DE3932256A1 - Gaslaser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Gaslaser ist aus der US-PS 43 11 969 bekannt. Dort wird an eine Ka­ thode ein Abschluß angeformt, welcher an einer Stirnplatte aus Metall getragen und fixiert ist. Beispielsweise ist an die Elektrode eine Schnauze angeformt, durch welche eine Strahldurchtrittsöffnung verläuft, und diese Schnauze ist in die Endplatte eingesteckt und mit dieser rohrnietähnlich ver­ nietet. Bei dieser bekannten Ausführungsform besteht die Ge­ fahr, daß die beim vakuumdichten Verschließen des Gehäuses benötigte Erhitzung zur Deformierung der Schnauze führt, da die Kathoden von Lasern in der Regel aus Aluminium oder Alu­ miniumlegierungen bestehen, und daß dadurch die Kathoden­ scnnauze gelockert wird und der elektrische Kontakt, der über dieselbe Verbindung gewährleistet sein soll, zeitweilig un­ terbrochen, also zum Wackelkontakt werden kann. Für eine Her­ stellung in Glaslottechnik, bei der eine ganze Charge von Röhren gleichzeitig in einem Ofen verlötet wird, ist diese Kathodenbefestigung grundsätzlich nicht geeignet. Die Kathode wird bei der für die Glaslötung notwendige Temperatur bereits weich, die Befestigung wird während der Lötung instabil (Aus­ dehnungsunterschied), die Kontaktierung ist nicht mehr ein­ wandfrei gewährleistet und die Lage in dem Gehäuserohr ist nicht mehr einwandfrei bestimmt, so daß mechanisches Klirren beim späteren Betrieb zu befürchten ist. Bei einer zusätzli­ chen Befestigung der Elektrode gemäß der genannten US-PS mit­ tels einer Feder am offenen Ende der Kathode, die am Mantel­ ronr und an der Kapillare anliegende Federarme besitzt, muß eine relativ hohe Federkraft angewendet werden, damit die Feder allein durch die Federkraft in ihrer axialen Lage gehal­ ten werden. Außerdem muß die Federkraft zum Zentrieren der im allgemeinen aus Glas oder Keramik bestehenden Kapillare aus­ reichen, sie muß mechanische Schwingungen der Kapillare abfan­ gen. Aus diesen Gründen muß vor dem Verschließen des Gehäuses die Elektrode in die endgültige Lage geschoben werden. Dies bedingt Einzelbehandlung der Röhren, eine Chargenlötung ist bei einer derartigen Konstruktion grundsätzlich nicht ohne weiteres möglich.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, einen Laseraufbau anzugeben, der sich für eine Chargenlötung in Glaslottechnik eignet. Diese Aufgabe wird bei einem Gaslaser nach dem Oberbegriff durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Kathode mit einer Feder, die durch die Formgebung der Kathode an einer Verschiebung in axialer Richtung gehindert wird und die mit so geringer Federkraft versehen wird, daß sie einerseits die Kathode zen­ triert, andererseits aber durch das Gewicht der Kathode mit dem Endstück und der Spiegelhalterung vor dem Verlöten des Gehäuses in axialer Richtung verschoben wird, ermöglicht die Chargenlötung. Dadurch sinkt beim Erwärmen der Röhre auf die Löttemperatur und beim Erweichen des in üblicher Weise zwi­ schen die zu verlötenden Teile eingebrachten Lotringes das Endstück in seine endgültige Lage, ein Eingreifen von außen ist nicht erforderlich.

Sofern nur auf der Kathodenseite eine Glaslotverbindung her­ gestellt werden soll, kann in der Lötstellung das Endstück unten liegen, so daß das gesamte Gewicht der darüber liegen­ den Röhrenteile zur Überwinden der Reibungskraft herangezo­ gen werden kann. Dies ist in der relativ allgemeinen Formu­ lierung des Patentanspruchs 1 ausgedrückt. Voraussetzung da­ für ist nur, daß die Druckbelastbarkeit der Elektrode in axialer Richtung auch bei der Löttemperatur zum Überwinden der Reibungskraft ausreicht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Kathode in der Nähe ihres vom Endstück abgewandten Endes an zumindest zwei einander bezogen auf ihre Rotations­ achse gegenüberliegenden Bereichen Schlitze aufweist und daß in diese Schlitze ein Federbügel eingerastet ist, welcher an der Gehäusewand anliegt. Der Federbügel ist vorteilhaft annä­ hernd rechteckförmig gebogen und in zwei Schlitze eingerastet, während er zwischen den beiden Schlitzen federnd gegen die Kathode und das Gehäuserohr drückt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Kathode in der Nähe ihrer von dem Endstück abgewandten Stirnseite einen in radialer Richtung zur Symmetrieachse hin verformten Bereich aufweist und daß eine Wellfeder in diesem Bereich eingesetzt ist. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für relativ große Kathodendurchmesser, da hier­ bei ohne Schwierigkeiten relativ große Abstände zwischen der Kathode und dem Gehäuserohr überbrückt werden können. Der verformte Bereich ist zweckmäßig als Sicke oder als einge­ prägte Nut ausgebildet. Er kann aber auch andere Formen be­ sitzen und beispielsweise in Umfangsrichtung unterbrochen sein, so daß mehrere verformte Bereiche entstehen. Auch in diesem Fall kann eine Wellfeder eingelegt sein, die beispiels­ weise zwischen den verformten Breichen an der Gehäusewand an­ liegt.

Vorteilhaft besteht die Elektrode aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, weist von der vom Endstück abgewandten Stirnseite ausgehende Schlitze auf, wobei diese Schlitze einen federnden Endbereich definieren, wobei in diesem End­ bereich zumindest eine Verformung der Kathode liegt, die in radialer Richtung nach außen verläuft, und wobei in die Ver­ formung des Endbereiches eine nach außen drückende Feder ein­ gesetzt ist, welche in kaltem Zustand keine Verformung der Elektrode bewirken kann, bei Löttemperatur aber zumindest einige der durch die Schlitze gebildeten Zungen der Kathode an die Gefäßwand andrückt. Diese Ausführungsform gewährlei­ stet die erforderliche geringe Reibungskraft während des Zu­ sammenlötens des Lasers. Die Feder liegt dabei außerhalb des Bereiches der Plasmaentladung, so daß ein Sputtern nicht zu befürchten ist. Die Verformung ist vorteilhaft eine in Um­ fangsrichtung verlaufende Sicke, wobei die Feder eine ring­ förmige Wellfeder sein kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Endstück eine Metallkappe, wobei die Metallkappe einen Führungsrand besitzt, welcher den Mantel des Gehäuserohres umgreift und um mehr als die durch das Anbringen des Lotringes vor dem Verlöten be­ wirkte Vergrößerung der Ausdehnung des Gehäuses in axialer Richtung überdeckt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform hat die Merkmale, daß das Endstück in das Gehäuserohr einge­ setzt ist, einen an der Stirnseite des Gehäuserohres anlie­ genden Teil aufweist, welcher den Lotring vor dem Lötvorgang hält und wobei das Endstück weiter in das Gehäuserohr hinein­ ragt, als der Versetzung in axialer Richtung entspricht, die beim Lörtvorgang durch den Lotring hervorgerufen wird.

Die Erfindung ermöglicht den Einsatz von Glasrohren als Ge­ häuserohr, die keinen besonderen Toleranzforderungen im Hin­ blick auf den Durchmesser unterliegen. Die Federkonstruktion erlaubt auch bei relativ großen Durchmessertoleranzen eine einwandfreie Zentrierung der Kathode.

Die Erfindung wird nun anhand von sechs Figuren erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Gaslaser in geschnitte­ ner Ansicht.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte durch einen derartigen Gas­ laser mit verschiedenen federnden Abstützungen der Kathode,

Fig. 4 zeigt eine Kathode nach dem Beispiel von Fig. 3 in ge­ schnittener und gebrochener Ansicht,

Fig. 5 zeigt eine zugehörige Feder,

Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer beidseitig abgestützten Kathode.

Mit einem Gehäuserohr 2 sind als Metallkappen ausgebildete Endstücke 1 zu einem Lasergehäuse verlötet. An die Endstücke 1 sind Halterungen 3 für optische Elemente, insbesondere für Spiegel, angebracht. Eine Kapillare 4 reicht von einem ano­ denseitigen Ende des Lasers in das Gehäuserohr 2 hinein. Das von der Anode abgewandte Ende 5 der Kapillare 4 ist von der Kathode 6 umgeben. Gegen das Ende 5 der Kapillare 4 in axia­ ler Richtung verschoben besitzt die Kathode 6 einen in radia­ ler Richtung auf die Symmetrieachse hin verformten Bereich 7. Im Bereich 7 liegt eine Wellfeder 8, die die Kathode 6 gegen­ über dem Gehäuserohr 2 abstützt und zentriert.

In der Nähe der kathodenseitigen Metallkappe besitzt die Ka­ thode 6 zwei Schlitze 10, die nur einen Teil ihres Umfanges erfassen und einander bezogen auf die Rotationsachse der Ka­ thode gegenüber liegen. In die Schlitze 10 ist eine Metallfe­ der 9 eingerastet, die zwischen den beiden Schlitzen 10 an der Kathode 6 und an dem Gehäuserohr 2 federnd anliegt und dadurch die Kathode 6 gegenüber dem Gehäuserohr 2 in radia­ ler Richtung fixiert. Ein Kontaktband 11 stellt einen elek­ trischen Kontakt zwischen der Metallkappe und der Kathode 6 her und stützt gleichzeitig die Kathode in axialer Richtung.

Anstelle der Metallkappe 1 kann auch ein anders geformtes Endstück verwendet werden, beispielsweise ein Endstück aus Sinterglas, welches mit einem Führungszylinder in das Ge­ häuserohr 2 eingeschoben wird. Derartige Enstücke sind aus der US-PS 47 99 232 bekannt.

In den Beispielen wurden beidseitig gegen die Gehäusewand abgestützte Kathodenformen gezeigt. Bei einer ausreichenden Fixierung der radialen Lage im Bereich der kathodenseitigen Metallkappe beispielsweise durch die Stromzuführung kann die dieser Metallkappe zunächst liegende Abstützung gegen die Ge­ häusewand entfallen.

Eine weitere vorteilhafte und wenig aufwendige Kathodenform ist in Fig. 6 angegeben. Eine Kathode 12, die bei der Löttem­ pertur bereits eine verringerte Formstabilität aufweist, vor­ zugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht, ist zumindest im Bereich ihrer der Anode zugewandten Stirn­ seite 13, im gezeigten Beispiel aber auf beiden Seiten in ra­ dialer Richtung nach außen aufgeweitet. Ein Federring 14 ist in diese Aufweitung eingesetzt und in axialer Richtung gegen­ über der Kathode fixiert. Im gezeigten Beispiel erfolgt die Fixierung durch eine entsprechende Formgebung der Kathode. Schlitze 15 reichen von der Stirnseite bis über den Federring 14 hinaus in die Kathode 12 hinein. Sie bilden Laschen 17, welche die Aufweitungen 16 umfassen. Die Federkraft des Feder­ ringes 14 reicht im kalten Zustand nicht aus, die Laschen 17 nennenswert zu verbiegen. Bei der Lötung jedoch, wenn die Fe­ derkraft des Kathodenmaterials nachläßt, drückt der Federring 14 die Laschen 17 nach außen und sorgt somit für das erforder­ liche federnde Anliegen der Kathode 12 an der Gehäusewand 2. Die Verformungen 16 reichen auch im heißen Zustand zur axia­ len Fixierung des Federinges 14 aus. Die Federkraft des Feder­ ringes 14 ist so bemessen, daß auch beim Einschieben von zwei Federringen, wie im vorliegenden Beispiel gezeigt, das Gewicht des Endstückes und der damit verbundenen Röhrenteile die Katho­ de 12 in das Gehäuserohr einschieben kann. Die Kathode ist mit dem Endstück beispielsweise über zwei oder mehr Anschlußlaschen 18 verbunden. Das Endstück ist nicht dargestellt.

Claims (8)

1. Gaslaser mit Endstücken und daran angebrachten Halterun­ gen für optische Elemente, wobei eine Halterung an einem elektrodenseitigen Endstück befestigt ist, mit einer Kapil­ lare als Entladungskanal, welche in ein Gehäuserohr hinein­ ragt, wobei im Gehäuserohr eine zylinderförmige Kathode an­ geordnet ist, welche das Ende der Kapillare umgibt, wobei diese Kathode in axialer Richtung außerhalb der Kapillare einen stirnseitigen Abschluß besitzt, welcher eine Strahl­ durchtrittsöffnung beinhaltet und wobei die Kathode in ihrer vom genannten Endstück abgewandten Seite gegen die Gehäuse­ wand abgestützt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Außenwand des Gehäuses aus einem elektrisch nicht leitenden Material ohne eingeengte Durchmessertoleranzen für das Gehäuserohr durch Glaslot mit dem Endstück verbunden ist, daß die Kathode an der Halterung befestigt ist und gegen die Gehäusewand mit einem so geringen Druck abgestützt ist, daß das Eigengewicht der in der Lötstellung auf der Lotnaht zwischen Endstück und Gehäusewand aufliegenden Teil ausreicht, um die durch die Federkraft erzeugte Reibungskraft zu über­ winden.

2. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kathode in der Nähe ihres vom End­ stück abgewandten Endes zumindest zwei einander bezogen auf ihre Rotationsachse gegenüberliegenden Bereichen Schlitze aufweist und daß in diese Schlitze ein Federbügel eingesetzt ist, welcher an der Gehäusewand und der Kathode stellenweise anliegt.

3. Gaslaser nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Federbügel annähernd rechteckför­ mig gebogen und in zwei Schlitze eingerastet ist und daß der Federbügel zwischen den beiden Schlitzen federnd gegen die Kathode drückt.

4. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kathode in der Nähe ihres vom Endstück abgewandten Endes an zumindest zwei einander bezogen auf ihre Rotationsachse gegenüberliegenden Bereichen Schlitze aufweist und daß in diese Schlitze ein Federbügel eingerastet ist, welcher an der Gehäusewand und am äußeren Umfang der Ka­ thode stellenweise anliegt.

5. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kathode in der Nähe ihrer von dem Endstück abgewandten Stirnseite einen in radialer Richtung zur Symmetrieachse hin verformten Bereich aufweist und daß eine Wellfeder in diesen Bereich eingesetzt ist.

6. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kathode aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, daß sie von ihrem dem Endstück abgewandten Ende ausgegende Schlitze aufweist, daß diese Schlitze einen federnden Endbereich definieren, daß in diesem Endbereich zumindest eine Verformung der Kathode liegt, die in radialer Richtung nach außen verläuft, und daß in die Ver­ formung des Endbereiches eine nach außen drückende Feder ein­ gesetzt ist, welche in kaltem Zustand keine Verformung der Kathode bewirken kann, bei Löttemperatur aber die durch die Schlitze gebildeten Zungen der Kathode an die Glaswand an­ drückt.

7. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Endstück eine Metallkappe ist und daß die Metallkappe einen Führungsrand besitzt, welcher den Rand des Gehäuserohres umgreift und um mehr als die durch das Anbringen des Lotringes vor dem Verlöten bewirkte Ver­ größerung der Ausdehnung in axialer Richtung überdeckt.

8. Gaslaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Endstück in das Gehäuserohr ein­ gesetzt ist, einen an der Stirnseite des Gehäuserohres anlie­ genden Teil aufweist, welcher den Lotring vor dem Lötvorgang hält, und daß das Endstück weiter in das Gehäuserohr hinein­ ragt, als die Versetzung in axialer Richtung, die durch das Schmelzen des Lotringes beim Einlöten hervorgerufen wird.