains square glass tubes that are supposed to promote axial vibrations, but no particular dimensional accuracy need to have.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gaslaser der eingangs genannten Art mit höchster optischer Qualität anzugeben, der kommerziell mit geringerem Aufwand herstellbar ist als bekannte Gaslaser gleicher Qualität.The invention is based on the object of providing a gas laser of the type mentioned at the outset with the highest indicate optical quality that can be produced commercially with less effort than known ones Gas lasers of the same quality.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I.The invention solves this problem by the characterizing features of claim I.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Gaslaser mit geringem Aufwand hergestellt werden kann, da lediglich das Einsatzteil mit enger Toleranz des Innendurchmessers hergestellt werden muß, was ohne Schwierigkeiten möglich ist. Überraschend hat sich gezeigt, daß bei Verwendung eines solchen Einsalzteiles relativ große Toleranzen der Bohrung des Entladungsrohres keinen ungünstigen Einfluß auf Modentyp und Beugungsverluste hat. Eine in den Unteransprüchen gekennzeichnete Weiterbildung der Erfindung, bei der das Einsatzteil eine Endfläche im Brewster-Winkel hat und zugleich als Sitz für das Brewster-Fenstcr dient, hat den Vorteil, daß die optische Eintrittsöffnung des Brewster-Fensters genau den vorgeschriebenen Durchmesser hat.The invention has the advantage that the gas laser can be manufactured with little effort, since only the insert must be made with a close tolerance of the inner diameter, which without Difficulty is possible. Surprisingly, it has been shown that when using such a salting part relatively large tolerances of the bore of the discharge tube have no adverse effect on the mode type and Has diffraction losses. A further development of the invention characterized in the subclaims, in which the insert has an end face at the Brewster angle and at the same time serves as a seat for the Brewster window the advantage that the optical entrance opening of the Brewster window exactly the prescribed diameter has.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing explained. It shows

F i g. I den Aufbau eines bekannten Gaslasers;F i g. I the construction of a known gas laser;

F i g. 2 einen Teil eines gegenüber dem bekannten Gaslaser nach Fig. 1 abgewandelten Gaslasers gemäß dem Ausführungsbeispiei der Erfindung; undF i g. FIG. 2 shows a part of a gas laser which is modified from the known gas laser according to FIG. 1 according to FIG the Ausführungsbeispiei of the invention; and

F i g. 3, 4 und 5 Einzelheiten von Teilen des Gaslasers gemäß dem Ausfühningsbcispiels.F i g. 3, 4 and 5 details of parts of the gas laser according to the embodiment.

Der in F i g. I dargestellte handelsübliche Gaslaser 10 hat ein Entladungsrohr 12 aus Glas mit einer durchgehenden Bohrung 14. Das linke Ende derThe in F i g. I shown commercially available gas laser 10 has a discharge tube 12 made of glass with a through hole 14. The left end of the

Bohrung 14 ist mit einem daran befestigten Spiegel 16 abgedichtet, der das linke linde ci^s Entladungsrohres 12 abschließt. (Das rechte linde der Bohrung 14 ist mit einem daran befestigten Spiegel 18 abgedichtet, der das rechte Ende des Entladungsrohres 12 aoschlieiit. Kin das Entladungsrohr 12 umgebender Kolben 20 ist an seinen beiden rinden auf der Außenseite des Entladungsrohres 12 befestigt, wie gezeigt. Ein die Wandung des Entladungsrohres 12 durchsetzendes Loch 22 stellt die Verbindung /.wischen der Bohrung 14 und dem Inneren des Kolbens 20 her. Die Bohrung 14 und this Innere des Kolbens 20 sind mit einem ein aktives Lasermedium enthaltenden Gas, beispielsweise einem Gemisch aus I lelium und Neon gefüllt.Bore 14 is sealed with a mirror 16 attached to it, which closes off the left-hand linde ci ^ s discharge tube 12. (The right linden of the bore 14 is sealed with an attached mirror 18 which closes the right end of the discharge tube 12. The bulb 20 surrounding the discharge tube 12 is attached to its two cortices on the outside of the discharge tube 12, as shown Hole 22 passing through the wall of the discharge tube 12 establishes the connection between the bore 14 and the interior of the bulb 20. The bore 14 and this interior of the bulb 20 are exposed to a gas containing an active laser medium, for example a mixture of ilelium and neon filled.

In der Nähe des linken lindes der Bohrung 14 ist in Verbindung mit dieser eine Anode 24 angebracht, die eine Anschlußverbindung zur Außenseite des Lasers 10 herstellt. Koaxial oder konzentrisch zur Längsachse der Bohrung 14 ist im Inneren des Kolbens 20 im Abstand vom Entladungsrohr 12 eine kalte Kathode 26 angeordnet. Ein Kontaktstift 28 stellt die Ansehlußverbindung zwischen der Kathode 26 Lind der Außenseite des Gaslasers i0 her. Bei Anlegen einer geeigneten positiven Spannung an die Anode 24 und einer geeigneten negativen Spannung an die kalte Kathode 26 über den Kontaktstift 28 findet eine Gasentladung von der Anode 24 durch die Bohrung 14. das Loch 22 und das Innere des Kolbens 20 zur Kathode 26 statt. Durch die Anwesenheit eines einspringenden oder nach innen vorstehenden Rohrteils 30 des Kolbens 20 wird erreicht. daß der Gasentladungsweg einen größeren Bereich der Oberfläche der Kathode 26 als ohne diesen Rohrieil 30 einschließt. Bei Staltfinden einer solchen Gasentladung wird Laserstrahlung innerhalb der Bohrung erzeugt, die den durch die Spiegel 16 und 18 abgeschlossenen optischen Hohlraumresonator bildet. Mindestens einer der Spiegel 16 und 18 ist teilweise durchlässig, so daß vom Gaslaser 10 ein Laserlicht erhalten werden kann.In the vicinity of the left-hand lindes of the bore 14, an anode 24 is attached in connection therewith, which produces a connection to the outside of the laser 10. A cold cathode 26 is arranged in the interior of the piston 20 at a distance from the discharge tube 12, coaxially or concentrically to the longitudinal axis of the bore 14. A contact pin 28 establishes the connection between the cathode 26 and the outside of the gas laser i0. When a suitable positive voltage is applied to the anode 24 and a suitable negative voltage to the cold cathode 26 via the contact pin 28, a gas discharge takes place from the anode 24 through the bore 14, the hole 22 and the interior of the piston 20 to the cathode 26. The presence of a re-entrant or inwardly protruding tubular part 30 of the piston 20 is achieved. that the gas discharge path encloses a larger area of the surface of the cathode 26 than without this tubular member 30. When such a gas discharge takes place, laser radiation is generated within the bore which forms the optical cavity resonator closed by the mirrors 16 and 18. At least one of the mirrors 16 and 18 is partially transparent so that a laser light can be obtained from the gas laser 10.

Der erfindungsgemäße Gaslaser ist ähnlich aufgebaut wie der Gaslaser nach Fig. I, außer daß das Entladungsrohr 12 und die Bohrung 14 etwas anders geformt und mit einem Einsatz versehen sind.The gas laser according to the invention is constructed similarly to the gas laser according to FIG Discharge tube 12 and the bore 14 are shaped somewhat differently and provided with an insert.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 hat das Entladungsrohr 12-2 mit der Bohrung 14-2 eine Aussenkung 32-2, die vom einen Ende bis zu einer gegebenen Stelle 34-2 zwischen den Finden des Entladungsrohres 12-2 reicht. Im übrigen ist das Entladungsrohr 12-2 nach F i g. 2 gleich ausgebildet wie das Entladungsrohr 12 nach F i g. 1.In the embodiment according to FIG. 2, the discharge tube 12-2 with the bore 14-2 has a countersink 32-2 which extends from one end to a given point 34-2 between the locations of the discharge tube 12-2 . Otherwise, the discharge tube 12-2 is shown in FIG . 2 has the same design as the discharge tube 12 according to FIG. 1.

Wie man aus Fig. 2 sieht, hat die Bohrung des Entladungsrohres 12-2 einen ersten Durchmesser in der Aussenkung 32-2 und einen zweiten, kleineren Durchmesser im übrigen Teil der Bohrung 14-2 von der gegebenen Stelle 32-2 bis zum anderen Ende des Entladungsrohres 12-2. As can be seen from Fig. 2, the bore of the discharge tube 12-2 has a first diameter in the recess 32-2 and a second, smaller diameter in the remainder of the bore 14-2 from the given point 32-2 to the other end of the discharge tube 12-2.

Gänzlich innerhalb der Aussenkung 32-2 befindet sich ein Einsatz, mit einem Brewster-Winkclfcnsler 36, einem ersten hohlzylindrischen Teil 38 und einem /weiten hohlzylindrischen Teil 40. Einzelheiten eines typischen Alisführungsbeispiels des Brewsler-Winkellensters 36.Completely dilate hollow cylindrical part 40. Details is within the counterbore 32-2, an insert with a Brewster-Winkclfcnsler 36, a first hollow cylindrical portion 38 and a / a typical Alisführungsbeispiels of Brewsler angle Lens ester 36th

des ersten hohl/ylindrisehen Teils 38 und des /weilen hohlzylindrischen Teils 40 sind in F i g. 3, 4 bzw. 5 gezeigt.of the first hollow / ylindrisehen part 38 and the / while hollow cylindrical part 40 are shown in FIG. 3, 4 and 5 respectively.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Innendurchmesser lies ersten Teils 38 etwas kleiner als der Innendurchmesser des die Bohrung 14-2 bildenden Entladungsrohres 12-2. Gemäß F i g. 4 hat das erste Teil 38, das vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Stuhlrohr mit einem Außendurchmesser von 0,318 cm und einer Wanddicke von 0,082b cm besieht, so daß sich ein Innendurchmesser von 0,153 cm ergibt, eine Gesamtlänge von 1.27 cm. Wie in F i g. 4 gezeigt, ist die eine Stirnfläche des ersten Teils 38 im wesentlichen senkrecht zur Achse des ersten Teils 38 angeordnet, während die andere Stirnfläche des ersten Teils 38 im Brewsterschcn Winkel des verwendeten Fenstermalerials von 34" 31' zur erwähnten einen Stirnfläche angeordnet ist.As shown in FIG. 2, the inner diameter of the first part 38 is slightly smaller than the inner diameter of the discharge tube 12-2 which forms the bore 14-2. According to FIG. 4, the first part 38, which is preferably made of corrosion-resistant chair cane with an outer diameter of 0.318 cm and a wall thickness of 0.082 cm, so that an inner diameter of 0.153 cm results, has a total length of 1.27 cm. As in Fig. 4, one end face of the first part 38 is arranged essentially perpendicular to the axis of the first part 38, while the other end face of the first part 38 is arranged at the Brewster angle of the window painting used of 34 "31 'to the mentioned one end face.

Wie in F i g. 5 gezeigt, ist das ebenfalls aus korrosionsbeständigem Stahlrohr gefertigte /weite Teil 40 identisch ausgebildet wie das erste Teil 38. iiißer das es bei einem Außendurchmesser von 0.318 cm eine Wanddicke von nur 0,0318 cm hat, so daß sein Innendurchmesser 0,254 cm beträgt, statt 0.153 cm wie beim ersten Teil 38. Ferner ist das /weite Teil 40 ursprünglich etwas deformiert, so daß es einen anfänglichen maximalen AiilJendurchmesser von 0,33 cm mit einer Toleranz von ±0.005 cm hat und damit eine gewisse Unrundhcit aufweist.As in Fig. 5 shows the large part, which is also made of corrosion-resistant steel pipe 40 designed identically to the first part 38 it has a wall thickness of only 0.0318 cm with an outer diameter of 0.318 cm, so its Inside diameter is 0.254 cm instead of 0.153 cm as in the first part 38. Furthermore, the / wide part is 40 originally somewhat deformed so that it had an initial maximum aluminum diameter of 0.33 cm with a tolerance of ± 0.005 cm and therefore has a certain out-of-roundness.

Der Durchmesser der Aussenkung 32-2 nach T'ig. 2 beträgt ungefähr 0,318cm. Wie in F'i g. 2 gezeigt, wird zuerst das erste Teil 38 in die Aussenkung 52-2 eingeschoben und mit seiner senkrechten Stirnfläche an das Ende der Aussenkung 32-2 angesetzt. Sodann wird das Brewster-Fenster 36 in die Aussenkung 32-2 so eingesetzt, daß es mit seiner einen Oberfläche über im wesentlichen deren gesamten Umfang auf der abgewinkelten Stirnfläche des ersten Teils 38 aulliegt. Wie weiter in F i g. 2 gezeigt, liegt das zweite Teil 40 mit seiner im Brewsterschen Winkel geneigten Stirnfläche auf der anderen Oberfläche des Brewster-Fensters 36 über im wesentlichen deren gesamten Umfang auf. Wenn das /weite Teil 40, wie in F" i g. 2 gezeigt, gänzlich innerhalb der Aussenkung 32-2 angeordnet ist. drückt es wegen seiner anfänglichen Unrundhcit als Federklammer gegen die Wand der Aussenkung 32-2, so daß alle drei Teile des Einsatzes fest in der Aussenkung 32-2 eingespannt sind.The diameter of the recess 32-2 according to T'ig. 2 is approximately 0.318cm. As in Fig. 2, the first part 38 is first pushed into the recess 52-2 and attached with its vertical end face to the end of the recess 32-2. The Brewster window 36 is then inserted into the recess 32-2 in such a way that its one surface rests on the angled end face of the first part 38 over essentially the entire circumference thereof. As further in FIG. 2, the second part 40 rests with its end face inclined at the Brewster angle on the other surface of the Brewster window 36 over essentially the entire circumference thereof. When the / wide part 40, as shown in Fig. 2, is located entirely within the recess 32-2 . Because of its initial out-of-roundness, it presses as a spring clip against the wall of the recess 32-2 so that all three parts of the Insert are firmly clamped in the recess 32-2.

Die Ausblendöffnung der Bohrung in der Anordnung nach Fig. 2 ist durch den Innendurchmesser des ersten Teils 38 des Einsatzes bestimmt. Da die Toleranz dos Innendurchmessers des ersten Teils 38 über seine Länge beträchtlich höher ist. als die Toleranz des Innendurchmessers des Entladungsrohres 12-2 über den die Bohrung 14-2 bildenden Teil seiner Länge, wird eine Laserwirkung im Grundtyp mit kleineren Beugungsverlusten erhalten. Ferner v/ird durch die Anwensenheit des Brewster-Winkelfensters 36 die erzeugte Laserstrahlung polarisiert, was bei einem optischen Hohlraumresonator nach [ig. 1, der durch angelormte Spiegel 16 und 18 gebildet ist, nicht der Fall w ate.The blanking opening of the bore in the arrangement according to FIG. 2 is determined by the inner diameter of the first part 38 of the insert. Since the tolerance dos inside diameter of the first part 38 is considerably higher over its length. than the tolerance of the inside diameter of the discharge tube 12-2 over the part of its length forming the bore 14-2 , a laser effect of the basic type with smaller diffraction losses is obtained. Furthermore, due to the presence of the Brewster angle window 36, the generated laser radiation is polarized, which in the case of an optical cavity resonator according to [ig. 1, which is formed by standardized mirrors 16 and 18, is not the case.

üier/.u 1 Blatt Zeichnungenüier / .u 1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: I. Gaslaser mit einem koaxial zur optischen Achse des optischen Resonator angeordneten Entladungsrohr, dessen Längsbohrung an beiden Enden abgedichtet und mil einem ein aktives Lasermedium enthaltenden Gas gefüllt ist. und in dessen Wand sich von seinem einen Ende aus eine Aussenkung mit einem den Durchmesser der Längsbohrung übersteigenden Durchmesser erstreckt, und mit einem in der Aussenkung angeordneten Brewster-Fenster, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß in der Aussenkung (32-2) ein hohlzylindrisches Einsatztcil (38) mit koaxialer Bohrung angeordnet ist, dessen Innendurchmesser kleiner und enger tolerier: ist als derjenige der Längsbohrung (14-2) des Entladungsrohrs (12-2).I. Gas laser with a discharge tube arranged coaxially to the optical axis of the optical resonator, its longitudinal bore is sealed at both ends and an active laser medium is used containing gas is filled. and in its wall there is a recess from one end extends a diameter exceeding the diameter of the longitudinal bore, and with one in the Countersink arranged Brewster window, thereby g e k e η η ζ e i c h η e t that in the recess (32-2) a hollow cylindrical insert (38) with a coaxial bore is arranged, the inner diameter of which smaller and closer tolerance: is than that of the longitudinal bore (14-2) of the discharge tube (12-2). 2. Gaslaser nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Einsatzteil (38) mit einer bezüglich der Bolnungsaehse im Brewster-Winkel liegenden Endfläche an einer der beiden ebenen Oberflächen des Bleuster·Fensters (36) anliegt, und daß in der Aussenkung (32-2) ein zweites hohlzylindrisches Einsalzteil (40) eingesetzt ist. das ebenfalls eine bezüglich tier Bohrungsachsc im Brewster-Winkel liegende Endfläche aufweist, mit der es an der anderen ebenen Oberfläche des Brewster-Fensters (36) anliegt.2. Gas laser according to claim I. characterized in that a first insert part (38) with a with respect to the Bolnungsaehse at Brewster's angle end face on one of the two planes Surfaces of the Bleuster · window (36) rests, and that in the recess (32-2) a second hollow cylindrical salt-in part (40) is inserted. that too has an end face lying at the Brewster's angle with respect to the Bohrungsachsc, with which it is attached to the other flat surface of the Brewster window (36) rests. 3. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß tlas zueile Einsatzteil (40) aus einem elastischen Material besteht, welches ursprünglich zu einer geringfügigen Unrundheit deformiert worden ist. und bei Anordnung innerhalb der Aussenkung (32-2) das erste Einsatzteil (38) und das Brewster-Fenster (36) innerhalb der Aussenkung fest einspannt, und daß sein Innendurchmesser etwas größer ist als der Innendurchmesser des ersten Einsatztcils(38).3. Gas laser according to claim 2, characterized in that that tlas zueile insert part (40) consists of an elastic material, which originally has been deformed to a slight runout. and when arranged within the Countersink (32-2) the first insert part (38) and the Brewster window (36) within the recess firmly clamped, and that its inner diameter is slightly larger than the inner diameter of the first Insert parts (38).