DE29715466U1 - Resonatoranordnung für einen Laser - Google Patents

Description

Neue deutsche Gebrauchsmusteranmeldunq

TUi Laser GmbH, Lochhamer Schlag 19, D-82166 Gräfelfing

Resonatorspiegelhaltevorrichtung für einen Laser mit einem laseraktivem Medium

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Resonatorspiegelhaltevorrichtung für einen Laser mit einem vorzugsweise gasförmigen laseraktivem Medium, das von einem Gehäuse umgeben ist und wenigstens in Strahlausbreitungsrichtung zwei in der Gehäusewandung gegenüberliegende Öffnungen aufweist, durch die der Laserstrahl hindurchtritt und auf, jeweils einen, den Öffnungen außerhalb des Gehäuses nachgeordneten Resonatorspiegel auftrifft.

In der konstruktiven Auslegung von Resonatoren gilt es insbesondere darauf zu achten, daß die Anbringung der Resonatorspiegel derart erfolgt, daß trotz thermisch

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bedingter Ausdehnungseffekte die relative Lage der Resonatorspiegel zueinander möglichst unbeeinflußt bleibt. Es ist eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen bekannt, die sowohl intrakavitäre Spiegelanordnungen wie auch extrakavitäre Resonatorspiegelanordnungen betreffen.

Im Falle von extrakavitär angebrachten Resonatorspiegeln sind beidseitig in Strahlrichtung im Resonatorgehäuse Durchgangsfenster angebracht, beispielsweise Brewster-Platten, die zur Abdichtung des laseraktiven Mediums innerhalb des Resonatorgehäuses gegenüber der äußeren Umgebung dienen. Diese Durchgangsfenster stellen im optischen Strahlengang mit Verlust behaftete optische Oberflächen dar, wodurch die Leistungseigenschaften des Lasersystems zu einem gewissen Grade beeinträchtigt wird.

Insbesondere bei Excimer-Lasern treten im Betrieb deutliche Gehäuseausdehnungseffekte auf, die bedingt sind durch die im Inneren des Gehäuses vorherrschenden Betriebsbedingungen, bei denen das laseraktive Gas unter einem hohen Druck von etwa 4 bar steht und eine typische Erwärmung von bis zu 100° C erfährt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Resonatorspiegel-Haltevorrichtung anzugeben, bei der die Resonatorspiegel hinsichtlich jeglicher Ausdehnungseffekte des Gehäuses entkoppelt sind und überdies keine verlustbehafteten Durchgangsfenster, wie sie bei extrakavitär angebrachten Resonatorspiegeln üblich sind, erforderlich sind.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Schutzanspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Resonatorspiegei-Haltevorrichtung für einen Laser, vorzugsweise einen Excimer-Laser, mit einem laseraktiven Medium, das von einem Gehäuse umgeben ist und wenigstens in Strahlausbreitungsrichtung zwei in der Gehäusewandung gegenüberliegende Öffnungen aufweist, durch die der Laserstrahl hin-

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durchtritt und auf, jeweils einen den öffnungen außerhalb des Gehäuses nachgeordneten Resonatorspiegel auftritt, derart ausgebildet, daß eine das Gehäuse umgebende Rahmenkonstruktion vorgesehen ist, die weitgehend bewegungsinvariant am Gehäuse befestigt ist, daß die Resonatorspiegel auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses mit der Rahmenkonstruktion fest verbunden und vom Gehäuse beabstandet angeordnet sind, und daß zwischen den Öffnungen und dem jeweiligen Resonatorspiegel je ein Verbindungselement vorgesehen ist, das das Gehäuse gasdicht mit dem Resonatorspiegel ohne Übertragung von Kraftmomenten verbindet.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, entkoppelt von jeglichen Ausdehnungseffekten des Resonatorgehäuses eine Rahmenkonstruktion um das Gehäuse anzubringen, an dem die Resonatorspiegel jeweils relativ zur Strahlausbreitungsrichtung angebracht sind. Durch entsprechende Beabstandung der Rahmenkonstruktion gegenüber dem Gehäuse ist es möglich, daß der Resonatorspiegel trotz möglichen Gehäuseausdehnungen relativ zum optischen Strahlengang einen gleichbleibenden Abstand aufweisen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist überdies, daß anstelle der üblichen Verwendung von Durchgangsfenstern, die jeweils einseitig das, das aktive Lasermedium umschließende Gehäuse gasdicht abschließen, je ein Verbindungselement vorgesehen ist, das ohne Zwischenfenster die Öffnungen des Gehäuses gasdicht mit den Resonatorspiegeln verbindet.

Vorteilhaft ist hierbei, daß die Verbindungselemente über Radiaidichtungen einerseits am Gehäuse, andererseits an der Rahmenkonstruktion am Ort des Resonatorspiegels befestigt sind. Die Radialdichtungen ermöglichen eine Kompensation der Gehäuseausdehnung längs zum Verbindungselement, ohne daß das Verbindungselement Kraftmomente auf die Rahmenkonstruktion respektive Resonatorspiegel überträgt.

Die Rahmenkonstruktion besteht im wesentlichen aus zwei parallel verlaufenden Längsstreben, die vorzugsweise aus Invar gefertigt sind und sind an ihren Enden

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jeweils über Kopfverbindungsstreben miteinander verbunden, an denen jeweils die Resonatorspiegel angeordnet sind.

Die Rahmenkonstruktion ist an wenigstens zwei Fixierstellen mit dem Gehäuse derart verbunden, daß zwei am Gehäuse fest angebrachte Paßstifte durch jeweils in der Rahmenkonstruktion vorgesehene Durchgangsöffnungen verlaufen, so daß die Paßstifte relativ zu den Durchgangsöffnungen längsbeweglich gelagert sind. Auf diese Weise kann ausgeschlossen werden, daß kraftübertragende Momente aufgrund von Ausdehnungseffekten des Gehäuses auf die Rahmenkonstruktion übertragen werden.

Aus dem gleichen Grunde ist die Rahmenkonstruktion etwas beabstandet von dem Gehäuse angebracht, verläuft jedoch längsbeweglich durch vier an dem Gehäuse vorgesehenen Gleitlager.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch. Es zeigen:

Fig. 1 Draufsicht auf einen Excimer-Laserkopf mit einer diesen umgebenden Rahmenkonstruktion, sowie

Fig. 2 vergrößerte Darstellung eines Endteils eines Excimer-Laserkopfes mit Rahmenkonstruktion.

In Fig. 1 ist ein Gesamtquerschnitt durch einen Excimer-Laserkopf mit Rahmenkonstruktion dargestellt. Das laseraktive Medium wird umgeben von einem Gehäuse 1, das aus den Längsgehäusewänden 12 und 13 sowie den Stirnplatten 14 und 15 besteht. In den Stirnplatten 14 und 15 ist jeweils eine Öffnung 16, 17 vorgesehen, durch die der Laserstrahl extrakavitär aus dem Gehäuse austritt.

Das Gehäuse 1 wird von einer Rahmenkonstruktion 2 umgeben, die aus zwei Längsstreben 21 und 22 sowie zwei Kopfverbindungsstreben 23 und 24 zusammengesetzt ist. An den Kopfverbindungsstreben 23 und 24 sind die Resonatorspiegel 31 und 32 lösbar fest angebracht. Als gasdichte Verbindungselemente zwischen dem Gehäuse 1 und der Rahmenkonstruktion 2 sind jeweils ein Verbindungselement 41, 42 vorgesehen.

Die Rahmenkonstruktion 2 ist über zwei Fixierstellen 51, 52 mit dem Gehäuse 1 fixiert. Die Fixierstellen 51, 52 sind in etwa mittig zum Gehäuse vorgesehen und als Paßstifte ausgebildet, die gehäuseseitig angebracht sind und in Paßöffnungen innerhalb der Rahmenkonstruktion hineinragen. Die in den Längsstreben 21 und 22 vorgesehenen Paßöffnungen erlauben ein Durchgleiten der Paßstifte senkrecht zur Erstreckung der Längsstreben, so daß etwaige Gehäuseausdehnungen die Form der Längsstreben unbeeinflußt lassen.

Da die Fixierstellen 51, 52 inmitten des Gehäusei vorgesehen sind, werden jegliche Längenausdehnungseffekte des Gehäuses lateral zur Gehäuseoberfläche kompensiert. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß keine Kraftmomente von dem Gehäuse durch mögliche thermische Ausdehnungseffekte auf die Rahmenkonstruktion übertragen werden.

In Fig. 2 geht eine detaillierte Querschnittsdarstellung durch einen Endbereich der Rahmenkonstruktion hervor. Aus der Teildarstellung ist zu sehen, daß die Längsstreben 21 und 22 von der Längsgehäusewand 12 und 13 beabstandet sind. Lediglich an den Endbereichen des Gehäuses 1 sind an diesen Gleitlager 61, 62 vorgesehen, durch die die Längsstreben 21, 22 längsbeweglich gelagert sind. Ebenso ist der Figur 2 zu entnehmen, daß das Verbindungselement 42 einerseits zur Öffnung 17 des Gehäuses 1 sowie andererseits zur Kopfverbindungsstrebe im Bereich des Resonatorspiegels 32 mittels Radialdichtungen 7 abgedichtet ist. Die Radialdichtungen 7 kompensieren eine Längenausdehnung des Gehäuses in Erstreckung des Verbindungselementes 42 und erlauben überdies eine Kompensation von möglichen Kraftmomenten, die durch Verkippen des Verbindungselementes 41 relativ zur Öffnung

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17 auftreten können. Im besonderen ist das Verbindungselement als Wellschlauch ausgebildet und verfügt damit über eine erhöhte Flexibilität in nahezu allen Raumrichtungen.

Durch die vorstehend genannten konstruktiven Maßnahmen ist es möglich, eine extrakavitäre Resonatorspiegel-Anordnung ohne zusätzliche Durchgangsfenster im Resonatorgehäuse zu realisieren.

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Bezugszeichenliste

1	13	Gehäuse
12,	15	Längsgehäusewand
14,		Stirnplatte
2	17	Rahmenkonstruktion
16,	22	Öffnung
21,	24,	Längsstrebe
23,	32	Kopfverbindungsstrebe
31,	42	Resonatorspiegel
41,	52	Verbindungselement
51,	62	Fixierstelle
61,		Gleitlager
7	Radialdichtungen

Claims (10)

I..**.4 \·*8«· ..' &iacgr; AHO 97/01 R Schutzansprüche

1. Resonatorspiegeihaltevorrichtung für einen Laser mit einem vorzugsweise gasförmigen, laseraktivem Medium, das von einem Gehäuse umgeben ist und wenigstens in Strahlausbreitungsrichtung zwei in der Gehäusewandung gegenüberliegende Öffnungen aufweist, durch die der Laserstrahl hindurchtritt und auf, jeweils einen den Öffnungen außerhalb des Gehäuses nachgeordneten Resonatorspiegel auftrifft,

dadurch gekennzeichnet, daß eine das Gehäuse umgebende Rahmenkonstruktion vorgesehen ist, die weitgehend bewegungsinvariant am Gehäuse befestigt ist, daß die Resonatorspiegel auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses mit der Rahmenkonstruktion fest verbunden und vom Gehäuse beabstandet angeordnet sind, und daß zwischen den Öffnungen und dem jeweiligen Resonatorspiegel je ein Verbindungselement vorgesehen ist, das das Gehäuse gasdicht mit dem Resonatorspiegel ohne Übertragung von Kraftmomenten verbindet.

2. Resonatorspiegelhaltevorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenkonstruktion wenigstens zwei an dem Gehäuse gegenüberliegende Fixierstellen aufweist.

3. Resonatorspiegelhaltevorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierstellen als Paßstifte ausgebildet sind, die fest mit dem Gehäuse verbunden sind und längsbeweglich in die Rahmenkonstruktion hineinragen.

4. Resonatorspiegelhaitevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenkonstruktion aus zwei parallel verlaufenden Längsstreben, die seitlich neben dem Gehäuse verlaufen, und zwei Kopfverbin-

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dungsstreben, in denen jeweils die Resonatorspiegel angeordnet sind, zusammengesetzt ist.

5. Resonatorspiegelhaltevorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Längsstreben und/oder die Kopfverbindungsstreben aus Invar gefertigt sind.

6. Resonatorspiegelhaltevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Längsstreben längsbeweglich in Gleit- oder Kugellager am Gehäuse geführt sind.

7. Resonatorspiegelhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsstreben normal zum Gehäuse beabstandet sind.

8. Resonatorspiegeihaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsgelement tubusförmig ausgestaltet ist und über Radialdichtungen einerseits mit dem Gehäuse an der öffnung und andererseits mit der Rahmenkonstruktion am Resonatorspiegei befestigt ist.

9. Resonatorspiegelhaltevorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsgelement als Wellschlauch ausgebildet ist.

10. Resonatorspiegelhaitevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Excimer-Gas-Laser ist.