DD301029A7 - Verfahren zur kuehlung und zur absorption von uv-strahlung bei festkoerperlasern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Filterung des UV-Anteils aus dem Anregungsspektrum des Pumplichtes und zur gleichzeitigen Abführung der entstehenden Wärmeenergie, bei Festkörperlasern mittels einer Kühl- und Absorptionsflüssigkeit. Es ist besonders für den Einsatz in der Lasertechnik geeignet. Die Kühl- und Absorptionsflüssigkeit besteht aus einer Kombination von Alkanen C ind n H ind 2n+2 n = 6 . . . 10 und/oder Alkoholen C ind n H ind 2n+1 OH n = 1 . . . 8 und/oder organischen Estern (Formel) n = 1 . . . 4 und m = 1 . . . 4 2-Hydroxy-4-Alkoxy-Benzophenonen n = 1 . . . 20 der UV-Strahlung. Mit dem Verfahren wird neben der Absorption ein Wellenlängenbereich von Lambda = 200- 300 nm auch eine effektive Kühlung des Festkörperlasers erreicht.

Description

und/oder

organischen Esthern C_nH_2n+1Ci^Q n=1...4

C_mH_2m+i m = 1...4

und2-Hydroxy-4-alkoxy-benzophenone

η = 1 ...20

0 vorgesehen ist.

2. Verfahren zur Kühlung und zur Absorption von UV-Strahlung bei Festkörperlasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Gemisch aus n-Heptan und i-Butanol 2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon gelöst ist.

3. Verfahren zur Kühlung und zur Absorption von UV-Strahlung bei Festkörperlasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Gemisch aus n-Oktan und n-Butanol 2-Hydroxy-4-methoxybonzophenon und 2-Hydroxy-4-oktyloxy-benzophenon gelöst sind.

4. Verfahren zur Kühlung und zur Absorption von UV-Strahlung bei Festkörperlasern nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Gemisch aus n-Propanol und i-Oktan 2-Hydroxy-4-Hexyloxy-benzophenon golöst ist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches besonders für den Einsatz in der Lasertechnik geeignet ist. Es dient bei Festkörperlasern zur Filterung des UV-Anteils aus dem Anregungsspektrum des Pumplichtes urrl zur gleichzeitigen Abführung der entstehenden Wärmeenergie.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik - '

Es ist üblich, zum Pumpen von Festkörperlasern das Pumplicht mittels Blitz- oder Bogenlampen zu erzeugen. Ein großer Teil der optischen Pumpleistung der Lichtquelle wird aufgrund der schmalen Absorptionsbande des aktiven Mediums nicht zur Anregung des Laservorganges genutzt, sondern wird in Wärme umgesetzt. Es ist nötig, diese Wärme abzuführen, da sie sonst eine stetige Temperaturerhöung des Laserstabes bewirkt und letztendlich zur Zerstörung der Laseranordnung führt. Aus dem Stand der Technik ist seit langem bekannt, zur Wärmeabführung umlaufende Kühlmittel verschiedener Zusammensetzung zu verwenden. Außerdem ist für einen effektiven Laserbetrieb notwendig, den UV-Anteil aus dem Anregungssprektrum der Pumplichtquelle auszufiltern, da dieser Anteil letztendlich den Laserbetrieb zum Erliegen bringt.

Aus der Fach- und Patentliteratur sind eine Reihe von Beispielen bekannt, die unerwünschte UV-Strahlung aus dem Spektrum der Pumplichtquelle entweder durch Anordnung von Filtergläsern zwischen Pumplichtquelle und Lasermedium auszufiltern oder geeignete UV-absorbierende Substanzen dem Kühlmittel zuzufügen. Weiterhin kann durch Zugabe bestimmter Substanzen zur Kühlflüssigkeit die Effektivität der Kühlung erhöht werden. In der DE-OS 2745222 wird zur Erhöhung der Effektivität der Kühlung Ethylenglykol zum wäßrigen Kühlmedium zugegeben. Nachteilig dabei ist, daß das Ethylenglykol durch UV-Bestrahlung unter Wärmeeinfluß einer Zersetzung unterliegt. In der US-PS 4445217 wird vorgeschlagen, wäßrigen Kühlmitteln fluoreszierende Farbstoffe, wie Rhodamin 6G oder 3,3'-Diethyloxitricarbocyaminjodid zuzusetzen, um die Effektivität des Lasers zu erhöhen. Diese Farbstoffe unterliegen jedoch ebenfalls bei thermischer Belastung und UV-Bestrahlung der Zersetzung, so daß in gewissen Abständen eine Zuführung frischen Farbstoffs erforderlich ist. Weitere bekannte Lösungen realisieren UV-Absorption und Kühlung mit getrennten Medien, indem optische Filter getrennt vom Kühlmittel eingesetzt werden. Als Kühlmittel werden besonders für tiefe Temperaturen gekühlte bzw. verflüssigte Gase (N₂, Luft, Argon, Helium) eingesetzt, (PS-DE 1614924), während als UV-Filter wäßrige Lösungen von Natriumchromat oder Natriumnitrat vorgeschlagen werden. Der Nachteil dieser Methoden besteht in einem erheblichen '.echnologischen und apparativen Aufwand.

In weiteren Patentschriften werden zur Kühlung und UV-Filterung organische Lösungsmittel, wie Benzen (GB-PS 1100243), Dekalin (GB 1130400) und fluorierte Kohlenwasserstoffe (DE 2241351) in Kombination mit UV-absorbierenden Stoffen eingesetzt. Nachteilig an diesen Kombinationen ist, daß entweder die Lösungsmittel und/oder die UV-absorbiei enden Substanzen durch UV-Bestrahlung einer Veränderung unterliegen (DE-PS 2132115) und sich dadurch ihre spektrale Durchlässigkeit verändert.

In der US-PS 3593194 wird als absorbierendes Medium und Kühlflüssigkeit Kupfersulfat, gelöst in Alkoholen vorgeschlagen. Besonders nachteilig bei dioser Lösung ist, daß eine vollständige Absorption der UV-Strahlung nur bis 300 nm gewährleistet ist, jedoch außerdem eine eigene Absorptionsbande mit dem Miximum bei 830 nm auftritt, die einen negativen Einfluß auf das Medium ausübt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem mittels eines geeigneten Stoffes eine einfache und effektive Absorption von UV-Strahlung und gleichzeitiger Abführung der Wärmeenergie bei Festkörperlasern erfolgt. Es wird dadurch ein stetiger Betrieb bei effektiver und stabiler Laserausgangsleistung ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kühlung und zur Absorption von UV-Strahlung bei Festkörperlasern mittels einer Kühl- und Absorptionsflüssigkeit zu finden, die sowohl eine UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von λ = 200-370 nm absorbier¹, als auch eine effektive Kühlung gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit dem Vorfahren zur Kühlung und zur Absorption von UV-Strahlung bei Festkörperlasern mittels einer Kühl- und Absorptionsflüssigkeit, bestehend aus einer organischen Kühlflüssigkeit und einem UV-absorbierenden Stoff, dadurch gelöst, daß als Kühl- und Absorptionsflüssigkeit ein Gemisch aus

Alkanen C_nH_2n+2 η =6... 10

und/oder

Alkoholen C_nH_2n+1OH n=1...8

und/oder q

organischen Esthern C_nH_2n+iC^_ C_mH_2m+i η =1...4

m = 1...4

und2-Hydroxy-4-alkoxy-benzophenone

η =1...20

vorgesehen ist. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich bei der Verwendung von Gemischen, bei denen in

a) n-Heptan und i-Butanol 2-Hydroxy-4-methoxy-benzophenon oder

b) n-Oktan und n-Butanol 2-Hydroxy-4-oktyloxy-benzophenon oder

c) n-Propanol und i-Oktan 2-Hydroxy-4-hexyloxy-benzophenon gelöst sind.

Mit der Erfindung wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem mittels eines geeigneten Stoffes eine einfache und effektive Absorption von UV-Strahlung im Wellonlängenbereich von λ = 200-370nm ermöglicht und gleichzeitig eine Abführung von Wärmeenergie bei Festkörperlasern realisiert, wodurch ein stetiger Betrieb bei effektiver und stabiler Laserausgangsleistung ermöglicht wird.

Ausführungsbeispiel

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur UV-Filterung des Pumplichtes und zur effektiven Kühlung bei Festkörperlasern wird ein Nd-YAG-Laser eingesetzt. Als Pumplichtquelle dient eine Krypton-Bogenlampe. Folgende Beispiele dienen Her Demonstration des erfindungsgemäßen Verfahrens:

Variante 1

n-Heptan und i-Butanol werden im Volumenverhältnis 1:1 gemischt. In diesem Lösungsmittelgemisch werden 0,5-1 Ma.-%

2-Hydroxy-4-methoxy-benzophenon gelöst. '

Variante 2

n-Oktan und n-Butanol werden im Volumenverhältnis 1,5:1 gemischt. In diesem Lösungsmittelgemisch werden 0,5 Ma.-% 2-Hydroxy-4-methoxy-benzophenon und 0,5%Ma.-% 2-Hydroxy-4-oktyloxy-benzophenon gelöst.

Variante 3

n-Propanol und i-Pktan werden im Volumenverhältnis 1:1 gemischt. In diesem Lösungsmittelgemisch werden 0,2 Ma.-% 2-Hydroxy-4-butyloxy-benzophenon 0,2 Ma.-% 2-Hydroxy-4-hexyloxy-benzophenon 0,2 Ma.-% 2-Hydroxy-4-heptyloxy-benzophenun 0,2 Ma.-% 2-Hydroxy-4-oktyloxy-benzophenon 0,2 Ma.-% 2-Hydroxy-4-nonyloxy-benzophenon gelöst.

Der besondere Vorteil dieser UV-Absorptions- und Kühlflüssigkeit besteht darin, daß sie jeweils Stockpunkte niedriger als -6O⁰C besitzen und gleichzeitig eine effektive UV-Absorption des Pumplichtes gewährleisten, was die Einsatzbreite der Laserordnung bedeutend vergrößert.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens erweist sich darin, daß durch Kombination einer Kühlflüssigkeit mit einer UV-absorbierenden Substanz eine einfache und effektive Absorption von UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von λ = 200-370nm bei gleichzeitiger effektiver Kühlung bei Festkörperlasern gewährleistet ist und damit einen stetigen Betrieb bei effektiver und stabiler Lasergangsleistung ermöglicht.

Claims (1)

1. Verfahren zur Kühlung und zur Absorption von UV-Strahlung bei Festkörperlasern mittels einer Kühl- und Absorptionsflüssigkeit, bestehend aus einer organischen Kühlflüssigkeit und einem UV-absorbierenden Stoff, gekennzeichnet dadurch, daß als Kühl-und Absorptionsflüssigkeit ein Gemisch aus

Alkanen C_nH_2n+2 η =6... 10

und/oder

Alkoholen C_nH_2n+IOH n=1...8