DE29715466U1 - Resonator arrangement for a laser - Google Patents
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Description
TUi Laser GmbH, Lochhamer Schlag 19, D-82166 GräfelfingTUi Laser GmbH, Lochhamer Schlag 19, D-82166 Gräfelfing
Resonatorspiegelhaltevorrichtung für einen Laser mit einem laseraktivem MediumResonator mirror holding device for a laser with a laser-active medium
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.The invention relates to a resonator mirror holding device for a laser with a preferably gaseous laser-active medium, which is surrounded by a housing and has two openings in the housing wall, which are opposite one another at least in the direction of beam propagation, through which the laser beam passes and impinges on a resonator mirror arranged downstream of the openings outside the housing.
In der konstruktiven Auslegung von Resonatoren gilt es insbesondere darauf zu achten, daß die Anbringung der Resonatorspiegel derart erfolgt, daß trotz thermischIn the structural design of resonators, it is particularly important to ensure that the resonator mirrors are mounted in such a way that, despite thermal
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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.The relative position of the resonator mirrors to one another remains as unaffected as possible due to expansion effects. A large number of proposed solutions are known, which concern both intracavitary mirror arrangements and extracavitary resonator mirror arrangements.
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.In the case of extracavity mounted resonator mirrors, passage windows are mounted on both sides in the beam direction in the resonator housing, for example Brewster plates, which serve to seal the laser-active medium inside the resonator housing from the external environment. These passage windows represent lossy optical surfaces in the optical beam path, which impairs the performance characteristics of the laser system to a certain degree.
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.Particularly with excimer lasers, significant housing expansion effects occur during operation. These are caused by the operating conditions prevailing inside the housing, where the laser-active gas is under a high pressure of about 4 bar and typically experiences heating of up to 100° C.
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.The invention is based on the object of specifying a resonator mirror holding device in which the resonator mirrors are decoupled from any expansion effects of the housing and, moreover, no lossy through-windows, as are usual in extra-cavity resonator mirrors, are required.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Schutzanspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution to the problem underlying the invention is specified in claim 1. Features that advantageously develop the inventive concept are the subject of the subclaims.
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-According to the invention, a resonator mirror holding device for a laser, preferably an excimer laser, with a laser-active medium which is surrounded by a housing and has two openings in the housing wall which are opposite one another at least in the beam propagation direction and through which the laser beam
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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.passes through and occurs on a resonator mirror arranged downstream of the openings outside the housing, designed in such a way that a frame structure is provided which surrounds the housing and is attached to the housing in a largely movement-invariant manner, that the resonator mirrors on opposite sides of the housing are firmly connected to the frame structure and arranged at a distance from the housing, and that a connecting element is provided between the openings and the respective resonator mirror, which connects the housing to the resonator mirror in a gas-tight manner without transmitting moments of force.
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.The invention is based on the idea of attaching a frame construction around the housing, decoupled from any expansion effects of the resonator housing, to which the resonator mirrors are each attached relative to the beam propagation direction. By appropriately spacing the frame construction from the housing, it is possible for the resonator mirror to have a constant distance relative to the optical beam path despite possible housing expansions.
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.A further significant advantage of the invention is that instead of the usual use of through-windows, which each seal the housing enclosing the active laser medium in a gas-tight manner on one side, a connecting element is provided which connects the openings of the housing to the resonator mirrors in a gas-tight manner without an intermediate window.
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.The advantage here is that the connecting elements are attached to the housing on the one hand and to the frame construction at the location of the resonator mirror on the other hand via radial seals. The radial seals enable compensation of the housing expansion along the connecting element without the connecting element transferring moments of force to the frame construction or resonator mirror.
Die Rahmenkonstruktion besteht im wesentlichen aus zwei parallel verlaufenden Längsstreben, die vorzugsweise aus Invar gefertigt sind und sind an ihren EndenThe frame construction essentially consists of two parallel longitudinal struts, which are preferably made of Invar and are
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jeweils über Kopfverbindungsstreben miteinander verbunden, an denen jeweils die Resonatorspiegel angeordnet sind.each connected to each other via head connecting struts, on which the resonator mirrors are arranged.
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. The frame construction is connected to the housing at at least two fixing points in such a way that two dowel pins firmly attached to the housing run through through openings provided in the frame construction, so that the dowel pins are mounted so that they can move longitudinally relative to the through openings. In this way, it can be ruled out that force-transmitting moments are transferred to the frame construction due to expansion effects of the housing.
Aus dem gleichen Grunde ist die Rahmenkonstruktion etwas beabstandet von dem Gehäuse angebracht, verläuft jedoch längsbeweglich durch vier an dem Gehäuse vorgesehenen Gleitlager.For the same reason, the frame construction is mounted at a slight distance from the housing, but is longitudinally movable thanks to four plain bearings provided on the housing.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch. Es zeigen:The invention is explained below without limiting the general inventive concept using exemplary embodiments with reference to the drawings. They show:
Fig. 1 Draufsicht auf einen Excimer-Laserkopf mit einer diesen umgebenden Rahmenkonstruktion, sowieFig. 1 Top view of an excimer laser head with a surrounding frame construction, as well as
Fig. 2 vergrößerte Darstellung eines Endteils eines Excimer-Laserkopfes mit Rahmenkonstruktion.Fig. 2 enlarged view of an end part of an excimer laser head with frame construction.
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.Fig. 1 shows an overall cross-section through an excimer laser head with a frame construction. The laser-active medium is surrounded by a housing 1, which consists of the longitudinal housing walls 12 and 13 and the end plates 14 and 15. An opening 16, 17 is provided in each of the end plates 14 and 15, through which the laser beam exits the housing extracavity.
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. The housing 1 is surrounded by a frame structure 2, which is composed of two longitudinal struts 21 and 22 and two head connecting struts 23 and 24. The resonator mirrors 31 and 32 are detachably attached to the head connecting struts 23 and 24. A connecting element 41, 42 is provided as gas-tight connecting elements between the housing 1 and the frame structure 2.
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.The frame structure 2 is fixed to the housing 1 via two fixing points 51, 52. The fixing points 51, 52 are provided approximately in the middle of the housing and are designed as alignment pins that are attached to the housing side and protrude into alignment openings within the frame structure. The alignment openings provided in the longitudinal struts 21 and 22 allow the alignment pins to slide through perpendicular to the extension of the longitudinal struts, so that any expansion of the housing does not affect the shape of the longitudinal struts.
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.Since the fixing points 51, 52 are provided in the middle of the housing, any longitudinal expansion effects of the housing laterally to the housing surface are compensated. In this way, it is ensured that no force moments are transferred from the housing to the frame construction due to possible thermal expansion effects.
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 ÖffnungFig. 2 shows a detailed cross-sectional view through an end region of the frame construction. From the partial view it can be seen that the longitudinal struts 21 and 22 are spaced apart from the longitudinal housing wall 12 and 13. Only at the end regions of the housing 1 are sliding bearings 61, 62 provided on these, by means of which the longitudinal struts 21, 22 are mounted so that they can move longitudinally. It can also be seen from Fig. 2 that the connecting element 42 is sealed on the one hand to the opening 17 of the housing 1 and on the other hand to the head connecting strut in the area of the resonator mirror 32 by means of radial seals 7. The radial seals 7 compensate for a longitudinal expansion of the housing in the extension of the connecting element 42 and also allow compensation for possible moments of force that can occur due to the tilting of the connecting element 41 relative to the opening.
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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. 17 can occur. In particular, the connecting element is designed as a corrugated hose and thus has increased flexibility in almost all spatial directions.
Durch die vorstehend genannten konstruktiven Maßnahmen ist es möglich, eine extrakavitäre Resonatorspiegel-Anordnung ohne zusätzliche Durchgangsfenster im Resonatorgehäuse zu realisieren.The design measures mentioned above make it possible to realize an extracavitary resonator mirror arrangement without additional through-windows in the resonator housing.
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